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Hendrik Marius Jonkers

Béton autoréparateur renfermant des bactéries

Pays-Bas

Catégorie

Recherche

Domaine technique

Génie civil

Université

Technische Universiteit Delft

As solid and reliable as concrete structures may seem, they share one common enemy: tension. Over time, concrete will crack and deteriorate. An invention by Delft University microbiologist Hendrik Jonkers offers an innovative approach to creating more stable concrete by adding limestone-producing bacteria to the mix. This self-healing bioconcrete aims to provide a cheap and sustainable solution, markedly improving the lifespan of buildings, bridges and roads.

Finaliste du Prix de l'inventeur européen 2015

Lorsque Hendrik Jonkers a décidé de chercher un moyen d'améliorer la solidité et la longévité du béton, il ne s'est pas tourné vers les techniques basées sur l'acier ou la pierre optimisées par de nombreux ingénieurs. Au lieu de cela, il a trouvé une source d'inspiration étonnante - le corps humain.

En réfléchissant à la manière dont les os du corps se soignent naturellement par la minéralisation des cellules ostéoblastes, Hendrik Jonkers a décidé de créer une technique similaire d'auto-régénération pour le matériau de construction le plus couramment utilisé.

La solution finalement mise au point utilise une bactérie productrice de calcaire pour combler les fissures du béton. Cette bactérie naturelle et robuste (Bacillus pseudofirmus ou Sporosarcina pasteurii) existait déjà dans les lacs hautement alcalins proches des volcans et semble avoir été spécialement conçue pour cet usage. Elle peut rester à l'état latent pendant 200 ans et ne commencer son travail de réparation qu'après l'apparition de fissures et leur mise en contact avec de l'eau.

Impact social

Le potentiel de cette technologie brevetée est impressionnant. Sachant qu'environ 70 % des infrastructures européennes sont en béton, la maintenance représente un coût très important. HealCON, un projet de l'UE financé par le FP-7, estime que le coût de maintenance annuel pour les ponts, les tunnels et les murs de soutènement des pays membres de l'UE se monte à 6 milliards d'euros.

Mais ce coût de maintenance important et les tensions causées par la pression ne sont malheureusement pas les seuls problèmes posés par le béton. En effet, on estime qu'entre 7 et 12 % des émissions annuelles mondiales de CO₂ sont liées à la production de matériaux de construction.

Impact économique

Le bio-béton autoréparateur de Hendrik Jonkers devrait être mis sur le marché en 2015. Le principal obstacle restant à franchir est le prix du matériau, qui est lié à la méthode d'application. Avec la méthode actuelle, le coût de production est encore deux fois plus élevé que celui du béton normal (80 €/m³).

Une grande partie de ce coût correspond à l'onéreux nutriment à base de lactate de calcium destiné aux bactéries. Hendrik Jonkers et son équipe travaillent actuellement à créer un nutriment à base de sucre, qui réduirait le coût à un niveau beaucoup plus proche de celui du béton normal (entre 85 €/m³ et 100 €/m³) et en ferait une méthode de prévention durable et un adjuvant fiable.

Si Hendrik Jonkers et son équipe parviennent à surmonter la barrière du prix, le bio-béton sera réellement le béton de l'avenir et les bactéries agiront comme des gardiens silencieux capables de protéger les ponts, les routes, les tunnels et les autres structures en béton pendant 200 ans, ne s'activant que lorsque cela s'avère nécessaire.

Mode d’action

Des bactéries spécialement sélectionnées ainsi que du nitrogène, du phosphore et un nutriment à base de calcium connu sous le nom de lactate de calcium sont ajoutés aux ingrédients du béton lors de son mélange. Ces agents peuvent rester en sommeil dans le béton pour une durée pouvant aller jusqu'à deux siècles.

Lorsqu'une fissure apparaît dans le béton, laissant entrer l'air et l'humidité, les bactéries se réveillent et commencent à se nourrir du lactate de calcium. Durant ce processus, elles consomment aussi de l'oxygène. Le lactate de calcium soluble est alors transformé en calcaire insoluble. Le calcaire se solidifie dans les fissures, ce qui les referme.
Cette technologie peut réparer des fissures de n'importe quelle longueur, à condition qu'elles ne mesurent pas plus de 0,8 millimètre de large.

Inventeur

En 2006, Hendrik Jonkers a rejoint l'Université technique de Delft en tant que microbiologiste spécialisé dans le comportement des bactéries. Ses recherches sur le bio-béton s'inscrivent dans le cadre d'un projet plus important, visant à étudier le potentiel autoréparateur de différents matériaux comme le plastique, les polymères et l'asphalte.

Avant cela, Hendrik Jonkers a travaillé en tant que chercheur pour l’Institut Max Planck de microbiologie marine (Allemagne), ainsi que pour le Département de paléontologie de l'Université de Groningen et pour l'Organisation néerlandaise de recherche scientifique appliquée.

Le saviez-vous ?

Depuis 1867, lorsque le jardinier français Joseph Monier a déposé un brevet pour le béton armé, de très nombreuses innovations utilisant l'acier pour renforcer les matériaux ont vu le jour. On peut notamment citer la méthode de mélange de fibres d'acier d'Ann Lambrechts, pour laquelle elle a obtenu le Prix de l'inventeur européen en 2011.

La fabrication du béton est restée un art perdu pendant plusieurs siècles. Alors que les Grecs, les Romains et d'autres civilisations anciennes utilisaient le béton pour leurs constructions, la technique consistant à utiliser de l'oxyde de calcium et un adjuvant pour améliorer la solidité du matériau a été « oubliée » pendant la majeure partie du Moyen-Âge.