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A bath, a printer, and a handful of bacteria. That is the workshop Karen Antorveza Paez used to make architectural parts without a single kiln. The mixture looks like wet sand, and it is still soft when it comes out of the printer. Only later does it become solid, because the bacteria do the work that cement normally does.
Un bain, une imprimante et une poignée de bactéries. C'est l'atelier avec lequel Karen Antorveza Paez a fabriqué des éléments architecturaux sans aucun four. Le mélange ressemble à du sable humide et reste malléable à sa sortie de l'imprimante. Ce n'est que plus tard qu'il se solidifie, car les bactéries accomplissent le travail que fait normalement le ciment.
The organism is Sporosarcina pasteurii. When it is combined with sand or other grains, it joins them into a solid material by forming calcium carbonate, the mineral that makes up limestone. The result is a mesh of microscopic, interlocking calcite crystals. Antorveza Paez describes it simply: "We're using bacteria to produce a sort of mineral glue." The process, called biocementation, had already been used to stabilise soils and in self-healing concrete. Her work applies it to printed building parts.
L'organisme en question est Sporosarcina pasteurii. Lorsqu'il est mélangé à du sable ou à d'autres grains, il les assemble en un matériau solide en formant du carbonate de calcium, le minéral qui constitue le calcaire. Le résultat est un réseau de cristaux de calcite microscopiques et imbriqués. Antorveza Paez le décrit simplement : « Nous utilisons des bactéries pour produire une sorte de colle minérale. » Le procédé, appelé biocimentation, servait déjà à stabiliser des sols et dans le béton autoréparant. Ses travaux l'appliquent à des éléments de construction imprimés.
In the first method, the team prints a "bio-ink" made of a gel of water, naturally occurring alginate and xanthan, sand and live bacteria. The object is then immersed in a bath of urea and calcium chloride. The bacteria break down the urea with an enzyme called urease, which releases carbonate ions. Those ions combine with the calcium to form limestone between the grains. The whole process takes two to five days, depending on the strength wanted, and the bath is renewed every day. Antorveza Paez compares it to baking: "You've got the dough, which is still very malleable and delicate. Only the oven can turn it into something solid," with the bacteria playing the role of the oven.
Dans la première méthode, l'équipe imprime une « bio-encre » composée d'un gel d'eau, d'alginate et de xanthane d'origine naturelle, de sable et de bactéries vivantes. L'objet est ensuite immergé dans un bain d'urée et de chlorure de calcium. Les bactéries décomposent l'urée grâce à une enzyme, l'uréase, qui libère des ions carbonate. Ces ions se combinent au calcium pour former du calcaire entre les grains. Tout le processus prend deux à cinq jours, selon la résistance recherchée, et le bain est renouvelé chaque jour. Antorveza Paez le compare à la cuisson : « Vous avez la pâte, qui reste très malléable et fragile. Seul le four peut en faire quelque chose de solide », les bactéries jouant le rôle du four.
The second method drops the bath. A robotic arm sprays bacteria, the mineral ingredients and sand onto a surface, layer after layer. The printed method suits architectural elements, while spraying is aimed more at surfaces, according to the researcher. Both have been used to make parts, including a facade element, and the material could also serve for shade structures and partition walls.
La seconde méthode supprime le bain. Un bras robotisé projette sur une surface des bactéries, les ingrédients minéraux et du sable, couche après couche. D'après les travaux présentés, la méthode d'impression convient aux éléments architecturaux, tandis que la projection vise davantage les surfaces. Les deux ont servi à fabriquer des éléments, dont un élément de façade, et le matériau pourrait aussi servir à des structures d'ombrage et à des cloisons.
What changes for builders is still a question of time and testing. The material cannot yet bear loads, and more research is needed to make it load-bearing. The spray method also requires study of how the grains and binding medium are arranged inside the object. The researcher's own summary of the next step is: "The big question is no longer whether biocement works, but rather how well its properties can be managed." If those properties can be controlled, a binder that needs no heating could one day reduce the emissions linked to cement, but the sources do not yet say when, or for which applications first.
Ce que cela change pour les constructeurs reste une question de temps et d'essais. Le matériau ne peut pas encore supporter de charges, et il faudra davantage de recherches pour qu'il soit porteur. La méthode par projection impose aussi d'étudier la disposition des grains et du liant à l'intérieur de l'objet. La prochaine étape, selon le résumé des auteurs, se formule ainsi : « La grande question n'est plus de savoir si le biociment fonctionne, mais plutôt de savoir dans quelle mesure ses propriétés peuvent être maîtrisées. » Si ces propriétés peuvent être contrôlées, un liant qui ne nécessite aucune cuisson pourrait un jour réduire les émissions liées au ciment, mais les sources ne précisent pas encore quand, ni pour quelles applications en premier.