Comment les champignons pourraient réparer notre infrastructure en ruine

Les États-Unis ont l'une des économies les plus avancées au monde. Et pourtant, l'infrastructure de béton qui la soutient – ​​les routes, les ponts, les trottoirs, etc. – s'effondre lentement. Cette détérioration nécessite des réparations complexes, entraîne de longs retards et, dans les cas les plus graves, peut entraîner une défaillance structurelle.

C’est aussi un problème de plus en plus coûteux. Les petites fissures non réparées se transforment en plus grandes qui exposent les structures de renfort métalliques, et lorsque celles-ci sont endommagées, les réparations peuvent être coûteuses et complexes. Selon l'American Society of Civil Engineers, ce problème coûtera à l'économie américaine près de 4 000 milliards de dollars en pertes d'affaires d'ici 2025 s'il n'est pas résolu.

De toute évidence, un moyen meilleur et moins cher de réparer le béton est désespérément nécessaire.

Entrez Ning Zhang à l'Université Rutgers dans le New Jersey, Congrui Jin à l'Université Binghamton et quelques amis, qui disent avoir découvert un ingrédient secret qui pourrait un jour faire avancer la nation en réparant automatiquement le béton en ruine. Ce nouvel ingrédient ? Champignons.

Tout d'abord un peu de contexte. Les scientifiques des matériaux ont longtemps espéré trouver une sauce secrète qui aide le béton à se réparer. Une idée consiste à remplir le béton avec des fibres polymères contenant de la résine qui s'échappe pour remplir les fissures.

Cela semblait prometteur pendant un certain temps, mais il s'avère que le béton et la résine ont des propriétés de dilatation thermique différentes, entre autres, ce qui peut parfois aggraver les fissures.

Une meilleure charge pour les fissures est le carbonate de calcium, car il adhère bien au béton et possède des propriétés structurelles similaires. Diverses bactéries produisent des minéraux de ce type mais libèrent également d'autres sous-produits, notamment de grandes quantités de produits azotés comme l'ammoniac. Et cela peut endommager les routes et l'environnement.

Les scientifiques des matériaux ont donc besoin d'une autre option, et aujourd'hui Zhang et co disent qu'ils l'ont trouvée sous la forme d'un champignon appelé Trichoderma reesei. Il peut germer dans un large éventail de conditions, formant un champignon fibreux qui favorise la formation de carbonate de calcium.

Leur idée est que des spores fongiques sont ajoutées au béton lorsqu'il est mélangé, puis restent en sommeil jusqu'à ce que le béton se fissure. L'eau qui coule dans les fissures fait germer les spores, remplissant les fissures de fibres fongiques qui déclenchent la formation de carbonate de calcium, qui finit par remplir le vide.

C'est la théorie, mais la question cruciale est de savoir si cela fonctionnerait dans la pratique. Alors Zhang et co ont entrepris de le découvrir.

L'équipe a versé du béton dans des boîtes de Pétri et l'a laissé durcir. Ils ont ensuite versé un milieu de croissance sur chaque dalle et ajouté divers types de champignons. Ils ont attendu de voir lequel des champignons pousserait dans les conditions hautement alcalines que favorise le béton.

Les résultats étaient révélateurs. De tous les champignons testés, seuls Trichoderma reesei a prospéré même lorsque le pH est monté à 13. Zhang et co ont ensuite étudié sa structure fibreuse au microscope et ont utilisé la diffraction des rayons X pour analyser les dépôts qu'elle a laissés. Les données suggéraient fortement que T. reesei les hyphes peuvent favoriser la précipitation du carbonate de calcium, disent-ils.

Les images au microscope électronique montrent clairement les structures minéralisées laissées par les fibres.

Bien sûr, rien de tout cela ne prouve que Trichoderma reesei les spores peuvent survivre si elles sont ajoutées au béton lorsqu'il est mélangé. En effet, à première vue, cela semble peu probable. Les spores devraient s'asseoir dans les pores du béton.

Zhang et co ont mesuré les pores du béton qu'ils ont fabriqué et ont découvert qu'ils mesuraient en moyenne environ un micromètre de diamètre. Mais Trichoderma reesei les spores sont plus grosses - environ quatre micromètres de diamètre. Cela suggère qu'ils seraient écrasés au fur et à mesure que le béton prendrait.

Zhang et co disent que le problème pourrait être résolu en ajoutant des bulles d'air au mélange, mais cela doit être étudié plus avant.

C'est un travail intéressant avec un avantage significatif. Si Trichoderma reesei s'avérer être le champignon magique qui peut réparer l'infrastructure en ruine des États-Unis, ce sera une aubaine majeure. Et c'est aussi respectueux de l'environnement - le champignon est bénin en ce qui concerne les humains, et le processus de formation du carbonate de calcium fixe le carbone de l'atmosphère. Ainsi, il élimine le dioxyde de carbone, un important gaz à effet de serre.

Bien sûr, il reste beaucoup de travail à faire pour déterminer si les spores survivront dans le béton. Mais les premiers résultats fournissent des raisons d'étudier cela plus en détail.

Réf : arxiv.org/abs/1708.01337 : Dépistage des champignons pour l'auto-guérison des fissures du béton

cacher