Béton bio à base d'urine
Étude de faisabilité : comment transformer l'urine en matériau de construction durable
Des chercheurs de l'université de Stuttgart ont utilisé des processus microbiens pour produire du bio-béton respectueux de l'environnement à partir d'urine, dans le cadre d'une chaîne de valeur "eaux usées-bio-béton-engrais". Grâce à l'extension du projet accordée par le ministère des sciences, de la recherche et des arts du Bade-Wurtemberg, l'accent est désormais mis sur l'optimisation du produit et les essais pratiques.
Des chercheurs de trois instituts de l'université de Stuttgart développent un nouveau type de matériau de construction : le bio-béton.
ILEK / IMB / ISWA Universität Stuttgart
Le béton est en plein essor. Chaque année, environ 4 milliards de tonnes de ciment sont transformées en béton et utilisées dans le monde entier. Avec de graves conséquences pour l'environnement. "Le ciment conventionnel est généralement cuit à des températures avoisinant les 1450 degrés. Cela consomme beaucoup d'énergie et libère de grandes quantités de gaz à effet de serre", explique le professeur Lucio Blandini, directeur de l'Institut des structures légères et de la conception (ILEK) de l'université de Stuttgart.
Un processus de production microbienne respectueux de l'environnement
Des chercheurs de trois instituts de l'université de Stuttgart développent un nouveau type de matériau de construction : le bio-béton. Grâce à sa résistance élevée à la compression, il peut non seulement remplacer le grès traditionnel et, dans certains cas, le béton à base de ciment. Il peut également être produit entièrement à partir de déchets et a donc une empreinte écologique nettement plus faible. Les chercheurs utilisent une matière première abondante mais jusqu'ici négligée : l'urine humaine. Ils ont testé avec succès leur méthode dans le cadre d'une étude de faisabilité financée par le ministère des sciences, de la recherche et des arts du Bade-Wurtemberg.
"Le bio-béton est produit par biominéralisation. Il s'agit d'un processus biotechnologique dans lequel des organismes vivants produisent des matériaux inorganiques par le biais de réactions chimiques", explique Maiia Smirnova, associée de recherche à l'ILEK. "Nous mélangeons une poudre contenant des bactéries avec du sable, nous plaçons le mélange dans un moule, puis nous le rinçons avec de l'urine enrichie en calcium pendant trois jours dans le cadre d'un processus automatisé. La décomposition de l'urée par les bactéries, combinée à l'ajout de calcium à l'urine, entraîne la formation de cristaux de carbonate de calcium. Le mélange de sable se solidifie ainsi en bio-béton. À la fin du processus, on obtient un solide chimiquement similaire au grès calcaire naturel. En fonction du moule, les éléments peuvent être créés dans différentes formes et tailles, avec une profondeur maximale actuelle de 15 centimètres.
Les premiers échantillons produits présentent des propriétés matérielles prometteuses. En utilisant de l'urée technique, l'équipe a obtenu une résistance à la compression de plus de 50 mégapascals, ce qui est nettement supérieur à la résistance des matériaux de construction produits par biominéralisation disponibles jusqu'à présent. L'urée contenue dans l'urine artificielle a permis d'obtenir une résistance à la compression de 20 mégapascals. Avec de l'urine humaine réelle, la valeur était de cinq mégapascals, car les bactéries perdent leur activité au cours de la période de biominéralisation de trois jours. Il s'agit donc d'améliorer ce résultat. Selon les scientifiques, une résistance de 30 à 40 mégapascals dans le matériau biominéralisé serait suffisante pour construire des bâtiments de deux à trois étages. Ils effectuent actuellement des tests de gel-dégel pour déterminer si le matériau peut être utilisé à l'extérieur.
Vers une économie circulaire : Du déchet au matériau de construction
"Le processus de production de notre bio-béton consomme beaucoup moins d'énergie et produit moins d'émissions que la production conventionnelle de ciment. Mais notre approche est également durable car nous intégrons le produit dans une chaîne de valeur circulaire", explique M. Blandini. Les chercheurs ont développé un concept qui montre comment l'urine pourrait être séparée et traitée à partir du flux partiel d'eaux usées dans les lieux très fréquentés, tels que les aéroports, afin de l'utiliser comme matière première pour la production de bio-béton. Dans le même temps, ce processus pourrait permettre de récupérer des substances secondaires de valeur à partir des eaux usées afin de produire des engrais pour l'agriculture. "En fabriquant deux produits en même temps, nous augmentons les avantages pour l'environnement", explique Mme Smirnova.
Deuxième phase du projet : Optimisation du processus de fabrication et essais pratiques
Les études préliminaires ayant été menées à bien, le projet a été prolongé de trois ans par le ministère des sciences, de la recherche et des arts du Bade-Wurtemberg. Dans le cadre d'autres essais en laboratoire, les chercheurs veulent identifier les substances présentes dans l'urine humaine qui ont un effet négatif sur l'activité des bactéries et donc sur la qualité du bio-béton. Le processus de fabrication sera optimisé sur cette base. L'équipe, en collaboration avec le Centre pour l'agriculture biologique de l'université de Hohenheim, se concentre également sur la production simultanée d'engrais.
Une fois les essais en laboratoire terminés, le concept sera testé dans des conditions réelles : Une installation pilote est prévue à l'aéroport de Stuttgart, où l'urine sera collectée et transformée en bio-béton et en engrais.
Le projet "SimBioZe" : Production simultanée de biociment et d'engrais à partir d'eaux usées
"Le projet "SimBioZe" est financé dans le cadre du programme "Les micro-organismes comme auxiliaires de la protection du climat - Utilisation de processus microbiens pour un avenir climatiquement neutre grâce à des méthodes innovantes". Le ministère des sciences, de la recherche et des arts du Bade-Wurtemberg a soutenu neuf projets pendant un an dans le cadre de ce programme. Quatre d'entre eux ont été prolongés de trois ans, dont "SimBioZe".
Trois instituts de l'université de Stuttgart combinent leur expertise dans le projet interdisciplinaire "SimBioZe" : l'Institut des structures légères et de la conception (ILEK), l'Institut de microbiologie (IMB) et l'Institut du génie sanitaire, de la qualité de l'eau et de la gestion des déchets solides (ISWA). Dans la deuxième phase du projet, le Centre pour l'agriculture biologique de l'Université de Hohenheim se joindra au projet en tant que nouveau partenaire. Une coopération avec des partenaires industriels, dont l'aéroport de Stuttgart, est également prévue.
L'équipe du projet : ILEK : Prof. Lucio Blandini (Directeur de l'Institut), Maiia Smirnova, IMB : Prof. Beat Christen (Directeur de l'Institut), Prof. Andreas Stolz, Daniele Funaro, ISWA : Carsten Meyer, Axel Steffens, Dr. Gerold Hafner, Université de Hohenheim, Centre pour l'agriculture biologique : Sabine Zikeli (directrice de l'institut).
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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