Dans un monde en quête de solutions durables pour lutter contre le changement climatique, des chercheurs innovent en développant des matériaux vivants photosynthétiques qui intègrent des bactéries, notamment des cyanobactéries, pour capturer le CO₂ de l’atmosphère par deux mécanismes distincts. Ces matériaux, nés de la synergie entre biologie et ingénierie, exploitent le métabolisme naturel des micro-organismes afin de réaliser une séquestration de carbone efficace, tout en présentant des propriétés mécaniques et esthétiques intéressantes pour l’architecture et la construction durable. Avec une perspective d’intégration dans les bâtiments, ces innovations témoignent d’une avancée significative vers des solutions écologiques et vivantes pour un avenir respectueux de notre environnement.
Les récents travaux de recherche à l’ETH Zurich ont donné naissance à des matériaux vivants innovants qui intègrent des bactéries photosynthétiques, permettant ainsi d’absorber le dioxyde de carbone (CO₂) de l’atmosphère de manière efficace. Ces chercheurs ont réussi à créer un gel imprimable contenant des cyanobactéries qui, en se développant, extraient le CO₂ à la fois sous forme de biomasse et de minéraux solides, offrant une double approche pour la séquestration du carbone. Cet article explore en détail les implications de cette recherche et les applications potentielles de ces matériaux vivants.
Une collaboration interdisciplinaire
À l’ETH Zurich, une équipe de chercheurs issus de diverses disciplines travaille de concert pour combiner les matériaux traditionnels avec des micro-organismes tels que les bactéries, les algues et les champignons. L’objectif commun est de créer des matériaux vivants qui acquièrent des propriétés utiles grâce au métabolisme des micro-organismes, comme la capacité à absorber le CO₂ par le biais de la photosynthèse. Le professeur Mark Tibbitt, spécialiste en ingénierie macromoléculaire, joue un rôle clé dans ce projet en développant des structures vivantes intégrant des cyanobactéries qui peuvent croître et éliminer activement le CO₂ de l’air.
Caractéristique clé : la séquestration du carbone duale
Le matériel développé peut être façonné par impression 3D et nécessite uniquement la lumière solaire et de l’eau de mer artificielle enrichie en nutriments pour croître. Il est conçu pour aider à stocker le CO₂ directement dans les bâtiments à l’avenir. Ce qui rend cette innovation particulièrement remarquable, c’est qu’elle peut capturer nettement plus de CO₂ qu’elle n’en lie par sa croissance organique. En effet, ce matériau peut stocker le carbone non seulement sous forme de biomasse, mais aussi en tant que minéraux, grâce à une propriété unique des cyanobactéries.
Les cyanobactéries comme architectes
Les cyanobactéries, considérées comme l’une des plus anciennes formes de vie sur notre planète, se révèlent extrêmement efficaces dans le processus de photosynthèse, pouvant convertir même la lumière la plus faible en biomasse à partir de CO₂ et d’eau. Ce processus modifie l’environnement chimique autour des cellules, ce qui entraîne la précipitation de carbonates solides, comme la chaux, qui servent de réservoir supplémentaire de carbone. Ces minéraux, en plus de leur rôle écologique, renforcent mécaniquement le matériau, ce qui contribue à sa durabilité.
Le rôle du hydrogel dans la viabilité des cellules
Le matériau porteur des cellules vivantes est un hydrogel, un gel composé de polymères réticulés à forte teneur en eau. L’équipe a minutieusement sélectionné le réseau polymère pour optimiser le transport de la lumière, du CO₂, de l’eau et des nutriments, permettant ainsi une répartition homogène des cellules à l’intérieur du matériau. Les chercheurs ont également optimisé la géométrie des structures grâce à des procédés d’impression 3D, ce qui a permis d’accroître la surface et de favoriser la pénétration de la lumière ainsi que le flux de nutriments.
Une approche durable pour le stockage du carbone
Les chercheurs considèrent leur matériau vivant comme une approche à faible énergie et respectueuse de l’environnement pour lier le CO₂ de l’atmosphère, tout en complétant les processus chimiques existants de séquestration du carbone. À l’avenir, ils envisagent d’explorer comment ce matériau pourrait être utilisé comme revêtement pour les façades des bâtiments afin de capturer le CO₂ tout au long de leur cycle de vie. Ils ont déjà reçu un accueil positif de la part des architectes, qui ont commencé à expérimenter des interprétations pratiques de ce concept.
Des installations à Venise et à Milan
Le travail de recherche de l’ETH s’est récemment manifesté lors de la Biennale d’Architecture de Venise. Des structures imprimées contenant des cyanobactéries ont été utilisées comme blocs de construction vivants. Cet événement a nécessité un défi particulier : l’adaptation des processus de production pour passer d’un format de laboratoire à un format architectural. Un autre projet à la Triennale de Milan explore le potentiel des matériaux vivants pour les enveloppes de bâtiments. La structure intégrant des micro-organismes présente une patine verte qui évolue dans le temps, représentant ainsi une esthétique liée aux processus microbiens tout en jouant un rôle actif dans la séquestration du CO₂.
Pour en savoir plus sur d’autres recherches entourant les systèmes vivants, visitez ce lien.
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