Selon EU Science Hub, des phénomènes météorologiques extrêmes de plus en plus fréquents vont aggraver les dommages aux infrastructures, avec des pertes estimées à 20 milliards d'euros par an d'ici 2030. Ces menaces pressantes mettent en évidence le besoin de nouvelles réponses au problème de la stabilisation des sols.

Les scientifiques du Laboratoire de mécanique des sols (LMS) de l'EPFL ont développé un certain nombre de solutions durables, dont un qui utilise le métabolisme enzymatique. Bien que ces méthodes fonctionnent pour un large éventail de types de sols, ils sont considérablement moins efficaces lorsqu'il s'agit de sols argileux. Dans un article publié aujourd'hui dans Rapports scientifiques , l'équipe démontre comment les réactions chimiques peuvent être améliorées en utilisant un système de type batterie pour appliquer du courant électrique.

Un nouveau type de bio-ciment, produit in situ et à température ambiante, a récemment été suggéré comme une méthode prometteuse pour stabiliser divers types de sols. La méthode exploite le métabolisme bactérien pour produire des cristaux de calcite qui lient durablement les particules de sol entre elles. Ce procédé biogéochimique est économe en énergie et rentable, et pourrait être déployé rapidement dans les années à venir. Mais comme le sol doit être imprégné pour que la méthode fonctionne, il est moins adapté aux sols argileux peu perméables. Maintenant, l'équipe LMS a développé et testé avec succès une alternative viable, qui consiste à appliquer un courant électrique à l'aide d'électrodes enfoncées.

"Nos résultats montrent que ce système géoélectrochimique influence effectivement les étapes clés du processus de calcification, en particulier la formation et la croissance des cristaux qui lient le sol entre eux et améliorent son comportement, " dit Dimitrios Terzis, un scientifique de LMS et l'un des co-auteurs de l'article.

Le bio-ciment est formé par l'introduction d'espèces chimiques dans le sol. Ceux-ci comprennent les ions carbonates et calcium dissous, qui portent des charges opposées. Les anodes et cathodes enfoncées sont utilisées pour créer un champ électrique, un peu de la même manière qu'une batterie géante. Le courant force les ions à se déplacer à travers le milieu à faible perméabilité, où ils se croisent, se mélangent et finissent par interagir avec les particules du sol. Le résultat est la croissance de minéraux carbonatés, qui agissent comme des maillons ou des « ponts » qui améliorent les performances mécaniques et la résistance des sols.

Le papier, qui expose les résultats de l'équipe d'observation et de mesure de la qualité de ces ponts minéraux, ouvre la voie à de futurs développements dans le domaine. D'autres tests, à différentes échelles, sont nécessaires avant que la technologie puisse être appliquée dans le monde réel. La recherche a été réalisée dans le cadre d'une subvention avancée du Conseil européen de la recherche (ERC) 2018-2023 attribuée au professeur Lyesse Laloui, qui dirige le LMS et est co-auteur de l'article. Le projet comporte trois verticaux, ciblant la compréhension des mécanismes fondamentaux qui se produisent à l'échelle sol-particule (micro-échelle), la caractérisation avancée des comportements mécaniques à l'échelle du laboratoire, et le développement et la démonstration à grande échelle de systèmes innovants dans des environnements naturels. En juillet 2020, la même équipe de recherche a obtenu une subvention ERC Proof of Concept supplémentaire pour accélérer le transfert de technologie vers des applications industrielles.

Autrefois, les sols étaient traités uniquement comme un mélange de terre solide, air et eau. Selon les co-auteurs, cette recherche met en évidence la façon dont les approches interdisciplinaires, c'est-à-dire s'appuyant sur des concepts de la biologie et de l'électrochimie et intégrant des avancées et des mécanismes d'autres domaines scientifiques, peut ouvrir de nouvelles voies passionnantes et générer des avantages significatifs.