Les bâtiments ne sont pas sans rappeler un corps humain. Ils ont des os et de la peau; ils respirent. Électrifié, ils consomment de l'énergie, réguler la température et générer des déchets. Les bâtiments sont des organismes, même inanimés.

Mais que se passe-t-il si les bâtiments - les murs, toits, sols, les fenêtres - étaient réellement vivantes - ont grandi, entretenus et guéris par des matériaux vivants ? Imaginez des architectes utilisant des outils génétiques qui encodent l'architecture d'un bâtiment jusque dans l'ADN des organismes, qui poussent alors des bâtiments qui s'auto-réparent, interagir avec leurs habitants et s'adapter à l'environnement.

L'architecture vivante passe du domaine de la science-fiction au laboratoire alors que des équipes interdisciplinaires de chercheurs transforment des cellules vivantes en usines microscopiques. À l'Université du Colorado Boulder, Je dirige le Laboratoire des Matériaux Vivants. En collaboration avec des collaborateurs en biochimie, microbiologie, science des matériaux et génie des structures, nous utilisons des boîtes à outils de biologie synthétique pour concevoir des bactéries afin de créer des minéraux et des polymères utiles et les transformer en blocs de construction vivants qui pourraient, un jour, donner vie aux bâtiments.

Dans une étude publiée dans Rapports scientifiques , mes collègues et moi avons programmé génétiquement E. coli pour créer des particules de calcaire de formes différentes, tailles, rigidités et ténacité. Dans une autre étude, nous avons montré que E. coli peut être génétiquement programmé pour produire du styrène - le produit chimique utilisé pour fabriquer de la mousse de polystyrène, communément appelé polystyrène.

Des cellules vertes pour la construction verte

Dans nos travaux les plus récents, Publié dans Question , nous avons utilisé des cyanobactéries photosynthétiques pour nous aider à développer un matériau de construction structurel - et nous l'avons maintenu en vie. Semblable aux algues, Les cyanobactéries sont des micro-organismes verts que l'on trouve dans tout l'environnement, mais surtout connus pour se développer sur les parois de votre aquarium. Au lieu d'émettre du CO 2 , les cyanobactéries utilisent du CO 2 et la lumière du soleil pour grandir et, dans les bonnes conditions, créer un biociment, que nous utilisions pour nous aider à lier les particules de sable ensemble pour faire une brique vivante.

En gardant les cyanobactéries en vie, nous avons pu fabriquer des matériaux de construction de façon exponentielle. Nous avons pris une brique vivante, le diviser en deux et faire pousser deux briques pleines à partir des moitiés. Les deux briques pleines se sont développées en quatre, et quatre sont devenus huit. Au lieu de créer une brique à la fois, nous avons exploité la croissance exponentielle des bactéries pour faire pousser de nombreuses briques à la fois, démontrant une toute nouvelle méthode de fabrication de matériaux.

Les chercheurs n'ont fait qu'effleurer la surface du potentiel des matériaux vivants fabriqués. D'autres organismes pourraient conférer d'autres fonctions vivantes aux blocs de construction matériels. Par exemple, différentes bactéries pourraient produire des matériaux qui se guérissent, détecter et répondre aux stimuli externes comme la pression et la température, ou même s'allumer. Si la nature peut le faire, les matériaux vivants peuvent être conçus pour le faire, trop.

Il faut également moins d'énergie pour produire des bâtiments vivants que les bâtiments standards. La fabrication et le transport des matériaux de construction d'aujourd'hui consomment beaucoup d'énergie et émettent beaucoup de CO 2 . Par exemple, le calcaire est brûlé pour faire du ciment pour le béton. Les métaux et le sable sont extraits et fondus pour fabriquer de l'acier et du verre. La fabrication, le transport et l'assemblage de matériaux de construction représentent 11% du CO mondial 2 émissions. La production de ciment représente à elle seule 8 %. En revanche, quelques matières vivantes, comme nos briques de cyanobactéries, pourrait effectivement séquestrer le CO 2 .

Un domaine en pleine croissance

Des équipes de chercheurs du monde entier démontrent la puissance et le potentiel des matériaux vivants fabriqués à de nombreuses échelles, y compris les biofilms électriquement conducteurs, catalyseurs vivants unicellulaires pour les réactions de polymérisation et le photovoltaïque vivant. Des chercheurs ont fabriqué des masques vivants qui détectent et communiquent l'exposition aux produits chimiques toxiques. Les chercheurs essaient également de cultiver et d'assembler des matériaux en vrac à partir d'une seule cellule génétiquement programmée.

Alors que les cellules individuelles sont souvent plus petites qu'un micron (un millième de millimètre), les progrès de la biotechnologie et de l'impression 3D permettent la production commerciale de matériaux vivants à l'échelle humaine. Écovatif, par exemple, fait pousser des matériaux ressemblant à de la mousse à l'aide de mycélium fongique. Biomason produit des blocs biocimentés et des carreaux de céramique à l'aide de micro-organismes. Bien que ces produits soient rendus sans vie à la fin du processus de fabrication, Des chercheurs de l'Université de technologie de Delft ont mis au point un moyen d'encapsuler et d'imprimer en 3D des bactéries vivantes dans des structures multicouches qui pourraient émettre de la lumière lorsqu'elles rencontrent certains produits chimiques.

Le domaine des matériaux vivants d'ingénierie en est à ses balbutiements, et d'autres recherches et développements sont nécessaires pour combler le fossé entre la recherche en laboratoire et la disponibilité commerciale. Les défis comprennent le coût, essai, certification et intensification de la production. L'acceptation des consommateurs est un autre problème. Par exemple, l'industrie de la construction a une perception négative des organismes vivants. Pensez moule, moisissure, les araignées, fourmis et termites. Nous espérons changer cette perception. Les chercheurs travaillant sur des matériaux vivants doivent également répondre aux préoccupations concernant la sécurité et la biocontamination.

La National Science Foundation a récemment nommé les matériaux vivants artificiels l'une des principales priorités de recherche du pays. La biologie synthétique et les matériaux vivants modifiés joueront un rôle essentiel pour relever les défis auxquels les humains seront confrontés dans les années 2020 et au-delà :changement climatique, résilience aux catastrophes, des infrastructures vieillissantes et surchargées, et l'exploration spatiale.

Si l'humanité avait un paysage vierge, comment les gens construiraient-ils les choses ? Sachant ce que les scientifiques savent maintenant, Je suis certain qu'on ne brûlerait pas du calcaire pour faire du ciment, extraire du minerai pour faire de l'acier ou faire fondre du sable pour faire du verre. Au lieu, Je crois que nous nous tournerions vers la biologie pour nous aider à construire et à brouiller les frontières entre notre environnement bâti et le vivant, monde naturel.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.