Les composites polymères sont durables, remplacements légers pour le bois, métal ou d'autres matériaux et sont largement utilisés dans tout, des pipelines et des poteaux électriques aux avions et aux voitures.

La recherche à l'Université du Wisconsin-Madison jette un nouvel éclairage sur la façon dont les bactéries courantes peuvent dégrader ces matériaux.

"De nombreuses études se sont concentrées sur la façon dont ces matériaux polymères réagiraient aux conditions environnementales telles que la température, l'humidité ou la lumière ultraviolette, " dit Pavana Prabhakar, un professeur UW-Madison de génie civil et environnemental. "Ils ont rarement été étudiés dans le contexte des interactions microbiennes."

Prabhakar et ses collaborateurs ont identifié quatre groupes bactériens qui ont des interactions néfastes avec l'acrylate, les esters et le bisphénol que l'on trouve couramment dans les composites polymères. Le groupe, comprenant le professeur de bactériologie UW-Madison Karthik Anantharaman et Adam Breister et Muhammad Imam, un technicien de recherche et un chercheur post-doctorant dans les laboratoires Anantharaman et Prabhakar, respectivement — ont publié leurs découvertes récemment dans la revue Supports de communication .

La recherche sur les micro-organismes interagissant avec les composites polymères s'est concentrée sur des types individuels de microbes cultivés qui ne sont pas nécessairement communs dans les environnements naturels, selon Prabhakar. Au lieu, elle et Anantharaman ont étudié les microbes trouvés plus fréquemment dans la nature.

« Nous voulions examiner l'ensemble de la communauté diversifiée de microbes qui existe dans l'environnement pour voir leur impact sur nos composites polymères, " dit Prabhakar.

La façon dont les bactéries affectent ces matériaux peut varier, dit Anantharaman. Certaines bactéries se nourrissent directement des matériaux pour les consommer sous forme de composés carbonés. D'autres types de bactéries produisent de l'hydrogène et des gaz de sulfure d'hydrogène dans les composites, ce qui peut affaiblir l'intégrité structurelle.

"Ce que nous avons observé, c'est qu'aucun organisme ne dégrade les trois matériaux :l'acrylate, esters et bisphénol—en même temps, " dit Anantharaman. " Chacun affecte un type de matériau, mais en interagissant, ils peuvent dégrader l'ensemble du composite beaucoup plus rapidement."

Prabhakar et Anantharaman ont utilisé la métagénomique, qui récupère une large gamme de matériel génétique directement à partir d'échantillons environnementaux, pour sonder les micro-organismes qui vivent à la surface des composites polymères en milieu naturel. Prabhakar dit que c'est la première fois que la technique est utilisée de cette manière et qu'elle a fourni un énorme avantage pour étudier des communautés microbiennes entières en même temps.

Par conséquent, la recherche jette les bases d'études futures. Par exemple, si les chercheurs veulent étudier l'impact du microbiome sur les composites polymères sous l'eau ou dans les canalisations d'évacuation, ils peuvent utiliser la plateforme et les méthodes du duo pour mieux comprendre les interactions dans ces contextes.

Prabhakar, dont les travaux sont financés par l'Office of Naval Research, dit que l'étude peut également aider les ingénieurs structurels à comprendre les facteurs de stress environnementaux des matériaux composites polymères et comment les concevoir pour résister à la dégradation microbienne. Elle souhaite mener d'autres recherches pour déterminer comment le microbiome peut, par exemple, créer des microfissures.

"À l'heure actuelle, nous regardons la dégradation globale du matériau, " dit Prabhakar, le Charles G. Salmon Fellow of Structural Engineering. "Mais peuvent-ils provoquer des facteurs de stress localisés en plus d'autres facteurs de stress qui existent dans l'environnement? C'est quelque chose que nous continuerons à examiner."