Des millions de tonnes de plastique sont jetées chaque jour, et pour la plupart, il existe peu d'options pour le recyclage conventionnel. Mais ce matériau pourrait bientôt trouver une nouvelle utilisation bénéfique grâce aux microbes exploités par les scientifiques de la Montana State University.

Dans une étude récente, des chercheurs du Norm Asbjornson College of Engineering de MSU ont découvert que du plastique traité avec certaines bactéries pouvait être ajouté au béton en quantités importantes sans compromettre la résistance du matériau structurel. L'étude a été publiée dans la revue Matériaux .

"C'est vraiment excitant, " a déclaré Cecily Ryan, co-auteur de l'étude, professeur adjoint au Département de génie mécanique et industriel. "Ces premiers résultats sont très encourageants alors que nous envisageons des applications potentielles."

Typiquement, l'ajout de plastique ou d'un autre matériau de remplissage perturbe le mélange de sable, des agrégats et du ciment qui confèrent au béton, le matériau de construction le plus utilisé au monde, sa capacité à se lier et à supporter de lourdes charges. Mais l'équipe de MSU a découvert que l'utilisation de bactéries pour recouvrir le plastique d'une fine couche minérale lui permettait de mieux se lier au ciment. Les échantillons de béton contenant jusqu'à 5 % de plastique traité aux bactéries avaient pratiquement la même résistance que le béton traditionnel, selon l'étude.

"Ce 5% est vraiment une grosse augmentation par rapport à ce qui était autorisé jusqu'à présent, " a déclaré Chelsea Heveran, professeur assistant en génie mécanique et industriel. "Nous avons été surpris par l'ampleur de l'effet."

Parce que le béton est utilisé si largement et dans des volumes si élevés, remplacer même 5% de celui-ci pourrait entraîner une réutilisation massive du plastique, a noté Heveran. Et parce que le béton est si énergivore à fabriquer, la charge plastique pourrait réduire considérablement les émissions de dioxyde de carbone, elle a dit. Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement, la production de béton est l'une des plus grandes sources industrielles du pays de gaz altérant le climat.

Au Centre d'ingénierie des biofilms de MSU, les chercheurs ont immergé le plastique dans une solution à base d'eau contenant la bactérie inoffensive Sporosarcina pasteurii, qui pousse sur les surfaces pour former ce qu'on appelle le biofilm. Les microbes, laissé dans la solution pendant 24 à 48 heures, consommé du calcium et de l'urée ajoutés - une substance à base d'azote largement utilisée dans les engrais - pour donner au plastique un mince, enduit blanc de calcite, le minéral dur qui constitue le calcaire. Le plastique a ensuite été mélangé dans de petits cylindres de béton qui ont été écrasés avec un équipement spécialisé pour mesurer leur résistance.

Bien que les chercheurs aient commencé avec du plastique n ° 1 ébréché que l'on trouve couramment dans les bouteilles d'eau jetables, après le succès initial, ils ont obtenu un résultat similaire avec un mélange de plastique n ° 3-7, qui est utilisé dans une variété de conteneurs mais n'est pas accepté dans la plupart des installations de recyclage.

"C'est vraiment excitant que nous ayons obtenu ce résultat avec le mélange de plastiques qui ne sont généralement pas recyclables, " a déclaré Adrienne Phillips, professeur agrégé au Département de génie civil, qui a utilisé les mêmes bactéries formatrices de minéraux pour sceller de minuscules, fissures difficiles à atteindre profondément sous terre dans les puits de pétrole et de gaz qui fuient.

L'étape suivante consiste à étudier la durabilité à long terme du matériau ainsi que la manière dont le processus pourrait être étendu afin que le matériau puisse être fabriqué en quantités utilisables, dit Phillips. Les chercheurs se sont associés à Frank Kerins, professeur agrégé au Jake Jabs College of Business and Entrepreneurship, pour commencer à explorer des applications commerciales.

L'étude est née d'une recherche au cours de l'été 2019 dans laquelle deux enseignants du secondaire, Kendra Lunday de Capital High School à Helena et Hakan Armagan d'Omaha, Nebraska, visité MSU dans le cadre du programme Research Experience for Teachers de la National Science Foundation. Le duo a testé une variété de matériaux de remplissage de béton, y compris la paille et d'autres biomasses agricoles.

Armagan et Monday ont été les principaux contributeurs à l'étude, qui était également « fortement animée par des étudiants de premier cycle talentueux, " dit Heveran. En plus des deux professeurs de lycée, les co-auteurs de l'article incluent le boursier McNair Michael Espinal, un senior spécialisé en génie mécanique; l'étudiant au doctorat en ingénierie Seth Kane; et Abby Thane, chef de laboratoire au Centre d'ingénierie des biofilms.

"Qu'est-ce qu'il y a de si cool dans ce projet, " Heveran a dit, "est que nous utilisons des micro-organismes pour apporter juste un petit changement à un matériau commun, mais cela pourrait avoir un grand avantage sociétal."