Des chercheurs du Worcester Polytechnic Institute (WPI) utilisent une enzyme présente dans les globules rouges pour créer un béton auto-cicatrisant quatre fois plus durable que le béton traditionnel. prolongeant la durée de vie des structures à base de béton et éliminant le besoin de réparations ou de remplacements coûteux. L'oeuvre, publié dans la revue à comité de lecture Matériaux appliqués aujourd'hui , utilise une enzyme qui réagit automatiquement avec le dioxyde de carbone atmosphérique (CO 2 ) pour créer des cristaux de carbonate de calcium, qui imitent le béton dans la structure, force, et autres propriétés, et peut remplir les fissures avant qu'elles ne causent des problèmes structurels.

"L'utilisation mondiale du béton est omniprésente, " dit Nima Rahbar, professeur agrégé de génie civil et environnemental et auteur principal de l'article. Le béton est le matériau de construction artificiel le plus utilisé dans le monde :c'est un élément essentiel dans tout, des ponts aux immeubles de grande hauteur, maisons familiales, trottoirs, et garages de stationnement. Mais le béton est cassant et sujet à la fissuration à cause de l'exposition à l'eau, changements thermiques, stress, sel de voirie, défauts de conception, et d'autres facteurs qui peuvent entraîner une perte d'intégrité structurelle et le besoin de réparations ou de remplacements coûteux.

« Si de minuscules fissures pouvaient être réparées automatiquement lors de leur premier démarrage, ils ne se transformeront pas en problèmes plus graves nécessitant une réparation ou un remplacement. Ça sonne de la science-fiction, mais c'est une vraie solution à un problème important dans l'industrie de la construction."

Inspiré par le processus de CO 2 transfert dans la nature, les recherches de Rahbar, qui a déjà reçu un financement du Massachusetts Clean Energy Center (MassCEC), utilise l'anhydrase carbonique (AC), une enzyme présente dans les globules rouges qui transfère rapidement le CO 2 des cellules à la circulation sanguine. L'enzyme CA, qui est ajouté à la poudre de béton avant son mélange et sa coulée, agit comme un catalyseur qui provoque le CO atmosphérique 2 pour créer des cristaux de carbonate de calcium, dont la matrice est similaire à celle du béton. Lorsqu'une petite fissure se forme dans le béton enzymatique, l'enzyme à l'intérieur du béton se connecte au CO 2 dans l'air, déclenchant la croissance d'une nouvelle matrice qui comble la fissure.

"Nous nous sommes tournés vers la nature pour trouver ce qui déclenche le CO le plus rapide 2 transfert, et c'est l'enzyme CA, " dit Rahbar, qui fait des recherches sur le béton auto-cicatrisant depuis cinq ans. "Comme les enzymes de notre corps réagissent étonnamment vite, ils peuvent être utilisés comme un mécanisme efficace pour réparer et renforcer les structures en béton."

Le processus, que Rahbar a breveté, peut cicatriser les fissures millimétriques en 24 heures.

Le document de recherche, intitulé "Un matériau cimentaire auto-cicatrisant enzymatique, " a été publié dans Matériaux appliqués aujourd'hui , une revue à comité de lecture axée sur les applications de pointe de nouveaux matériaux. Les co-auteurs sont Suzanne Scarlata, professeur de chimie et biochimie; Jessica Rosewitz, ancien doctorat étudiant et maintenant instructeur adjoint en génie ; et Ph.D. étudiant Shuai Wang.

L'équipe a développé une approche à trois volets qui comprend un mélange de béton qui, lorsqu'il est utilisé pour construire une structure, réparera de manière autonome les petites fissures qui se forment ; un mélange qui peut induire une auto-guérison dans des fissures ou des trous plus grands; et un processus qui peut être appliqué au béton traditionnel pour réparer les fissures.

Pour réparer une fissure ou un trou plus gros, Rahbar a dit calcium et CO 2 peut être appliqué pour stimuler la guérison autonome. Le même mélange peut être utilisé, mais avec un processus de candidature différent, pour initier la cicatrisation dans le béton traditionnel déjà pris.

« La cicatrisation du béton traditionnel déjà utilisé est extrêmement bénéfique, trop, et contribuera à réduire le besoin de produire et d'expédier du béton supplémentaire, qui a un impact environnemental énorme, " dit Rahbar.

Le béton est un contributeur important au CO 2 émissions, gaz à effet de serre qui contribuent au changement climatique. Selon un rapport de 2018 de Chatham House, un institut politique dont le siège est à Londres, chaque année plus de 4 milliards de tonnes de ciment sont produites, représentant environ 8 pour cent du CO mondial 2 émissions. Prolonger sa durée de vie pourrait réduire les émissions de CO nocives pour l'environnement 2 émissions dans le monde.

Les chercheurs ont longtemps cherché à développer des procédés pour stimuler le béton à se guérir et empêcher les petites fissures de se développer en de plus grandes fissures ou trous pour aider le matériau à conserver sa résistance, étanchéité à l'eau, et durabilité. Rahbar prédit que le béton auto-cicatrisant pourrait prolonger la durée de vie d'une structure de 20 ans, par exemple, à 80 ans.

D'autres recherches sur la création de béton auto-cicatrisant se sont concentrées sur l'ajout de microbes et de Bacillus megaterium, une bactérie sporulée qui produit une enzyme qui est expulsée dans le mélange de béton. Rahbar a choisi d'utiliser des enzymes directement au lieu de bactéries, notant que les bactéries sont plus chères et agissent plus lentement - il faut jusqu'à un mois pour guérir une fissure de 10 microns que les enzymes peuvent guérir en 24 heures - et des problèmes de santé potentiels à long terme liés à leur utilisation suscitent des inquiétudes.