Traitement de mortiers fissurés par biocicatrisation : vers une évaluation quantitative de l’efficacité bactérienne

Cracked mortars’ treatment by biohealing: toward a quantitative assessment to the bacterial efficiency

¹ Centre de recherche sur les infrastructures en béton (CRIB), Université de Sherbrooke, 2500 boulevard de l’Université, J1K2R1 Sherbrooke, Québec, Canada
² École Nationale Supérieure des Mines de Douai, LGCgE-GCE, 941 rue Charles Bourseul, 59508 Douai, France
christine.lors@mines-douai.fr
³ Université Lille Nord de France, Lille, France

Reçu : 23 Décembre 2013
Accepté : 21 Mars 2014

Résumé

Pour accélérer le processus naturel d’autocicatrisation et pour parvenir à cicatriser complètement des fissures larges (>150 μm), la biocicatrisation semble être l’un des moyens les plus prometteurs. L’objectif principal de cette recherche est de mieux comprendre les mécanismes de la biocicatrisation des matériaux cimentaires pour pouvoir accélérer la cinétique et maximiser l’efficacité du colmatage des fissures relativement importantes. L’approche de biocicatrisation étudiée consiste à imprégner les fissures à l’aide d’un milieu de culture (milieu précurseur) inoculé avec une souche bactérienne spécifique. L’objectif de ce travail est d’étudier la cicatrisation de micro-fissures bien définies sur des mortiers soumis à des mécanismes de cicatrisation de plus en plus complexes. Dans un premier temps, les mortiers fissurés sont soumis à l’autocicatrisation naturelle, puis à une solution de précurseur (lactate de calcium) et finalement à un milieu de culture renfermant une souche bactérienne. Avant cette dernière étape, une part importante de l’étude vise à évaluer la cinétique de croissance de la souche bactérienne utilisée : Bacillus pseudofirmus. Des éprouvettes de mortier (E/C = 0,485) ont été soumises à une fissuration contrôlée à l’aide d’un coeur expansif. La cinétique de cicatrisation est évaluée à l’aide d’une cellule de perméabilité à l’air qui permet de mesurer l’évolution, au cours du temps (1, 3 et 6 mois de conservation à 23 °C et 100 % H.R.) de l’ouverture apparente des fissures. La cicatrisation est globalement plus rapide et plus complète lorsque les fissures sont imprégnées d’une solution de lactate de calcium immédiatement après la fissuration. C’est principalement la cicatrisation des grosses fissures (>150 μm) qui est nettement meilleure en présence du précurseur. Toutes les surfaces internes des fissures imprégnées de lactate de calcium sont entièrement recouvertes d’ettringite. B. pseudofirmus est capable de se développer dans des milieux ayant un pH compris entre 7,5 et 10,6. Cette gamme de pH correspond au pH d’un béton de surface carbonaté/lixivié mais aussi du béton d’une fissure qui a commencé à être autocicatrisée. Cette souche est capable d’utiliser le lactate de calcium comme source carbonée, mais nécessite la présence d’un autre substrat nutritif comme l’extrait de levure ou le milieu Nutrient Broth. Ces résultats constituent les bases nécessaires au développement d’une méthodologie de biocicatrisation de mortiers fissurés.

Abstract

Bio-healing is a promising approach to enhance natural self-healing and thus to completely heal large micro-cracks (>150 μm) in cementitious materials. The aim of this research is to better understand bio-healing of cementitious materials in order to accelerate the healing kinetics and to maximize sealing efficiency of large micro-cracks. The bio-healing approach generally consists in soaking micro-cracks in culture medium containing a specific bacterial strain and precursors. The aim of this work is to study the healing of well defined micro-cracks on mortars subjected to more and more complex healing mechanisms. First cracked mortars were subjected to natural self-healing, then to a precursor solution (calcium lactate) and finally to the culture medium containing a bacterial strain. Before this last step, an important part of this study aimed at assessing the growth kinetics of the used bacterial strain: Bacillus pseudofirmus. Mortars specimens (W/C = 0.485) were submitted to a controlled cracking at 28 days (under sustained load) using a mechanical expansive core. The healing kinetics was evaluated from air-flow measurements that were used to compute the evolution, over time, of the apparent crack opening (1, 3 and 6 months of conservation at 23 °C and 100% R.H.) Self-healing was globally faster and more complete when cracks are soaked in calcium lactate solution just after the cracking. Thus the precursor solution significantly improved the healing kinetics of the larger micro-cracks (>150 μm). Bacillus pseudofirmus grows rapidly in pH values between 7.5 and 10.6, which are the pH of a carbonated or leached concrete surface. This strain is able to decompose lactate as a carbon source but need another nutrient like Nutrient Broth or yeast extract. These results are a first step toward the development of a bacterial repair methodology.