Biocicatrisation : application à la réparation de mortiers âgés

Bio-healing: An application for the repair of aged mortars

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 : 9 Février 2015
Accepté : 12 Mars 2015

Résumé

La biocicatrisation constitue un moyen prometteur pour la réparation des grosses micro-fissures (de l’ordre de 250 μm). Ce système de réparation repose sur la capacité des bactéries à générer du carbonate de calcium, CaCO₃, afin de colmater les fissures. Le phénomène de biocicatrisation est complexe, faisant intervenir l’activité bactérienne, le milieu de culture nécessaire à la croissance bactérienne, la composition du matériau et les conditions environnementales (température et humidité). L’objectif de cette étude vise à élaborer un procédé de biocicatrisation tout en permettant de comprendre l’influence spécifique des différents paramètres d’influence. Elle nécessite dans un premier temps de mettre au point un milieu conduisant à une croissance optimale de la souche bactérienne étudiée, Bacillus pseudofirmus, et générant une quantité significative de carbonate de calcium. La suspension bactérienne obtenue est ensuite imprégnée dans des fissures carbonatées de l’ordre de 250 μm, créées dans des éprouvettes de mortier. L’efficacité de la biocicatrisation est estimée en mesurant l’évolution des ouvertures des fissures par des mesures de débit d’air. Les résultats obtenus ont montré que le milieu à base de lactate de calcium, de nitrate de calcium et d’extrait de levure en présence de Bacillus pseudofirmus confère au mortier une capacité de cicatrisation accrue pour des fissures de l’ordre de 250 μm, que les phénomènes abiotiques ne peuvent pas colmater. En effet, le taux apparent de cicatrisation est de plus de 70 % résultant de la formation d’une couche de cicatrisation de plus de 74 μm constituée de calcite mêlée à un biofilm.

Abstract

Bio-healing is a promising approach for repairing large micro-cracks (250 μm). This process uses bacteria to promote calcium carbonate formation in order to seal large micro-cracks. The phenomenon is complex, involving the bacterial activity, the cultural medium for bacterial growth, the material’s composition and the environmental conditions (temperature and moisture). The aim of this study is to design and study a bio-healing process to understand the specific effects of some key parameters. It initially requires to develop a medium for the optimal growth of the bacterial strain, Bacillus pseudofirmus, in order to produce a significant amount of calcium carbonate. The bacterial suspension is then used to impregnate carbonated cracks (about 250 μm) formed in mortar samples. The effectiveness of the bio-healing is assessed by measuring the evolution of the crack opening using air flow measurements. The results showed that a medium composed of calcium lactate, calcium nitrate, yeast extract and inoculated with Bacillus pseudofirmus can be used to improve the healing ability of large cracks (initial opening over 250 μm), which could not be sealed by the abiotic phenomenon. In fact, the apparent rate of healing was more than 70%, due to the formation of a layer of healing products having a thickness of more than 74 μm and containing calcite mixed with a biofilm.