À l’ETH Zurich, la chercheuse Karen Antorveza Paez explore une façon inattendue de bâtir : laisser des bactéries assembler le sable pour créer des éléments d’architecture. Ses travaux, menés au sein des groupes Digital Building Technologies et Complex Materials, s’appuient sur un processus appelé biocimentation, qui consiste à faire précipiter du carbonate de calcium entre les grains de sable.
Le mécanisme porte le nom de précipitation de calcite induite par des microorganismes, ou MICP. La bactérie utilisée est Sporosarcina pasteurii, qui produit une enzyme, l’uréase. Celle-ci déclenche une réaction chimique qui forme des cristaux de carbonate de calcium, lesquels cimentent les grains entre eux. Le résultat est une matière minérale qui se solidifie progressivement, sans recours à la cuisson à haute température qui caractérise la fabrication du ciment classique.
L’équipe combine cette approche biologique avec l’impression 3D et la fabrication robotisée. Une première méthode repose sur l’impression d’une bio-encre composée de sable, de bactéries vivantes et d’un gel d’alginate et de xanthane. Les objets imprimés sont ensuite immergés dans un bain d’urée et de chlorure de calcium. Le durcissement prend deux à cinq jours à température ambiante, sans apport de chaleur extérieure, une solution fraîche étant fournie chaque jour. Les chercheurs ont ainsi réalisé un élément de façade, pouvant servir de brise-soleil ou de cloison.
Une seconde méthode fait intervenir un bras robotisé qui dépose, couche après couche, du sable, des bactéries et des substances favorisant la minéralisation. Cette démarche s’inspire des stromatolithes, ces formations rocheuses sédimentaires d’origine microbienne. Le projet, présenté à la Biennale d’architecture de Venise 2025 sous le titre Geological Microbial Formations, a donné lieu à un processus robotisé d’environ six mois pendant la durée de l’exposition.
Au-delà de l’aspect expérimental, la biocimentation suscite un intérêt environnemental. Elle pourrait éviter les émissions liées à la production de ciment à haute température, dont l’industrie du béton est un important émetteur. Mais la réaction libère de l’ammonium, un composé qui doit être maîtrisé. C’est précisément sur cet impact environnemental, ainsi que sur les solutions de traitement des déchets, que la chercheuse travaille actuellement.
Le matériau obtenu se rapproche davantage du mortier que du béton, et son usage porteur reste incertain. La taille des grains de sable et la nature des liaisons minérales influencent sa résistance et sa durabilité, deux points qui font toujours l’objet d’études. Pour l’heure, l’approche demeure une piste de recherche, dont la portée pratique dépendra des résultats à venir.