L’humanité dépend des bactéries depuis des siècles. De la fermentation à l’agriculture, en passant par la fabrication de vaccins et le génie génétique, les souches bactériennes ont trouvé de nombreuses applications industrielles et de la vie de tous les jours.
Dans un avenir proche, elles pourraient contribuer à la fabrication de briques résistantes pour construire des habitats à la surface de la Lune.
Une équipe indienne a mis au point un procédé utilisant des bactéries pour fabriquer des structures résistantes semblables à des briques, capables de résister à l’atmosphère hostile de la Lune. Cette approche est remarquable, car elle utilise le sol lunaire comme matériau de base. Ou, selon les termes de la NASA, il s’agit d’une utilisation des ressources in situ.
Résoudre un problème critique
L’un des plus grands défis dans la quête visant à construire une colonie pour l’humanité loin de la Terre consiste à transporter tous les matériaux et équipements nécessaires vers un corps lointain. Selon Jennifer Edmunson, responsable par intérim du programme Centennial Challenges de la NASA, un vol entre la Terre et la Lune peut coûter entre 1 et 1,12 million de dollars par kilogramme de fret.
Pour éviter cela, la NASA a activement exploré des idées in situ qui permettent d’exploiter les matériaux disponibles localement sur la Lune, et même sur Mars. S’appuyant sur cette approche, une équipe d’experts de l’Institut indien des sciences et de l’Organisation indienne de recherche spatiale a mis au point une méthode pour créer ce qu’ils appellent des « briques spatiales ».
Le matériau de base utilisé pour fabriquer ces briques est le sol lunaire, combiné à de l’urine (source d’urée) et à des graines de guar, une plante couramment cultivée en Inde et utilisée pour produire une poudre épaississante appelée gomme de guar. Cet extrait végétal est utilisé sous forme de poudre comme additif pour renforcer la résistance du matériau.
La recette secrète
C’est là qu’interviennent les bactéries, une espèce appelée Sporosarcina pasteurii. Elles combinent le calcium et l’urée présents dans les matériaux de construction pour créer des cristaux de carbonate de calcium qui comblent les fissures qui se forment au fil du temps dans la brique. « Le produit final obtenu après quelques jours d’incubation s’est révélé très résistant et facile à travailler », explique l’équipe.
De manière générale, ce processus est appelé « bio-cimentation », tandis que le processus de réparation est connu sous le nom de « précipitation de carbonate de calcium induite par des micro-organismes ». Selon un article publié dans la revue Frontiers, la réparation bactérienne peut prolonger la durée de vie fonctionnelle des briques lunaires à la surface de la Lune.
Il est intéressant de noter que ce n’est pas la première fois que l’urine, ou les espèces bactériennes susmentionnées font leur apparition dans la recherche spatiale. Des experts de l’université de Manchester ont créé un matériau appelé AstroCrete qui combine essentiellement de la terre martienne avec de l’urine et du sang d’astronautes. Ce matériau biocomposite s’est avéré presque aussi résistant que le béton.
En ce qui concerne l’espèce bactérienne, il s’agit d’une bactérie particulière, dont les propriétés renforçantes ont déjà été démontrées dans le cadre de projets terrestres. Lors d’une conférence TED, Magnus Larsson a présenté une méthode primée consistant à utiliser des bactéries pour créer des dunes solides et empêcher l’expansion du désert du Sahara. Ginger Krieg Dosier, professeur adjoint à l’Université américaine de Sharjah, a également mis au point une méthode de production de biobriques à partir de la même espèce bactérienne, d’urine et de sable.
Le rôle principal de Sporosarcina pasteurii est de produire du carbonate de calcium, considéré comme extrêmement compatible avec les composants du béton. Lorsque des fissures apparaissent dans le béton, la matière bactérienne déclenche la formation de carbonate de calcium qui comble les fissures et les colmate.
Dans un autre article publié dans le journal PLOS, l’équipe a testé une autre espèce bactérienne appelée Bacillus velezensis. Elle est environ dix fois moins chère et, lors des tests en laboratoire, elle a produit deux fois plus de matériau de remplissage des fissures.
Le pouvoir des haricots
Les suppléments de calcium sont recommandés par les médecins du monde entier pour renforcer la solidité et la croissance des os. Dans la nature, le rôle du calcium dans les minéraux n’est pas très différent. Les équipes de chercheurs ont commencé leurs travaux sur les briques spatiales à partir de bactéries, d’urée et de calcium. Le matériau de base était un simulant de sol lunaire, riche en silicium, carbone, oxygène et aluminium.
La gomme de guar, extraite des graines de guar, joue un rôle crucial dans la fabrication des matériaux de construction en raison de son rôle d’additif polymère. En effet, selon l’article publié dans la revue Ceramics International, cette gomme organique a multiplié par près de six la résistance des briques.
« Lors d’expériences indépendantes menées dans des conditions de laboratoire, il a été observé que la gomme de guar accélère à la fois la croissance bactérienne et l’activité liée au carbonate de calcium induite par des micro-organismes », indique l’article de recherche. Un autre aspect impressionnant de ces briques spatiales est qu’elles sont assez faciles à usiner et peuvent être façonnées librement pour s’adapter aux besoins de la construction.
Un simple tour suffit pour façonner le matériau, ce qui permet de réaliser facilement des conceptions emboîtables et de réduire les contraintes liées à l’utilisation de moules spécialisés. L’équipe espère désormais fabriquer des briques plus grandes et passer à une production à plus grande échelle, au-delà des laboratoires. L’objectif sera désormais de renforcer les briques afin qu’elles puissent résister à l’activité sismique à la surface de la Lune.
Il est intéressant de noter que la même équipe travaille également sur une stratégie similaire utilisant des bactéries pour fabriquer des briques à partir du sol martien. Le véritable défi sera bien sûr de transporter les machines capables de récolter le régolite lunaire et de le transformer en briques spatiales. Espérons que la mission Artemis marquera le retour de l’âge d’or de l’humanité sur la Lune et ouvrira la voie à des colonies permanentes.
