La maintenance des ouvrages en matériaux cimentaires fissurés a un coût économique et
environnemental considérable, les méthodes de traitement actuelles étant polluantes et d’une
efficacité limitée à long terme. La biocicatrisation, reposant sur la formation d’un dépôt de carbonate
de calcium d’origine bactérienne au sein des fissures du matériau, est une alternative durable et
écologique aux résines synthétiques. Cette thèse a pour objectif de créer une méthode de
biocicatrisation de fissures d’ouvertures comprises entre 150 et 500 μm, en optimisant sa mise en
oeuvre pour une utilisation commerciale. Cette méthode repose sur l’injection de bactéries dans les
fissures, par le biais d’un milieu épaissi favorisant la précipitation de CaCO3 biosourcé. Pour ce faire, ce
travail de thèse repose sur trois axes. Dans un premier temps, le milieu épaissi est créé puis ses
propriétés rhéologiques sont optimisées à l’aide de mesures rhéologiques et d’essais d’injection dans
des éprouvettes de mortier fissurées. Dans un deuxième temps, l’effet de l’épaississement du milieu
sur la croissance de B. pseudofirmus et sur la bioproduction de carbonate de calcium est évalué. Enfin,
des essais de biocicatrisation sont conduits en conditions contrôlées et en milieu extérieur sur des
matériaux fissurés afin de vérifier le potentiel de cette méthode à différentes échelles allant de
l'éprouvette de mortier à la dalle de béton. Les essais réalisés ont permis de formuler une suspension
thixotropique et rhéofluidifiante en combinant deux épaississants, le Welan et l’Attagel. Cette
suspension peut être injectée efficacement et sans drainage dans des fissures de 150 à 800 μm
d’ouverture. L’ajout d’épaississants n’a pas d’impact sur la croissance de B. pseudofirmus et augmente
la production de carbonate de calcium par les bactéries. Les essais de biocicatrisation ont démontré
que l’utilisation de milieu épaissi contribue durablement au colmatage des fissures en formant un film
solide lors de son séchage, et constitue un support au sein duquel les bactéries peuvent réaliser le
processus de biocicatrisation malgré les fortes contraintes imposées par une utilisation in situ. A
l’issue du traitement de biocicatrisation, la production de CaCO3 au sein des fissures par la souche
bactérienne d’étude, B. pseudofirmus, a pu être démontrée par des observations microscopiques
(MEB). Les essais menés au cours de ce projet ont permis de mettre au point une méthode de
biocicatrisation ayant un potentiel pour une utilisation commerciale, se démarquant par sa facilité
d’emploi et le cumul entre colmatage abiotique et biologique. / Abstract : Maintenance of cracked cementitious materials comes at a high environmental and economic
cost, as current reparation technologies are polluting and lack long-term durability. Bio-healing, which
relies on the clogging of cracks with bacterial calcium carbonate, is a durable and environmentfriendly
alternative to synthetic resins. Indeed, calcium carbonate, calcite in particular, is a long-lasting
material, and bacterial activity does not require the use of any toxic chemicals. Based on a previous
study proving the bio-healing potential of the bacteria Bacillus pseudofirmus under controlled
conditions, this project aims to design a bio-healing method allowing to repair cracks from 150 to 500
µm wide and fitting commercial use. This method relies on the injection of bacteria in cracks, using a
thickened medium which enhances CaCO3 bioproduction.
To achieve this goal, the work was organized according to three phases. The first phase is to
create and characterize the thickened medium through rheological measurements and injection tests
in cracked mortars. For the second phase, the effect of the thickened medium on bacterial growth and
bioproduction of CaCO3 is assessed through growth experiments. For the third phase, bio-healing tests
are performed in a controlled environment and outdoors on cracked materials in order to confirm the
potential of this method for commercial use, for lab and pilot scales.
During the rheological experiments, we created a thixotropic and shear-thinning suspension
using two thickeners in combination, Welan and Attagel. This suspension can be efficiently injected
into 150 and 800 µm wide cracks without post-injection drainage. Adding thickeners does not alter
bacterial growth, and increases CaCO3 bioproduction. Biocicatrisation tests revealed that the use of a
thickened suspension contributes to sealing of cracks as it dries to form a solid film inside the cracks,
and embed the bacteria so they could precipitate significant amounts of CaCO3 despite the constraints
of in situ conditions. At the end of the bio-healing treatment, the strain B. pseudofirmus has been
proven to precipitate CaCO3 through SEM observations. The experiments which have been performed
during this PhD led to the creation of a bio-healing method which holds a true potential for
commercial use, as it is particularly easy to use and combines biotic and abiotic sealing of the cracks.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/11843 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Feurgard, Ivan |
| Contributors | Gagné, Richard, Lors, Christine |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse |
| Rights | © Ivan Feurgard |
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