Des bactéries capables de lier des grains de sable entre eux pour former un matériau solide : le phénomène est connu de longue date. Karen Antorveza Paez, qui vient de terminer son doctorat au Département d'architecture de l'ETH Zurich, s'en sert pour fabriquer des éléments d'architecture aux formes libres en combinant biominéralisation, impression 3D et robotique, selon un article d'ETH News publié le 14 octobre 2026.

Une « colle minérale » produite par des bactéries

Le point de départ est un constat : la fabrication du ciment figure parmi les plus grandes sources d'émissions de CO2 du secteur de la construction. Au lieu de cuire des roches à plus de 1000 °C, la chercheuse fait travailler des bactéries. « Nous utilisons des bactéries pour produire une sorte de colle minérale » (traduit de l'anglais), explique-t-elle.

Le procédé porte le nom de précipitation de calcite induite par voie microbiologique (MICP), ou plus simplement biocimentation. Combinées à du sable ou à d'autres grains solides, certaines bactéries provoquent la formation de carbonate de calcium, le minéral qui compose le calcaire. De minuscules cristaux de calcite se forment entre les grains et s'imbriquent les uns dans les autres : il ne s'agit pas d'une colle au sens classique, mais d'un réseau de cristaux qui retient mécaniquement les particules.

La méthode n'a rien de nouveau en soi. L'espèce utilisée, Sporosarcina pasteurii, est étudiée depuis de nombreuses années, par exemple pour stabiliser des sols meubles, et a servi dans la recherche sur le béton dit « autoréparant », où des spores bactériennes font se refermer les fissures. L'apport de la chercheuse tient à la façon de contrôler le processus pour en faire un matériau architectural à part entière, en réunissant deux domaines restés largement séparés : la biocimentation et la fabrication numérique.

Première méthode : imprimer, puis plonger dans un bain

Pour l'impression 3D de biociment, l'équipe a mis au point une « bio-encre » composée d'un gel à base d'eau, d'alginate et de xanthane, de sable et de bactéries vivantes. L'objet est ensuite immergé dans un bain d'urée et de chlorure de calcium. Les bactéries décomposent l'urée grâce à une enzyme, l'uréase, ce qui libère des ions carbonate et, comme sous-produit, de l'ammonium. Le carbonate et le chlorure de calcium de la solution s'associent pour former du carbonate de calcium, là où se trouvent les bactéries dans l'objet imprimé.

L'ensemble prend de deux à cinq jours selon la résistance visée, avec un bain de minéralisation renouvelé chaque jour pour que les bactéries ne manquent pas des substances nécessaires. L'objet sèche ensuite ; la structure est alors minéralisée et les bactéries ne sont plus actives. Aucune source de chaleur n'est utilisée. « C'est un peu comme cuire un gâteau » (traduit de l'anglais), résume la chercheuse : les bactéries y jouent le rôle du four. Un élément de façade a notamment été réalisé ainsi ; ce type d'élément peut servir de protection solaire ou de cloison, par exemple.

Seconde méthode : un bras robotisé qui construit par couches

La deuxième approche supprime le bain d'immersion. Un bras robotisé applique de manière répétée, l'un après l'autre, les bactéries, les substances de minéralisation et le sable sur une surface, qu'il fait croître en hauteur couche après couche. Le procédé s'inspire des stromatolithes, ces formations sédimentaires stratifiées qui apparaissent dans la nature lorsque des micro-organismes déposent des minéraux sur de longues périodes. Lors de la Biennale d'architecture de Venise 2025, il a fonctionné sans interruption pendant six mois. « Nous avons prouvé que l'ensemble du processus de biocimentation peut être automatisé » (traduit de l'anglais), affirme Karen Antorveza Paez.

Les deux méthodes sont complémentaires : l'impression vise plutôt des éléments architecturaux, la projection plutôt des surfaces. Elles n'en sont toutefois pas au même stade. Selon la chercheuse, le procédé de projection exige encore nettement plus de recherche sur ses propriétés mécaniques, notamment sur l'agencement des grains et du liant à l'intérieur de l'objet.

Les limites : ammonium, résistance, durabilité

Le premier point faible est environnemental. L'ammonium produit lors de la réaction est très nocif pour l'environnement, et la chercheuse travaille actuellement à une étude consacrée à l'impact environnemental de la biocimentation. « Si nous n'intégrons pas l'élimination de ce sous-produit chimique dans nos conceptions, alors utiliser le biociment dans la construction ne sera malheureusement pas une pratique si durable » (traduit de l'anglais), prévient-elle.

Le second tient à la performance. En l'état, reconnaît-elle, le biociment s'apparente davantage à un mortier qu'à du béton. La formule du béton, qui fixe la combinaison et les proportions des grains de chaque taille, est affinée depuis plus d'un siècle ; pour la biocimentation, ce travail ne fait que commencer. On sait que les bactéries peuvent en principe être combinées à certaines tailles de grains, mais la recherche n'a pas encore établi comment en tirer un matériau durable et aussi stable que possible. « La grande question n'est plus de savoir si le biociment fonctionne, mais dans quelle mesure on peut maîtriser ses propriétés » (traduit de l'anglais), conclut-elle.

Ce qui est établi, ce qui reste à démontrer

Démontré : la fabrication d'objets imprimés en biociment, dont un élément de façade, et, selon la chercheuse, l'automatisation complète du processus par projection robotisée. Encore à confirmer : l'intérêt de la biocimentation comme alternative moins gourmande en énergie que le ciment, jugée prometteuse mais dont le bilan dépend aussi du traitement de l'ammonium. Perspective : des éléments porteurs, encore lointains.

Les travaux ont été publiés en 2026 dans trois revues : NPJ Materials Sustainability (impression 3D de biociment), Architectural Intelligence (projection robotisée de biociment) et Biotechnology Design (conception de géométries poreuses imprimées). Benjamin Dillenburger et André R. Studart figurent parmi les cosignataires.

Sources