L’impression 3D de bactéries pour créer des composites ressemblant à l’os

Nous avons déjà vu d’étranges matières être utilisées comme matériau d’impression 3D – on pense par exemple à du chocolat, du café ou encore des cendres…Mais qu’en est-il des bactéries ? C’est ce que des chercheurs de l’EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) ont fait dans le cadre d’un projet récent. Plus précisément, ils ont publié une méthode d’impression 3D avec une encre contenant une bactérie productrice de carbonate de calcium. Le biocomposite qui en résulte a un certain nombre d’applications intéressantes. Il serait solide, léger et respectueux de l’environnement.

Ce n’est certainement pas la première fois que des scientifiques se tournent vers la Nature pour trouver des solutions pour la fabrication additive. En fait, le biomimétisme, ou la pratique consistant à imiter la vie, est populaire dans le domaine de l’impression 3D car il permet d’optimiser les pièces, comme dans le cas des structures en treillis qui imitent les ruches d’abeilles. Ce projet repose sur un raisonnement similaire. Les chercheurs se sont tournés vers la nature, qui est capable de produire des matériaux composites à la fois légers et solides, poreux et rigides (ce qui est pratiquement impossible à réaliser en laboratoire ou en usine), comme les coquilles de mollusques ou les os. À terme, ils espèrent produire des matériaux dotés de ces propriétés tout en étant respectueux de l’environnement. Avec cette encre imprimable en 3D, ils y sont parvenus.

Impression 3D de bactéries pour créer de meilleurs composites

Dans l’article publié dans Materials Today, 3D printing of living structural biocomposites, des chercheurs du laboratoire des matériaux souples de l’EFPL expliquent comment ils sont parvenus à créer ce processus. Ils ont développé une encre imprimable en 3D en utilisant la bactérie Sporosarcina pasteurii. Cette bactérie a été choisie parce qu’elle possède une capacité intéressante : lorsqu’elle est exposée à une solution contenant de l’urée, un processus de minéralisation produisant du carbonate de calcium (CaCO3) est déclenché. La nouvelle encre, baptisée BactoInk, est capable d’imprimer pratiquement n’importe quelle forme et de se minéraliser au bout de quelques jours.

Le choix d’utiliser une encre qui se minéralise est dû à la nécessité de contourner les problèmes souvent liés à l’impression 3D avec des encres (à savoir qu’elles peuvent être difficiles à gérer car elles nécessitent certaines conditions d’écoulement et ont également tendance à être molles ou à rétrécir après l’impression). Esther Amstad, responsable du laboratoire des matériaux mous, explique : « Nous avons donc trouvé une astuce simple : au lieu d’imprimer des minéraux, nous avons imprimé un échafaudage polymère à l’aide de notre encre BactoInk, qui est ensuite minéralisée dans une deuxième étape distincte. Après environ quatre jours, le processus de minéralisation déclenché par les bactéries présentes dans l’échafaudage aboutit à un produit final dont la teneur en minéraux est supérieure à 90 %. »

Le résultat est un biocomposite solide et résistant qui peut même être produit à l’aide d’une imprimante 3D standard. De plus, les produits finaux ne contiennent plus de bactéries vivantes. Le matériau est également particulièrement intéressant parce qu’il est non seulement solide et léger, mais aussi poreux, ce qui peut être assez difficile à réaliser avec la fabrication additive.

Les chercheurs ont déjà esquissé un certain nombre d’applications pour le matériau dans différents domaines. L’une d’entre elles est bien sûr la restauration d’œuvres d’art, car l’encre pourrait être directement injectée sur le site et se développer pour s’adapter à la fissure ou à l’ébréchure. Mais grâce à l’utilisation de matériaux respectueux de l’environnement, il pourrait également être très intéressant pour la construction de coraux artificiels afin de régénérer les récifs marins endommagés, un problème environnemental pressant.

Amstad conclut : « La polyvalence du procédé BactoInk, combinée au faible impact environnemental et aux excellentes propriétés mécaniques des matériaux minéralisés, ouvre de nombreuses possibilités pour la fabrication de composites légers et résistants qui s’apparentent davantage aux matériaux naturels qu’aux composites synthétiques actuels. » Si vous souhaitez en savoir plus, vous pouvez consulter l’étude complète ICI.

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*Crédits de toutes les photos : Eva Baur/EPFL