Récifs coralliens imprimés en 3D : panorama des projets visant à restaurer la biodiversité
Les récifs coralliens sont parmi les plus anciens écosystèmes riches en espèces animales et végétales au monde. Ils sont peuplés de milliers d’organismes, coraux, poissons, et représentent un véritable temple de la biodiversité. De plus, dans de nombreuses régions du monde, ils constituent un moyen de subsistance pour des centaines de millions de personnes grâce aux activités générées par l’alimentation et l’économie. Cependant, ils sont aujourd’hui gravement menacés, principalement en raison du changement climatique, mais aussi des menaces locales telles que la pêche, la destruction de l’habitat et la pollution.
On estime que plus de 50% des coraux pourraient avoir disparu dans les 30 prochaines années, et les coraux sont répertoriés comme « hautement menacés » par la Convention sur la diversité biologique. Depuis quelques années, la fabrication additive et les technologies 3D sont utilisées par les entreprises, les institutions, les organisations internationales et les centres de recherche car elles apportent une solution concrète à ce problème. Des résultats importants et encourageants sont obtenus en imprimant en 3D des récifs coralliens artificiels ou en utilisant des technologies de fabrication additive pour la préservation de la biodiversité dans les océans. Nous avons répertorié ici quelques-uns des projets les plus intéressants de ces dernières années où les technologies 3D ont été utilisées pour préserver la biodiversité marine.
D-Shape et le projet de préservation de la baie de Hong Kong
La société italienne D-Shape a reçu le Design for Asia Awards en 2022 pour la conception de récifs spécialement créés pour la baie de Hong Kong. Il s’agissait du dernier effort environnemental en date provenant de l’Autorité aéroportuaire de Hong Kong pour préserver l’écosystème océanique environnant. 100 unités de récifs coralliens artificiels ont été positionnées pour favoriser la prolifération d’une communauté d’organismes tels que les bivalves, les éponges et les algues. Les récifs, de forme toroïdale et comportant des trous de différents diamètres, ont été imprimés en 3D avec un matériau composé d’agrégats de carrière et de liants de ciment. Ils ont été positionnés sous l’eau sur des structures en bambou. Le récif artificiel imprimé en 3D peut ainsi constituer un abri pour les organismes marins et restaurer l’écosystème.
Crédits photo : DFA Design for Asia Awards/D-Shape
Le plus grand récif corallien imprimé en 3D au monde – Maldives
Avec 50 % des récifs ayant péri au cours des trois dernières décennies, des actions pour contrer les menaces telles que le changement climatique, la surpêche et les dommages causés par l’homme sont impératives. Tirant parti de la technologie d’impression 3D, le laboratoire australien Reef Design Lab a franchi une étape importante en produisant le plus grand récif de corail artificiel imprimé en 3D au monde aux Maldives. Cette réalisation impliquait la création de moules 3D complexes imitant les structures naturelles des récifs, qui ont ensuite été coulés dans un matériau céramique semblable au carbonate de calcium que l’on trouve dans les récifs réels. Ces structures ont été submergées et peuplées de coraux vivants, dans l’espoir qu’elles favoriseront une nouvelle vie marine et prospéreront en tant que récifs vivants. Cette intersection de la technologie et de la conservation est extrêmement prometteuse pour la sauvegarde des océans et la préservation de la biodiversité marine, alors que les efforts se poursuivent pour reconstituer ces écosystèmes inestimables pour les générations futures.
Des coraux imprimés en 3D pour faire croître des algues microscopiques
Les algues et le corail entretiennent une relation symbiotique étroite – alors que le corail agit comme hôte pour les algues, les algues utilisent la photosynthèse pour produire des sucres pour le corail. Grâce à cette collaboration, le développement du récif corallien est possible. C’est pourquoi des chercheurs de l’Université de Cambridge et de l’Université de Californie à San Diego ont développé des structures coralliennes imprimées en 3D à l’aide de la bio-impression 3D capables de faire pousser des algues microscopiques. Seuls des matériaux biocompatibles sont utilisés pour imprimer les coraux bioniques, en utilisant une combinaison de gels polymères et d’hydrogels enrichis de nanomatériaux de cellulose pour créer les tissus coralliens. La bio-impression 3D rapide est particulièrement avantageuse dans la mesure où les chercheurs sont capables de produire les structures en quelques minutes seulement et que les cellules survivent en conséquence.
Gros plan sur la microalgue à l’échelle de 10 μm (crédits photo : coraux imprimés en 3D bionique/communications nature)
Comment SECORE fait pousser des coraux
Pour ce projet, Boston Ceramics et Emerging Objects se sont associés à l’organisation de conservation SECORE (Sexual Coral Reproduction) pour se concentrer sur les habitudes de reproduction des coraux. SECORE collecte les œufs et le sperme naturellement libérés par les coraux, puis les élève dans des bassins jusqu’à ce qu’ils se transforment en larves capables de nager. Celles-ci sont ensuite insérés dans des structures imprimées en 3D destinées à attirer les coraux. Une fois les coraux établis, les structures sont plantées dans les zones récifales à restaurer. Les structures sont imprimées en 3D à partir d’un matériau céramique de Boston Ceramics avec l’aide d’Emerging Objects.
WWF : des récifs imprimés en 3D pour reconstituer les stocks de cabillaud et d’huîtres
Le WWF s’engage pour le maintien de la biodiversité avec plusieurs projets. La société énergétique Ørsted du Danemark et le WWF Danemark ont conclu un partenariat stratégique en 2018 et ont utilisé un récif imprimé en 3D dans la mer du Nord à Kattegat (entre le Danemark et la Suède). L’objectif principal était de tester la contribution des structures imprimées en 3D à la biodiversité. Avec la diminution des stocks de cabillaud, la chaîne alimentaire naturelle a été déséquilibrée. Le récif imprimé en 3D devrait garantir le rétablissement de l’équilibre écologique. Il s’agit du premier projet de ce type au Danemark, bien que le WWF ait déjà une expérience des récifs imprimés en 3D. WWF Pays-Bas a déjà lancé des projets similaires. En collaboration avec la société australienne Reef Design Lab et la société italienne D-Shape, des unités de récifs imprimées en 3D ont été placées en mer du Nord pour restaurer les récifs ostréicoles. Les unités ont été imprimées à Rotterdam et sont composées de 70% de sable et de 30% de ciment pouzzolane. Au total, environ 50 unités récifales de 50×120 cm ont été utilisées.
Seaboost : une structure récifale pour plongeurs dans le sud de la France
Au terme de 3 ans de travail, un village de récif artificiel imprimé en 3D a été placé en mer Méditerranée en 2022 sur l’île de Brescou près du Cap d’Agde dans le sud de la France. Le module central, d’une hauteur de 6,5 mètres et d’une superficie de 8×6 mètres, est désormais implanté, avec des modules secondaires plus petits, à une profondeur de 20 mètres dans la réserve marine. L’objectif du projet est de réduire la pression des bateaux au mouillage et de l’activité de plongée sur les réserves naturelles sensibles. Les sites coralliens naturels doivent être protégés en permettant aux plongeurs d’explorer ce site artificiel. Le projet s’inscrit dans le cadre du programme national Reciflab et a été porté par la Direction du Milieu Marin de la Ville d’Agde. Les clubs de plongée et les groupements d’intérêt maritime de la région ont également eu leur mot à dire. La direction a ensuite été assurée par la société Seaboost Ecological Engineering, en collaboration avec l’école Centrale Marseille. Pour ce qui est du savoir-faire en matière d’impression 3D, des entreprises spécialisées telles que XtreeE et CyBe Construction ont également participé au projet en imprimant les murs en béton 3D bas carbone. Le projet a été achevé en avril 2022.
Crédits photo : Seaboost, Aire Marine Protégée de la Côte Agathoise
Un robot-méduse imprimé en 3D
Dans le cadre de la conservation marine, plusieurs approches innovantes émergent pour sauvegarder les écosystèmes marins menacés tels que les récifs coralliens. L’une de ces approches implique la création unique de méduses robotiques imprimées en 3D, appelées « Jellybots », développées par l’Université de Florida Atlantic et le United States Naval Research Bureau. Ces robots de conception complexe imitent les mouvements de vraies méduses, leur permettant de naviguer dans des espaces confinés à l’intérieur des récifs coralliens, collectant les déchets sans causer de dommages. Agissant en tant que gardiens des océans, les Jellybots visent à surveiller et à protéger ces environnements fragiles. Avec des tentacules hydrauliques alimentées par des pompes à turbine, les Jellybots manœuvrent gracieusement dans l’eau, imitant le mouvement ondulant des méduses. Au fur et à mesure que cette technologie évolue, les chercheurs aspirent à équiper ces sentinelles robotiques de capteurs environnementaux et d’algorithmes de navigation avancés, prêts à contribuer de manière significative aux efforts de recherche et de conservation marines.
Crédits photo : Erik Engeberg
archiREEF : l’impression de tuiles hexagonales en terracotta à Hong Kong
Dans le cadre du projet archiREEF, qui vise à restaurer les coraux dans les eaux de Hong Kong, des structures hexagonales en terracotta (terre cuite) sont imprimées en 3D afin que les coraux puissent s’y installer. L’objectif n’est pas de les remplacer mais d’encourager la réappropriation des lieux par les espèces. La terracotta est utilisée parce qu’il s’agit d’un matériau naturel. Il s’agit de bio-mimétisme. Les tuiles ont été fabriquées via un robot industriel comportant six axes combiné à un extrudeur d’argile. La méthode utilisée est le Direct Ink Writing (DIW). Les tuiles sont conçues à l’aide d’un algorithme. Cette méthode rend la conception des tuiles adaptable à différents environnements et organismes, notamment aux mangroves et aux huîtres. Les initiateurs du projet archiREEF ont choisi d’utiliser la fabrication additive car elle facilite l’intégration des paramètres liés aux spécificités du lieu et, ainsi, favorise l’adaptation du dispositif à toutes les espèces de corail du monde. Comme souvent, l’usage de l’impression 3D est également plus rapide et économique. Il permet, en outre, de créer des formes plus complexes que les techniques de moulage traditionnelles. En particulier, le projet archiREEF couvre la création de structures de petite dimension comportant des détails d’une grande précision, utiles pour abriter les micro-organismes les plus menacés, favorisant ainsi la biodiversité.
Crédits photo : archiREEF
Des récifs imprimés en 3D à Dubaï
Dubaï, comme de nombreuses villes situées sur une côte, est confrontée à un certain nombre de défis dus au changement climatique, notamment l’élévation du niveau de la mer. Ainsi la ville travaille de plus en plus sur la restauration marine comme moyen de résoudre ces problèmes, y compris avec les récifs du golfe Persique. On peut citer notamment Dubai Reefs, une initiative portée par URB, qui constitue elle-même un acteur de premier plan dans l’avancement des villes durables. Le projet vise à améliorer les écosystèmes côtiers de Dubaï, notamment grâce à la création d’un récif artificiel de 200 kilomètres carrés. Celui-ci sera réalisé avec l’impression 3D afin de créer différentes formes et textures pour mieux correspondre aux environnements naturels. La bio-impression sera également utilisée afin de développer des biomatériaux pouvant héberger des microalgues vivantes.
Sauver la Grande Barrière de Corail grâce à l’impression 3D
L’une des sept merveilles naturelles du monde, la Grande Barrière de Corail, est l’une des principales destinations touristiques d’Australie. Cependant, comme de nombreux autres récifs dans le monde, il a beaucoup souffert ces dernières années, blanchissant à la suite de la hausse des températures de la mer, de la surpêche et de la pollution. C’est pourquoi tant de recherches sont menées pour sauver ce lieu emblématique, notamment grâce à l’utilisation de l’impression 3D. Un projet spécifique, financé par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie Saoudite, utilise la bio-impression pour transporter des cellules vivantes sur des modèles créés en 3D afin de régénérer de nouveaux coraux vivants. Plus précisément, l’équipe utilise un moule en silicone fabriqué avec une encre de carbonate de calcium écologique sur laquelle le corail peut se développer car sa surface est très similaire au squelette d’un corail. L’avantage du projet est qu’il permet une croissance des coraux beaucoup plus rapide que d’autres méthodes. De nouveaux travaux de recherche sont en cours pour savoir si, à l’avenir, l’impression 3D sous-marine pourrait être possible pour davantage d’applications.
Crédits photo : Anastasia Serin, King Abdullah University of Science and Technology
Coastruction cherche à protéger les côtes
La création de récifs artificiels est l’un des principaux moyens de lutter contre la destruction des coraux dans le monde, comme nous l’avons vu ailleurs dans cette liste. Coastruction est une autre entreprise qui utilise l’impression 3D et des matériaux durables pour créer des récifs imprimés en 3D. Bien que l’entreprise n’ait pas encore beaucoup de projets, elle se différencie en n’imprimant qu’avec des matériaux naturels, transformés en mélanges de poudre sèche. La tête d’impression dépose de l’eau comme activateur dans une zone spécifique afin de fabriquer du ciment, permettant la formation de zones solides de mélange sec, fonctionnant de la même manière que le liage de poudre. L’entreprise est alors en mesure de construire des formes organiques géométriquement complexes, qui ont été inspirées par la nature afin d’adapter les nouveaux récifs artificiels à l’environnement local. L’équipe a déjà installé des récifs en Sardaigne et aux Maldives.
Crédits photo : Coastruction
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*Crédits photo de couverture : Tom Mannion / Kiki Grammatopoulos
