Des terrains stabilisés grâce à un mélange de biominéraux
Dimitrios Terzis a prélevé des échantillons sur le terrain afin de tester l'efficacité de sa solution© 2019 Alain Herzog
Une spin-off de l’EPFL, Medusoil, a testé avec succès sa technologie de stabilisation des sols à base de biominéraux sur des falaises victimes d’une érosion de surface. Cette solution durable, facilement injectable, permet de protéger les terrains sablonneux et caillouteux, ainsi que les infrastructures, sans utiliser de fluide industriel dont la fabrication et l’injection peuvent être nocives pour l’environnement. La jeune entreprise est prête à passer à une production industrielle.
La stabilisation du terrain devient bien souvent essentielle pour supporter les aléas des conditions climatiques extrêmes : l'érosion des sols, les glissements de terrain et la montée du niveau de la mer dans les zones côtières menacent les infrastructures. Bon nombre des solutions actuellement disponibles, à base de ciment, de chaux ou autre résine industriel, n'assurent pas une stabilité à long terme et polluent le sol avec des substances microplastiques et toxiques tout en augmentant l'alcalinité des eaux souterraines au-dessus des limites acceptables.
Medusoil, spin-off de l’EPFL, est la première au monde à proposer une stabilisation des sols via l’accélération d’un processus naturel : la formation de minéraux de calcite puissants qui solidifient les sols au niveau microscopique. Une solution rapide, économe en énergie et peu onéreuse. Des tests grandeur nature ont été réalisés avec succès sur des falaises érodées du canton de Vaud. La start-up a récemment mis en place les bases pour une production à grande échelle de son agent de stabilisation ainsi qu’une unité d'injection mobile, prête à être déployée dans les travaux de construction.
Des bactéries comme agent déclenchant
Le processus de renforcement reproduit et accélère un mécanisme organique qui a lieu dans la nature. Il permet de lier durablement les particules du terrain par des cristaux de calcite. Comme agent déclenchant, les chercheurs ont fait appel à des bactéries, les Sporosarcina Pasteurii, qu’ils ont lyophilisées afin de les rendre facilement utilisables. Associées à des molécules d’urée, elles libèrent du carbonate qui se lie avec le calcium pour former les cristaux. Ceux-ci s’accrochent aux particules du sol et grandissent en nombre et en taille. Ils peuvent atteindre plusieurs centaines de micromètres. L’enzyme d’uréase, libérée par les bactéries durant leur digestion, se charge d’accélérer le processus : la réaction, 1000 fois plus rapide qu’à l’état naturel, permet d’avoir le résultat escompté entre quelques heures et quelques jours.
Tests grandeur nature
Après avoir élaboré les meilleures compositions du fluide au Laboratoire de mécanique des sols de l’EPFL, la start-up est passée, depuis 2018, aux tests sur le terrain. Elle a récemment renforcé, grâce à son procédé, une falaise de grès rendue instable par l'érosion de surface liée au vent et à l'eau de pluie, qui, par son ruissellement, déstabilise les particules fines du sol. « Les résultats de cette application ont mis en évidence une densification et une consolidation importantes de la zone ciblée, améliorant ainsi sa stabilité », souligne Dimitrios Terzis, CEO de la start-up. Cela a été corroboré par des mesures géophysiques, y compris sismiques, où la vitesse des ondes à travers la masse traitée a presque doublé à la suite du processus de biominéralisation (Figure 1). Ce passage accéléré de la perturbation démontre un sol plus compact et moins sujet à occasionner des dégâts en cas de tremblement de terre.
Figure 1: Résultats d’une application pilote qui produit des biominéraux de CaCO3 dans une falaise érodée.
La solution est facile à mettre en œuvre. Injecté à intervalles réguliers par un simple tuyau, le mélange réagit au contact de la calcite, principal composant de nombreuses roches sédimentaires, qui se trouve dans le sol. Quelques heures après l’opération, le résultat est tangible. Différents niveaux de cimentation peuvent être créés et utilisés selon les besoins de renforcement du sol ou du projet de construction. De faibles quantités de calcite permettent d’obtenir une résistance suffisante pour que les sols graveleux résistent à des forces de cisaillement lors d’importants tremblements de terre ou apportent des solutions aux problèmes de stabilisation des pentes ou de restauration de fondations existantes. Avec des contenus de calcite plus importants, le matériau peut être considéré comme matériau de construction, ou même utilisé pour des applications d’imperméabilisation des sols.