MICCA Microbially induced cementation (Feasibility study for microbially induced cementation - MICCA)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 577.06.18

Schlüsselwörter (Französisch)

traitement des eaux usées, step, matériaux de constructions, induction microbienne, cémentation, calcite

Kurzbeschreibung (Französisch)

Lors du traitement des eaux usées dans une station d’épuration (step), il est possible de produire des matériaux de constructions par induction microbienne de cémentation. Ce processus, dénommé « MICCA », génère au niveau d’un prototype de laboratoire des matériaux similaires à la calcite (CaCO₃). Avec ce processus il serait donc possible de préserver les ressources naturelles telles que le sable.

A l’état actuel, les propriétés mécaniques et chimiques de ces matériaux de construction bio-cémentés ne sont pas assez connues pour l’utilisation dans le secteur de la construction.

Avec cette étude de faisabilité il est prévu de tester ces matériaux de construction bio-cémentés pour déterminer leurs propriétés mécaniques et chimiques. Pour cela 5 types de briques à base de sable de granularités différentes seront produites et ensuite soumises à des tests de compression pour déterminer les propriétés mécaniques majeures et analysées chimiquement pour démontrer qu’il n’y aucune libération de polluants. Avec ces informations, il va être possible de démontrer le potentiel de cette technologie dans le secteur de la construction.   

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 09.11.2017 et décision de reprise des coûts par SGI Ingénierie SA du 29.03.2018.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Französisch)

1    5 types de sables avec des granulométries différentes, dont 2 types de sables provenant de carrières de pierres et 3 sables provenant de step, sont définis et 15 échantillons cylindriques de chaque type sont produits pour des essais de compression uniaxial.

2    Les courbes des contraintes-déformations (angl. stress-strain) ainsi que les relations module d’élasticité-résistance à la compression sont relevés et les modules de Young sont estimés selon les normes SIA ou ASTM (société américaine pour les essais de matériaux) pour tous les 75 échantillons générés selon le point 1.

3    3 types de sables dont la granulométrie donne les meilleurs résultats sont choisis en application de la règle que les résultats sont au maximum 5% en dessous de la valeur de référence. La résistance moyenne des matériaux doit être d’au moins 2MPa.

4    Le potentiel toxique des agrégats, des eaux du processus et des produits est évalué par des tests de comportement à la lixiviation incluant si nécessaire, les tests Phytotoxkid, Ostracodtoxkid F, Phytotestkid et Microteoc pour démontrer qu’il n’y aucune libération de polluants à partir des échantillons.

5    Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 4 et contenant le potentiel de commercialisation dans le secteur de la construction.

6    Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos pour l’impression des publications à l’adresse du public.

7    Une présentation PowerPoint des résultats est mise à disposition de l’OFEV et sur demande, peut être fait sous forme d’un exposé à l’OFEV.

Projektziele (Französisch)

Pour 15 échantillons prélevés sur chacun des 5 types de briques à base de sable de granularités différentes, les modules de compression et les modules d’élasticité sont déterminés et il est démontré qu’il n’y aucune libération de polluants.

Beschreibung der Resultate (Französisch)

Le projet MICCA vise la fabrication de pierre de type grès à partir sable et de biomasse issus de la filière du traitement des eaux usées. Deux bioprocédés ont été jumelés, un bioprocédé d’épuration de la fraction liquide des digesteurs et de bio-minéralisation. La maitrise de la bio-précipitation de la calcite (CaCO3) induite par les micro-organismes, crée le ciment entre les agrégats.
Le mandat de l’OFEV était lié à la condition d’atteindre une résistance à la compression de 2 MPa. L’utilisation de sable avec une granulométrie adéquate a permis d’obtenir des résistances aux compressions supérieures à 10 Mpa. Le jalon principal de ce projet, selon le mandat OFEV, a été franchi avec succès.
Parallèlement aux tests mécaniques, des essais de lixiviation ont fait l’objet d’une analyse globale en spectrométrie de masse à haute résolution. Les premières analyses permettent d’affirmer que 97 % des molécules immobilisées dans ces matériaux ne sont pas relarguées. Ce qui permet d’éviter la migration de ces molécules dans l’environnement.

Umsetzung und Anwendungen (Französisch)

A l’état actuel, les propriétés mécaniques et chimiques de ces matériaux de construction bio-cimentés ne sont pas assez connues pour l’utilisation dans le secteur de la construction. L’objectif de cette étude de faisabilité est de fabriquer et de tester ces matériaux de construction bio-cimentés. Pour cela, 5 types d’éprouvettes cylindriques à base de sable de granularités différentes ont été produits et ensuite soumises à des tests de compression pour déterminer les propriétés mécaniques majeures et analysées chimiquement.
Les matériaux ont des résistances à la compression uniaxiale (RC) qui varient de 1.5 MPa à 11 MPa. Les courbes «stress-strain» montrent que ces bio-matériaux sont ductiles (contraire de fragiles) ce qui représente des atouts supplémentaires pour l’industrie de la construction. Ces matériaux permettent également de fixer le CO2 sous forme de CaCO3 (120 mg/g d’agrégats).
Le comportement à la lixiviation montre sur les débris de colonnes des résultats très encourageants, car 97% des 800 molécules référencées sont absentes de ces sables bio cimentés. Ces résultats suggèrent une capacité de séquestration des micropolluants (perturbateurs endocriniens, métaux lourds).
L’effluent principal de ce bio-procédé jumelé est l’ammonium qui peut être co-valorisé avec le phosphore de la station d’épuration (STEP) et le magnésium pour obtenir de la struvite.

Weiteres Vorgehen (Französisch)

Le projet MICCA permet de recycler, fabriquer et utiliser de nouveaux matériaux de construction secondaires. A terme, il ambitionne de créer une nouvelle voie de valorisation des sous-produits pour la filière de traitement des eaux et des déchets de chantiers. Ce «bio-ciment» de calcite contribuera à préserver les ressources naturelles telles que le sable et permet la séquestration du CO2 sous forme de CaCO3.
Dans une approche d’économie circulaire et en accord l’ordonnance fédérale Oeaux (articles 52 et 52a), le projet MICCA vise des gains d’économie d’énergie par l’amélioration du rendement de l’épuration des eaux usées, la réduction du volume des déchets, ainsi que l’apport de nouveaux revenus par la valorisation de ces nouveaux biomatériaux.
Dans l’immédiat, cette étude de faisabilité a contribué au montage d’un projet européen (Waste Water Treatment for Material Re-Use, acronym : WattMat 4 ReUse (W4R)) dans le cadre programme de financement INTERREG NWE avec la participation de la Grande-Bretagne, la France, la Belgique, le Pays –Bas et la Suisse.

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Le projet MICCA vise la fabrication de pierre semblable au grès, à partir de sables recyclés et de la biomasse issus de la filière du traitement des eaux usées. L’utilisation de sable avec une granulométrie adéquate a permis d’obtenir des résistances aux compressions supérieures à 10 Mpa. Ces résultats permettent d’envisager un recyclage des sous-produits de deux filières : Traitements des eaux usées et déchets de chantiers. Ce «bio-ciment» de calcite contribue à préserver les ressources naturelles et permet la séquestration du CO2 sous forme de CaCO3