Biominéralisation du sable corallien par Bacillus thuringiensis isolé d'une grotte de travertin

May 31, 2024

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8687 (2023) Citer cet article

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Le travertin est un produit typique de la minéralisation microbienne dans la nature et sa composition minérale est principalement la calcite et l'aragonite. Dans cet article, Bacillus thuringiensis, une sorte de bactérie minéralisée, est extraite du cristal de travertin pour cimenter le sable de corail, et l'effet de renforcement de la technologie de précipitation microbienne induite par carbonate (MICP) sur le sable de corail sous différents temps de cimentation est étudié. Premièrement, les conditions de culture sont optimisées dans neuf paires d’essais, notamment la teneur en urée, l’inoculation microbienne, la vitesse de l’agitateur et la durée d’incubation. Dans des conditions de culture optimales, le sable corallien est cimenté par trempage. Avec l'augmentation des temps de renforcement, le coefficient de perméabilité de l'échantillon de sable est réduit à 10−4 cm/s et la résistance au cisaillement est augmentée de plus de 130 %. Par rapport à Sporosarcina pasteurii, la cohésion et l'angle de frottement interne de la colonne de sable corallien cimentée par Bacillus thuringiensis sont augmentés de plus de 50 % et 10 %, respectivement. La distribution des zones du spectre T2 montre qu'avec l'augmentation du nombre de cémentations, l'amplitude du pic principal diminue, ce qui indique que les grands pores sont mieux remplis, le nombre de pores moyens et petits est également réduit et la surface des pores est considérablement réduite, avec une amplitude d'environ 44 %. Les expériences ci-dessus ont vérifié que les micro-organismes présents dans le travertin pouvaient également être utilisés dans la technologie MICP et même obtenir un meilleur effet de renforcement. Il fournit également une nouvelle méthode et une nouvelle idée pour la sélection de bactéries minéralisées par la technologie MICP.

Les risques techniques tels que les fuites de fissures dans les fondations des barrages1, la pollution par les résidus de métaux lourds2, la liquéfaction des fondations3,4 et l’instabilité des pentes5 entraînent souvent des pertes de biens, voire des victimes. Depuis longtemps, les praticiens et les chercheurs scientifiques concernés se sont engagés à étudier des mesures pertinentes pour réduire l'apparition de tels problèmes d'ingénierie. La technologie de biominéralisation est une technologie de génie civil prometteuse développée ces dernières années sur la base de recherches interdisciplinaires. Il offre de bonnes perspectives d’application pour résoudre de tels problèmes d’ingénierie. La précipitation carbonatée induite par des microbes (MICP) est l'un des représentants typiques de la biominéralisation. Cette technologie utilise principalement certains micro-organismes hydrolytiques de l'urée, qui peuvent former du carbonate de calcium ayant une fonction de cimentation en conduisant l'hydrolyse de l'urée et en utilisant des ions carbonate et des ions calcium dans la solution. Sous l'action du MICP, le sol meuble est cimenté ou la fissure est scellée, de manière à répondre aux exigences techniques correspondantes.

Actuellement, les principales espèces microbiennes utilisées dans la technologie MICP sont Bacillus pasteuris octadiae (CGMCC 1.3687), Sporosarcina pasterurii (ATCC 11859), Bacillus pasteuris octadiae (DSMZ 33) et Bacillus spheriformis (LMG 22257). Avec le développement de l'étude du renforcement des sols, de nombreux chercheurs ont séparé indépendamment différents types de bactéries hydrolytiques de l'urée et ont obtenu une série de résultats en matière de réduction de la perméabilité et d'amélioration de la résistance du sol. Chu et al.6 ont séparé le Bacillus sp.VS1 du sable des plages tropicales et ont utilisé la bactérie pour renforcer les sols sableux de grande taille, la résistance à la perméabilité et les propriétés mécaniques de la fondation du sol renforcée ont été améliorées. Qian et al.7 ont utilisé le Bacillus S3 extrait pour cimenter la colonne de sable, la résistance à la compression des échantillons a atteint 1,9 MPa après le traitement, ils ont utilisé le Bacillus S3 séparé pour renforcer le sol sableux, la résistance à la compression du sable cimenté s'est approchée 2 MPa. Khan et al.8 ont isolé Parahodobacter sp. du sol près du beachrock et appliqué pour traiter le sable de corail lors du test à l'aiguille, l'UCS estimé des spécimens à certains endroits pourrait dépasser 7 MPa.