Formulation de mousses bio-calcifiantes pour la production de matériaux poreux

Formulation of bio-calcifying foams for the production of porous materials

• Auteur / Autrice : Margaux Ceccaldi
• Direction : Olivier Pitois, Daniel Grande
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 24/10/2023
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Laboratoire Navier (Paris-Est)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Emeriault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Pitois, Daniel Grande, Emmanuelle Rio, Sophie Sablé, Sébastien Vincent-Bonnieu, Marielle Guéguen, Vincent Langlois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Rio, Sophie Sablé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Surfactants

Calcification

Mousses liquides

Mots clés libres

Mousse liquide

Bio-Calcification

Bactéries

Matériau granulaire

Formulation

Liquid foam

Bio-Calcification

Bacteria

Granular material

Formulation

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la formulation de mousse liquide bio-calcifiante, qui constitue une innovation pour le procédé de Précipitation de Carbonate de Calcium (CaCO3) Induite Microbiologiquement (MICP). La précipitation de CaCO3 dans un milieu granulaire (p. ex. sable) permet le pontage des grains par des précipités solides et d'en améliorer les propriétés mécaniques. Cette formulation a été investiguée par l'étude de l'activité bactérienne et de la bio-calcification en présence de différents tensioactifs à des concentrations variées, pour différentes concentrations en bactéries et en calcium. En parallèle, une étude des propriétés hydrauliques des mousses confinées en milieu granulaire a été réalisée pour déterminer à quelle vitesse les nutriments/bactéries peuvent être transportées dans de tels systèmes. Nous avons trouvé les formulations permettant à certaines bactéries (Sporosarcina pasteurii) incorporées dans une mousse liquide de produire du carbonate de calcium au sein d'un assemblage de grains. Par ailleurs, la microstructure de la mousse confinée s'avère très favorable à la formation des ponts solides entre grains. Ces résultats suggèrent une application potentielle de la version « moussée » de la MICP pour améliorer la résistance mécanique des sols ou simplement pour conférer de la cohésion à des matériaux granulaires

This thesis focuses on the formulation of bio-calcifying liquid foam, an innovation for the Microbiologically Induced Calcium Carbonate (CaCO3) Precipitation (MICP) process. The precipitation of CaCO3 in a granular medium (e.g. sand) enables grains to be bridged by solid precipitates, thus improving mechanical properties. This formulation was investigated by studying bacterial activity and bio-carbonation in the presence of different surfactants at different concentrations of bacteria and calcium. In parallel, a study of the hydraulic properties of foams confined in granular media was carried out to determine how quickly nutrients/bacteria can be transported in such systems. We identified formulations enabling selected bacteria (Sporosarcina pasteurii) incorporated in a liquid foam to produce calcium carbonate within a grain assembly. In addition, the microstructure of the confined foam proved highly favorable to the formation of solid bridges between grains. These results suggest a potential application for the ''foamed'' version of MICP to improve the mechanical strength of soils, or simply to confer cohesion to granular materials