Des scientifiques développent une technique pour fabriquer des briques biologiques à partir du sol toxique de la planète

Un composé considéré comme un contaminant sur Terre pourrait devenir un allié inattendu pour la construction sur Mars. Une équipe internationale a montré que certaines bactéries sont capables de fabriquer des briques plus résistantes face au perchlorate, un sel toxique très abondant dans le sol martien. Les travaux ont été publiés dans la revue scientifique PLOS One et rapprochent un peu plus l’idée de construire des colonies avec des matériaux produits directement là-haut.

La clé est de combiner biologie et géologie. Les bactéries consolident le régolithe en blocs solides et la toxine martienne elle-même renforce le résultat final. La question évidente est à la fois simple et énorme : qu’est-ce que cela signifie concrètement pour une future base sur Mars ?

Une toxine très martienne qui est un contaminant ici

Le perchlorate est un sel riche en chlore qui a été détecté dans le régolithe martien en 2008 avec la sonde Phoenix et confirmé plus tard avec le rover Curiosity. Sa concentration est comprise entre 0,5 et 1% du sol, peu en quantité, mais grande en effets.

Sur notre planète, les perchlorates sont considérés comme des polluants pouvant endommager les cellules car ils génèrent un stress oxydatif intense. Ils sont étudiés notamment dans les sols et les eaux affectés par les activités industrielles et militaires.

Cependant, en les ignorant dans les expériences avec des sols simulés, ces tests ne ressemblent guère à la vraie Mars. C'est pourquoi l'équipe dirigée par le microbiologiste Swati Dubey a décidé d'aller plus loin et d'ajouter du perchlorate à un simulant commercial, Mars Global Simulant 1 ou MGS 1, pour voir comment il affectait à la fois les bactéries et les briques.

Briques biologiques à l'aide de bactéries

Le procédé qu'ils utilisent est connu sous le nom de biocimentation. Le protagoniste est la bactérie Sporosarcina pasteurii, très commune dans les sols terrestres et célèbre pour sa capacité à précipiter le carbonate de calcium.

Ces bactéries consomment de l'urée et, grâce à leur métabolisme, génèrent des ions qui réagissent avec le calcium dissous et forment de minuscules cristaux de carbonate de calcium. Si ces cristaux sont mélangés à des particules de régolithe et à de la gomme de guar, un épaississant naturel obtenu à partir des graines de guar, ils agissent comme de la colle et unissent les grains jusqu'à former un bloc compact, très semblable à une brique.

Sur Terre, des procédés de biocimentation similaires sont testés comme alternative à faible consommation d'énergie pour stabiliser les sols et produire des matériaux de construction avec une empreinte carbone inférieure à celle du ciment traditionnel. Diverses études décrivent cette technique comme une option prometteuse et plus respectueuse de l’environnement par rapport aux méthodes classiques d’amélioration des sols.

Qu’est-ce que le perchlorate apporte à ces briques martiennes ?

La nouvelle étude ne se limite pas à la fabrication de briques microbiennes. Analysez ce qui se passe lorsque 1% de perchlorate est introduit dans le mélange. La première partie du résultat était attendue : le composé stresse les bactéries, ralentit leur croissance et les incite à se regrouper en petits amas. L’équipe décrit ce comportement comme similaire à la multicellularité, car les cellules s’organisent en groupes plutôt que de vivre dispersées.

La partie surprenante survient lorsque les propriétés des briques sont mesurées. En utilisant uniquement du régolithe simulé avec de l'eau déminéralisée, les blocs atteignent à peine une résistance à la compression de 0,17 MPa et s'effritent facilement. En revanche, l’ajout de bactéries et de gomme guar dépasse les 3 MPa. Et lorsque du perchlorate est également incorporé à ce mélange, la résistance s'élève à environ 6,7 MPa, soit presque le double de celle de briques similaires sans toxine.

Dans certains tests, l’équipe a également ajouté du chlorure de nickel, un catalyseur du processus enzymatique qui permet aux bactéries de dégrader l’urée plus efficacement. Cette combinaison de bactéries, de gomme guar, de nickel et de perchlorate a donné des briques qui ont résisté à plus de 5 MPa, bien au-dessus des blocs fabriqués sans perchlorate.

Les images microscopiques suggèrent l’explication. Le stress perchlorate amène les bactéries à libérer davantage de matrice extracellulaire, un type de gel composé de protéines et d’autres molécules. Cette matrice forme de petits ponts entre les cellules et les cristaux minéraux, appelés microponts, qui servent de renforcement supplémentaire à l'intérieur de la brique.

Comme le résume Dubey, lorsque le perchlorate est analysé uniquement sur les bactéries, il agit comme un facteur de stress, mais à l'intérieur de la brique et avec le bon mélange, le perchlorate finit par aider.

Moins de marchandises venant de la Terre, plus de durabilité à long terme

Pour les futures missions martiennes, chaque kilo de matériel qui n'est pas lancé depuis la Terre constitue une économie de carburant et d'espace libre sur le navire. Le co-auteur Shubhanshu Shukla résume la situation avec une idée simple : la priorité est d'exploiter au maximum les ressources du site et d'y fabriquer les éléments de base d'une fondation, sans dépendre de tonnes de ciment artisanal.

Cette approche s'inscrit dans d'autres axes de recherche explorant les biobriques et le biociment sur Terre, où l'industrie de la construction est responsable d'une part importante des émissions mondiales de CO₂. Si des techniques telles que la biocimentation deviennent compétitives, elles pourraient réduire considérablement l’énergie nécessaire à la production des matériaux et, ce faisant, servir de banc d’essai pour des technologies qui seront un jour utilisées sur Mars.

Ce qu'il manque encore à savoir

Les travaux ont été réalisés en laboratoire avec un simulant du régolithe martien, à la pression et à la gravité terrestre. La prochaine étape consistera à répéter les expériences dans une atmosphère riche en dioxyde de carbone comme celle de Mars et à étudier comment d’autres facteurs l’affectent, depuis les basses températures jusqu’aux radiations.

Le chercheur Aloke Kumar le dit avec prudence. N’oubliez pas que Mars est un environnement vraiment étrange pour la vie terrestre et que comprendre comment ces organismes vont réagir est l’une des grandes questions scientifiques en suspens.

Pour l’instant, l’étude montre qu’un élément problématique du sol martien peut faire partie de la solution s’il est combiné avec la bonne biotechnologie. Ce n'est pas rien.

L'étude complète a été publiée dans la revue scientifique PLOS Un.

Photo : NASA

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