De l’eau de mer et des électrons microbiens, un cocktail innovant contre la corrosion

Innovation Ingénierie et systèmes
Spécimen de laboratoire dédié à l’étude de faisabilité de la protection cathodique biogalvanique des structures maritimes en béton armé
Spécimen de laboratoire dédié à l’étude de faisabilité de la protection cathodique biogalvanique des structures maritimes en béton armé. - © LGC

Vieillissement, dégradation, rupture de matériaux métalliques… tous les secteurs industriels sont concernés par la corrosion des structures en béton armé. En France, la dégradation des matériaux sous l’effet de l’environnement coûte chaque année plusieurs dizaines de millions d’euros. Outre ce coût exorbitant, des problèmes majeurs de fiabilité, de sécurité et de santé sont liés à ces phénomènes de corrosion. Pour lutter contre ces dégradations, une équipe toulousaine vient de breveter un procédé écologique et renouvelable à partir d’eau de mer et les sédiments marins.

Benjamin Erable, chercheur CNRS au Laboratoire de génie chimique de Toulouse (LGC – CNRS, Toulouse INP, Université Toulouse III – Paul Sabatier) et spécialisé dans l’ingénierie des bioprocédés, travaille depuis plusieurs années sur les biofilms électroactifs. Médaille de bronze du CNRS2020, il est co-découvreur d’un procédé innovant de Protection Cathodique BioGalvanique (PCBG). C’est ce qui a fait l’objet d’un dépôt de brevet en juillet 2021 dans le cadre d’un projet de recherche conduit en partenariat entre le LGC et le Laboratoire matériaux et durabilité des constructions (LMDC - INSA Toulouse, Université Toulouse III – Paul Sabatier) et l’entreprise ramonvilloise CORROHM. 
Ce brevet est l’aboutissement des travaux de recherche collaborative d’une équipe pionnière dans le domaine de la bioélectrochimie. Il porte sur la protection des structures en béton armé contre la corrosion. « Le plus prometteur » reconnaît-il. « C’est celui qui a le plus d’applications directes et un marché évident ».

Des biofilms contre la corrosion

On comprend mieux le procédé en entrant dans la pièce où Julie Dubuit, doctorante au LGC, réalise les manipulations nécessaires à la suite des travaux de recherche. Le dispositif est constitué de six petits aquariums avec, au fond, une couche de sédiments et, par-dessus, de l’eau de mer, le tout collecté dans les marais salants de Gruissan. À l’intérieur, des électrodes en carbone sont plus ou moins immergées dans la couche sédimentaire. Maintenu plusieurs semaines dans ces conditions, le dispositif permet la croissance progressive de biofilms microbiens à la surface de certaines électrodes. Plus les électrodes sont enfoncées dans les sédiments, plus les biofilms microbiens expriment une « électroactivité » qui confèrent aux électrodes un rôle de protection cathodique contre la corrosion.

 « Les électrons nécessaires à la protection cathodique du métal sont fournis par les biofilms microbiens parce que ceux-ci sont « électroactifs », c’est-à-dire capables d’extraire spontanément ces électrons dans l’environnement immédiat de la structure ou du métal à protéger » explique Benjamin Erable. Ce procédé de protection cathodique biogalvanique issu d’un phénomène naturel, gratuit et renouvelable à l’infini ne porte pas atteinte à l'environnement naturel. C’est ce qui en fait son caractère innovant et une excellente alternative aux technologies actuelles de protection cathodique.

Des applications nombreuses

La preuve de concept ayant été apportée dans le cadre du projet de recherche préliminaire basé sur un spécimen de laboratoire reproduisant les conditions d’un élément en béton armé partiellement immergé en milieu marin, les scientifiques doivent maintenant opérer la validation expérimentale en conditions réelles. C’est ce qui sera réalisé début 2022 aux abords du LMDC. Dans une cuve de 600 litres d’eau de mer et de plusieurs dizaines de kilos de sédiments, une poutre de 6 mètres de long sera immergée. De nouveaux résultats expérimentaux et numériques devraient ensuite aboutir à un prototype industriel. L’entreprise CORROHM, créée en partie par des anciens élèves et des enseignant.e-chercheur.es de l’INSA et qui finance en partie la thèse Cifre de Julie Dubuit, prépare de son côté la mise sur le marché. Quant à Benjamin Erable, il poursuit en parallèle ses sept autres projets de recherche. Car d’autres avancées technologiques se jouent qui concernent autant la dépollution des eaux usées des industries textiles, les capacités dénitrifiantes de bactéries dans le contexte du stockage en profondeur de déchets radioactifs ou la production d’hydrogène vert. 

 

Emmanuelle Durand-Rodriguez
Journaliste scientifique

Contact

Benjamin Erable
Chercheur CNRS en génie des procédés et bioprocédés au Laboratoire de génie chimique (LGC - CNRS, Toulouse INP, Université Toulouse III - Paul Sabatier)