Et si les bâtiments de demain ne se contentaient plus de réduire leurs émissions de carbone, mais devenaient eux-mêmes capables de retirer du CO₂ de l’atmosphère ? À l’École polytechnique fédérale de Zurich, l’ETH Zurich, des chercheurs ont mis au point un matériau vivant contenant des cyanobactéries photosynthétiques. Imprimable en trois dimensions, il absorbe du dioxyde de carbone, produit de la biomasse et forme progressivement des minéraux qui le rendent plus rigide.
Cette innovation pourrait ouvrir la voie à des façades, des revêtements et des éléments architecturaux capables de stocker du carbone pendant une partie de la durée de vie d’un bâtiment. Mais malgré des résultats particulièrement prometteurs, la technologie reste encore expérimentale.
Un matériau réellement vivant
Le matériau développé par l’équipe du professeur Mark Tibbitt est constitué d’un hydrogel, c’est-à-dire un réseau de polymères contenant une très grande quantité d’eau. À l’intérieur de ce gel, les chercheurs ont intégré des cyanobactéries vivantes.
Souvent appelées « algues bleu-vert », les cyanobactéries ne sont pas véritablement des algues : ce sont des bactéries capables d’effectuer la photosynthèse. Elles utilisent la lumière, l’eau et le CO₂ pour produire de la matière organique et assurer leur croissance.
Le rôle de l’hydrogel est essentiel. Il offre aux micro-organismes un environnement humide tout en laissant circuler la lumière, le dioxyde de carbone, l’eau et les nutriments nécessaires à leur survie. Les cellules restent réparties à l’intérieur de la structure sans s’en échapper.
Une double capture du carbone
La principale originalité du matériau réside dans sa capacité à stocker le carbone de deux manières différentes.
La première repose sur la photosynthèse. Les cyanobactéries captent le CO₂ atmosphérique et le transforment en biomasse, comme le font les plantes et les algues.
La seconde est plus durable : l’activité des bactéries modifie chimiquement leur environnement et entraîne la formation de carbonates solides, comparables à certains composants du calcaire. Une partie du carbone se retrouve ainsi enfermée sous une forme minérale plus stable que la biomasse.
Ce phénomène présente un avantage supplémentaire. En s’accumulant dans l’hydrogel, les minéraux rigidifient progressivement la structure. Le matériau, initialement souple après son impression, se durcit donc de l’intérieur au fil du temps.
Il ne faut toutefois pas le présenter comme un matériau capable de réparer automatiquement n’importe quelle fissure. Les résultats montrent surtout une minéralisation progressive et un renforcement mécanique, et non une véritable autoréparation comparable à celle d’un organisme cicatrisant une blessure.
Une activité maintenue pendant plus d’un an
Lors des expériences en laboratoire, les cyanobactéries sont restées actives pendant plus de 400 jours. Durant cette période, le matériau a continué à absorber du dioxyde de carbone et à produire des minéraux.
Selon les chercheurs, chaque gramme de matériau a capturé environ 26 milligrammes de CO₂, principalement sous forme minérale. L’ETH Zurich souligne que cette performance est supérieure à celle de nombreuses approches biologiques et comparable, voire supérieure, à certains procédés de carbonatation appliqués au béton recyclé.
La géométrie des objets imprimés joue néanmoins un rôle majeur. Les chercheurs ont conçu des formes poreuses et ajourées pour permettre à la lumière de pénétrer profondément dans la structure. Ces formes facilitent également la circulation des liquides nutritifs par capillarité.
Sans humidité, sans lumière ou sans nutriments suffisants, les cyanobactéries ne pourraient pas rester actives durablement.
Des structures imprimées en trois dimensions
Grâce à l’impression 3D, les scientifiques peuvent fabriquer des structures aux formes complexes, notamment des treillis, des coraux artificiels, des récipients ou des objets ressemblant à de petits ananas.
Fraîchement imprimées, les structures sont encore molles et relativement transparentes. Après plusieurs semaines, elles deviennent vertes sous l’effet de la multiplication des cyanobactéries et de la chlorophylle. La formation progressive des minéraux leur permet ensuite de mieux conserver leur forme.
Cette fabrication additive permet surtout d’optimiser la surface exposée à la lumière et à l’air. Contrairement à un bloc massif classique, les architectures poreuses offrent davantage d’échanges avec l’environnement, ce qui favorise l’activité biologique.
Des installations présentées à Venise et à Milan
Le concept a déjà dépassé l’échelle de la petite éprouvette de laboratoire. Une installation baptisée « Picoplanktonics » a été présentée dans le pavillon canadien de la Biennale d’architecture de Venise.
Elle comprend notamment deux structures vivantes évoquant des troncs d’arbres, dont la plus grande mesure environ trois mètres de hauteur. Selon les estimations de l’équipe, chacune pourrait capter jusqu’à 18 kilogrammes de CO₂ par an dans des conditions adaptées.
Ces structures doivent toutefois être entretenues. L’installation nécessite suffisamment de lumière, de chaleur et d’humidité, tandis que l’état des micro-organismes doit être surveillé quotidiennement.
Une autre expérimentation, baptisée « Dafne’s Skin », a été présentée à la Triennale de Milan. Elle explore l’utilisation de micro-organismes vivants sur des enveloppes de bâtiments et sur des surfaces en bois, en transformant le développement biologique en élément architectural visible.
Vers des façades qui absorbent le carbone ?
À terme, les chercheurs envisagent d’utiliser ce matériau comme revêtement de façade. Les parois extérieures des bâtiments pourraient alors devenir des surfaces biologiquement actives, capables de fixer du CO₂ pendant plusieurs mois ou plusieurs années.
L’idée est particulièrement intéressante pour le secteur de la construction, où la production du ciment, du béton et de l’acier représente une source importante d’émissions de gaz à effet de serre.
Le matériau de l’ETH Zurich ne remplacerait probablement pas, dans un premier temps, les structures porteuses traditionnelles. Sa faible rigidité initiale, sa dépendance à la lumière et à l’humidité ainsi que les besoins des micro-organismes limitent encore ses applications.
Il pourrait en revanche être utilisé sous forme de panneaux, de revêtements non porteurs, d’éléments décoratifs ou de modules ajoutés à des bâtiments existants.
Des limites encore importantes
Avant d’imaginer des villes entièrement recouvertes de matériaux vivants, plusieurs difficultés devront être résolues.
Il faudra notamment déterminer comment le matériau résiste au gel, aux fortes chaleurs, à la sécheresse, aux UV, à la pollution atmosphérique et aux variations de luminosité. Sa durée de vie réelle en extérieur reste également à mesurer.
L’approvisionnement en eau et en nutriments représente un autre défi. Même si les cyanobactéries ont des besoins relativement modestes, une façade vivante nécessiterait probablement un système d’irrigation, de récupération d’eau ou de circulation nutritive.
La sécurité biologique, la résistance au feu, la stabilité mécanique, les coûts de production et l’intégration aux normes du bâtiment devront également faire l’objet d’études approfondies.
Enfin, le bilan carbone complet devra tenir compte de la fabrication de l’hydrogel, de l’impression 3D, de l’entretien des structures et de leur traitement en fin de vie. Capturer du CO₂ pendant l’utilisation ne suffit pas à garantir qu’un produit soit réellement neutre ou négatif en carbone sur l’ensemble de son cycle de vie.
Une nouvelle manière de penser l’architecture
Cette recherche marque néanmoins une évolution profonde dans la conception des matériaux. Traditionnellement, un matériau de construction est considéré comme une matière inerte, conçue pour rester stable le plus longtemps possible.
Les matériaux vivants introduisent une autre logique : ils peuvent évoluer, interagir avec leur environnement et acquérir de nouvelles propriétés grâce au métabolisme de micro-organismes.
Les futurs bâtiments pourraient ainsi ne plus être uniquement des objets passifs consommant de l’énergie et des ressources. Certaines parties de leur enveloppe pourraient produire de la biomasse, stocker du carbone, filtrer l’air ou modifier leurs caractéristiques en fonction de leur environnement.
Les travaux de l’ETH Zurich ne signifient donc pas que des immeubles vivants capables de sauver le climat seront construits dès demain. Ils montrent cependant qu’il devient possible d’associer biologie, architecture et fabrication numérique pour créer des matériaux actifs.
À l’avenir, nos murs ne seront peut-être plus totalement inertes. Certains pourraient respirer, se minéraliser lentement et participer, à leur échelle, à la capture du carbone atmosphérique.
Adaptation Terra Projects
Sources
- Dalia Dranseike, Yifan Cui, Andrea Shin Ling et collaborateurs, « Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials », Nature Communications, volume 16, article 3832, 2025.
- ETH Zurich, « A building material that lives and stores carbon », 20 juin 2025.
- Programme ALIVE — Advanced Engineering with Living Materials, ETH Zurich.
- Projet architectural « Picoplanktonics », Biennale d’architecture de Venise.
(2)
