Des chercheurs de l’Université Harvard ont génétiquement modifié des bactéries marines pour éliminer la rouille sur l’olivine, multipliant par 2,6 la vitesse de dissolution de ce silicate dans l’eau de mer. Cette avancée bio-technologique accélère le captage naturel du dioxyde de carbone et ouvre la voie à de nouvelles méthodes industrielles de décarbonation.
L’accélération de l’altération des roches par la biologie de synthèse
L’altération des roches constitue l’un des régulateurs naturels les plus puissants du climat terrestre. Au fil des millénaires, la décomposition des silicates au contact de l’eau et de l’air dissout des minéraux qui finissent par rejoindre les océans, où ils piègent le dioxyde de carbone atmosphérique sous forme de bicarbonate. Si ce thermostat géologique a stabilisé le climat de la planète par le passé, le cycle naturel reste beaucoup trop lent pour faire face aux émissions humaines actuelles.
Pour contourner cette limite temporelle, une équipe de recherche collaborative associant le Wyss Institute de l’Université Harvard, le département de biologie des systèmes de la Harvard Medical School et la Stanford Doerr School of Sustainability s’est tournée vers la biologie de synthèse. Dirigée par Pamela Silver et Michael Springer, et menée par le ingénieur chimiste et premier auteur Neil Dalvie, l’équipe a cherché à stimuler ce processus naturel connu sous le nom d’altération forcée des roches, ou Enhanced Rock Weathering.
Le rôle clé des sidérophores face à la formation de rouille
Le principal obstacle à la dissolution rapide des silicates comme l’olivine réside dans la formation spontanée d’une couche de rouille à la surface du minéral. Lorsque l’olivine se dissout au contact de l’eau oxygénée, elle libère des ions ferreux qui s’oxydent rapidement. Ces rocks rust almost immediately, explique Neil Dalvie, premier auteur de l’étude publiée dans la revue Nature Biotechnology, selon les informations rapportées par les organismes de recherche.
Cette pellicule d’oxydes de fer bloque la dissolution ultérieure de la roche et stoppe net la réaction chimique. Pour y remédier, les scientifiques ont exploité les sidérophores, des molécules que certaines bactéries utilisent naturellement pour capturer le fer dans leur environnement. La souche bactérienne marine Alteromonas macleodii, abondante dans l’eau de mer, produit normalement du pétrobactine uniquement lorsque le fer se fait rare. Dans un réacteur rempli d’olivine, la surabondance de fer bloque naturellement la production de ces molécules.
Des bioréacteurs alimentés par l’eau du port de Boston
Pour lever ce verrou biologique, les chercheurs ont génétiquement modifié la bactérie afin qu’elle produise des sidérophores en continu, indépendamment des concentrations de fer présentes dans l’eau. Neil Dalvie a souligné que, pour permettre une altération améliorée à grande échelle, ils avaient conçu A. macleodii pour qu’elle produise toujours des sidérophores, dissociant ainsi essentiellement la production de sidérophores des niveaux de fer environnementaux.
Dans de petits réacteurs marins, cette modification a permis d’accroître la dissolution de l’olivine par un facteur de 2,6 par rapport à un témoin abiotique. L’équipe a ensuite étendu le système à des cuves contenant plus de quatre kilogrammes d’olivine de construction et de l’eau de mer non traitée provenant du port de Boston. Les mesures ont révélé une augmentation de 3,1 fois de la libération de magnésium, témoignant de l’accélération de la dégradation minérale et d’une production d’alcalinité équivalente à l’élimination d’environ 0,5 gramme de CO2 atmosphérique par jour.
Les défis de l’échelle industrielle et les perspectives économiques
Malgré ces résultats probants en laboratoire, les experts rappellent que la mise à l’échelle de l’altération forcée se heurte à des défis techniques et financiers importants.
De plus, après plusieurs semaines d’expérimentation, les chercheurs ont observé l’apparition de biofilms et d’une croûte minérale durcie à la surface de l’olivine, créant de nouvelles barrières physiques à l’altération. L’équipe poursuit donc ses travaux pour concevoir des installations capables de faire circuler l’eau de mer à grande échelle à travers des réacteurs contenant de la roche concassée et des microbes modifiés, avant de rejeter l’eau rendue alcaline dans l’océan.
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