L’urine humaine est l’un des rejets humains les plus abondants qui existe sur notre planète. En effet, chaque jour, « l’humanité produirait jusqu’à 7 millions de tonnes d’urine » si l’on en croit les données d’Actu Environnement. Très riche en différents composés fort utiles (azote et phosphore, notamment), elle est néanmoins très problématique à traiter. Elle dégrade les écosystèmes, fait tourner à plein régime les stations d’épurations et reste, à ce jour, un déchet encore mal revalorisé.
Des chercheurs de l’Université de Californie (Irvine) ont pourtant démontré au mois d’avril, lors de la publication de leur étude dans la revue Nature Communications, qu’elle pouvait devenir une ressource extrêmement précieuse. Comment ? En la transformant en hydroxyapatite, un biomatériau utilisé dans les implants osseux, l’impression 3D ou la restauration d’artefacts archéologiques fragiles issus de fouilles ou de musées. Leur technique permettrait donc de traiter efficacement ce déchet naturel encombrant, tout en tirant de celui-ci un matériau à forte valeur ajoutée.
L’urine comme matière première
L’hydroxyapatite est un minéral à base de phosphate de calcium, que l’on retrouve naturellement dans les tissus durs (dents et os) de tous les vertébrés. Elle est biocompatible, mécaniquement très stable, biodégradable, et son marché est en pleine croissance : il pourrait dépasser 3,5 milliards de dollars d’ici 2030. Le problème, c’est que sa production industrielle est très onéreuse et énergivore.
Voilà pourquoi l’innovation de ces chercheurs est intéressante, car elle répond à une double problématique, selon David Kisailus, l’un des auteurs de l’étude. « Ce processus permet d’atteindre deux objectifs simultanément. D’une part, il contribue à éliminer l’urine humaine des eaux usées, ce qui réduit la pollution environnementale et l’accumulation de nutriments indésirables. D’autre part, il génère un matériau valorisable commercialement pour diverses applications », explique-t-il.
Pour concrétiser cette idée, les chercheurs ont puisé leur inspiration directement dans le vivant. Dans notre corps, ce sont les ostéoblastes, des cellules osseuses, qui fabriquent naturellement l’hydroxyapatite, à partir du calcium et du phosphate présents dans les fluides biologiques. Cependant, les ostéoblastes ne peuvent pas être cultivés à grande échelle, ce qui rend toute production industrielle impossible.
Alors l’équipe a eu recours à un organisme beaucoup plus simple : une levure. Ils l’ont modifiée génétiquement pour qu’elle imite, en version minimaliste, le comportement des ostéoblastes. Cette levure dégrade l’urée contenue dans l’urine, ce qui a pour effet d’augmenter le pH de son environnement. Ce changement déclenche, dans de minuscules cavités, la formation de cristaux d’hydroxyapatite, exactement comme dans les tissus osseux.
Le processus ne prend pas plus de 24 h et permet d’obtenir environ jusqu’à un gramme de biomatériau par litre d’urine, à des températures relativement basses. Le tout se déroule dans une simple cuve de fermentation, semblable à celles utilisées pour le brassage de la bière.
Il n’y a donc aucunement besoin d’investir dans des installations coûteuses, ce qui, selon les chercheurs, fait de leur procédé de revalorisation un système très adaptable et accessible. En particulier dans « les pays à plus faibles ressources », précise Kisailus.
« Ma collaboration avec le Professeur Yasuo Yoshikuni du Lawrence Berkeley Laboratory (co-auteur de cet article) se poursuit, et nous travaillons à la création d’autres matériaux via ce procédé, notamment pour des applications liées au domaine de l’énergie », continue-t-il.
Si la médecine ou l’impression 3D peuvent se tourner vers des matières issues de déchets biologiques, pourquoi pas d’autres secteurs comme le bâtiment, l’automobile, ou même l’électronique ? Le duo bioinspiration/génie génétique nous permet d’éviter de recourir à des procédés industriels lourds et coûteux, cette expérience nous le prouve parfaitement. Un avantage, qui, dans les prochaines décennies, pèsera de plus en plus lourd à mesure que nos ressources naturelles se raréfieront.
- Des chercheurs ont transformé l’urine humaine en hydroxyapatite, un biomatériau très utile dans divers domaines.
- Pour cela, ils ont utilisé une levure génétiquement modifiée, capable de dégrader l’urée et de cristalliser le minéral en 24 heures.
- Le procédé a fonctionné à basse température, dans des cuves de fermentation simples, sans infrastructure industrielle lourde.
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