Advances in Enzyme Induced Carbonate Precipitation and Application to Soil Improvement: A Review - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Materials Année : 2022

Advances in Enzyme Induced Carbonate Precipitation and Application to Soil Improvement: A Review

Revue sur les progrès dans la précipitation des carbonates induite par des enzymes et application à l'amélioration des sols :

Résumé

Climate change and global warming have prompted a notable shift towards sustainable geotechnics and construction materials within the geotechnical engineer’s community. Earthen construction materials, in particular, are considered sustainable due to their inherent characteristics of having low embodied and operational energies, fire resistance, and ease of recyclability. Despite these attributes, they have not been part of the mainstream construction due to their susceptibility to water-induced deterioration. Conventional soil improvement techniques are generally expensive, energy-intensive, and environmentally harmful. Recently, biostabilization has emerged as a sustainable alternative that can overcome some of the limitations of existing soil improvement methods. Enzyme-induced carbonate precipitation (EICP) is a particularly promising technique due to its ease of application and compatibility with different soil types. EICP exploits the urease enzyme as a catalyst to promote the hydrolysis of urea inside the pore water, which, in the presence of calcium ions, results in the precipitation of calcium carbonate. The purpose of this paper is to provide a state-of-the-art review of EICP stabilization, highlighting the potential application of this technique to field problems and identifying current research gaps. The paper discusses recent progress, focusing on the most important factors that govern the efficiency of the chemical reactions and the precipitation of a spatially homogenous carbonate phase. The paper also discusses other aspects of EICP stabilization, including the degree of ground improvement, the prediction of the pore structure of the treated soil by numerical simulations, and the remediation of potentially toxic EICP by-products.
Le changement climatique et le réchauffement de la planète ont suscité une évolution notable vers des géotechniques et des matériaux de construction durables au sein de la communauté des ingénieurs géotechniciens. Les matériaux de construction en terre, en particulier, sont considérés comme durables en raison de leurs caractéristiques inhérentes, à savoir une faible énergie intrinsèque et opérationnelle, une résistance au feu et une facilité de recyclage. Malgré ces caractéristiques, ils n'ont pas fait partie de la construction courante en raison de leur sensibilité à la détérioration due à l'eau. Les techniques conventionnelles d'amélioration des sols sont généralement coûteuses, gourmandes en énergie et nuisibles à l'environnement. Récemment, la biostabilisation est apparue comme une alternative durable qui peut surmonter certaines des limites des méthodes d'amélioration des sols existantes. La précipitation des carbonates induite par les enzymes (EICP) est une technique particulièrement prometteuse en raison de sa facilité d'application et de sa compatibilité avec différents types de sols. L'EICP exploite l'enzyme uréase comme catalyseur pour promouvoir l'hydrolyse de l'urée dans l'eau interstitielle, ce qui, en présence d'ions calcium, entraîne la précipitation de carbonate de calcium. L'objectif de cet article est de fournir une revue de l'état actuel de la stabilisation de l'EICP, en soulignant l'application potentielle de cette technique aux problèmes de terrain et en identifiant les lacunes actuelles de la recherche. L'article examine les progrès récents, en se concentrant sur les facteurs les plus importants qui régissent l'efficacité des réactions chimiques et la précipitation d'une phase carbonatée spatialement homogène. L'article aborde également d'autres aspects de la stabilisation de l'EICP, notamment le degré d'amélioration du sol, la prédiction de la structure poreuse du sol traité par des simulations numériques, et l'assainissement des sous-produits potentiellement toxiques de l'EICP.

Dates et versions

hal-03597662 , version 1 (04-03-2022)

Identifiants

Citer

Ahsan Saif, Alessia Cuccurullo, Domenico Gallipoli, Céline Perlot-Bascoules, Agostino Walter Bruno. Advances in Enzyme Induced Carbonate Precipitation and Application to Soil Improvement: A Review. Materials, 2022, 15 (3), pp.950. ⟨10.3390/ma15030950⟩. ⟨hal-03597662⟩

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