Arès 16 - Nourrir la base

Illustration : Michel Saemann

Arès XVI

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ARES XVI

Mission"Nourrir la base"

Déimos (terreur en grec) : le plus petit (15km maximum) et le plus éloigné des satellites de Mars.

Phobos (Peur en grec) : principale lune martienne dun diamètre maximal de 26km, la plus proche et la plus grande de Mars. Pas d'atmosphère.

Pression : 6,36 bars ou 600 Pascals en moyenne Masse : 25 milliards de tonnes CO2 : 95,9% Ar : 1,9% N2 : 1,9% O2 : 0,1% CO : 0,05% H2Ov : O,O3% NO : 0,01% O3 : 30ppm CH4 : 10,5ppm

Auteurs du jeu :

• Mélanie Fenaert (Académie de Versailles) : ressources, personnages, vidéos (...)
• Grégory Michnik (Académie de Lille) : charte graphique, navigation, guide pédagogique, scénario (...)

• NASA
• Michel Saemann (illustrations scientifiques) : http://www.3dmiche-illustrations.com
• Adrien Girod (concept artist, designer, illustrator) avec son aimable et gracieuse autorisation

Faire le premier champ de Mars? Quel défi... Je vais mettre entièrement à contribution ma serre agronomique pour ce projet. Il me faudra déterminer précisément les besoins des végétaux que nous ferons pousser et multiplier les plants.

Les paraboles sont le seul moyen pour communiquer avec la Terre. Il faut environ 20 minutes pour qu'un message arrive à destination.

OK, voyons ce que j'ai en réserve dans ma banque de semences.

Même si les vents sur Mars sont plus faibles que sur Terre, ils sont suffisants pour faire tourner des petites éoliennes. Vitesse du vent sur Mars : de 2 à 10 km/h par temps calme, de 17 à 30 km/h pendant une tempête.

Engin roulant pressurisé électrique ayant une autonomie d'environ 150 km.

Nous aurons besoin de surface et d'un sol fertile. Voyons voir dans le biodôme si c'est faisable...

Cette foreuse permet de creuser à plusieurs mètres de profondeur dans le régolithe martien.

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Labo de Chimie

CORRIDOR DES LABORATOIRES

Bio-Lab

BASE

Perchlorates

Courte vidéo en anglais, les sous-titres en français sont plutôt bien faits (activer les sous-titres, puis choisir le français). Le début est toutefois mal traduit : "Le perchlorate est une substance très cool, c'est un sel, ceci un perchlorate de calcium. On peut le trouver partout sur Mars..." https://www.youtube.com/watch?v=fxnEKi7ItW4

Perchlorates

Courte vidéo en anglais, les sous-titres en français sont plutôt bien faits (activer les sous-titres, puis choisir le français). Le début est toutefois mal traduit : "Le perchlorate est une substance très cool, c'est un sel, ceci un perchlorate de calcium. On peut le trouver partout sur Mars..." https://www.youtube.com/watch?v=fxnEKi7ItW4

base

base

CORRIDOR DES LABORATOIRES

BASE

LABO D'AGRONOMIE - SERRE

BASE

Faire pousser des plantes sur Mars (Futura-sciences)

http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/exploration-martienne-mars-colons-pourront-faire-pousser-plantes-53357/ Sur Mars, les colons pourront faire pousser des plantes L'exploration de Mars fait rêver les amateurs de science-fiction depuis longtemps. Nourries par les romans d'Arthur Clarke ou de Ray Bradbury, plusieurs sont prêts à embarquer dans le projet de colonisation de la Planète rouge baptisé Mars One. Mais pour que ce projet réussisse, il faudrait que les colons puissent produire leur nourriture sur place. Futura-Sciences

How to grow plants on Mars (NASA)

https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/meals_ready_to_eat Crew Members Sample Leafy Greens Grown on Space Station Fresh food grown in the microgravity environment of space is officially on the menu for the first time for NASA astronauts on the International Space Station. NASA

Perchlorates

Courte vidéo en anglais, les sous-titres en français sont plutôt bien faits (activer les sous-titres, puis choisir le français). Le début est toutefois mal traduit : "Le perchlorate est une substance très cool, c'est un sel, ceci un perchlorate de calcium. On peut le trouver partout sur Mars..." https://www.youtube.com/watch?v=fxnEKi7ItW4

Le laboratoire contient de nombreux échantillons de sols terrestres et martiens. © Cirad, T. Erwin

Welcome to Mars (Buzz Aldrin, National Geographic kids)

"Ma serre ne sert qu'à reproduire à l'identique des végétaux issus de la banque de semence du laboratoire de Matt Wheatney. L'espace est insuffisant pour produire suffisamment de quoi nourrir 30 colons pendant plusieurs mois. Ma méthode de culture est hors-sol : c'est l'hydroponie."

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

Matt Damon dans Seul sur Mars (Ridley Scott)

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

Le laboratoire contient de nombreux échantillons de sols terrestres et martiens. © Cirad, T. Erwin

Le laboratoire contient de nombreux échantillons de sols terrestres et martiens.

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

Cyprien Verseux, l'astrobiologiste français diplômé de Sup'Biotech, vient de terminer son séjour sur Mars... à Hawaï. Avec ses cinq coéquipiers, il a participé à une expérience consistant à simuler pendant 365 jours ce que pourrait être la vie sur Mars. Le dimanche 28 août 2016, tous ont retrouvé l'air libre et sont sortis du dôme de 140 m2 à l'intérieur duquel ils ont vécu pendant cette « année martienne ». Durant cette année, il a partagé son expérience sur un blog sur le site de La Recherche, dont voici un extrait.Post 5 : Bactéries vertes sur planète rougeLe lundi 21 septembre 2015« J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. [...] » J’ai déjà mentionné qu’une partie de mes travaux visait à mettre au point un système permettant de produire des ressources sur Mars à partir des matériaux présents sur place. Comme vous pouvez vous en douter, les plantes jouent un rôle dans ce projet. Mais le rôle principal est tenu par les cyanobactéries. Ces micro-organismes sont des bactéries vertes qui, comme les plantes, font de la photosynthèse. Bien que peu connues du public, en tout cas dans ce contexte, elles pourraient devenir des éléments clés d’un avant-poste sur Mars. Je vais essayer d’expliquer leur potentiel d’une façon accessible au large public. Si mes écrits sont trop difficiles à comprendre (un écueil classique lorsque l’on vulgarise sa propre recherche), n’hésitez pas à me le faire savoir ! Si au contraire ce que j’écris est trop basique et que vous voulez plus de détails techniques, je vous invite à lire lapublication dont cet article est tiré. Déposer des hommes sur Mars dans les prochaines décennies est maintenant un objectif réaliste. Mais si planter un drapeau et laisser une empreinte pourrait être fait avec pas grand-chose de plus que nos capacités technologiques actuelles, l’investissement est discutable. En revanche, si une intense activité scientifique est possible, les dépenses sont largement justifiées. Dans ce cas, une équipe devra passer un temps considérable sur place. Multiplier des missions à court terme n’est en effet pas une option viable : étant donnés le temps, les coûts et les difficultés associés au trajet, des bases permettant des séjours de longue durée seront probablement nécessaires. Mais si l’idée d’une présence humaine permanente est attirante, procurer les denrées nécessaires à la survie des pionniers reste un défi : les coûts de lancement ne permettent pas le ravitaillement continu d’une colonie au-delà de la Lune. Envoyer toutes les ressources nécessaires à partir de la Terre est financièrement irréaliste. La colonisation de Mars est-elle donc trop onéreuse pour être réalisable ? Peut-être pas… si l’on peut n’envoyer qu’une quantité minimale de consommables et produire le reste à partir de matériaux trouvés sur place. Les systèmes biologiques, et les micro-organismes en particulier, seront extrêmement utiles. L’être humain utilise leurs produits depuis le début de son histoire : oxygène produit par des micro-algues, aliments et boissons tels que micro-organismes comestibles et produits fermentés comme le vin et le fromage, médicaments, divers produits chimiques, biomatériaux, biocarburants, etc. Nous dépendons également d’eux pour divers procédés, par exemple le recyclage de déchets et l’extraction de certains métaux. Les micro-organismes peuvent par ailleurs se démultiplier très rapidement à partir de quantités infimes ; en envoyer quelques milligrammes suffirait donc pour en lancer des cultures sur Mars, dans des systèmes de culture clos. Mais comment les alimenter ? S’il faut envoyer des milieux nutritifs depuis la Terre le problème de la masse est déplacé, pas résolu. Heureusement, tous les éléments de base nécessaires à la vie ont été détectés sur Mars. Les nutriments métaux sont présents dans les roches. Il y a du carbone (sous forme de dioxyde de carbone et, en quantités a priori bien moindres, de méthane) de l’azote dans l’atmosphère, et des atomes de carbone supplémentaires sont présents dans la glace carbonique des calottes glaciaires et sous la surface du régolithe (le sol poudreux visible sur les images de paysages Martiens) du fait d’échanges avec l’atmosphère. De grandes quantités d’eau ont été détectées sous forme de glace dans la calotte polaire nord, sous la glace carbonique de la calotte glaciaire sud et proche de la surface à des latitudes plus tempérées, sous forme d’hydratation des minéraux, et sous forme de vapeur dans l’atmosphère. Ce sera par ailleurs un produit secondaire du métabolisme et de l’activité industrielle humains. L’énergie solaire est également présente, avec une intensité moyenne de 43% celle de la Terre. Le problème ? Une large part de ces éléments est sous une forme que la plupart des organismes ne peuvent utiliser. En particulier, beaucoup (qualifiés d’hétérotrophes et incluant les animaux tels que les hommes, ainsi que la majorité des micro-organismes) ont besoin de composés organiques comme sources de carbone et d’énergie, et la disponibilité de ceux-ci sur Mars est mal connue mais très probablement basse. De l’azote fixé, par exemple des nitrates, de l’ammoniac ou des acides aminés (mais pas l’azote atmosphérique qui est sous forme de diazote, N2) et du dioxygène (O2) sont également nécessaires à la plupart des organismes. Et, finalement, les éléments métaux enfermés dans les roches sont généralement inaccessibles. Le problème n’est donc pas un manque d’éléments basiques nécessaires à la vie, mais la capacité des organismes à les utiliser sous la forme qu’ils prennent à la surface de Mars. Deux exemples de cyanobactéries, d'espèces différentes, vues au microscope. La photographie rend mal leur couleur, d'un vert intense. © Cyprien Verseux Mais tous les organismes n’ont pas besoin de composés organiques : ce n’est pas le cas des cyanobactéries, par exemple. Elles peuvent, comme les plantes, faire de la photosynthèse : utiliser du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière pour produire leurs propres composés organiques. Dans un désert nutritif comme Mars, cela leur donnerait un fort avantage sur les organismes hétérotrophes. Certaines espèces peuvent fixer le diazote qui, comme le dioxyde de carbone, est présent dans l’atmosphère de Mars. De plus, certaines ont la capacité d’extraire et d’utiliser les métaux présents dans des analogues de roches martiennes. La plupart – voire tous – les nutriments qui leur sont nécessaires pourraient donc être fournis directement à partir de ressources présentes sur Mars. Et puisque les cyanobactéries produisent des composés organiques, fixent l’azote et extraient des nutriments métaux des roches, pourquoi ne pas s’en servir pour nourrir des organismes hétérotrophes ? Cultiver des organismes vivants en utilisant des cyanobactéries pour transformer des ressources martiennes en milieux de culture. © Cyprien Verseux Les cyanobactéries pourraient par ailleurs être utilisées directement pour diverses applications comme la production de nourriture, de carburants et d’oxygène. Qu’en est-il des plantes ? Bien que le basalte soit la roche dominante dans le régolithe martien, et qu’une fois érodé il contribue à la formation de sols extrêmement productifs sur Terre, le sol martien devra probablement subir un traitement physicochimique et/ou biologique avant de pouvoir être utilisé comme milieu de croissance pour des plantes. Les raisons pour cela incluent sa basse capacité à retenir l’eau (à cause de l’absence de carbone organique), et le fait que ses nutriments soient peu accessibles aux racines. En plus du carbone et de nutriments métaux, le sol devra être enrichi avec d’autres éléments. De l’azote utilisable, notamment : la plupart des plantes sont incapables de fixer l’azote atmosphérique (même si certaines, principalement des légumineuses, portent des bactéries symbiotiques qui le fixent pour eux). Les plantes sont par ailleurs bien moins efficaces que les cyanobactéries en ce qui concerne l’utilisation de surface, de dioxyde de carbone et de minéraux. Elles sont plus sensibles aux conditions environnementales, nécessitent plus de main d’œuvre, se prêtent moins à l’ingénierie génétique, prennent plus de temps à redéployer en cas de perte, nécessitent une logistique plus complexe et contiennent des parties non comestibles et difficiles à recycler. Les rôles principaux des plantes dans un avant-poste humain seraient la production de nourriture et d’oxygène, qui peuvent être assurés par les cyanobactéries. Cela dit, bien que certaines cyanobactéries comestibles aient d’excellentes propriétés nutritives (déjà entendu parler de la spiruline ?), elles ne peuvent actuellement pas être utilisées comme nourriture de base à cause de leur goût que peu qualifieraient d’agréable, de leur manque de vitamine C et peut-être de certain lipides essentiels, et de leur bas ratio glucides/protéines. Ces problèmes pourraient être résolus par l’ingénierie génétique, mais les plantes ont d’autres avantages : elles permettraient la production d’aliments réconfortants et leur culture pourrait avoir un impact positif sur le moral des colons. Des cultures à petite échelles, alimentées par des nutriments produits par des cyanobactéries et par les déchets organiques produits par l’équipage, peuvent être envisagées. En résumé : grâce à la photosynthèse, à l’érosion de roches et à la fixation d’azote, les cyanobactéries pourraient être cultivées sur Mars et utilisées pour transformer la matière inorganique locale en composés disponible à d’autres microorganismes et aux plantes. Des nutriments supplémentaires proviendraient du recyclage de déchets de l’équipage. Finalement, si d’autres micronutriments (par exemples, certains cofacteurs) se révèlent impossibles à extraire sur place, les transporter depuis la Terre n’ajouterait qu’une masse négligeable à la charge du vaisseau, puisqu’ils ne sont nécessaires qu’en quantités infimes. Les pionniers pourraient donc transporter de très légers tubes contenant des cyanobactéries et, une fois atterris sur Mars, les cultiver à partir de matériaux trouvés sur place. Ces bactéries photosynthétiques seraient ensuite utilisables pour cultiver d’autres micro-organismes et des plantes, recréant ainsi un écosystème simple et capable de produire les denrées nécessaires à la colonie à partir de ressources locales. C’est l’objet principal de mes recherches. Cyprien Verseux

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Panneaux solaires et extérieurs

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Panneaux solaires

J'entretiens les panneaux solaires pour ne pas manquer d'énergie.

Garage - entrepôt

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"J'ai faim..."

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CENTRE DE COMMANDEMENT et TELECOM

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"Catastrophe ! Le lanceur russe qui devait nous envoyer une capsule de ravitaillement alimentaire s'est crashé à son lancement. Nous avons donné des consignes de rationnement à tous les habitants de la base. Cependant, cela restera insuffisant jusqu'au nouveau lancement prévu l'année prochaine. Il nous faut absolument trouver des solutions pour produire notre propre nourriture en complément ! Il nous reste quelques pommes de terre, des graines de carottes et de diverses autres variétés végétales dans le laboratoire. Votre mission est de proposer, expérimenter des solutions qui nous permettront de produire en quantité suffisante et dans quelques mois les légumes dont dépendront notre survie."

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Mars la verte

Mars la verte

Centre de santé

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Si j'ai bien compris, le sol créé pour nos cultures est susceptible de contenir des bactéries pathogènes : il faudra être très vigilants sur l'hygiène!

Le rationnement alimentaire a été décrété dans la base! La ration alimentaire a été fixée à 1800 kcal/jour. Il y a peut-être possibilité d'être plus juste selon les personnes? Ce qui est sûr c'est que nous allons tous perdre quelques kilogrammes.

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base

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SALLE DE SPORT

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"Avec le rationnement alimentaire, il vaudrait mieux réduire notre activité physique..."

"Je ne peux pas me permettre de me rationner. C'est déjà tellement difficile pour moi, physiquement! "

"Nous pouvons essayer de vaincre la sensation de faim par la méditation."

"Pas grave, j'avais quelques kilos à perdre..."

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SALLE DE VIE COMMUNE - Espace détente

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"On peut essayer de tous s'occuper d'un bac à légume dans la pièce de vie commune"

"On va mettre de côté un maximum de déchets organiques!"

"Le plus important, c'est l'eau!"

"Il ne faudra pas oublier de complémenter nos rations avec des vitamines"

"Je peux travailler sur des variétés de légumes génétiquement édités par CRISPR-CAS9, afin d'accélérer leur croissance et leur rendement..."

"Besoin d'un café..."

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CHAMBRE - SALLE DE BAIN

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Un petit flacon contenant un liquide brun, caché sous l'oreiller de Jack Hick-Wartz

"Mais comment faire pour récupérer les eaux grises et les déjections de chacun?"

"On devrait demander de l'aide aux autres bases martiennes. A moins qu'elles ne dépendent aussi directement du ravitaillement terrestre..."

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base

BIODÔME

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"Nous avons suffisamment d'espace ici pour faire de l'agriculture. Il faut toutefois préparer le sol : c'est le rôle d'Angelo. Tout ce que je peux vous dire c'est que le biodôme rassemble toutes les conditions pour une photosynthèse efficace : luminosité, température, hygrométrie, atmosphère que nous pouvons enrichir en CO2..."

Extrait audio du livre d'Andy Weir "Seul sur Mars"

"Transformer le régolithe martien en sol de type terrestre n'est pas une mince affaire! Nous devons d'abord importer une grande quantité de m... euh matière organique, en provenance directe des toilettes de la base si vous voyez ce que je veux dire... Hé oui, il y a aussi dedans nos plus précieuses alliées pour fabriquer du sol : des bactéries! Il nous faut aussi récupérer tous les déchets organiques de la base, même les déjections des poissons du bassin."

Source : https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast09apr_1

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Labo de chimie

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CORRIDOR DES LABOS

Tableau 1 : Composition du régolithe martien

"Fabriquer un sol c'est bien beau mais le régolithe de Mars a un défaut majeur! Il est trop pauvre en certains éléments chimiques indispensables à la plante pour sa croissance et sa photosynthèse. Il faut que je fasse un engrais spécial! Pouvez-vous m'aider?"

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Labo de Matt Wheatney

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Image by Scott Delorme

CORRIDOR DES LABOS

"Pourquoi favoriser la pomme de terre? C'est facile à cultiver et c'est très calorique. J'ai quelques tubercules en réserve dans mon labo mais je suis sûr que je peux en trouver ailleurs..."

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Picture by 600v

SALLE DE VIE COMMUNE - Cuisines

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"Pas de frites sans pommes de terre ! J'en ai une bonne réserve... et de grande qualité !"

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LES MARSONAUTES

Centre de commandement

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Labo

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