Arès 16 - Mars la Verte

Illustration : Michel Saemann

Arès XVI

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ARES XVI

Mission "Mars la Verte"

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 (...)

Images :

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

"Y'a vraiment besoin de moi, vous êtes sûrs ? J'avais repéré un bâtiment abandonné que j'aurais bien exploré... Quoique, cette eau verdâtre pourrait y être liée..."

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

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

"Allons voir cela de plus près !"

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

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.

"Oui, voilà une histoire bien intrigante... de l'eau verte, cela pourrait être lié à de nombreuses causes biologiques ou chimiques..."

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CENTRE DE COMMANDEMENT

base

"OK Jack, je l'ai vu récemment en salle de sport. En attendant, je compulse les ressources sur la fossilisation, histoire de me rafraîchir la mémoire... Si besoin je contacterai un ami sur Terre via la salle de commandement, c'est un spécialiste en exobiologie."

Notre équipe d'entretien du bassin de culture aquaponique vient de nous envoyer des données concernant un bien étrange échantillon d’eau prélevé dans ce bassin. En effet, cette eau est d’une couleur verte et très trouble. Une série de centrifugeuses contenant une poudre verte a également été retrouvée à proximité de ce bassin. Les chercheurs de la base Gaïa sur Terre sont très intrigués par cette découverte et nous demandent d'analyser cet échantillon. Les échantillons ainsi que des informations présélectionnées par notre ingénieur agronome ont été envoyées dans vos labos. Qu’y a-t-il dans ces bassins ? S’agit-il d’une simple contamination ou d’une culture mise en place par les précédents colons ? Dans ce cas, à quoi cela aurait-il bien pu leur servir ? Comment la relancer ? A vous d'éclaircir ce mystère ! Ceci est un ordre pour Mission.

"OK Jack, je l'ai vu récemment en salle de sport. En attendant, je compulse les ressources sur la fossilisation, histoire de me rafraîchir la mémoire... Si besoin je contacterai un ami sur Terre via la salle de commandement, c'est un spécialiste en exobiologie."

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CHAMBRES & SALLE DE BAIN

base

"Hmmm, une bonne douche tiède, du gel dans les cheveux, le bonheur !"

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SALLE COMMUNE

base

"Yessss !"

" Bonne idée !"

" Bonne idée, pour une fois qu'on a une pause toutes les 4 au même moment !"

" Les filles, ça vous dirait un petit space-poker ?""

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BIODÔME

base

Biodôme Le biodôme est une structure hermétiquement isolée du reste de la base. Un écosystème y sera réalisé. À terme, cet écosystème sera complètement autonome : un cycle de l'eau y existe, ainsi qu'un cycle du carbone et de l'oxygène.

Bassin à usage inconnu Le bassin est vide, hormis quelques flaques d'eau verdâtres...

"Tout à fait Matoussa, les voici ! Quel magnifique endroit ! Cette lumière, cet espace... cela est bien rare sur une base martienne ! Ces bassins asséchés me rappellent un peu les grandes rizipiscicultures asiatiques... Ils seraient parfaits pour y élever des poissons comme des Tilapias ! On pourrait y recréer un écosystème aquatique semi-autonome, en y intégrant des bactéries, des algues et des plantes aquatiques, et veiller à apporter des compléments alimentaires."

"Ah Jamie, te voilà ! As-tu réalisé les prélèvements dans les bassins ?"

Échantillon à demander à votre professeur et à exploiter.

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SALLE DE SPORT

base

"Toutouyoutou, toutouyoutou... allez, encore une série de 200 et j'arrête ! "

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AEROGARE

base

*chante de l'opérette en travaillant*

"Beaucoup de rovers à réparer en ce moment, c'est à se demander si quelqu'un ne fait pas exprès de les endommager... Faudra qu'on vérifie les réserves de carburant Teddy. Elles ne sont pas très élevées, et nous consommons tout de même beaucoup pour nous rendre sur le terrain pour nos missions scientifiques. Mais comment diable faisaient les précédents colons pour s'approvisionner en carburant ???"

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base

Nuages de glace d'eau dans la région de Tharsis Crédits : NASA (domaine public)

Australe Chasma fut l'objectif de la mission "Expédition polaire" effectuée par des drones et rovers téléguidés depuis Arès XVI en 2074. https://en.wikipedia.org/wiki/Planum_Australe Planum Australe - Wikipedia Planum Australe is partially covered by a permanent polar ice cap composed of frozen water and carbon dioxide about 3 km thick. A seasonal ice cap forms on top of the permanent one during the Martian winter, extending from 60°S southwards. It is, at the height of winter, approximately 1 meter thick. Wikipedia

Arès X est située dans le cratère Jezero. https://fr.wikipedia.org/wiki/Jezero_(crat%C3%A8re_martien) Jezero (cratère martien) - Wikipédia Jezero est un cratère d'impact de 49 kilomètres de diamètre situé sur Mars dans le quadrangle de Syrtis Major par 18,2° N et 77,6° E en bordure occidentale d' Isidis Planitia. Wikipedia

En plein cœur de Valles Marineris, la gigantesque faille qui balafre la planète rouge sur plus de 4000 km de long, la région de Melas Chasma est une des dépressions les plus profondes qu’il est possible d’observer sur Mars. https://cnes.fr/fr/1-loeil-du-satellite/mars-dans-les-profondeurs-de-melas-chasma Mars : dans les profondeurs de Melas Chasma Le CNES accorde à l'utilisateur un droit personnel, gratuit, non exclusif et non transférable d'accès et d'utilisation de son site Internet. Tout autre droit est expressément exclu. Cnes

https://fr.wikipedia.org/wiki/Valles_Marineris Valles Marineris - Wikipédia Valles Marineris ( latin signifiant " les vallées de Mariner ", en l'honneur de ) est un vaste système de canyons situé à proximité de l' équateur de la planète Mars entre le renflement de Tharsis - notamment Syria Planum et Noctis Labyrinthus - à l'ouest, et Margaritifer Terra à l'est, dans les quadrangles de Phoenicis Lacus, de Coprates et de Margaritifer Sinus. Wikipedia

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ascraeus_Mons Ascraeus Mons - Wikipédia Ascraeus Mons est un volcan bouclier situé sur la planète Mars par 11,8° N et 255,5° E , dans le quadrangle de Tharsis. Large de , il culmine à en moyenne au-dessus du renflement de Tharsis et à d'altitude au-dessus du niveau de référence martien, ce qui en fait le second sommet de Mars. Wikipedia

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mawrth_Vallis Mawrth Vallis - Wikipédia Mawrth Vallis est l'un des plus anciens lits de cours d'eau martiens, présentant des sédiments stratifés riches en argiles, qui donnent une teinte claire aux terrains des environs. L'abondance et la complexité des dépôts de phyllosilicates , ainsi que la découverte de jarosite constituent autant d'indices de la longue histoire hydrologique de la région. Wikipedia

http://www.astrosurf.com/luxorion/sysol-mars.htm Compendium du système solaire - Mars Compendium du système solaire - Mars Astrosurf

Cliquez pour accéder à l'article (+ vidéo en bas de page) : Curiosity observe un ancien lac sur MarsL'avènement de l'astronautique au cours des années 1960 a permis de poser les bases d'une planétologie comparée. Les météorologistes et les géologues ont ainsi vu leurs terrains de jeux favoris s'étendre aux autres planètes du Système solaire, particulièrement sur Mars. C'est en effet un géologue, John P.Futura

http://www.insu.cnrs.fr/node/6026 Mars : des rivières souterraines récemment activesDeux chercheurs du laboratoire GEOPS (CNRS/Université Paris Sud), en collaboration avec deux autres planétologues américain et canadien, viennent de mettre en évidence un réseau probable de rivières sINSU Cliquez sur lien pour accéder à l'article complet

https://fr.wikipedia.org/wiki/Argyre_Planitia Argyre Planitia - Wikipédia Argyre Planitia est un bassin d'impact de 800 km de diamètre et 5 200 m de profondeur situé dans l'hémisphère sud de la planète Mars et centré par 49,7° S et 316,0° E dans le quadrangle d'Argyre, entre Solis Planum et Bosporos Planum au nord-ouest, Noachis Terra à l'est, et Aonia Terra au sud-ouest. Wikipedia

HiRISE | Clay Diversity on Flank of Mawrth Vallis (ESP_017897_2045) Uahirise

Pôle sud de Mars Source : ESA

https://fr.wikipedia.org/wiki/Olympus_Mons Olympus Mons - Wikipédia 21 229 Olympus Mons , nom latin pour " mont Olympe ", est un volcan bouclier de la planète Mars situé par 18,4° N et 226° E , dans les quadrangles d'Amazonis et de Tharsis. Wikipedia

http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/systeme-solaire-traces-rivieres-geantes-mars-64056/#xtor=AL-30-1[ACTU]-64056[Des-traces-de-rivieres-geantes-sur-Mars] Des traces de rivières géantes sur Mars Une équipe de chercheurs ayant identifié un vaste réseau de rivières fossilisées sur Mars défend l'hypothèse que la Planète rouge a été, il y a un peu moins de 4 milliards d'années, un peu plus bleue, car plus chaude et humide. Futura

PHYTOREACTEUR

base

Photobioréacteur : tubes de culture

Lumière Eclairage artificiel puissant et fournissant une lumière blanche.

Présence de centrifugeuses. Traces de poudre verte

Apport d'eau

Apport en dioxyde de carbone

Récupération du dioxygène

"Aaaaah, j'ai enfin trouvé le code d'accès de cette salle... Nom d'un cigare cubain ! C'est bien ce que je pensais ! Un phytoréacteur ultra-moderne ! Allons voir si tout y est en état de marche... Ohlala, quand je vais dire ça aux autres !"

Les euglènes : des microorganismes avec un énorme potentiel http://www.nippon.com/fr/features/c00517/

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LABORATOIRES SCIENTIFIQUES

Biologie-Géologie

Chimie-Biochimie

Sciences physiques

base

http://www.nippon.com/fr/features/c00517/ Les euglènes : des microorganismes avec un énorme potentiel Euglena Co. Ltd, une entreprise japonaise spécialisée dans la biotechnologie, fait l'objet de la plus grande attention parce qu'elle s'intéresse à des microorganismes très prometteurs, les euglènes. Ces organismes unicellulaires microscopiques pourraient en effet résoudre les problèmes que connaît le monde en matière d'environnement et de pénurie alimentaire à cause de leur haute valeur nutritive et de leur capacité élevée d'absorption du dioxyde de carbone. nippon.com

"Bob ? Il m'a dit qu'il allait fouiller du côté du phytoréacteur abandonné, dont nous n'avons pas retrouvé les codes d'accès d'ailleurs. A mon avis, il s'agit surtout de se cacher pour fumer ses satanés cigares... Bon c'est pas tout ça, je prépare mon matériel pour analyser les échantillons, et consulter la documentation archivée au labo... il y'en a très peu, je devrai sûrement faire des recherches sur l'Interplanetary World Wide Web."

"Je vais chercher les prélèvements dans les bassins du biodôme, j'ai chargé Jamie Libett de les faire, elle doit y être encore. Au fait, tu sais où est Bob ?"

Matériels à votre disposition : - suspension d’algues unicellulaires et dispositif ExAO (sondes O2 et CO2) - solution de levure (10 g/L) et dispositif d’Exao (sonde à ethanol) - solution de glucose (10 g/L) - solution à tester récoltée dans le bassin - mini seringue

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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

SERRES & LABO AGRONOMIE

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

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

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

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.

"Voyons un peu l'état des plants mis à germer il y a deux semaines... Hmmm, pas mal, mais il faudrait un peu d'engrais biologique pour les booster un peu. Heureusement que les toilettes de la base nous fournissent de la matière à compost de manière inépuisable ! Toutefois j'aimerais bien varier un peu les apports... Mais comment faire ?"

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

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

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)

Welcome to Mars (Buzz Aldrin, National Geographic kids)

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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États de l'eau en fonction de la pression et de la température

Economiser l'eau

Eau = vie ? (CNES)

Réservoir d'eau principal

base

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 7 : Une machine en forme de dômeLe mercredi 30 septembre 2015« Notre habitat est plus qu’une simple coupole blanche : c’est un environnement hautement contrôlé et surveillé. [...] » Notre habitat est plus qu’une simple coupole blanche : c’est un environnement hautement contrôlé et surveillé. Vu de l’extérieur, c’est un dôme blanc posé à 2,5 km sur les flancs d’un volcan et entouré de roches rougeâtres à perte de vue. Un container en forme de brique, que nous appelons le Sea Can, y est connecté. Schéma de l'habitat HI-SEAS, vu du dessus. © Envision Design LLC A une dizaine de mètre du dôme se trouvent des réservoirs d’eau d’une capacité totale d’un peu plus de 3500 litres. Comme le système issu du projet de recherche de Christiane (conçu pour récupérer les eaux d’hydratation des minéraux que l’on trouve dans le sol martien) est encore un prototype, ce réservoir est rempli par une société extérieure quand nous en avons besoin. Lorsque qu’un ravitaillement est imminent, nous mettons des caches sur nos hublots et des casques sur nos oreilles pour ne pas sentir la présence de personnes extérieures. Nous n’avons eu notre premier remplissage qu’après trois semaines, et il nous restait encore de l’eau. Si nous avons tenu si longtemps, c'est parce que nous sommes très attentifs à notre consommation d’eau. Nous prenons des douches d’une minute 30 tous les trois jours, faisons notre lessive dans un seau quand nous le pouvons et, pour la vaisselle, nous n’utilisons qu’un peu d’eau, changée de temps en temps, au fond d’un bac. Les eaux sales sont collectées et utilisées pour nettoyer le sol. Un petit surplus d’eau est collecté via le prototype de Christiane. Une partie de l’eau, essentiellement utilisée pour se doucher, est chauffée par un chauffe-eau solaire sur le toit duSea Can. L’eau chaude met plus d’une minute à atteindre la douche, et la première personne à se laver prend en général une douche froide. Lorsque l’eau est trop sale pour toute utilisation, elle est envoyée dans un réservoir. Là, les particules (morceaux de nourriture, saletés, …) sédimentent au fond. Le réservoir contient déjà de l’eau dont le niveau atteint le dessous d’un tuyau qui sort perpendiculairement du réservoir. Quand de l’eau sale arrive dans le réservoir, le niveau monte et le surplus s’écoule par le tuyau jusqu’à une zone située hors du dôme où elle s’évapore. Une bâche placée sous une couche de roches poreuses permet de collecter ce qu’il reste des déchets solides. Peut-être avez vous remarqué que je n’ai pas mentionné les toilettes dans le système de gestion de l’eau. C’est parce qu’elles n’y sont pas connectées : nos deux WC sont des toilettes sèches. Nos déchets métaboliques tombent dans un tambour qui contient de la sciure de bois (dont le rôle est d’absorber les liquides, atténuer les odeurs et faciliter le processus de décomposition) où ils rencontrent une armée de microbes impatients de s’en régaler. Ces micro-organismes sont aérobies – ils ont besoin d’oxygène – et nous devons faire tourner le tambour de temps en temps. Si nous ne le faisions pas le tambour deviendrait le royaume de microbes anaérobies, qui se régaleraient de nos fèces mais d’une manière plus odorante. Souvenez-vous que nous ne pouvons pas ouvrir les fenêtres. Toutes les trois semaines le fût doit être vidé, ce que nous avons fait hier. Ce n’est pas la partie la plus glamour de la mission, mais si tout se passe bien nous récupérons un compost presque inodore. Entre nous : tout ne se passe pas bien. Les coéquipières Carmel et Shey, prêtes à vider les toilettes. © Christiane Heinicke. (...) Cyprien Verseux Pour retrouver tous les posts de Cyprien Verseux, cliquez ici.

La température à l'intérieur du dôme est de 18°C, la pression est maintenue à 1 kPa.L'eau est claire et exempte de contamination et d'impuretés.

ENERGIE

base

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 7 : Une machine en forme de dômeLe mercredi 30 septembre 2015« Notre habitat est plus qu’une simple coupole blanche : c’est un environnement hautement contrôlé et surveillé. [...] » Notre habitat est plus qu’une simple coupole blanche : c’est un environnement hautement contrôlé et surveillé. Vu de l’extérieur, c’est un dôme blanc posé à 2,5 km sur les flancs d’un volcan et entouré de roches rougeâtres à perte de vue. Un container en forme de brique, que nous appelons le Sea Can, y est connecté. Schéma de l'habitat HI-SEAS, vu du dessus. © Envision Design LLC (...) De l’autre côté du dôme se trouve un générateur photovoltaïque constitué de 36 panneaux solaires d’environ 1,7 mètres carrés chacun. En théorie ce générateur peut produire jusqu’à 10 kW, mais an pratique nous en tirons rarement plus de 5 kW et la plupart du temps bien moins. Nous sommes dépendants des heures d’ensoleillement et de la météo. L’électricité produite par les panneaux solaires est stockée dans des batteries situées dans le Sea Can et qui peuvent engranger un peu moins de 20 kWh. Lorsque la météo est favorable, elles sont généralement pleines en début d’après-midi ; c’est à ce moment-là que nous essayons d’accomplir un maximum de tâches énergivores (courir sur le tapis de course, utiliser la machine à laver plutôt qu’un seau, cuisiner, …). Toute électricité produite au-delà de ce point est perdue. Le reste du temps, nous l‘économisons au maximum. Quand nous sommes à court d’énergie produite par les cellules solaires, nous commençons à utiliser des piles à dihydrogène situées près de l’entrée du dôme. Le dihydrogène est fabriqué en séparant par électrolyse l’eau (H20) en oxygène (O2) et dihydrogène (H2) ; une opération qui serait possible sur Mars à partir d’eau récupérée sur place. Notez que les cyanobactéries pourraient aussi y être utilisées pour fabriquer du dihydrogène. Pour l’instant, nous n’avons que rarement eu besoin de ce système de secours parce que nous surveillons de très près notre consommation électrique. L’inconvénient est que le dôme est relativement froid et sombre la plupart du temps. Dans le cas où nous serions à court d’hydrogène, nous pourrions nous tourner vers un groupe électrogène à essence situé près des panneaux solaires. Sur Mars, tomber en panne d’énergie, même pour une courte durée, aurait des conséquences désastreuses : les équipements de survie reposent dessus. Ici, la punition ne serait pas aussi dramatique mais est néanmoins redoutée. Nous ne voulons pas que les ventilateurs des toilettes tombent en panne. Oh non. (...) Cyprien Verseux Pour retrouver tous les posts de Cyprien Verseux, cliquez ici.

"Salut Jack ! En effet Serendipity a été en révision récemment, enfin pour ma partie c'était plus de la maintenance mécanique. Si tu veux savoir si la ChemCam est en bon état de fonctionnement, demande plutôt à Fabriz Kohl. Il est retourné dans ses quartiers il y a une heure, il ne se sentait pas très bien."

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CENTRE MEDICAL

Mars la verte

Mars la verte

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"Bien chers collègues, il est l'heure de notre petite réunion hebdomadaire sur l'état nutritionnel des habitants de la base. Samy, pendant que je vous sers un thé, dis nous quels sont les résultats des différentes analyses s'il te plaît ?"

" Un sucre et un nuage de lait pour moi, merci. De manière globale, nos patients se sont bien acclimatés à leur nouvel habitat martien. La fonte musculaire induite par l'impesanteur prolongée lors du voyage Terre-Mars est désormais résorbée, grâce aux 4h d'activités physiques quotidiennes obligatoires. Perry Dotite a reçu un entraînement spécial avec Mala, qui lui a été bénéfique : sa masse musculaire a augmenté de 4%. Les paramètres cardio-vasculaires sont toujours corrects à bons pour tous. Cependant, la déminéralisation osseuse pose encore des problèmes. On note aussi des carences alimentaires en protéines, mais aussi fer, vitamines, magnésium, et oligo-éléments divers."

"Je confirme les excellents progrès de Perry, même si elle reste à un niveau physique inférieur à la moyenne des colons de la base. Cependant, avec le récent accident de la navette de ravitaillement, nous rationnons la nourriture ainsi que les gélules de compléments alimentaires. Nous atteignons d'ailleurs un niveau critique dans nos réserves : nous pourrons à peine tenir jusqu'à la prochaine navette dans trois mois... Je propose que nous définissions un ordre de priorité pour la distribution des compléments alimentaires, Perry sera la première sur la liste. Délicieux ce thé, Stef !"

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SALLE DE VIE COMMUNE - Cuisines

BASE

"Alors, aujourd'hui... pfffiou, compliqué en ce moment, avec tout ce rationnement ! Je vais finir par me mettre à la cuisine moléculaire... Menu du jour : spaghettis protéiques, perles d'alginate parfumées à la frite, flan à l'agar-agar... tiens, on pourrait utiliser cette poudre verte trouvée au fond du placard, ça ferait un bon colorant alimentaire ! Hmmm... peut-être la faire analyser avant quand même..."

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LES MARSONAUTES

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molécule 3

molécule 2

molécule 1

Les éléments chimiques constituant les molécules organiques La matière organique est aussi appelée matière carbonée. Quels sont les éléments chimiques caractéristiques des molécules organiques ? Matériel : fenêtres de visualisation de molécules en 3D issues de libmol.org 6 molécules à charger et étudier (les noms sont ceux donnés par le visualiseur, à rechercher dans le cadre "mot clé") :

• acide palmitique,
• glucose
• glycine
• structure moléculaire de l'ADN
• olivine forstérite
• quartz

La fenêtre de visualisation permet avec la souris de zoomer et faire pivoter la molécule. NB : Cette activité peut aussi être réalisée avec le logiciel gratuit Rastop et le téléchargement des fichiers de molécules au format pdb Objectif : comparer des molécules organiques avec des molécules minérales, pour déterminer les éléments chimiques caractéristiques des molécules organiques. Document annexe éventuel : demander au professeur