Légumes cosmiques

Aliments sans frontières

Légumes cosmiques

octobre

2016

Diana Danko

Objet d’exploration de sondes et robots spatiaux, Mars pourrait accueillir des êtres humains dans un futur plus ou moins proche.

8 min.

Soyez le premier à commenter

La sonde spatiale ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) a été lancée en mars 2016 pour détecter la présence de gaz dans l'atmosphère martienne comme le méthane, dont elle doit tenter de déterminer s'il est d'origine biologique (reconstitution)

Sciences

Les ‘missions habitées’¹, avec pour destination la planète rouge s’inscrivent dans l’agenda de plusieurs agences spatiales. Il s’agira alors d’assurer la survie des astronautes dans un environnement hostile, où l’air est irrespirable et où rien ne pousse. Au cours de ce type de mission spatiale de longue durée, dont les contraintes et la complexité sont bien plus grandes que pour une mission sur la lune, il sera impossible d’emmener tous les vivres nécessaires depuis la terre, les lanceurs actuels ayant une capacité limitée². Alors, comment nourrir les astronautes ?

Le projet MELiSSA

Des êtres humains fouleront le régolite³ martien, les scientifiques en sont sûrs. Quand ? Johann-Dietrich Wörner, chef de l’Agence spatiale européenne (ESA), estime que ce ne sera pas avant 2050⁴. L’annonce en septembre 2015 de la découverte d’eau salée sur Mars relance l’intérêt pour la question de la présence de vie sur la planète rouge⁵. Après avoir recherché de l’eau (programme Follow the Water), la NASA oriente désormais ses programmes d’exploration sur la recherche de présence de vie sur Mars (Seek Signs of Life)⁶. Le programme de l'ESA prévoit également une série de missions spatiales ayant pour but l'étude du système solaire, en particulier de la planète Mars. Son objectif est de participer à l'élaboration d'une mission habitée vers Mars dans les années 2030.

Ce cratère mesure près de 70 km de diamètre. Image prise par une caméra stéréo à haute résolution de la mission ESA Mars Express 2014

Vue d’une partie de la chaîne Hellespontus Montes située sur l’hémisphère sud de Mars. Image prise par une caméra stéréo à haute résolution de la mission ESA Mars Express, 2014

Juventae Chasma se serait créé il y a 3 milliards d’années. L’eau souterraine s’est écoulée dans le fossé et a hydraté les roches, ce qui se traduit aujourd’hui par la détection de sulfates

Osuga Valles. La partie centrale mesure 164 km et peut atteindre 20 km de large pour une profondeur de 900 m. Image prise par une caméra stéréo à haute résolution de la mission ESA Mars Express, 2014

Depuis 1989, l’ESA travaille sur le projet MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), un système de support de vie régénératif, fonctionnant en circuit fermé. Un projet extrêmement complexe, car il s’agit de créer un écosystème artificiel où l’on maîtrise les différentes interactions entre les organismes qui le composent : l’homme, les plantes et les bactéries. Des centaines de scientifiques y travaillent. Une fois mis au point, MELiSSA permettra la production d’oxygène, d’eau et de nourriture pour les astronautes, tout en recyclant le dioxyde de carbone et les déchets de l’équipage.

Les plantes seront l’élément central de ce microsystème destiné à fonctionner en autarcie, elles fourniront oxygène et nourriture aux astronautes. Un nombre défini de plantes a été sélectionné pour la culture en hydroponie⁷ sur Mars, choisies dans une première phase selon des critères agronomiques (facilité à cultiver, rendement), technologiques et nutritionnels. Parmi les plantes retenues pour le projet MELiSSA, citons le soja, le blé dur, le blé tendre, la pomme de terre, l’oignon, la laitue, le chou, la tomate et l’épinard. Ensuite, les différentes étapes des processus alimentaires ont été analysées afin de déterminer théoriquement les éventuelles pertes nutritionnelles. En collaboration avec des chefs cuisiniers, des mets présentant une densité nutritionnelle et une acceptation sensorielle élevées ont été développés à partir des seuls ingrédients produits par le système MELiSSA. Un menu pour quatre semaines répondant entièrement aux besoins nutritionnels des astronautes pendant une mission de longue durée a été développé et testé sous la direction de l’Institut Paul Lambin à Bruxelles (Belgique).

Culture en hydroponie

©Shutterstock/Chaikom

Culture en hydroponie

©Shutterstock/monofaction

Culture du ginseng en hydroponie

©Shutterstock/yoshi0511

Culture en hydroponie

©Shutterstock/Chaikom

Culture en hydroponie

©Shutterstock/monofaction

Culture du ginseng en hydroponie

©Shutterstock/yoshi0511

Les recherches de l’Institut Technologies du vivant

La pomme de terre, le blé et le soja représenteront les principales sources de glucides et de protéines des astronautes. Peu ou pas digestes à l’état brut, il sera primordial de transformer ces matières premières avant de les consommer. Pour la seconde phase du projet MELiSSA, l’ESA a confié à un consortium constitué de l’Institut Paul Lambin, l’Institut Technologies du vivant (Institute of Life Technologies à Sion, Suisse) et des entreprises GEM et SHERPA (France) ainsi que RUAG (Suisse) la mission de réfléchir à une approche globale de la transformation de ces aliments de base, qui tienne compte des conditions spatiales restreintes⁸.

Evoluant dans son laboratoire pilote entre tamiseuse, presse hydraulique et autre cuve universelle de cuisson, Laurence Nicolay, responsable pour les parties du projet relatives à la transformation des aliments à leur caractérisation sensorielle – la partie relative à la caractérisation nutritionnelle des aliments étant assurée par l’Institut Paul Lambin - explique : « Tout d’abord, il s’agit d’avoir la plus grande variabilité possible. Par exemple, avec la pomme de terre, on a : pommes de terre à la vapeur, pommes de terre à l’eau avec ou sans peau, des galettes, de la purée, des flocons et ainsi de suite. » Imaginer tout ce qu’un aliment pourrait devenir est un premier défi. Avec les quelques plantes du potager martien, il faudra nourrir l’équipage pendant plusieurs mois sans générer de sentiment de lassitude dû à des repas trop monotones.

Laurence Nicolay, responsable du projet de caractérisation sensorielle des aliments à l’Institut Technologies du vivant de Sion

©Diana Danko/Mangophotography

Laboratoire de l’Institut Technologies du vivant, HES-SO Sion, Suisse, 2016

©Diana Danko/Mangophotography

Laboratoire de l’Institut Technologies du vivant, HES-SO Sion, Suisse, 2016

©Diana Danko/Mangophotography

Laurence Nicolay, responsable du projet de caractérisation sensorielle des aliments à l’Institut Technologies du vivant de Sion

©Diana Danko/Mangophotography

Laboratoire de l’Institut Technologies du vivant, HES-SO Sion, Suisse, 2016

©Diana Danko/Mangophotography

Laboratoire de l’Institut Technologies du vivant, HES-SO Sion, Suisse, 2016

©Diana Danko/Mangophotography

Le blé tendre sera transformé en pain azyme, donc sans levure : « On ne doit pas introduire des microorganismes sur Mars car ils peuvent être difficiles à maîtriser » précise Laurence Nicolay⁹. À partir de blé dur, les astronautes fabriqueront des pâtes et du boulgour, tandis que le soja servira à confectionner des pâtes, du lait, du tofu et de l’okara, un sous-produit de la fabrication du lait de soja, relativement peu consommé dans les pays occidentaux¹⁰. Laurence Nicolay est claire : « Il faut s’efforcer d’utiliser au maximum toutes les parties des plantes cultivées et créer le moins de déchets possible. »

Dans les laboratoires de l’Institut, Laurence Nicolay et son équipe étudient l’entier des procédés de transformation, de la matière brute au produit fini. Pour analyser la fabrication du pain azyme, par exemple, le point de départ sont les graines de blé tendre qui passent différentes étapes : broyage et tamisage dans un moulin pilote pour obtenir de la farine, ajout de l’eau et pétrissage dans un pétrin électrique, abaissement et découpe manuelle de la pâte obtenue et cuisson dans un four. Toutes les étapes sont minutieusement consignées : il s’agit de noter la quantité de blé nécessaire, mais aussi les quantités d’eau, d’électricité, le temps de production. Le volume et le poids des machines utilisées sont également rapportés.

Chaque transformation d’aliment est accompagnée d’un bilan matière : combien de matière a-t-on conservé ? Combien on en a-t-on perdu ? Dans l’écosystème MELiSSA les denrées sont précieuses et il faut viser le rendement maximum. De plus, tout fonctionnera en circuit fermé. Ainsi, des questions qui peuvent paraître anodines sur terre prennent une toute autre dimension dès qu’elles sont transposées à la planète rouge : « On pèle les pommes de terre ou pas ? Si on les pèle, que faire avec les pelures ? Peut-on les valoriser en tant qu’aliment ? » s’interroge Laurence Nicolay.

Un autre impératif est la mesure des nutriments contenus dans les aliments avant et après transformation. « Nous devons connaître la teneur en macro et micronutriments » indique Laurence Nicolay. Ces données sont indispensables : elles permettent l’élaboration de repas qui répondent aux besoins spécifiques des astronautes. Les besoins caloriques peuvent être très différents, notamment dans le cas des sorties extravéhiculaires¹¹. Dans les missions spatiales, les apports énergétiques sont souvent insuffisants : « Des études ont montré que les astronautes pourraient être sous-alimentés, car leur nourriture est répétitive et ils n’ont parfois plus envie de manger »¹² continue Laurence Nicolay. « Pour des vols de courte durée, un tel déficit n’est pas trop préjudiciable en raison des réserves corporelles de l’organisme. Toutefois, pour les vols de longue durée tels que ceux envisagés vers Mars, un tel déficit pourrait remettre en cause le succès de la mission et la survie des spationautes. »

Les laboratoires du projet MELiSSA à l’Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), 2009

L'exposition Rocket Science permet de découvrir le projet MELiSSA et montre à quoi pourrait ressembler un menu appétissant si les astronautes pouvaient cultiver eux-mêmes des légumes frais

©RHS Campaign for School Gardening

Barre muesli à base de spiruline et baies de Goji développée par l’ESA pour les astronautes. La spiruline a de nombreux avantages : elle transforme le dioxyde de carbone en oxygène, se multiplie rapidement et peut servir de base protéique pour l’élaboration de menus

D’où la nécessité de donner autant d’importance à l’aspect nutritionnel qu’à l’impact sensoriel : « Notre but est que les astronautes restent en forme physiquement et psychiquement. Ils doivent pouvoir varier les menus et apprécier leurs repas pour éviter qu’ils ne deviennent dépressifs ou qu’ils perdent du poids. Il ne faut pas qu’ils grossissent non plus, ils doivent toujours pouvoir rentrer dans leur scaphandre ! » précise Laurence Nicolay avec humour.

Contrer la perte d’appétit se révèle vital. Malgré sa durée, une mission habitée sur Mars a toutes les chances d’être celle où les astronautes seront le mieux nourris. Jusqu’à maintenant, les astronautes emportaient dans leurs missions des plats préparés et ils devaient s’en contenter. « Certes, ils peuvent choisir ce qu’ils vont manger, mais parfois, une fois sur place (en mission, ndla), ils n’aiment plus les plats pour lesquels ils avaient opté sur terre » dit Laurence Nicolay. Le projet MELiSSA a cela d’innovant qu’il permettra aux astronautes en mission de produire et préparer eux-mêmes leur nourriture. Cela permet la personnalisation des plats, un avantage non négligeable dans leur acceptation.

Une cuisine dans l’espace

Il n’y aura pas de cuisinier sur Mars. À tour de rôle, chaque membre de l’équipage se chargera de préparer les repas pour toute l’équipe. Se pose donc la question de l’équipement avec lequel transformer les produits cultivés et cuisiner. « Les équipements existants ne sont pas adaptés à la cuisine dans l’espace » explique Laurence Nicolay. Le problème principal est la différence de gravité, qui influence les transferts de chaleur, les écoulements, les transferts de produits d’un récipient à l’autre. Il est indispensable de réfléchir à des équipements spécifiques, aptes à travailler en gravité réduite et qui répondent aux normes extrêmement strictes du spatial. L’équipement devra aussi être multitâche : « Nous désirons créer des machines multifonctionnelles, qui doivent répondre à plusieurs critères. On pense le plus léger possible, le plus économe en énergie, le plus nettoyable – pour éviter les contaminations – mais avec le moins d’eau possible, le plus sûr – pour éviter les brûlures. Ce sera une question de compromis entre ces objectifs » explique Laurence Nicolay.

La tomate, un aliment de choix pour les menus martiens

©Shutterstock/Gabrielle Hovey

L’oignon peut se cultiver en hydroponie

©Shutterstock/isak55

Salade de laitue au menu des astronautes

©Shutterstock/ NorGal

L’okara ou pulpe de soja est constituée de résidus insolubles résultant de la fabrication de lait de soja et de tofu

©Shutterstock/chingyunsong

Le temps dont dispose l’équipage pour cuisiner et nettoyer est restreint : tout en étant indispensable, il ne faut pas que cette tâche prenne trop de temps. Ainsi, pour diminuer le temps en cuisine, on pourra utiliser des multicuiseurs intelligents par exemple. Peut-être même des imprimantes 3D « pour valoriser certains ingrédients et travailler sur les textures. C’est une idée à étudier, mais pour l’instant elle n’est pas prioritaire. Il faut dire aussi qu’à l’heure actuelle la technologie n’est pas prête : les imprimantes existantes créent des déchets, comme par exemple les cartouches » relève Laurence Nicolay. À terme – d’ici 2030, ou selon l’évolution des conditions socio-économiques et des avancées technologiques - l’idée est de concevoir un labo-cuisine intégré au système MELiSSA, une unité de production dans laquelle les astronautes pourront fabriquer et cuisiner les aliments.

Conclusion

Transformer les aliments pour obtenir une large palette de mets, réfléchir à l’optimisation des processus de fabrication, concevoir des machines aptes à répondre aux grandes contraintes du spatial, autant d’étapes qui mèneront à l’objectif final : assurer l’alimentation des astronautes pendant une mission sur Mars. Comme l’explique Laurence Nicolay : « L’objectif c’est que les astronautes réussissent leur mission scientifique : ils doivent être bien, autant physiquement que psychologiquement. L’équipe doit être soudée. Qu’est-ce qu’on a inventé de mieux qu’un bon repas pour se réunir ? L‘aspect convivial, humain, sera tout aussi important que l’aspect sécurité. »

La NASA vient de publier une série de fausse affiches de recrutement, laissant penser qu'un jour, l'agence spatiale américaine aura besoin de volontaires pour partir sur Mars

©NASA/KSC

La NASA vient de publier une série de fausse affiches de recrutement, laissant penser qu'un jour, l'agence spatiale américaine aura besoin de volontaires pour partir sur Mars

©NASA/KSC

La NASA vient de publier une série de fausse affiches de recrutement, laissant penser qu'un jour, l'agence spatiale américaine aura besoin de volontaires pour partir sur Mars

©NASA/KSC

La NASA vient de publier une série de fausse affiches de recrutement, laissant penser qu'un jour, l'agence spatiale américaine aura besoin de volontaires pour partir sur Mars

©NASA/KSC

Sources

1. La durée d’une mission sur Mars par des astronautes varie entre 640 et 910 jours selon les scénarios, beaucoup plus longue qu’une mission sur la lune d’environ 12 jours. Le trajet de retour est estimé de 6 mois à 2 ans pour une mission sur Mars, alors qu’il n’est que de 3 jours pour un voyage sur la lune. https://fr.wikipedia.org/wiki/Mission_habit%C3%A9e_vers_Mars
2. « [...] [pour une telle mission] un équipage de six spationautes nécessite 30 tonnes de consommables (eau, oxygène et nourriture), sans compter la quantité d’eau nécessaire à l’hygiène des spationautes (douche), au lavage des couverts (lave-vaisselle) ou des vêtements (lave-linge), ni la masse associée aux emballages et aux moyens de réfrigération. À ce jour, le lanceur le plus puissant au monde ne peut acheminer que 9 tonnes de charge utile jusqu’à la surface de la Lune. » LASSEUR Christophe, Un potager sur Mars ! in : Nutrition. Servir l’espace et la Santé. CnesMag, n°26, 06.2005, p. 18.
3. Mars n’a pas de sol à proprement parler. La planète est recouverte de régolite, une couche de poussière très fine créée par l’impact de météorites et par l’érosion.
4. BISCHOFF, Jürgen, 2016. Mars. 916 jours aller-retour. Géo, n° 433, janvier 2016, pp. 104-113.
5. http://mars.nasa.gov/news/whatsnew/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=1858
6. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-releases-plan-outlining-next-steps-in-the-journey-to-mars
7. L’hydroponie est une technique de production hors-sol, où les racines des plantes poussent dans un substrat inerte, irriguées par une solution nutritive.
8. À Sion, la deuxième phase du projet MELiSSA, intitulée MELiSSA Food Characterisation Phase 2 - Food Processing Pre-engineering, a été coordonnée par Serge Pieters, diététicien et enseignant à l'Institut Paul Lambin de Bruxelles. Il a également cordonné la première phase du projet, mais sans la participation de l’Institut Technologies du vivant de Sion.
9. Pour cette raison, toutes les transformations basées sur les processus de fermentation sont exclues.
10. Dans les pays asiatiques, et notamment au Japon, l’okara est un produit très commun.
11. Pendant les sorties extravéhiculaires, on évalue les besoins à 7000 Kcal/jour (Nutrition. Servir l’espace et la Santé, CnesMag, n°26, 06.2005, pp. 26-39)
12.« Sur des séjours de courte durée, ils [les astronautes] ne mangent que 60% de leur ration. » L’ennui induit par les repas est une raison parmi d’autres (Nutrition. Servir l’espace et la Santé, CnesMag, n°26, 06.2005, pp. 26-39)
[Liens consultés le 06.10.2016]

Bibliography

Agence Spatiale Européenne - MELiSSA www.esa.int

HES-SO Valais – Haute école d’ingénierie www.hevs.ch

BISCHOFF, Jürgen, 2016. Mars. 916 jours aller-retour. Géo, n° 433, janvier 2016, pp. 104-113

Nutrition. Servir l’espace et la Santé. Dossier in CnesMag, n°26, 06.2005, pp. 26-39

http://www.cnes-multimedia.fr/cnesmag/dossier_nutrition/pdf/FILE_01.pdf

[Liens consultés le 06.10.2016]

Diana Danko

Rédactrice et photographe

Lausanne, Switzerland

Diplômée en géographie à l’Université de Lausanne, Diana Danko travaille depuis 2015 en tant que photographe et rédactrice freelance. Elle privilégie les techniques du reportage et les prises de vue en lumière naturelle. Lorsqu’elle ne manie pas la plume ou son reflex, elle aime boire du thé, danser et sourire à la vie.

Tous les articles