Exploration spatiale - le blog de Pierre Brisson

En ce début d’année 2024, le Swiss Space Office a transmis à ses divers correspondants, un appel à idées de l’ESA sur le thème « Pour un futur écologiquement durable, faire progresser les systèmes de support-vie en boucle-fermée ». Dans le développement du thème il est bien précisé que ces systèmes doivent avoir pour objet d’ouvrir la voie à une exploration spatiale « durable » après une campagne de tests sur Terre. La soumission des idées a été close le 6 février. Leur discussion en ligne, se concluant par un vote, est en cours jusqu’au 15. L’ESA évaluera ensuite ce travail jusqu’au 27 de ce même mois.

Je donne ci-dessous une traduction en Français de cet appel à idées (« Sustainable Future : Advancing Circular Life-support Systems ») et fais ensuite quelques commentaires.

Traduction :

Contexte et motivation

Les futures missions avec équipage au-delà de l’orbite terrestre basse (« LEO ») nécessiteront des quantités considérables d’eau, d’oxygène et de nourriture, et produiront des quantités importantes de déchets. Or, dans l’espace, les ressources sont rares. Elles doivent être transportées depuis la Terre, recyclées ou produites sur place, le tout à des coûts extrêmement élevés et avec des options limitées. Pour les futures missions au-delà de l’orbite terrestre basse, il ne sera pas possible de compter seulement sur le réapprovisionnement terrestre. C’est pourquoi une grande attention doit être accordée à la récupération et à la réutilisation des ressources dans l’espace, tout en recherchant des technologies et des produits suffisamment robustes pour résister à l’environnement spatial. Cette nécessité est renforcée par l’exploration continue et croissante de l’espace, à la fois dans sa dimension scientifique et dans sa dimension commerciale. En outre, de nombreuses organisations nationales et internationales envisagent la création d’avant-postes humains à la surface d’autres corps planétaires et de stations spatiales avancées, ce qui entraînera inévitablement une augmentation des besoins en systèmes de support-vie en boucle-fermée, hautement régénératifs.

En plus de 30 ans de recherche dans le domaine des systèmes de survie alternatifs, le projet MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), mené par l’ESA, a acquis un savoir-faire et des compétences étendus, et a mis en place un vaste réseau et une collaboration étroite entre ses partenaires et une communauté internationale plus large. MELiSSA est LE projet européen de support-vie circulaire. Il a été créé pour acquérir des connaissances sur les systèmes régénératifs visant le plus haut degré d’autonomie et permettant de produire par des dispositifs embarqués, de l’oxygène, de l’eau et de la nourriture à partir des déchets de la mission concernée. Les technologies, processus et méthodologies développés sont aujourd’hui plus que jamais en phase avec les défis croissants de la présence humaine à long terme dans l’espace.  Cette initiative de recherche étant axée sur les systèmes en boucle-fermée pour les missions spatiales à long terme, l’un des principaux objectifs est d’étudier des systèmes très robustes et fiables pour des opérations à long terme sans ressources terrestres (ou avec des ressources minimales).

Au niveau du système, l’élaboration et la conception d’une architecture de survie régénérative dépendront largement du scénario de mission choisi. Pour faciliter l’évaluation et le choix de diverses architectures de systèmes de support-vie, l’ESA a mis au point l’ALiSSE,

La méthodologie ALiSSE (Advanced Life Support System Evaluator) fournit une approche multi-critères pour évaluer différentes solutions architecturales de systèmes de support-vie tout au long de leur cycle de vie. Les critères de l’ALiSSE comprennent la masse, l’énergie et la puissance, l’efficacité, le temps disponible de l’équipage, le risque pour l’homme, la fiabilité et la durabilité.

Comme le prévoit l’Agenda 2025 de l’ESA, le moment est venu d’exploiter tout le potentiel de la technologie spatiale, en passant de la connaissance à l’action et à l’impact.

Avec l’accélérateur « Space for a green future » de l’ESA, qui cible la transition verte de l’Europe, l’espace est la clé de solutions durables et commercialement viables qui conduisent à une économie plus verte et décarbonée et à une utilisation consciente des ressources.

Objectifs de la campagne

Cette campagne vise à identifier des idées, des technologies et des méthodes permettant de relever les trois défis distincts énumérés ci-dessous et d’accélérer, d’innover et d’améliorer le développement et le potentiel de produits commerciaux dans le domaine des systèmes avancés de support-vie en boucle-fermée dans l’espace.

Autres objectifs :

Découvrir et entretenir des collaborations et des synergies commercialement viables avec des applications terrestres.

Identifier les possibilités d’application et d’essai de technologies commerciales sur Terre, en s’appuyant sur différents scénarios opérationnels pour collecter des données et alimenter l’analyse de la conception de systèmes robustes pour les systèmes de survie en boucle-fermée devant fonctionner dans l’espace.

Défis pour les technologies en boucle-fermée

#1 Etude de la composition de la biomasse la plus rentable (i.e., protéines, lipides, glucides, etc.) à produire par un système de support-vie au regard du spectre alimentaire de l’équipage pour répondre aux besoins alimentaires de Mars Transit Habitat, selon les critères de l’ALiSSE.

Parmi les très nombreux défis à relever pour les missions humaines vers Mars, les questions alimentaires sont cruciales en termes de quantité et de qualité. Aujourd’hui, sur la base des exigences préliminaires en matière d’alimentation et d’ingénierie (c’est-à-dire les critères ALiSSE), plusieurs questions peuvent être posées :

(1) Devons-nous produire de la nourriture directement à bord du véhicule de transit martien ? Devons-nous simplement transporter des provisions alimentaires depuis la Terre ? Ou un mélange des deux ?

(2) Si la production à bord est envisagée, quelle partie du régime alimentaire doit être ciblée ? Quels processus (par exemple, microbes, cellules de mammifères, insectes, plantes supérieures, graines germées, etc.) semblent les plus pertinents ? Quel substrat utiliser ? Quelles sont les étapes à envisager pour transformer la biomasse produite en un plat consommable ?

Ces questions sont bien sûr associées à des défis d’ingénierie importants tels que : rendement de production, masse du matériel nécessaire, gestion des déchets, énergie, sécurité des processus et des personnes, robustesse, surveillance et contrôle en environnement spatial (où la microgravité et les radiations ne peuvent être évitées).

#2 Développement de voies de transformation des déchets en produits, par le biais de traitement des matériaux afin d’accroître l’efficacité du recyclage dans la boucle. Comment traiter les produits non dégradables de la boucle MELiSSA ?

Le réapprovisionnement et la gestion des déchets sont des aspects essentiels de l’exploration spatiale par vols habités, car ils ont un impact direct sur la durée des missions ainsi que sur leur complexité logistique et leur coût. La possibilité d’utiliser les ressources dérivées des déchets réduirait considérablement la dépendance à l’égard des réapprovisionnements terrestres et augmenterait les perspectives d’une exploration durable. Les idées recherchées/proposées porteront sur l’amélioration de l’approche du traitement et de la gestion des déchets dans les missions habitées, en abordant notamment les questions de la valorisation des ressources, de la biosécurité et de l’encombrement des déchets. Il s’agira de proposer des études ou des activités de développement technologique portant sur des solutions de traitement de déchets sélectionnés – provenant de la boucle MELiSSA ou de l’ensemble de la mission – en matériaux ou produits finis à utiliser ultérieurement au cours de la mission. Comme exemples de produits pertinents issus du traitement des déchets on peut mentionner, entre autres, outils, pièces détachées, ustensiles, conteneurs, matières premières pour fabrication de nouveaux équipements.

Les idées proposées doivent porter, sans s’y limiter, sur le traitement des déchets suivants :

Biomasse lignocellulosique dérivée du compartiment des déchets (C1) et du compartiment des plantes (4a) de MELiSSA

Biomasse de spiruline dérivée du compartiment photosynthétique de MELiSSA (C4b)

Parties non utilisables ou non comestibles provenant de la croissance des plantes

Matériaux de rembourrage et d’emballage

Matériaux d’emballage d’aliments/de boissons

Pièces et matériaux provenant de matériel en fin de vie

Les développements technologiques pour la valorisation des déchets dérivés de la boucle MELiSSA et des missions habitées en général, sont directement utiles à la Terre, en termes d’économie circulaire et de durabilité. L’utilisation de déchets organiques et synthétiques pour produire des bio-composants contribueront à la mise en place d’une bioéconomie durable et renouvelable et à la réduction des gaz à effet de serre et des déchets organiques et plastiques dans les décharges.

La mise en œuvre d’idées ciblant la chaîne « déchets à produits » apportera les avantages suivants :

Réduction de la dépendance à l’égard des réapprovisionnements et de la redondance et, par conséquent, réduction des coûts et de la complexité des missions futures.

Fourniture de capacités de fabrication in situ et à la demande pour les missions à long terme.

Recyclage et réutilisation des matériaux pour permettre un système en boucle-fermée et une présence humaine autonome dans l’espace.

Progrès de l’économie circulaire sur la Terre en termes de bioéconomie durable et renouvelable.

#3 Étude des risques liés aux virus et aux phages par l’équipage dans le cadre des processus régénératifs de support-vie

Le projet MELiSSA étudie l’activité combinée de différents organismes vivants : des cultures microbiennes en bioréacteurs, un compartiment végétal et un équipage humain. L’utilisation de procaryotes est particulièrement intéressante pour les futures missions d’exploration en ce qui concerne les critères ALiSSE, car ils offrent une grande diversité métabolique. Cependant, la sécurité de l’équipage et la fiabilité du système de survie resteront une priorité. Dans ce contexte, la détection et la surveillance des agents pathogènes et des contaminants sont fondamentales, que ce soit dans des systèmes basés sur des communautés microbiennes complexes (par exemple, le compartiment C1 de MELiSSA) ou sur des cultures microbiennes pures (par exemple, le compartiment C4a de MELiSSA).

Cela soulève plusieurs questions :

En cas de contamination, peut-on évaluer le risque pour l’équipage et les processus impliqués dans le système de support-vie ?

Quels pourraient être les outils moléculaires permettant de détecter, d’identifier et de surveiller rapidement et efficacement les agents pathogènes et les contaminants ?

Comment pouvons-nous atténuer les risques et les conséquences ?

La problématique des risques liés aux virus et aux phages dans les systèmes régénératifs de support-vie pour les applications spatiales présente plusieurs synergies avec les défis terrestres (par exemple, dans les stations d’épuration des eaux usées, ou en cas de pandémie).

Mes commentaires

Cet appel à idées est très important car il marque le passage à un niveau supérieur du projet MELiSSA qui est le plus avancé des systèmes de recyclages en boucle-fermée.

Nous avions jusqu’à présent un travail de recherche sur les diverses possibilités de ce recyclage et il s’agit maintenant de donner un caractère opérationnel ou mieux, une « architecture » opérationnelle à cette recherche. Bien entendu la recherche en tant que telle continuera et permettra de fermer de plus en plus la « boucle » tout en sachant que la fermeture se fera de façon asymptotique en devenant de plus en plus difficile au fur et à mesure qu’on approchera de la « perfection » (ira-t-on jusqu’à la purification des eaux « noires » ?).

Il est intéressant de noter le souci que l’ESA a de lier cette recherche visant premièrement le domaine spatial, aux retombées qu’elle aura forcément dans le domaine terrestre. Contrairement à ce beaucoup pensent encore parmi les écologistes, la recherche pour la vie dans l’espace profite aussi à la vie sur Terre, car vivre sur Terre, c’est aussi vivre dans l’espace puisque le cocon de notre biosphère n’est qu’une très mince couche de protection dépendant très étroitement d’un environnement beaucoup plus vaste.

Enfin, contrairement à ce que beaucoup pensent, les dépenses effectuées pour le spatial peuvent très bien être faites avec une optique commerciale, sur Terre aussi bien que dans l’espace, ce qui présente l’avantage de moins dépendre des financements publics et là-aussi de devenir autonome. Nous pouvons remercier l’ESA d’avoir eu cette préoccupation.

J’ai un regret cependant. Je constate que l’ESA, comme d’ailleurs la NASA, se refuse obstinément à considérer la gravité artificielle comme une solution à beaucoup des problèmes que rencontreront les missions habitées en espace profond. Ici il s’agit de la croissance des plantes mais l’on sait bien que la microgravité ou l’apesanteur ont des conséquences graves pour la santé humaine. Il faudra bien un jour ou l’autre que l’on commence à s’intéresser à cette forme de gravité, réalisable par mise en rotation, pour chercher à remédier à ces problèmes.

Un autre regret mais c’est davantage un agacement, c’est la formulation « à la mode » utilisée pour justifier le caractère « vert » de la recherche. Ce n’est pas « la transition verte de l’Europe conduisant à une économie plus verte et décarbonée » qui permettra de sauver l’avenir de l’homme sur Terre, mais plutôt (1) un contrôle beaucoup plus drastique des processus industriels dans les pays les plus pollueurs aujourd’hui, la Chine, l’Inde, les Etats-Unis ; l’arrêt du saccage des forêts équatoriales, en Afrique, en Indonésie ou au Brésil ; (2) une réduction des transports internationaux abusifs de pondéreux ; (3) un progrès continu dans les technologies de production (auquel la recherche MELiSSA peut évidemment contribuer). Le dernier point ne doit pas être négligé mais les trois autres ne doivent pas être oubliés.

Je profite de cet article pour adresser toutes mes félicitations et mes vœux de bonne et longue retraite à Christophe Lasseur qui est en charge de la direction de MELiSSA depuis « toujours », plus précisément 1992 (en complément de son poste de Coordinateur du département « Life Support R&D » de l’ESA) et qui va « passer la main » cet été 2024 en raison de son âge. J’ai eu la chance de m’entretenir professionnellement avec lui de nombreuses fois au cours de sa carrière. Il n’a jamais économisé son temps pour m’instruire très précisément et avec patience de ses travaux passionnants et je l’en remercie encore une fois. Il aura mené son vaisseau de façon remarquable sur cette longue durée, en le portant de l’état d’embryon à celui d’un magnifique « croiseur » qui peut faire aujourd’hui la fierté de l’ESA et de l’Europe. Mais enfin, comme pour beaucoup d’hommes qui ont réussi leur vie professionnelle, la retraite n’en sera sans doute pas vraiment une au sens « décrochage » puisqu’il semble devoir rester « conseiller » de la nouvelle cheffe du Projet MELiSSA, l’ingénieure Chloé Audas.

Liens :

https://ideas.esa.int/servlet/hype/IMT?documentTableId=45087169441964695&userAction=Browse&searchTerm=Y2lyY3VsYXIgbHNz&templateName=&documentId=f9affcc5f68b6ac6526b058ead17e456&searchContextId=cf0b62e8960e063eba8da635303a2581

Sur MELiSSA, lisez les sept articles, publiés sur mon blog du 11 juillet au 24 août 2016 et bien sûr la page internet de la fondation : https://www.melissafoundation.org/

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Index L’appel de Mars 24 01 26

Cet index reprend l’intégralité des articles publiés dans le cadre de la plateforme letemps.ch

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7 réponses

  1. Bonjour Pierre Brisson

    Au juste au jour d aujourdhui que ne sait on pas recycler avant d etre vraiment en circuit ferme dans un vaisseau spatial ?

    1. Bonjour Niogret,
      On recycle bien l’air vicié par la respiration*, l’urine et les eaux grises; moins bien le reste. Evidemment, comme chacun sait, les excréments peuvent servir d’engrais!
      *recyclage par les algues unicellulaires spirulines qui respirent le gaz carbonique et rejettent l’oxygène.

  2. il faut donc prevoir une serre dans le vaisseau: l equipage devra faire « popo » dans la serre ; donc il faut une gravite artificielle !!!

    Comme disent les jeunes : »mort de rire »

    1. Non, je ne pense pas qu’on puisse utiliser directement les excréments. Il faut auparavant en analyser la composition et les purifier. Les plantes comme les hommes sont sensibles aux maladies et peuvent être infectées.

      Pendant les vols, on utilisera des aliments dont la composition sera parfaitement connue et parfaitement dosée…en prenant toutes les précautions nécessaires pour éviter la propagation de maladies phytosanitaires.

  3. Bonjour

    oui les experiences biosphere sont tres interessantes d un point de vue conceptuel mais en pratiques les problemes ont ete enormes :problemes techniques et problemes psychologiques au sein de l equipage…ce qui « refroidit l esprit » en ce qui concerne un voyage spatial de longue duree. je pense en effet que l on doit reprendre l experience en ameliorant certains parametres comme insectes la temperature la lumiere etc la medecine…

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À propos de ce blog

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l’Association Planète Mars (France), économiste de formation (University of Virginia), ancien banquier d’entreprises de profession, planétologue depuis toujours

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