Le 3 janvier 2019, l’atterrisseur chinois Chang’e-4 s’est posé sur la face cachée de la Lune et a déployé le rover Yutu. En plus de ses nombreux instruments, le rover transportait une importante expérience scientifique connue sous le nom de Biological Experiment Payload (BEP). Au cours des huit jours suivants, cette charge utile a mené une expérience vitale au cours de laquelle elle a tenté de faire pousser les premières plantes sur la lune. La charge utile comprenait des graines de coton, de pomme de terre, d’arabidopsis et de colza, ainsi que des œufs de mouche, de la levure et 18 ml (0,6 once liquide) d’eau, qui était maintenue à une pression atmosphérique constante.
Les résultats de cette expérience contribueront à éclairer le futur système de survie biorégénératif (BLSS), qui s’avérera vital pour les habitats et les missions au-delà de l’orbite terrestre basse (LEO). Une équipe de scientifiques chinois a récemment publié une étude examinant l’expérience, ses résultats et ses implications potentielles pour les futures missions sur la Lune, sur Mars et dans d’autres lieux de l’espace lointain. En conclusion, l’expérience a démontré que les plantes peuvent pousser sur la Lune malgré le rayonnement intense, la faible gravité et la lumière intense prolongée.
L’équipe était composée de chercheurs du Centre d’exploration spatiale, du Collège d’ingénierie aérospatiale et du Laboratoire clé de biologie et de sélection génétique des tubercules et des racines de l’Université de Chongqing, ainsi que de l’Université des sciences et technologies électroniques de Chine et du Laboratoire de biologie spatiale de l’Académie chinoise des sciences agricoles de Chengdu.
Les résultats de leurs analyses ont été partagés dans deux articles parus le 20 juin dans Science et technologie de la microgravité et le 17 octobre à Acta Astronautiquerespectivement.
Cultiver des plantes dans des habitats lunaires, martiens et spatiaux est essentiel pour de nombreuses raisons. En plus de fournir une source de nutrition et de réduire le besoin de missions de ravitaillement, ils élimineront également le dioxyde de carbone et fourniront de l’oxygène frais, contribueront au recyclage des déchets et contribueront au sentiment de bien-être des équipages. Et tandis que les systèmes conventionnels de contrôle environnemental et de survie (ECLSS) reposent sur des composants mécaniques qui finissent par tomber en panne et doivent être remplacés, un système biorégénératif peut se reconstituer au fil du temps.
Cela rend la technologie BLSS idéale pour les missions dans l’espace lointain où les possibilités de réapprovisionnement seront rares. Pendant des années, les astronautes ont mené des expériences à bord de la Station spatiale internationale (ISS) sur la croissance des plantes et des algues, telles que le système de production végétale (Veggie), le système de distribution orbitale passive de nutriments (PONDS), l’habitat végétal avancé (APH) et le gestionnaire en temps réel de l’avionique de l’habitat végétal (PHARM). Cependant, on ne sait toujours pas exactement comment l’environnement naturel des corps extraterrestres affectera le fonctionnement d’un BLSS.
L’auteur principal Xie Gengxin, professeur d’ingénierie environnementale au Centre d’exploration spatiale de l’Université de Chongqing, est également le concepteur en chef du BEP. Comme il l’a expliqué à Universe Today par courrier électronique, la capacité de cultiver des plantes dans l’espace est une étape nécessaire vers l’établissement de bases au-delà de la Terre :
« Lors de l’établissement d’une base de survie sur la Lune, sur Mars et sur d’autres planètes extraterrestres, il est impossible de transporter davantage de choses depuis la Terre. La nécessité d’une utilisation in situ des ressources pour la production d’oxygène et de nourriture est particulièrement importante et constitue le première étape pour établir une base de survie, les expériences de plantation de plantes sont donc très importantes.
La première expérience biologique
La charge utile BEP, développée à l’Université de Chongqing, a été la première expérience biologique menée par des humains sur la face cachée de la Lune. Le but de l’expérience était d’évaluer les effets des conditions de la surface lunaire (faible gravité, rayonnement intense et lumière intense) sur la croissance et la santé des organismes terrestres. La charge utile pesait 2,608 kg (5,75 lb) et mesurait 198 mm de hauteur et 173 mm de diamètre (7,75 sur 6,8 pouces), offrant un volume total de 0,82 litre et 0,42 litre d’espace de bioactivité. La lumière du soleil était admise à travers un tube guide, permettant la photosynthèse des plantes à l’intérieur.
Ces six composantes constituaient les producteurs, les consommateurs et les décomposeurs, tous les éléments nécessaires au fonctionnement d’un écosystème. Les plantes devaient produire de l’oxygène et des nutriments par la photosynthèse et être entretenues par les mouches des fruits. Pendant ce temps, la levure agirait comme un agent de décomposition, traitant les déchets des mouches et des plantes mortes pour créer des nutriments supplémentaires pour l’écosystème. Comme l’a dit Xie, cette expérience était la première du genre et visait à répondre aux préoccupations des scientifiques concernant l’environnement lunaire :
« Avant notre expérience, de nombreux scientifiques craignaient que les plantes ne puissent pas germer sous l’intensité lumineuse intense et les conditions de rayonnement intenses de la Lune. Nous avons donc délibérément utilisé la lumière naturelle du soleil sur la Lune pour la photosynthèse plutôt que la lumière artificielle. Dans le même temps, notre Les charges utiles biologiques n’ont pas été conçues pour protéger contre les radiations, ce qui prouve que les plantes peuvent encore pousser dans les conditions intenses de radiation de la Lune. »
Quelques heures après que l’atterrisseur ait atteint la surface, la température de la biosphère a été ajustée à 24°C (75,2°F) et les graines ont été arrosées. Le 15 janvier, il a été signalé que des graines de coton, de colza et de pomme de terre avaient germé, et des images de l’intérieur du BEP ont été publiées.
« Il y a des animaux, des plantes et des micro-organismes dans cette charge utile, créant un micro-écosystème dans un environnement fermé », avait alors déclaré Xie Gengxin. « Nous guidons la lumière du soleil vers l’intérieur de la boîte, qui est beaucoup plus forte que celle de la Terre. Nous étudierons leur photosynthèse sous un fort soleil et la comparerons avec l’expérience sur Terre. »
Résultats
Le lendemain, l’expérience est entrée dans une nouvelle phase alors que la nuit lunaire s’installait, les températures extérieures tombaient à -52°C (-62°F) et l’expérience ne parvenait pas à maintenir une température confortable. Alors que les températures continuaient de baisser, atteignant finalement -190°C (-310°F), l’expérience a continué à tester la longévité du BEP. Finalement, il a été signalé que les plantes germées étaient mortes, que les pommes de terre n’avaient pas germé et que les mouches des fruits n’avaient pas éclos. La durée totale de l’expérience a été de neuf jours au lieu des 100 prévus. Mais comme Xie l’a indiqué, des informations précieuses ont été obtenues. Xi a déclaré :
« Bien que nos plantes puissent pousser dans les conditions naturelles de lumière solaire et de rayonnement de la lune, la sécurité de ces plantes n’a pas été évaluée. Leur santé ou non nécessite des recherches plus approfondies. Nos expériences montrent également à quel point il est difficile de survivre sur la lune. et comment survivre à la nuit lunaire. Nos premières expériences biologiques sur la lune pour l’humanité démontrent pleinement qu’un écosystème régénérateur peut être construit sur la lune pour établir une base humaine.
Pour l’avenir, Xie et ses collègues prévoient de mener d’autres expériences impliquant des tubes de lave stables, que la Chine envisage également comme site de base potentiel. « Pour la première fois, nous avons envoyé six espèces de la Terre sur la Lune pour mener des expériences biologiques, ce qui constitue une étape importante dans l’établissement d’une base pour la survie humaine sur la Lune », a-t-il déclaré. « Notre équipe mène actuellement des recherches sur la façon d’établir une base humaine et des expériences de ferme spatiale en utilisant des grottes de lave lunaires. »
Dans moins de deux ans, la NASA prévoit d’envoyer des astronautes sur la Lune pour la première fois depuis l’ère Apollo. La Chine espère faire de même en envoyant les premiers taïkonautes dans la région polaire sud de la Lune d’ici 2030. Les objectifs à long terme de ces agences et d’autres, comme l’ESA, Roscosmos et l’Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO), sont tout simplement d’établir un avant-poste humain permanent sur la Lune qui permettra la recherche, l’exploration, la coopération internationale et les missions dans l’espace lointain. Un aspect clé de cette démarche consistera à utiliser les ressources locales pour répondre aux besoins des équipages.
L’un des meilleurs moyens d’assurer un approvisionnement constant en nourriture, en air respirable et en bonne santé (physique et mentale) de l’équipage est de construire des habitats pouvant accueillir des serres et des expériences sur les plantes. En bref, les astronautes doivent apporter avec eux des éléments de la biosphère terrestre pour vivre, travailler et prospérer dans des environnements extraterrestres. Les leçons de cette recherche aideront à ouvrir la voie à tous ceux qui ont l’intention de suivre.
Plus d’information:
Gengxin Xie et al, La conductivité du sixième lunaire à faible gravité pour l’amélioration de la résistance au froid des plantes, Science et technologie de la microgravité (2023). DOI : 10.1007/s12217-023-10058-9
GengXin Xie et al, La première expérience biologique sur la surface lunaire pour l’humanité : dispositif et résultats, Acta Astronautique (2023). DOI : 10.1016/j.actaastro.2023.10.023