La Chine a installé une petite ferme sur la Lune en 2019. Comment cela s’est-il passé ?
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. Outre ses nombreux instruments, le rover transportait une importante expérience scientifique appelée charge utile d'expérimentation biologique (BEP). Au cours des huit jours suivants, cette charge utile a mené une expérience vitale en tentant 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 d'eau, maintenue à une pression atmosphérique constante.
Les résultats de cette expérience contribueront à l'élaboration des futurs systèmes de survie biorégénératifs (BLSS), qui s'avéreront vitaux pour les habitats et les missions au-delà de l'orbite terrestre basse (LEO). Une équipe de scientifiques chinois a récemment publié une étude qui passe en revue l'expérience, ses résultats et ses implications potentielles pour les futures missions vers la Lune, Mars et d'autres lieux de l'espace lointain. En conclusion, l'expérience a démontré que les plantes peuvent pousser sur la lune en dépit des radiations intenses, de la faible gravité et de 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 pour les cultures de tubercules et de 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 publiés dans deux articles parus respectivement le 20 juin dans Microgravity Science and Technology et le 17 octobre dans Acta Astronautica.
La culture de plantes dans les habitats lunaires, martiens et spatiaux est essentielle pour de nombreuses raisons. En plus de fournir une source de nutrition et de réduire le besoin de missions de réapprovisionnement, elles élimineront le dioxyde de carbone et fourniront de l'oxygène frais, aideront à recycler les déchets et contribueront au sentiment de bien-être des équipages. Alors que les systèmes conventionnels de contrôle de l'environnement 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.
La technologie BLSS est donc idéale pour les missions dans l'espace lointain, où les possibilités de réapprovisionnement sont 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 de légumes (Veggie), le système passif d'apport de nutriments en orbite (PONDS), l'habitat végétal avancé (APH) et le gestionnaire en temps réel de l'avionique de l'habitat végétal (PHARM). Toutefois, on ne sait toujours pas 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 possibilité de cultiver des plantes dans l'espace est une étape nécessaire pour établir des 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'utiliser les ressources in situ pour produire de l'oxygène et de la nourriture est particulièrement importante et constitue la première étape de l'établissement d'une base de survie, c'est pourquoi les expériences de plantation sont très importantes. »
La première expérience biologique
La charge utile BEP, développée par l'Université de Chongqing, a été la première expérience biologique menée par l'homme 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 et mesurait 198 mm de hauteur et 173 mm de diamètre, offrant un volume total de 0,82 litre et 0,42 litre d'espace de bio-activité. La lumière du soleil était admise à travers un tube de guidage, permettant la photosynthèse des plantes à l'intérieur.
Ces six éléments 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 photosynthèse et être soutenues par les mouches à fruits. Pendant ce temps, la levure agissait comme un agent de décomposition, transformant les déchets des mouches et des plantes mortes pour créer des nutriments supplémentaires pour l'écosystème. Comme l'a indiqué Xie, cette expérience était la première du genre et visait à répondre aux inquiétudes des scientifiques concernant l'environnement lunaire :
« Avant notre expérience, de nombreux scientifiques craignaient que les plantes ne puissent pas germer dans les conditions de forte intensité lumineuse et de rayonnement intense de la lune, c'est pourquoi nous avons délibérément utilisé la lumière naturelle du soleil sur la lune pour la photosynthèse plutôt que la lumière artificielle. Dans le même temps, nos charges utiles biologiques n'ont pas été conçues pour se protéger des radiations, ce qui prouve que les plantes peuvent encore pousser dans les conditions de radiations intenses de la Lune ».
Quelques heures après l'arrivée de l'atterrisseur à la surface, la température de la biosphère a été ajustée à 24°C et les graines ont été arrosées. Le 15 janvier, on a appris que des graines de coton, de colza et de pomme de terre avaient germé, et des images de l'intérieur du MPE ont été diffusées.
« Il y a des animaux, des plantes et des micro-organismes dans cette charge utile, créant un micro-écosystème dans un environnement fermé », a déclaré Xie Gengxin à l'époque. « Nous guidons la lumière du soleil vers l'intérieur de l'étain, qui est beaucoup plus forte que celle de la Terre. Nous étudierons leur photosynthèse sous une lumière solaire intense et la comparerons à l'expérience menée sur Terre. »
Le lendemain, l'expérience est entrée dans une nouvelle phase : la nuit lunaire s'est installée, les températures extérieures ont chuté à -52°C, et l'expérience n'a pas réussi à maintenir une température confortable. Les températures ont continué à chuter, atteignant finalement -190°C, et l'expérience a continué à tester la longévité de la MPE. Finalement, on a constaté 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 l'a indiqué Xie, des informations précieuses ont été obtenues. dit Xi :
« Bien que nos plantes puissent pousser dans les conditions naturelles d'ensoleillement et de rayonnement de la lune, leur sécurité n'a pas été évaluée. La question de savoir si elles sont saines ou non doit faire l'objet de 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 y établir une base humaine ».
À l'avenir, Xie et ses collègues prévoient de mener d'autres expériences sur des tubes de lave stables, que la Chine considère également comme un site de base potentiel. « Pour la première fois, nous avons envoyé six espèces terrestres sur la lune pour y mener des expériences biologiques, ce qui constitue une étape importante dans l'établissement d'une base de survie humaine sur la lune », a-t-il déclaré. « Notre équipe mène actuellement des recherches sur la manière d'établir une base humaine et de mener des expériences agricoles dans l'espace en utilisant les grottes des tubes 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), ne sont rien d'autre que l'établissement d'un avant-poste humain permanent sur la lune qui permettra la recherche, l'exploration, la coopération internationale et les missions dans l'espace lointain. L'utilisation des ressources locales pour répondre aux besoins des équipages constituera un aspect essentiel de ce projet.
L'un des meilleurs moyens de garantir un approvisionnement régulier en nourriture, en air respirable et en santé (physique et mentale) de l'équipage est de construire des habitats pouvant accueillir des serres et des expériences sur les plantes. En résumé, les astronautes doivent apporter avec eux des éléments de la biosphère terrestre pour vivre, travailler et s'épanouir dans des environnements extraterrestres. Les leçons tirées de cette recherche aideront à ouvrir la voie à tous ceux qui ont l'intention de suivre.
Traduction de Phys.org par Astro Univers