Comment nourrir les astronautes lors de longs voyages dans l’espace est un problème logistique majeur, et dans cet objectif, les chercheurs de la Penn State University étudient comment convertir les déchets humains solides et liquides en aliments. Cela peut sembler grossier, mais l’idée est basée sur l’utilisation d’une série de réacteurs microbiens pour décomposer les déchets et les convertir en une forme modifiable avec la digestion anaérobie.
A side profile view of a toilet designed for use in space
Avec des coûts de l’ordre de 20000 dollars par kg pour envoyer des marchandises en orbite, et avec une personne moyenne qui mange environ 1,8 kg de nourriture par jour, fournir de la nourriture et de l’eau aux astronautes est déjà une entreprise incroyablement coûteuse. Cependant, étant donné que toutes les missions spatiales ont été de très courte durée ou se sont limitées à une orbite terrestre basse, il est toujours possible, quoique peu économique, de fournir aux équipages des repas prêts à l’emploi.
Le problème survient lorsque les missions habitées du futur deviennent beaucoup plus longues et voyagent beaucoup plus loin de la Terre. Avec des voyages vers Mars prévus pour prendre des années, il n’est tout simplement pas possible d’apporter assez de nourriture ou d’eau pour durer toute la mission sans un investissement énorme dans l’espace de stockage et le propulseur.
À bord de la Station spatiale internationale (ISS), on expérimente l’utilisation de la culture hydroponique pour cultiver des légumes en apesanteur, mais les équipements volumineux, gourmands en eau et en énergie, et le besoin d’un équipage pour entretenir le jardin sont un peu un problème. Pire, il faut beaucoup de temps pour faire pousser des choses comme des tomates et des concombres.
Et puis il y a la question du gaspillage humain. La façon habituelle de le gérer est de simplement l’emballer et de le ranger pour une mise au rebut ultérieure, mais cela n’est pas pratique pour les longues missions – sans compter que ces déchets sont en fait un produit très précieux du point de vue de l’approvisionnement. Bien que l’ISS dispose d’une usine pilote très limitée pour recycler l’urine, le système laisse encore beaucoup à désirer et les déchets solides sont stockés sur des cargos usagés qui brûlent dans l’atmosphère terrestre.
L’approche de Penn State est d’essayer de transformer un vaisseau spatial en une écologie essentiellement fermée en reproduisant une version plus simple des cycles biologiques qui transforment les déchets en nourriture et en eau douce sur Terre. Dans ce cas, ils examinent comment utiliser les microbes dans les réacteurs biologiques pour faire le travail tout en minimisant les dangers de la contamination par les agents pathogènes.
«Nous avons imaginé et testé le concept de traitement simultané des déchets des astronautes avec des microbes tout en produisant une biomasse comestible directement ou indirectement en fonction des préoccupations de sécurité», explique Christopher House, professeur de géosciences, Penn State. « C’est un peu étrange, mais le concept serait un peu comme une pâte à tartiner Marmite où vous mangez un trainée de gomme microbienne. »
Pour leurs expériences, l’équipe de Penn State n’a pas utilisé de véritables déchets humains. Au lieu de cela, ils ont utilisé des déchets solides et liquides artificiels spécialement fabriqués qui sont produits commercialement pour tester les systèmes de gestion des déchets. Ce pseudo-déchet était placé dans des bioréacteurs, des cylindres mesurant 122 cm de long et 10 cm de large qui utilisaient des filtres de gestion des déchets d’aquarium et d’autres engins de conception compacte. Cependant, ceci étant une configuration expérimentale, son but était de tester les composants isolément plutôt que comme un système intégré.
Dans ceux-ci ont été introduits des microbes qui pourraient soutenir la digestion anaérobie semblable à celle utilisée sur Terre pour le recyclage des déchets. La différence était qu’au lieu de transformer les déchets en engrais, les scientifiques l’exploitaient plus directement pour cultiver de la nourriture. En outre, le système de Penn State était évolutif, de sorte qu’il pouvait être adapté à des engins spatiaux de différentes tailles.
Un exemple utilisait un microbe utilisé pour fabriquer des aliments pour animaux appelé Methylococcus capsulatus. Les colonies de ces microbes ne se développent pas seulement rapidement, mais elles sont remarquablement efficaces pour convertir les déchets en nourriture – produisant quelque chose qui représente 52% de protéines et 36% de matières grasses. Quant à la rapidité, ils peuvent gérer jusqu’à 50% des déchets solides en l’espace de 13 heures, contrairement aux quelques jours nécessaires pour des systèmes de gestion des déchets plus conventionnels.
Mais une inquiétude majeure est le danger que les agents pathogènes entrent dans le mélange. Des bactéries indésirables et autres peuvent détruire n’importe quel système de bioréacteur, de sorte que l’équipe de Penn State a cherché des moyens de faire pousser leurs microbes désirés dans des environnements à température élevée ou alcalines – des conditions hostiles à la plupart des pathogènes.
Ils ont découvert qu’une souche de la bactérie Halomonas desiderata pouvait supporter un pH de 11, tout en produisant 15% de protéines et 7% de matières grasses, tandis que Thermus aquaticus pouvait supporter des températures de 70 ° C (158 ° F). mais produit 61 pour cent de protéines et 16 pour cent de matières grasses.
«Imaginez si quelqu’un devait peaufiner notre système de façon à ce que 85% du carbone et de l’azote puissent être transformés en protéines sans recourir à la culture hydroponique ou à la lumière artificielle», affirme Mme House. « Ce serait un développement fantastique pour les voyages dans l’espace lointain. »
https://www.journals.elsevier.com/life-sciences-in-space-research
http://news.psu.edu/story/502406/2018/01/25/microbes-may-help-astronauts-transform-human-waste-food
