Systèmes modulaires de culture de plantes pour l’autonomie alimentaire lors des missions lunaires et martiennes

Alors que le programme Artemis de la NASA et la feuille de route Terrae Novae de l’ESA visent une présence humaine durable sur la Lune et Mars, l’autonomie alimentaire lors de missions prolongées devient un enjeu crucial. Les missions spatiales lointaines présentent des défis importants, en particulier lorsque la durée et la distance des missions augmentent, rendant difficile un approvisionnement exclusif des astronautes depuis la Terre.

L’objectif de l’équipe Spaceship FR du CNES (Centre National d’Études Spatiales) est de développer des briques technologiques innovantes pour les futures bases lunaires et martiennes, en tirant parti de l’expertise et des technologies de son réseau de partenaires

Orius et le CNES ont collaboré pour concevoir un système modulaire de culture en environnement contrôlé (CEA) capable de :

• Cultiver des fruits et légumes en recréant le biome idéal : un écosystème optimisé pour chaque espèce végétale.
• Atteindre les objectifs caloriques ciblés pour un équipage de quatre astronautes.
• Assurer une production stable et durable tout au long de la mission.
• Offrir une diversité alimentaire, permettant aux astronautes de consommer des aliments frais même dans l’espace.

Les premières expériences ont porté sur la culture de fruits et légumes, dont les principaux résultats ont été publiés dans un article précédent : lien.

Cette deuxième étude prolonge ces expériences en intégrant des cultures à haut rendement et riches en nutriments, optimisées pour les systèmes de culture en environnement spatial.

Elle explore également l’utilisation des coproduits comme substrats pour la culture de champignons, tout en collectant des données robustes sur le développement des plantes et leurs interactions avec l’environnement, avec un accent particulier sur la production de biomasse comestible et la dynamique des échanges gazeux.

Vers l’objectif de 50 % d'apport calorique quotidien

Nos recherches démontrent les capacités de l’agriculture en environnement contrôlé (CEA) et introduisent la culture de plantes à haut rendement et riches en nutriments, adaptées aux systèmes de culture spatiaux.

L’étude a pour objectif la conception et la mise en œuvre d’un système de culture modulaire, sur plusieurs niveaux, capable de fournir de manière continue plus de 50 % de l’apport calorique quotidien nécessaire à un équipage de quatre personnes.

Des cultures à forte densité calorique et riches en nutriments ont été soigneusement sélectionnées, notamment :

• Céréales : blé, millet
• Légumineuses : lentilles, haricots rouges, arachides

Ces cultures sont complémentaires à la production de fruits et légumes et permettent d'améliorer les apports nutritifs et la sécurité alimentaire des missions longue durée.

Coproduits utilisés comme subtrats pour la culture de champignons

La production de céréales et de légumineuses génère un volume significatif de coproduits, dont beaucoup peuvent servir de substrats à haute valeur ajoutée pour la culture de champignons.

• Tous les coproduits issus des récoltes ont été quantifiés afin d’estimer le volume de substrat annuel.
• Ces données permettent de planifier la culture de pleurotes, qui fournissent protéines et vitamines essentielles, jouant un rôle clé dans notre modèle de production.

Échanges gazeux pour l’intégration aux systèmes ECLS

La conception étanche et les capteurs avancés de notre équipement permettent un suivi précis des flux de matière et d’énergie, offrant une vision détaillée des échanges de CO₂ et O₂ entre les plantes et l'environnement.

• Cela permet de modéliser le recyclage du CO₂ en oxygène, essentiel pour l'intégration aux systèmes de vie des bases spatiales.
• La transpiration, la consommation d’eau et de nutriments, la consommation électrique, ainsi que les besoins en main-d’œuvre ont été aussi mesurés, fournissant des informations clés pour optimiser l’efficacité des ressources et la scalabilité des systèmes de culture en environnement contrôlé.

Quelles sont les prochaines étapes de notre aventure spatiale?

• Diversification des cultures : Nous explorerons de nouvelles variétés de plantes afin d’élargir les options alimentaires et d’optimiser l’efficacité des systèmes de culture dans l’espace.
• Étude des effets de l’environnement spatial : Grâce à notre simulateur de gravité, Gravilab, nous étudierons l’influence de la gravité sur le rendement, la santé des plantes et la production de métabolites.
• Surmonter les défis techniques : Nous visons à résoudre les problèmes liés au traitement, à la scalabilité et aux opérations, afin de rendre l’agriculture spatiale plus pratique et durable.
• Optimisation de la composition moléculaire : En tirant parti de l’expertise d’Orius dans l’amélioration des composés actifs des plantes médicinales et cosmétiques, nous étudierons comment optimiser la composition moléculaires des plantes pour produire des super-aliments riches en nutriments.

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