Futurs voyages spatiaux : que mangera-t-on dans l'espace ?

L'humanité posera-t-elle un jour un pied sur la planète Mars ? Impossible de l'affirmer aujourd'hui, mais l'Agence spatiale américaine (Nasa) a un plan. Son premier volet commencera fin 2024 au plus tôt, quand les premiers éléments de la station spatiale Gateway seront envoyés en orbite autour de la Lune. Cette remplaçante de la Station Spatiale Internationale (ISS) permettra aux astronautes de poser régulièrement les pieds sur l'astre Sélène, mais aussi de tester de nouveaux équipements et de s'entraîner en vue d'une potentielle future mission martienne. Les défis à relever d'ici là restent gigantesques et parmi eux, l'alimentation.

Aujourd'hui, la nourriture des astronautes de l'ISS est principalement fournie par la Nasa et l'agence russe Roscosmos. "Ils préparent surtout des boîtes de conserve à réchauffer, tandis que les Américains préfèrent les plats lyophilisés - à réhydrater avec de l'eau - ou thermostabilisés, voire irradiés par rayons ionisants", explique Alain Maillet, expert en nutrition spatiale et à l'équipe Medes de l'agence spatiale française (CNES). Même si les quantités sont faibles, des produits frais sont régulièrement apportés par ravitailleurs, notamment pour remonter le moral des équipes. Fidèle à sa réputation de pays de la gastronomie, la France participe elle aussi à l'effort et prépare régulièrement des plats pour ISS. Et pas n'importe lesquels. "Depuis 2009, nous proposons des repas évènementiels - anniversaires, fêtes - qui ont lieu en moyenne une à deux fois par mois, en collaboration avec le grand chef Alain Ducasse, poursuit le spécialiste. Les retours des astronautes sont excellents et le soutien psychologique réel".

Survivre dans l'espace, c'est cinq kilos par jour, par personne

L'alimentation des astronautes sur l'ISS ne représente aucune difficulté majeure. Mais que se passera-t-il lors de longs vols ne pouvant profiter de ravitaillement terrestre, par exemple lors d'un voyage vers Mars ? Deux scénarios sont envisagés. Dans le premier, la mission durerait environ deux ans et demi, dont an à bord d'un vaisseau et an et demi à la surface. Le deuxième scénario, qui remporte pour l'instant la préférence de la Nasa, durerait 1,5 an en tout, dont 30 jours seulement sur la planète rouge. Mais dans les deux cas, le poids de la nourriture constitue un problème majeur.

La Nasa a récemment démontré que les aliments conservent leur valeur nutritionnelle trois ans au mieux. Si les astronautes emportent toute leur nourriture avec eux, cela ne posera pas de problèmes. "Sauf que la principale difficulté d'une mission à long terme, c'est de réduire les masses embarquées", note Christophe Lasseur, chef du projet d'écosystème autonome MELiSSA à l'Agence spatiale européenne (ESA). Entre l'équipement, l'eau, l'oxygène, et la nourriture, il faut compter cinq kilos par jour et par personne. Pour une mission de 500 jours, c'est 2,5 tonnes par astronaute minimum".

Objectif 100% recyclage

Les options (très) américaines envisagent soit de construire des fusées plus grosses et plus puissantes transportant plus de nourriture, soit d'envoyer à une partie des aliments dans des ravitailleurs qui stationneront en orbite martienne en attendant les astronautes. Dans ce dernier cas, la question de la périssabilité pourrait se poser. "Mais des recherches sont en cours pour dépasser le stade des trois années", précise Alain Maillet. L'Europe, elle, milite pour une approche "responsable", avec un vaisseau autonome au maximum grâce à une économie circulaire permettant de s'approcher le plus possible d'un Graal spatial : le 100% recyclage. "Le défi : transformer tous les déchets en eau, en nourriture et en oxygène. Atteindre 80% de recyclage de toutes les ressources d'ici trente ans nous semble réaliste. Si nous y parvenons, c'est gagné", estime Christophe Lasseur.

L'une des pistes actuelles concerne les emballages. Un travail qui a notamment commencé après la première mission spatiale du français Thomas Pesquet, qui avait alors suggéré de créer des emballages réutilisables. "Nous avons d'abord travaillé avec une société bretonne afin de produire des mousses protectrices issues de synthèse bactérienne plutôt que de produits pétrosourcés, détaille Alain Maillet. Et elles se sont révélées aussi résistantes". Dans le futur, elles pourraient servir de compost, ou de matière alimentant des imprimantes 3D. "Thomas nous a alors dit : c'est bien, mais ce serait encore mieux qu'elles soient comestibles", poursuit-il. Les ingénieurs français ont alors conçu des emballages composés en partie de biscuits. "Elles ont été testées à bord de la station spatiale lors de la dernière mission de Thomas Pesquet, ajoute l'expert du CNES. Les astronautes avaient l'interdiction de les manger, car nous voulions d'abord vérifier leur sécurité alimentaire, l'expérience a été un succès". Dans le futur, ils tenteront de produire des emballages 100% comestibles. Pour l'instant, leur résistance laisse à désirer.

L'agriculture embarquée représente une autre option, d'autant que le fait de faire pousser un organisme vivant dans un espace ou la vie n'est pas encore parvenue pourrait représenter un excellent soutien psychologique. "La difficulté c'est, en fait, de nourrir des plantes - nutriments, eau, CO2 -, or emporter tout cela serait moins efficace que de prendre de la nourriture", tempère Christophe Lasseur. Il faudrait réussir à créer une économie circulaire hautement efficiente où rien ne se perd et tout se transforme. Cela tombe bien, le CO2 utile aux plantes est naturellement produit par les astronautes. Pour l'eau et les nutriments, c'est une autre affaire. Une partie pourrait venir des excréments et de l'urine de l'équipage, ainsi que d'autres déchets comme le shampoing, voire des emballages... A condition que le matériel de transformation des déchets ne pèse pas trop lourd !

Quelles seraient alors les plantes idéales ? "Au sein de MELiSSA, nous les évaluons selon plusieurs critères : besoins nutritifs, qualité énergétique, masse comestible, potentiel de la partie non comestible, temps de croissance et d'entretien, etc." détaille le chef du projet. Les scientifiques ne laissent aucun détail au hasard et comparent tous les fruits et légumes entre eux. Ils mesurent précisément leur consommation de carbone et d'azote, mais aussi celles de tous les autres éléments comme le calcium ou le fer, même si c'est infime. Tout est calculé au gramme près, afin de déterminer quel type déchet peut être recyclé pour les nourrir et quand, puisque les besoins des plantes évoluent lors des différentes phases de croissance.

Les technologies spatiales utiles pour la Terre

Comme la Nasa, l'ESA effectue notamment des recherches sur la pomme de Terre. L'agence européenne emmènera prochainement sur l'ISS le Precursor of a Food Production Unit (PFPU), une micro serre bio régénérative particulièrement adaptée à une économie circulaire. "Les microalgues sont également très intéressantes, car elles produisent beaucoup de protéines - contrairement à de nombreux légumes -, tout en consommant du CO2 et en produisant de l'oxygène", indique Christophe Lasseur. Idéalement, les chercheurs tentent donc de créer des bassins de microalgues les plus petits possibles tout en les éclairant au maximum. L'ESA a déjà lancé des projets en collaboration avec des universités françaises (Clermont-Ferrand, Nantes) afin de concevoir un système de fibres optiques capables de capter la lumière du soleil depuis l'extérieur d'un vaisseau (ou d'une base lunaire ou martienne) afin de la rediriger directement au-dessus des microalgues. En attendant, des bassins photobioréacteurs de MELiSSA ont déjà été testés sur ISS.

Si ces différents projets agricoles aboutissent, les astronautes voyageant vers Mars pourront ainsi manger leurs réserves et produire une partie de leur alimentation en chemin. Et pourquoi pas préparer des repas assemblant les deux ? Le CNES développe justement un robot culinaire capable de gérer les stocks et de proposer des recettes assemblant différentes sources d'alimentation. "Notre prototype, FoodProcessor, sera envoyé à bord de l'ISS d'ici fin 2022", se réjouit Alain Maillet.

Toutes ces technologies serviront évidemment dans l'hypothèse de la création d'une base lunaire voire, rêvons un peu, martienne. Elles pourraient se révéler utiles ici-bas. Le projet MELiSSA a d'ailleurs pour but de transformer ses technologies pour un usage terrestre. Six entreprises ont d'ailleurs été créées dans ce but. "Nous avons par exemple installé dans des bâtiments d'habitation des toilettes capables de séparer la matière fécale et l'urine, indique Christophe Lasseur. En parallèle, l'entreprise suisse Vuna travaille sur la transformation de l'urine en fertilisant".

Généralisée à grande échelle, cette technologie pourrait même aider dans la lutte contre le réchauffement climatique. La fabrication d'une tonne d'engrais de synthèse dégage environ huit tonnes de CO2, un gaz à effet de serre. "Or de l'urine, nous en produisons des tonnes et des tonnes chaque jour, en récupérer au moins une partie serait déjà un gros progrès", souligne-t-il. La quête d'exploration spatiale, souvent critiquée pour sa vanité et son inutilité, pourrait-elle finalement aider l'humanité à sauver son climat et donc son vaisseau mère qu'est la planète bleue ?