Des bactéries pour nourrir les futurs explorateurs martiens

Une équipe d’exobiologistes vient d’obtenir la preuve que des bactéries peuvent croître dans des conditions proches de celles qui règnent sur Mars. De telles colonies de bactéries pourraient servir de base à des écosystèmes durables et nourriciers.

Il pourrait avoir inspiré le personnage joué par Matt Damon dans Seul sur Mars, qui cultive son potager sur la planète rouge en utilisant des selles déshydratées de ses coéquipiers. Mais contrairement à Mark Watney, l’exobiologiste Cyprien Verseux, du Centre de technolgie spatiale appliquée de l’université de Brême, ne cherche pas à faire pousser des pommes de terre, mais des bactéries.

Il vient d’avoir la preuve inédite qu’une faible atmosphère d’azote et de gaz carbonique (CO2), de l’eau et du régolite suffisent pour faire prospérer un certain type de bactéries. De telles cultures permettraient de créer des écosystèmes nourriciers durables pour de futures bases martiennes habitées. Ses résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Frontiers in Microbiology.

Comment nourrir les astronautes sur Mars

Des résultats loin d’être anecdotiques. Car désormais, les agences spatiales étudient toutes la faisabilité d’un voyage habité vers Mars. Fin 2019, Jim Bridenstine, alors administrateur de la Nasa, a même annoncé l’échéance de 2035 pour le premier pas d’un humain sur Mars. Elon Musk envisage quant à lui de coloniser la planète d’ici à 2050 en y envoyant un bataillon d’un million de personnes…

Impensable d’embarquer dans un vaisseau spatial les vivres, l’eau et l’oxygène nécessaires à la survie des colons durant leur séjour martien d’au moins plusieurs mois. « Pour qu’une présence sur Mars soit durable, par exemple sur le modèle des bases de l’Antarctique, il faudra que l’on apprenne à vivre avec ce que l’on trouve sur place, car chaque kilogramme envoyé depuis la Terre ajoute aux coûts de la mission, explique Cyprien Verseux. Les colons devront produire sur Mars leurs moyens de subsistance avec les ressources disponibles. » Par exemple avec l’aide d’une famille bien spécifique de micro-organismes qui grouillent sur notre planète : les cyanobactéries.

Les bactéries pourraient être une culture intéressante pour les futures colines martiennes. © ZARM

Tout comme les plantes, les cyanobactéries sont des organismes dits « photosynthétiques » : elles sont capables de fabriquer les molécules dont elles ont besoin pour vivre à partir du CO2, de l’eau et de l’énergie solaire. Ce faisant, elles libèrent de l’oxygène. C’est à ces bactéries que l’on doit la transformation de notre atmosphère qui, il y a environ 2,45 milliards d’années, s’est chargée en oxygène. Un événement appelé « La grande oxydation ».

Sur Mars, ces microbes alchimistes pourraient donc être cultivés en masse afin de produire de l’oxygène, mais également pour servir de nutriments à d’autres organismes, comme des plantes comestibles. « Elles pourraient aussi alimenter des microbes d’intérêt biotechnologique, ajoute Cyprien Verseux. Bref, être à la base de tout un écosystème, qui produirait les consommables dont on aura besoin pour survivre, du carburant à la nourriture. »

Très faible pression atmosphérique

L’exobiologiste travaille sur la création d’écosystèmes martiens basés sur les cyanobactéries depuis son doctorat, mené notamment au centre Ames de la Nasa. Plusieurs autres équipes dans le monde étudient aussi ce concept prometteur. Et tous sont confrontés au même problème : les cyanobactéries ne peuvent pas pousser dans les conditions martiennes, où la pression atmosphérique est de 6 à 11 hPa, soit moins de 1 % de la pression à la surface de la Terre. Or, sur Mars, recréer une atmosphère terrestre dans une chambre de culture nécessiterait d’utiliser des matériaux particulièrement robustes, et donc très coûteux. Ce, dans le but de résister à l’effet « cocotte-minute » causé par l’énorme différence de pression entre l’intérieur terrestre et l’extérieur martien.

Pour surmonter cet obstacle, Cyprien Verseux et ses équipes de l’université de Brême ont donc tenté un compromis : faire pousser les cyanobactéries sous une pression égale non pas à 1 % de la pression terrestre, mais à 10 %, soit relativement facile et pas trop coûteuse à reproduire sur Mars. Pour les besoins de leur expérience, ils ont conçu le bioréacteur Atmos (Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems) composé de neuf compartiments dont les paramètres sont contrôlés par ordinateur. Tous contiennent des cyanobactéries. Plus précisément, Anabaena sp. PCC 7938, connue pour être une bonne candidate au projet d’usine biologique martienne, car elle fixe efficacement l’azote.

Cyprien Verseux devant le bioréacteur Atmos. © ZARM

Dans certains de ces compartiments, l’environnement « base martienne » était reproduit : une pression de 10 mbar donc (contre 1 bar sur Terre), une atmosphère composée principalement de CO2 et d’azote, de l’eau, que l’on sait présente dans le sous-sol de la planète rouge sous forme de glace et enfin un ersatz de régolite, cette sorte de poussière qui recouvre le sol martien, particulièrement riche en nutriments tels que le phosphore, le fer, le souffre, le calcium… Quant aux autres compartiments, soumis à un environnement terrestre, ils servaient de contrôle.

Cyprien se souvient du jour où il a compris que son expérience fonctionnait. « L’inconvénient d’Atmos est que les chambres sont à l’intérieur de la machine, hors de vue. Pendant une semaine, nous n’avions donc aucune idée de nos résultats. Mais un jour, pour vérifier un branchement, j’ai décroché un panneau latéral. J’ai alors vu que dans les chambres sous atmosphère modifiée, le milieu initialement transparent était d’un vert intense. Les cyanobactéries avaient proliféré, quasiment autant que celles cultivées sous l’air ambiant. J’étais euphorique ! » Jamais encore une équipe n’était parvenue à nourrir et à faire proliférer des cyanobactéries avec des ressources si proches de celles réellement présentes sur Mars.

S’approcher au mieux des conditions martiennes

Dans la foulée, Cyprien Verseux et son équipe en ont eu un autre « moment Eurêka » : ils sont parvenus à utiliser la colonie d’Anabaena obtenue dans Atmos comme substrat pour nourrir d’autres micro-organismes, en l’occurrence, des bactéries E. coli. « Il nous faut désormais reproduire notre expérience en nous rapprochant toujours plus des vraies conditions martiennes, notamment en utilisant du vrai sol martien, dès que ce sera possible. Plus elle sera fiable, plus elle aura de chance d’intéresser les agences spatiales », précise l’exobiologiste

Cyprien Verseux pourrait d’ailleurs finir par cultiver lui-même ses prometteuses Anabaena sur Mars. L’Agence spatiale européenne vient d’annoncer le recrutement d’une nouvelle classe d’astronautes. Et le botaniste extraterrestre, qui vient de rendre le voyage vers Mars un brin moins insurmontable, se porte candidat.

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