20 Mai 2021

[Quézako?] Le bioréacteur à excréments

A Toulouse, on teste l’idée de transformer les excréments des astronautes en protéines alimentaires ou en bio-plastique en vue des futurs séjours de longue durée sur la Lune !

Crédits : CNES/DE PRADA Thierry, 2021.

  

Dans le film « Seul sur Mars », Mark Watney (Matt Damon) utilisait des excréments humains comme engrais pour faire pousser des pommes de terre. Une équipe de Toulouse va plus loin : elle propose de convertir urine et fèces en protéines alimentaires ou en bio-plastique par des bactéries en vue des futurs séjours de longue durée sur la Lune et des vols habités vers Mars. La photo ci-dessus montre un bioréacteur, appelé aussi fermenteur, en activité depuis avril 2021 au Toulouse Biotechnology Institute/INSA.

La couleur jaune est trompeuse

Elle n’est pas liée à la matière première, mais aux bactéries en culture. De l’espèce Cupriavidus necator, elles sont naturellement jaunes. « Pour l’instant, nous n’utilisons pas directement de l’urine, mais de l’urée en poudre. Nous ajoutons aussi des acides gras volatiles comme source de carbone. Sur la Lune, ces acides gras volatiles pourront provenir de la fermentation de fécès humains et déchets alimentaires par d'autres espèces bactériennes » explique Stéphane Guillouet, professeur et responsable de l’équipe FAME qui réalise ce projet soutenu par le CNES. « Il faut imaginer une souchothèque dans la future station lunaire, avec plein de petites capsules contenant des espèces de bactéries d'intérêt, toutes lyophilisées faciles à réveiller. »

Le bioréacteur est alimenté en continu par de l’urée provenant du bidon « TP » avec TP pour « Travaux Pratiques », et non pas « Thomas Pesquet »... La bonbonne marron reçoit, en sortie, les bactéries et ce qui reste du milieu de culture. L’unité à droite du bioréacteur contrôle les paramètres de culture (température, pH, concentration en oxygène dissous…) et les ajuste automatiquement (T° = 30 °C, pH = 7). Crédits : CNES/DE PRADA Thierry, 2021.

 Le bioréacteur expérimental : une cuve de 3 litres alimentée et agitée en continu. Crédits : CNES/DE PRADA Thierry, 2021.

Les bactéries vues au microscope. Elles s'allongent lorsqu'elles produisent du bio-plastique. Crédits : CNES/DE PRADA Thierry, 2021.

Le saviez-vous ?

Bières, yaourts, vaccin Pfizer/BioNTech contre la COVID-19 sont aussi produits dans des bioréacteurs.

Des protéines alimentaires mais aussi du bio-plastique

Bien nourries, les bactéries emmagasinent jusqu’à 80 % de leur masse en protéines alimentaires. Après broyage, elles pourraient être consommées directement par les astronautes, converties en granulés ou données à des poissons élevés sur la Lune. Courante dans nos sols, Cupriavidus necator peut aussi fabriquer et stocker des biopolymères plastiques appelés PHA. Cela dépend du ratio C/N de son alimentation.

« Ces polymères biodégradables auront de multiples utilisations dans la future station lunaire mais aussi sur Terre : materiaux d'emballage pour les produits alimentaires, materiaux résorbables dans le domaine médical, par exemple materiels de suture, implants, ou pour l'encapsulation de substances actives,... » explique Alexis Paillet, notre chef de projet Spaceship FR qui apporte son expertise « exploration spatiale » à l'étude. « Notre ambition est de développer des technologies pour des séjours sur la Lune et Mars qui serviront aussi à réduire notre empreinte environnementale sur la Terre, pour une économie durable et circulaire. »

Alexis Paillet, notre chef de projet Spaceship FR. Crédits : CNES/DE PRADA Thierry, 2021.

SPACESHIP FR, un LIEU D’INNOVATION ET DE DÉMONSTRATION DÉDIÉ À L’EXPLORATION HUMAINE

Spaceship FR sera construit progressivement entre 2021 et 2023 au CNES de Toulouse avec d’abord un espace de coworking et un atelier de fabrication, puis des modules dédiés à la santé et à l’utilisation des ressources emportées dans les vaisseaux ou présentes sur la Lune, régolite principalement. Des modules serre, recyclage, eau et énergie sont aussi prévus. L’objectif est de qualifier des briques technologiques innovantes pour la future base lunaire.

A LIRE, CNESMAG N° 87

Pour prolonger la thématique et en savoir plus sur les défis de l'exploration spatiale lointaine, vous pouvez lire en ligne gratuitement le nouveau CNESMAG. Au sommaire de ce numéro 87 : « Exploration, changement d'échelle ». Vous y trouverez toutes les informations sur les missions actuelles et découvrirez comment les acteurs d'aujourd'hui se préparent activement à relever les défis de demain. Avec une interview de Thomas Pesquet avant le lancement de la mission Alpha.

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