Les futures missions humaines de longue durée sur la Lune et Mars, planifiées par la NASA, présentent des défis logistiques monumentaux. L'un des problèmes clés est d'assurer une alimentation adéquate pour les astronautes lors de voyages de plusieurs années, où l'espace de chargement est limité et les possibilités de ravitaillement inexistantes. Les vitamines et autres nutriments essentiels ont une durée de conservation limitée et perdent leur efficacité avec le temps, ce qui signifie que les réserves emportées depuis la Terre pourraient ne pas être suffisantes ou efficaces. Pour surmonter cet obstacle, les scientifiques développent une technologie de bioproduction révolutionnaire – la création de nutriments à la demande, directement dans l'espace. Au cœur de ces efforts se trouve une série d'expériences appelée BioNutrients, qui teste la capacité des micro-organismes à devenir des usines miniatures et autonomes de composés vitaux pour la santé humaine.

Des usines microscopiques pour la santé des astronautes

La première étape de ce projet ambitieux a été l'expérience BioNutrients-1, lancée vers la Station spatiale internationale (ISS) en avril 2019. Au cours de près de six ans de recherche, les astronautes ont testé un système basé sur de la levure de boulanger génétiquement modifiée (Saccharomyces cerevisiae), un micro-organisme sûr et courant dans l'alimentation humaine. Les scientifiques du Centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley ont conçu un système dans lequel de la levure déshydratée et une source de nourriture en poudre attendent dans des récipients spéciaux. L'activation est simple : les astronautes injectent de l'eau stérile, ce qui déclenche le processus de croissance. Dans l'environnement liquide, la levure se multiplie et, comme une minuscule usine, commence à produire du bêta-carotène et de la zéaxanthine. Il s'agit de puissants antioxydants, normalement présents dans des légumes comme les carottes et les épinards, qui sont d'une importance cruciale pour la protection des yeux contre les dommages, ce qui est particulièrement important dans l'environnement spatial à haut niveau de radiation.

Les astronautes n'ont pas consommé les nutriments produits ; au lieu de cela, après 48 heures d'incubation au chaud, les échantillons ont été congelés et renvoyés sur Terre pour une analyse détaillée. Les scientifiques ont étudié attentivement l'efficacité du système, la quantité de levure cultivée et la concentration des nutriments produits. L'un des objectifs clés de BioNutrients-1 était de tester la viabilité à long terme. À cette fin, deux types de levure ont été utilisés. Le premier était capable de former des spores – une forme de vie dormante et extrêmement résistante qui peut survivre à des conditions extrêmes, y compris un rayonnement élevé et un stockage prolongé. On s'attend à ce que les spores puissent rester viables pendant au moins cinq ans, ce qui est crucial pour les missions vers Mars. Le deuxième type de levure était sous forme végétative, c'est-à-dire métaboliquement active. Bien qu'une durée de conservation plus courte soit attendue, ce type est intéressant car il est déjà utilisé commercialement dans les suppléments probiotiques et offre un plus large éventail de possibilités pour de futures modifications. Les analyses des échantillons retournés sur Terre ont montré des résultats extraordinaires – certains micro-organismes sont restés capables de s'activer même après plus de cinq ans dans l'espace, confirmant la robustesse du concept.

Évolution de l'expérience : Des récipients rigides aux sacs flexibles

S'appuyant sur les succès de la première phase, BioNutrients-2 est arrivé à l'ISS en novembre 2022. Cette suite a apporté des innovations significatives, visant à optimiser le système pour les conditions réelles des vols spatiaux de longue durée. Le plus grand changement concernait le matériel. Au lieu de récipients relativement lourds et rigides, BioNutrients-2 a utilisé des sacs légers et flexibles, similaires à ceux dans lesquels la nourriture des astronautes est emballée. Cette nouvelle conception a considérablement réduit la masse et le volume du système, libérant un espace précieux et réduisant les coûts de lancement.

En même temps, le "menu" des micro-organismes a été élargi. En plus des deux types de levure de la première expérience, quatre nouvelles cultures ont été ajoutées. Deux d'entre elles étaient des bactéries utilisées pour la production de yaourt, une pour le kéfir, et la dernière était particulièrement intéressante – un type de levure bio-ingéniérée pour produire de la follistatine. La follistatine est une protéine qui joue un rôle clé dans le maintien de la masse musculaire car elle inhibe l'action de la myostatine, une protéine responsable de la dégradation musculaire. L'atrophie musculaire est l'un des plus grands risques pour la santé des astronautes en apesanteur, et la possibilité de produire un composé qui pourrait y remédier directement dans l'espace représente une révolution potentielle en médecine spatiale. Au cours de l'année 2023, l'équipage de l'ISS a mené avec succès deux cycles d'expériences avec ce nouveau système, confirmant sa fonctionnalité et sa polyvalence.

La dernière phase : Sécurité alimentaire et levure multifonctionnelle sur l'ISS

Le dernier chapitre de la saga BioNutrients a débuté récemment, en août 2025, avec le lancement de l'expérience BioNutrients-3 lors de la mission SpaceX CRS-33. Cette phase représente une étape cruciale vers une application réelle, avec un accent sur la sécurité alimentaire et une augmentation supplémentaire de l'efficacité. Le matériel est toujours basé sur des sacs flexibles, mais ils ont maintenant un plus grand volume pour permettre de tester les protocoles de sécurité sur des échantillons plus grands. Dans cette phase, des ferments commerciaux pour le yaourt et le kéfir sont utilisés, ainsi que de nouvelles souches de levure avancées qui ont été génétiquement modifiées pour produire plusieurs nutriments différents dans un seul sac. C'est une avancée significative dans l'optimisation du processus.

L'une des innovations les plus intéressantes de BioNutrients-3 est un substrat de croissance pour les micro-organismes qui est entièrement comestible, bien que les astronautes ne le consommeront pas encore. C'est une préparation pour de futures expériences où les produits seront testés comme une véritable source de nutrition. De plus, un indicateur visuel ingénieux pour suivre la fermentation a été introduit. Un pigment naturel de chou rouge est ajouté au mélange, qui change de couleur en fonction de l'acidité (valeur du pH). Lorsque les bactéries transforment les sucres en acide pendant la fermentation du yaourt et du kéfir, le mélange passe du violet au rose. Cela permet aux astronautes de suivre de manière simple, visuelle et infaillible la progression du processus sans avoir besoin d'équipement complexe.

Des technologies innovantes pour l'avenir des voyages spatiaux

BioNutrients-3 introduit également plusieurs technologies avancées qui sont essentielles pour créer un système de nutrition autonome. L'une d'elles est le test d'un "nez électronique" (E-Nose), un capteur qui simule l'odorat humain avec une sensibilité exceptionnelle. Cet appareil peut détecter les composés organiques volatils émis par les agents pathogènes ou les bactéries d'altération, offrant une méthode rapide et non invasive pour vérifier la sécurité des aliments. De plus, les astronautes testeront le processus de pasteurisation en utilisant l'équipement existant sur la station – un chauffe-plats. Cela permettra de vérifier la possibilité de détruire les micro-organismes restants après la fin de la fermentation afin que le produit soit sûr pour un stockage et une consommation à long terme. Enfin, une technique de re-culture sera également démontrée, où une petite partie du yaourt fini est utilisée pour démarrer un nouveau lot, de la même manière que l'on entretient un levain. La maîtrise de cette technique signifierait que le système pourrait être maintenu presque indéfiniment avec un minimum de fournitures initiales.

Une portée plus large : De l'espace aux coins reculés de la Terre

Bien que principalement développée pour les besoins des astronautes, la technologie derrière le projet BioNutrients a un potentiel énorme également sur Terre. La capacité de produire des nutriments frais, et même des médicaments, à la demande et avec une infrastructure minimale pourrait transformer la vie dans les zones reculées, les zones touchées par des catastrophes naturelles ou lors d'opérations militaires de longue durée où les chaînes d'approvisionnement ne sont pas fiables. En développant des micro-organismes capables de supporter de longues périodes d'inactivité puis d'être réactivés avec succès, la NASA ouvre non seulement la porte à l'exploration de l'espace lointain, mais crée également des solutions qui pourraient améliorer la santé et la qualité de vie des gens sur toute notre planète.