Le programme Artemis de la NASA représente un incroyable retour sur la Lune qui pourrait définir l'alimentation humaine du futur, aussi bien dans l'espace que sur terre. Sept expériences axées sur les végétaux ont été approuvées pour comprendre les différentes exigences à satisfaire pour cultiver des plantes avec succès dans l'espace. Outre l'agriculture spatiale, les innovations telles que les aliments imprimés en 3D, les emballages et les nouvelles applications des microbiomes pourraient avoir de nombreuses conséquences sur l'alimentation terrestre. Les défis à la conception d'aliments dans l'espace (longévité, cycles en boucle fermée, nutrition et impossibilité de cuisiner) peuvent améliorer l'accès à la nutrition dans les environnements difficiles sur terre.
Quels sont les éléments nécessaires à l'alimentation dans l'espace ?
Même si la plupart d'entre nous sur terre nous concentrons sur la variété et la nutrition dans notre alimentation, il existe certains critères essentiels pour les systèmes alimentaires de l'espace :
1. Sécurité alimentaire : éviter la dégradation des aliments, traiter les déchets et les recycler dans des écosystèmes avancés en circuit fermé pour faire pousser des plantes
2. Fiabilité : aptitude à supporter les dures conditions de l'espace, une longue durée de conservation et un encombrement minimum.
3. Densité des nutriments et saveur agréable (savoureux, varié, facile à préparer, etc.)
L'espace présente des défis uniques
La culture de plantes dans l'espace présente certains défis car il s'agit d'un écosystème fermé sans gravité, sans lumière directe du soleil, dans un environnement limité et qui nécessite peu d'eau. En apesanteur, il est difficile de cuisiner et il faut minimiser les contraintes sur les ressources à bord de la navette (masse, énergie, temps de travail de l'équipage, eau, élimination des déchets). Les aliments préemballés ne sont pas toujours utilisables en raison de la détérioration des nutriments et des quantités considérables nécessaires. À l'avenir, l'exploration de l'espace lointain nécessitera des années de voyage avec une quantité limitée de nourriture et d'eau et sans possibilité de se réapprovisionner.
Tendances des publications et des brevets
La NASA et d'autres agences publient des articles et des brevets au sujet de la nourriture dans l'espace depuis des décennies. En utilisant la Collection de contenus CAS™, nous avons examiné les publications scientifiques mondiales liées aux systèmes d'alimentation et de vie dans l'espace de 2000 à 2022. Le monde de la recherche indique que les grandes annonces concernant de nouveaux programmes spatiaux produiront une hausse des futures publications et des brevets dans le monde entier. Par exemple, la Station spatiale internationale a connu un essor considérable depuis sa première annonce en 1993. L'augmentation des publications et des brevets depuis lors est étroitement liée aux plus de 2 500 expériences réalisées à bord. De même, on a assisté à une tendance claire à la hausse de la recherche après l'annonce du programme d'équipage commercial de la NASA en 2011 et à un sursaut correspondant après l'annonce du programme Artemis en 2017 (Figure 1).
Nouvelles solutions : alimentation de l'espace imprimée en 3D
Une pizza de l'espace ? Les nouveaux progrès de l'impression en 3D de nourriture à bord de la Station spatiale internationale pourraient entraîner un impact considérable sur certains des défis alimentaires majeurs que nous connaissons sur terre. Les imprimantes en 3D produisent désormais différents modèles alimentaires et des régimes personnalisés en ajoutant des ingrédients spécifiques aux aliments. Aujourd'hui, les encres utilisées par une imprimante en 3D peuvent se composer de viande séchée, de légumes et de produits laitiers en poudre, agrémentés de micronutriments adéquats. Parmi les encres comestibles les plus courantes, on peut citer la purée de pommes de terre, le chocolat, la pâte, le fromage, la crème, le glaçage pâtissier et les fruits.
Cette technologie est essentielle pour prolonger la durée de conservation des aliments de l'espace. Elle permet de conserver les matériaux alimentaires dans des conditions stériles, sous forme de matières premières. Cela minimise en plus l'espace de stockage nécessaire à bord.
Utilisation de microbes pour produire des nutriments
Les chercheurs examinent différents types de bactéries pour transformer les composants de l'air ou les déchets corporels en nutriments. Par exemple, des bactéries appelées hydrogénotrophes (micro-organismes unicellulaires qui métabolisent l'hydrogène pour produire de l'énergie) pourraient convertir le dioxyde de carbone expiré par les astronautes en protéines, au cours d'un processus de type fermentation. D'autres chercheurs ont découvert que la Yarrowia lipolytica, une levure apparentée à la levure de boulanger, peut permettre de fabriquer des lipides et même des plastiques si elle est alimentée par de l'urine humaine, ce qui ouvre la possibilité de transformer les déchets humains en nutriments essentiels à la santé humaine.
Aliments préemballés
Même si les aliments lyophilisés ou surgelés sont essentiels, la NASA examine les nouvelles technologies de conservation alimentaire pour adopter de nouvelles approches. Par exemple, la stérilisation thermique assistée par la pression et la stérilisation par micro-ondes garantissent une qualité et des vertus nutritives initiales supérieures pour les aliments préemballés. Les chercheurs examinent également une amélioration des emballages visant à augmenter de jusqu'à 5 ans la durée de conservation.
Systèmes en circuit fermé et agriculture de l'espace
La meilleure option pour obtenir une source de nutrition satisfaisante, de qualité et constante, consiste à pratiquer l'agriculture à bord du vaisseau spatial. L'existence d'une ferme spatiale favoriserait la création d'un environnement durable, car les plantes peuvent être utilisées pour recycler les eaux usées, générer de l'oxygène, purifier l'air et même recycler les selles à bord du vaisseau. Il existe actuellement un jardin de l'espace, surnommé Veggie. Il peut accueillir six plantes et a été utilisé pour cultiver avec succès des salades, des choux chinois, du mizuna, du chou rouge et des zinnias. La liste des plantes cultivées dans l'espace au cours des quarante dernières années est disponible ici.
Implications concrètes pour l'alimentation spatiale
Les recherches dans ce domaine de l'alimentation de l'espace favorisent des relations meilleures et plus durables entre notre alimentation et la planète. Les serres en circuit fermé et l'agriculture verticale peuvent être utilisées dans des zones arides, polaires, isolées ou densément peuplées, car elles ne nécessitent que peu d'eau et de terre. La production de viande à partir des composants de l'air pourrait réduire le besoin de bétail et diminuer considérablement l'utilisation d'eau et de terre. Un purificateur d'air amélioré créé pour l'alimentation spatiale est d'ores et déjà utilisé pour la conservation alimentaire et dans les blocs opératoires.
L'impression d'aliments en 3D pourrait permettre d'alléger les pénuries alimentaires sur terre. Les imprimantes en 3D peuvent permettre de créer des plats plus rapidement et plus proprement que tout chef cuisinier, tout en personnalisant les valeurs nutritives et les textures. Les encres comestibles pourraient également élargir le recours à des sources alimentaires non traditionnelles.
Toutes ces technologies peuvent réduire le volume de transport, les emballages, les coûts de distribution et autres en rapprochant les aliments des clients et ainsi, en réduisant l'empreinte écologique. Les avantages de la recherche continue sur l'exploration spatiale s'étendent donc à l'environnement de la terre et à ses habitants, en leur donnant des idées pour entretenir et préserver les écosystèmes terrestres.
