Lucie Poulet travaille sur « de la recherche spatiale utile pour la Terre »

Par

Damien Caillard

Le

A travers le projet européen MELiSSA, Lucie développe – depuis l’institut Pascal à Clermont comme auprès de la NASA – des solutions de « systèmes support-vie » biologiques pour l’espace, qui peuvent aider les projets agricoles sur Terre.


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Le ressenti de l’auteur

L’été, on repose son cerveau (idéalement dans un seau d’eau froide), et on en profite pour prendre du recul … ou un autre point de vue.

Ici, je vous propose un sujet « provoc » : comment la recherche spatiale peut impacter – positivement – les enjeux écologiques sur Terre. Le retour d’expérience et l’analyse de Lucie me semblent très intéressants à ce titre, bien qu’il faille mettre dans la balance le caractère globalement technologique, et de plus en plus industriel, de ce domaine d’activité. Et, par là, les externalités négatives qu’il génère en termes d’emploi de ressources, de carburant, de pollution atmosphérique ou orbitale, etc.

L’exploration de l’espace et la recherche qui y sont associés ne sont donc pas QUE un « rêve d’enfant » pour paraphraser Saint-Exupéry. Mais on comprend, en lisant les propos de Lucie, que c’est aussi un moyen de pousser les chercheurs et les ingénieurs dans leurs retranchements pour concevoir des systèmes les plus efficaces et épurés possibles.

Personnellement, j’ai eu ce rêve d’enfant, je l’ai toujours un peu, et la conquête spatiale me met des étoiles dans les yeux. Je ne peux pas faire autrement, même si j’ai conscience des impacts. Cet entretien, il me semble, est idéal pour prendre un autre point de vue sur ce sujet, à travers le petit bout de la lorgnette (mais que de métaphores astronomiques dans cette intro, il est temps d’arrêter).

Damien

Les principaux points à retenir

  1. Lucie travaille depuis 2010, dans le cadre du projet MELiSSA porté par l’Agence Spatiale Européenne, sur les « systèmes support-vie bio régénératifs« . Ce sont des dispositifs basés sur le vivant, pensés pour les véhicules et bases spatiales, devant fournir de l’air, de l’eau, de la nourriture et recycler des déchets. Par définition, ils doivent être les plus efficaces et compacts possibles, et sont très contrôlés. Lucie développe notamment le cas de l’utilisation et de la production de spiruline.
  2. Les applications terrestres commencent à se développer : captation de CO2 par la spiruline dans une cimenterie, recyclage des urines dans des universités pilote, traitement des eaux grises … mais Lucie regrette que les acteurs politiques et économiques ne s’emparent pas suffisamment du travail de cette recherche publique.
  3. Elle croit en revanche à l’utilité de son travail pour les applications d’agriculture urbaine, au plus proche des consommateurs. En environnement contrôlé, il serait possible d’utiliser des immeubles dédiés à ces productions, en évitant plusieurs problèmes liés à l’éloignement et à l’étalement des cultures, mais au prix d’une dépense énergétique importante.
  4. Actuellement à l’Institut Pascal sur la thématique des serres spatiales, Lucie espère que son travail sera utile pour tous les utilisateurs de ces dispositifs, dans l’espace comme sur Terre. Elle souhaite ouvrir sa recherche via une plateforme contributive. Plus largement, elle reconnaît être souvent questionnée sur l’utilité et l’impact de la recherche spatiale. Si elle regrette les amalgames avec les « milliardaires qui s’amusent » en vol parabolique, elle insiste sur l’intérêt scientifique de l’exploration humaine, mais aussi sur les études menées par la recherche autour de l’habitabilité, de la circularité et de la production de nourriture en environnement contrôlé. Celles-ci sont de plus en plus amenées à avoir un impact réel sur Terre.

L’intervenante : Lucie Poulet

Chercheuse en Bioastronautique et Procédés du Support-Vie à l’Institut Pascal

D’origine grenobloise, Lucie suit des études d’ingénieur aux Mines de Nancy, dont elle sort diplômée en 2011. Entretemps, elle a découvert le projet de l’Agence Spatiale Européenne MELiSSA [Micro-Ecological Life-Support System Alternative, ou alternative micro-écologique pour les systèmes de support-vie] en 2010, à travers un stage de six mois.

Depuis, elle travaille sur la thématique des systèmes support-vie bio régénératif, qui cherchent à assurer plusieurs fonctions vitales pour les véhicules et bases spatiales – oxygène, eau, traitement des déchets, nourriture… – sans être basés sur des procédés techniques ou chimiques.

En 2016, Lucie débute une thèse à l’institut Pascal à Clermont, partenaire du projet MELiSSA. Son sujet porte sur la modélisation de la croissance des plantes dans un environnement de micro-gravité. En parallèle, elle participe au TEDxClermont 2016 en tant qu’intervenante.

Entre 2019 et 2022, elle travaille pour la NASA aux Etats-Unis, d’abord sur les échanges gazeux des plantes, puis sur un système de récolte des micro-greens, plantules issues de graines germées et très utiles d’un point de vue nutritif et gustatif.

En 2022, Lucie revient sur Clermont à travers une bourse post-doctorale Marie Curie qu’elle a obtenu. Au sein du laboratoire de l’Institut Pascal et en lien avec ses équipes, elle travaille sur une méthodologie de conception de « serres spatiales » adaptées aux différentes missions.

Contacter Lucie par courrier électronique : lucie.poulet [chez] uca.fr
Voir le site de présentation des travaux de Lucie

Crédit visuel : CNES (DR)


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Quels sont les “systèmes support-vie bio régénératifs” sur lesquels tu travailles ?

Ce sont des systèmes techniques conçus pour les bases et véhicules spatiaux. Ils doivent remplir quatre “fonctions élémentaires” de la vie : oxygène, nourriture, eau et traitement des déchets. Le côté régénératif implique un recyclage des ressources embarquées. Cela inclut les déchets des humains, mais aussi ceux des autres organismes vivants – comme les parties non comestibles des plantes.

Je travaille sur ces thématiques depuis un stage effectué en 2010 au sein du projet MELiSSA [Micro-Ecological Life-Support System Alternative, ou alternative micro-écologique pour les systèmes de support-vie], piloté par l’Agence Spatiale Européenne [ESA]. Ce projet est basé sur l’utilisation de systèmes biologiques pour assurer le support-vie que j’évoquais, plutôt que des solutions physiques ou chimiques.

« La recherche spatiale au service de la durabilité sur Terre », titre de l’intervention de Lucie au TEDxClermont 2016 / Crédit vidéo : TEDxClermont (DR)

Quel est l’apport de ces dispositifs en termes écologiques ?

Il faut les voir au sein d’environnements clos, ce que sont les habitats spatiaux. Ces systèmes de support-vie doivent impérativement fonctionner avec le minimum de ressources en eau, en énergie, en masse d’intrants. Pour autant, leur objectif est simplement… de maintenir des personnes en vie ! Mais dans un environnement très petit, et ne disposant pas des “tampons” écologiques que sont l’atmosphère, l’océan ou le sol. 

Sur Terre, ce sont ces tampons qui absorbent les variations – même s’ils le font de moins en moins bien car on en a abusé. Dans les systèmes de support-vie pour l’espace, il faut parvenir à en gérer le fonctionnement de manière très fine, en prenant en compte toutes ces petites variations et en évitant les déséquilibres. Ce sont des systèmes à la fois très contrôlés et très optimisés.

« Ces systèmes de support-vie doivent impérativement fonctionner avec le minimum de ressources en eau, en énergie, en masse d’intrants. « 

Et, quand on y parvient, on peut développer des solutions originales auxquelles on n’aurait pas pensé sur Terre. Simplement parce que, ici, on a tendance à “oublier” les limites posées par les ressources en eau ou en énergie, vues comme infinies. Pas dans l’espace ! Les contraintes extrêmes de cet environnement nous poussent à l’innovation et à l’efficacité.

Premières récoltes de plantes dans les dispositifs développés par Lucie / Crédit photo : Gioia Massa (DR)

Par exemple, cela t’a amenée à t’intéresser à la spiruline…

Oui, car dans le système support-vie sur lequel je travaillais, il y avait trois compartiments microbiens – pour dégrader en plusieurs étapes les déchets organiques de l’équipage. Dans ce cadre, la spiruline, issue d’une algue verte, est particulièrement intéressante : elle assure une photosynthèse très efficace et donc capte beaucoup de CO2, elle apporte une grande variété de protéines et de vitamines, et elle est générée via un cycle très rapide dans un photobioréacteur.

On essaye donc de développer des dispositifs de production plus efficaces, soit moins volumineux et moins gourmands en énergie. Cette solution de la spiruline pour traiter les “déchets” de l’activité humaine a d’ailleurs été appliquée dans une cimenterie près de Grenoble : le CO2 produit par l’industrie y est injecté dans un réacteur produisant cette algue verte, évitant son relargage dans l’atmosphère.

Penses-tu à d’autres applications concrètes – sur Terre – de tes recherches ?

Il y a plusieurs exemples, comme un système de traitement des eaux au Maroc dans une université – il s’agit du recyclage des “eaux grises”. Egalement, à la station de recherche Concordia, en Antarctique, qui est très proche d’un environnement spatial clos.

« Toutes ces applications sont encore très ponctuelles et localisées. »

Sur le campus de l’université de Gand, en Belgique, il y a un dispositif de recyclage de l’urine appelé Hydrohm. Il fonctionne en extrayant, d’une part, l’eau pour la chasse d’eau (après traitement), et d’autre part l’azote pour en faire de l’engrais. Et le siège de l’ESA, à Paris, réalise actuellement des travaux pour “circulariser” ses eaux grises.

Cela dit, toutes ces applications sont encore très ponctuelles et localisées. Le projet MELiSSA étant un consortium d’une quinzaine de partenaires académiques en Europe, la volonté et le savoir-faire des universités est bien là. Mais il faudrait plus de volonté des mondes politique et économique pour appliquer ces résultats auprès de la population.

Lucie marche sur Mars, ou presque – durant un séjour en « immersion » sur l’île de Hawaï / Crédit photo : Annie Caraccio (DR)

Tu es néanmoins convaincue de l’utilité des systèmes support-vie dans les logiques d’agriculture urbaine…

Je sais en tout cas qu’il y a une problématique simple : la population mondiale vit de plus en plus en ville, et la production de nourriture reste à la campagne. Cela entraîne des impacts en termes de transport, donc de pollution et d’énergie, mais aussi de pertes de production alimentaire.

Une solution serait de développer l’agriculture urbaine, et je pense ici à l’agriculture verticale – dans des immeubles dédiés. C’est possible si on reste dans une logique d’environnement clos et contrôlé, sur des étagères, proche de ce que l’on fait avec les systèmes support-vie. 

« Une solution serait de développer l’agriculture urbaine, et je pense ici à l’agriculture verticale »

Les avantages sont nombreux : pas d’insectes donc pas de pesticides, moins d’eau nécessaire car récupération de la condensation. Egalement, proximité immédiate des lieux de consommation, donc quasiment pas d’impact du transport, et possibilité de “cueillir” à la demande, soit moins de gâchis et moins de logistique.

En revanche, il faut des solutions techniques si on a besoin de pollinisation – par exemple avec de la ventilation, des petites brosses à fleurs, etc. Et le gros point noir reste l’énergie nécessaire pour maintenir la température, l’humidité, ou pour apporter la lumière artificielle dans le bâtiment. Beaucoup de start-ups qui s’y sont essayées se sont cassées la figure à cause de cela. Il faut encore travailler là-dessus.

Lire le compte-rendu (2021) : « Le libre accès à la recherche scientifique, commun de l’humanité » par Pablo Rauzy

Quel est le dispositif de production agricole sur lequel tu as travaillé pour la NASA ?

J’ai en effet mené une étude au sein de l’agence spatiale américaine, en Floride, de 2019 à 2022, sur les échanges gazeux des plantes. Le Covid étant passé par là, j’ai eu le temps de répondre à d’autres projets de recherche, et j’ai reçu un financement pour monter une équipe et un projet travaillant sur les “micro-greens”. Il s’agit de bébé-plantes, ce qu’on observe après la germination de la graine, mais avant la sortie des premières feuilles.

Ces micro-greens sont donc des plantes de 7 à 14 jours en général, et toute graine en produit. Ces “plantules” sont très chargées en vitamines, minéraux … et en goût ! Car tout y est concentré. Elles poussent vite, et sont faciles à couper à la demande pour un apport nutritionnel complémentaire. Avec toute l’équipe qui travaillait dessus, j’ai développé et même testé en vol parabolique un système de récolte en sachets pour la NASA.

Lucie devant le Space Station Processing Facility, au Kennedy Space Center de la NASA / Crédit photo : Lucie Poulet (DR)

Enfin, tu es basée à Clermont depuis 2015 (hormis la parenthèse floridienne), à l’Institut Pascal…

J’ai d’abord rédigé ma thèse au sein de cet institut – axe “Génie des procédés, Energétique et  Biosystèmes”. L’Institut Pascal est partenaire du projet MELiSSA depuis plus de 30 ans. Ma thèse a porté sur la modélisation de la croissance des plantes dans les environnements de gravité réduite, pour des applications de systèmes support-vie.

Après le travail avec la NASA, je suis revenue à Clermont en 2022, toujours dans le cadre des projets MELiSSA du laboratoire. J’y ai décroché une bourse européenne “Marie Curie”, en post-doctorat, et je mène ce projet au sein du laboratoire, avec leurs moyens et en lien avec leurs équipes.

Mon but est maintenant de développer une méthodologie pour construire des “serres spatiales” efficaces en énergie, en masse et en temps d’entretien. Cependant, je souhaite partir des besoins – apport calorique recherché, lieu et durée du séjour – pour concevoir des serres adaptées à chaque mission.

« Mon but est maintenant de développer une méthodologie pour construire des “serres spatiales” efficaces en énergie, en masse et en temps d’entretien. »

Grâce à un outil d’optimisation informatique que je développe avec l’aide de l’école Polytechnique de Lausanne, j’espère proposer un design efficace de la serre en termes de forme, de système d’éclairage, d’arrosage, de ventilation et d’entretien.

Si mes résultats ne sont pas encore aboutis, j’espère les présenter à un congrès international en 2024. Je souhaite pour cela passer par une méthodologie utile pour le plus grand nombre, et surtout collaborative : tous les gens intéressés par les serres et leurs “sous-systèmes” (éclairage, arrosage, etc.) seront invités à partager sur une plateforme contributive. Car je ne suis pas une experte en agriculture !

Travail de Laboratoire à la NASA sur les échanges gazeux des plantes / Crédit photo : Christina Johnson (DR)

Elargissons un peu : quel est ton avis sur l’utilité de la recherche spatiale ?

C’est une question qu’on me fait souvent remonter : “ce que tu fais, à quoi ça sert ?”. Le souci est qu’il y a beaucoup d’amalgames, d’une part avec ces milliardaires qui vont s’amuser dans des vols suborbitaux à plusieurs millions de dollars, d’autre part avec la lubie des “colonies” martiennes, ce qui est une hérésie – même si on mettra le pied prochainement sur la Planète Rouge, c’est certain.

En revanche, l’exploration des autres planètes apportera beaucoup à la connaissance du système solaire, mais aussi à la compréhension de comment une planète comme Mars ou Vénus, qui sont assez similaires à la Terre [en termes d’orbite et de composition], ont pu évoluer vers un désert glacé ou brûlant.

« Les questions d’habitabilité, de recyclage de déchets, de production de nourriture font l’objet de nombreux travaux pour les modules spatiaux. »

Pour cela, la présence de l’être humain – sur Mars, pour commencer – sera un grand pas en avant. Curiosity, le petit rover envoyé par la NASA en 2012, a parcouru 30 kilomètres en 11 ans. Sur la Lune, quand une équipe d’astronautes y est allée avec un petit véhicule piloté par eux, ils ont fait 36 km en quatre heures – pendant Apollo 17 ! Cela dit, ils ne “coloniseront” pas, mais vivront dans des bases semblables à celles de l’Antarctique, avec des rotations d’équipes.

Et du côté des apports pour l’écologie sur Terre ?

C’est ce que j’évoquais : les questions d’habitabilité, de recyclage de déchets, de production de nourriture font l’objet de nombreux travaux pour les modules spatiaux. Les systèmes support-vie sont aujourd’hui très efficaces, notamment dans la captation de CO2 ! Il faut s’en inspirer pour les dispositifs terrestres.

Il y a néanmoins beaucoup d’argent qui est investi dans cette recherche spatiale, sans parler de l’exploration elle-même. Or, les applications terrestres n’étaient qu’un sous-produit de ces recherches, au début – je pense au Velcro, au micro-ondes, ou à l’Imagerie par Résonance Magnétique [IRM]. Mais, petit à petit, les choses ont changé. Et, aujourd’hui, MELiSSA, comme tous les appels à projets en recherche spatiale, incluent une dimension relative aux applications terrestres. C’est de cette manière que l’optimisation des systèmes spatiaux peut aider à consommer moins de ressources naturelles.

Ressources complémentaires proposées par Lucie:
Comprendre – la série vidéo The Expanse, « qui aborde les sujets de recyclage dans l’espace, en prenant en compte la question des ressources – qui font l’objet d’une guerre de civilisations » selon Lucie
Agir Lucie invite à participer à la fête de la Science en octobre, ou aux portes ouvertes de Polytech en mars (davantage pour les étudiants)

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Propos recueillis le 30 juin 2023, mis en forme pour plus de clarté et relus et corrigés par Lucie. Crédit photo de Une : Novespace (DR)