Aliments frais dans l'espace : la NASA se tourne vers les LED

Des plantes dans l'espace. L'idée peut paraître farfelue, mais le sujet est très sérieux pour la NASA et pour les astronautes. Bien sûr, la fameuse « nourriture en tube » déshydratée des astronautes ne va pas disparaître de sitôt, mais il s'agit d'une version bien supérieure à celle qui a voyagé sur la lune dans les années 1960, et celle-ci met l'accent sur la nutrition (Figure 1). J'espère que le goût est aussi au rendez-vous, car cela reste la principale source de nourriture dans l'espace, et ce sera peut-être même le cas lors de l'expédition sur Mars prévue dans les années 2030. Mais d'ici là, de nombreuses améliorations auront été apportées et des alternatives proposées.

Figure 1 : La « nourriture en tube » déshydratée traditionnelle des astronautes s'est améliorée depuis les années 1960, mais les recherches menées sur l'utilisation de LED pour faire pousser des légumes dans l'espace sont prometteuses. (Source de l'image : NASA)

Pour me faire une idée du futur de la nourriture de l'espace, j'ai visité le laboratoire « VEGGIE » du Kennedy Space Center de la NASA, en Floride, afin de découvrir les dernières avancées de la cuisine cosmique. J'ai été reçu par le Dr Gioia Massa, phytobiologiste qui travaille pour le programme VEGGIE de la NASA. Ce projet vise à faire pousser des légumes sur l'ISS, la Station spatiale internationale (Figure 2).

Figure 2 : La NASA mène un programme baptisé « VEGGIE » au Kennedy Space Center (KSC) sous la houlette du Dr Gioia Massa (à droite). Ce programme déjà en cours vise à faire pousser des légumes sur l'ISS. (Source de l'image : Loretta Taranovich)

Pourquoi et comment faire pousser des légumes dans l'espace ?

Comme je l'ai déjà mentionné, les astronautes continueront à manger de la nourriture en tube. Cependant, ils pourraient bientôt aussi se régaler de produits frais et familiers, comme une laitue fraîchement récoltée. Et cela compte pour eux. Certains m'ont confié qu'avoir le luxe de déguster un aliment frais et familier pouvait considérablement améliorer leur expérience alimentaire.

Pour faire pousser des légumes frais dans l'espace, la NASA s'est tout simplement tournée vers les LED (Figure 3). Les LED sont utiles dans ce contexte, car elles apportent une énergie concentrée dans les diverses longueurs d'ondes du spectre qui favorisent la croissance des plantes. Les LED dégagent également très peu de chaleur, ce qui leur permet d'être placées à proximité des plants de légumes dans un espace réduit.

Figure 3 : Selon les recherches de la NASA, l'éclairage LED constitue une source lumineuse optimale pour assurer une croissance vigoureuse des plantes dans l'espace. (Source de l'image : Loretta Taranovich)

Si l'éclairage artificiel est utilisé sur Terre depuis un certain temps pour faire pousser des plantes, reproduire la même chose dans l'espace est beaucoup plus délicat. Dans l'espace, l'éclairage artificiel et les ventilateurs doivent être installés de sorte à répliquer au mieux le soleil et le vent. La fiabilité et la durabilité sont également essentielles pour le voyage dans l'espace. C'est pourquoi les LED sont idéales pour les longues missions spatiales, comme une expédition sur Mars.

Le rôle des différentes longueurs d'ondes des LED

Les LED de longueurs d'ondes spécifiques présentent leurs propres avantages :

Rouge (630 à 660 nanomètres [nm]) : longueur d'onde essentielle à la pousse des tiges et au développement des feuilles. Elle régule aussi la floraison, les périodes de végétation et la germination des graines.

Bleu (400 à 520 nm) : à combiner avec soin à la lumière d'autres spectres, car la surexposition à la lumière dans cette longueur d'onde peut freiner la croissance de certaines espèces végétales. La lumière produite dans la plage de longueurs d'ondes bleues peut aussi affecter la teneur en chlorophylle de la plante, ainsi que l'épaisseur des feuilles.

Vert (500 à 600 nm) : on a longtemps pensé que cette longueur d'onde n'était pas nécessaire aux plantes, mais de récentes études montrent qu'elle traverse d'épaisses canopées et soutient la croissance des feuilles en dessous.

Rouge lointain (720 à 740 nm) : cette longueur d'onde traverse aussi les canopées denses pour soutenir la croissance des plantes qui se trouvent plus bas. En outre, l'exposition à la lumière infrarouge (IR) réduit le délai de floraison d'une plante. La lumière de rouge lointain présente un autre avantage : les plantes exposées à cette longueur d'onde ont tendance à produire des feuilles plus grandes que celles qui ne sont pas exposées à la lumière dans ce spectre.

Les scientifiques de la NASA ont aussi constaté que le fait d'inclure une lumière LED blanche dans les matrices de LED permet de s'assurer que les plantes cultivées en intérieur reçoivent tout le rayonnement photosynthétiquement actif nécessaire à une santé, une croissance et un rendement optimisés dans l'espace.

La société OSRAM collabore déjà étroitement avec la NASA sur ce concept de culture de plantes dans l'espace. Son système d'éclairage LED horticole Phytofy unique et réglable, de l'ultraviolet au rouge lointain, possède des fonctionnalités de contrôle en temps réel et de programmation pour chaque canal individuel (Figure 4). Ce système étalonné est conçu pour prodiguer des traitements lumineux, avec des spectres, des longueurs d'ondes et des intensités variables pour la recherche horticole. Phytofy est idéal pour la recherche et le développement de traitements lumineux spécifiques aux plantes. La lumière peut être contrôlée grâce à une interface utilisateur graphique. Grâce à ce système, la NASA peut affiner les caractéristiques des LED pour l'espace en utilisant les meilleurs réglages de couleur, de durée et d'intensité d'éclairage LED afin d'optimiser la croissance et la santé des plantes.

Figure 4 : OSRAM travaille avec la NASA sur son système Phytofy pour déterminer les meilleurs réglages de couleur, de durée et d'intensité LED afin d'optimiser la croissance des plantes. (Source de l'image : NASA)

Bien que la plupart des recherches de la NASA s'effectuent sur Terre, des LED ont été envoyées à l'ISS pour d'ultimes tests. Les LED de grade commercial peuvent à terme être qualifiées pour une utilisation dans l'espace par une grande variété d'entreprises.

L'arrosage dans l'espace

Évidemment, les plantes ont besoin d'eau. Chaque graine est donc semée dans un « tapis » ou un « coussin » arrosé de manière individuelle (Figure 5). Chaque coussin renferme de l'arcillite, un substrat de croissance solide qui a montré les meilleurs résultats de pousse dans l'espace. Un rembourrage en mousse contient le milieu d'enracinement en arcillite afin d'empêcher que les racines n'atteignent accidentellement les LED lors de leur développement.

Figure 5 : Le Dr Massa installant le système d'arrosage des plantes. (Source de l'image : Loretta Taranovich)

La quantité d'eau et la hauteur de pousse sont contrôlées tout au long du cycle de croissance, après quoi les légumes sont récoltés et un nouveau cycle démarre.

Conclusion

Quelles que soient les conditions, l'espace est un environnement difficile. Tout ce que la NASA peut entreprendre pour améliorer les conditions de la nouvelle génération d'astronautes est bon à prendre. En collaborant avec des entreprises comme OSRAM, les phytobiologistes de la NASA pourront vraisemblablement parvenir à faire pousser des plantes dans l'espace. Ce projet peut paraître anecdotique face à tout le reste, mais il permettra d'offrir aux explorateurs du bout du monde la nourriture savoureuse et familière dont ils ont tant besoin.

J'ai hâte de découvrir les prochaines avancées en matière de nourriture dans l'espace. Qui sait, on pourra peut-être un jour y déguster une pizza ?