Une seule solution règle deux problèmes majeurs

Une étude récente menée par des chercheurs de l’Université de Calgary a permis de trouver une nouvelle solution à deux problèmes différents auxquels les astronautes sont souvent confrontés dans le cadre de missions d’exploration spatiale à long terme. Le Dr Mayi Arcellana-Panlilio et ses collègues ont mis au point une méthode d’élimination des déchets humains qui sera également utile pour la production de matériel. En utilisant une enzyme spéciale génétiquement modifiée, les matières fécales peuvent être transformées en une substance bio-plastique spéciale, qui peut ensuite être utilisée comme matériau d’impression 3D afin de fabriquer de nouveaux produits.

Trouver un moyen de se débarrasser des déchets à longtemps été un problème avec les voyages dans l’espace, car les conditions sont exiguës et les réserves d’eau sont nécessairement limitées. La logistique et les coûts élevés associés aux projets d’exploration spatiale signifient également qu’un strict minimum absolu d’approvisionnement est envisagé, car une légère augmentation de poids peut signifier une énorme augmentation du carburant nécessaire pour propulser le véhicule en orbite. Le projet des chercheurs de Calgary pourrait fournir une solution à ces deux problèmes en même temps. La technologie d’impression 3D a été suggérée pour réduire la quantité d’équipement nécessaire et il est maintenant possible que les matériaux pour l’impression 3D soient encore plus faciles à utiliser sur site que la poussière d’espace précédemment envisagée.

toilettes de l'ISS

Une réplique des toilettes de l’ISS. Crédit: NASA.

L’équipe a consulté un certain nombre de professionnels de l’industrie spatiale dans le cadre de leurs recherches, notamment les astronautes canadiens Robert Thirsk et Chris Hadfield, le Dr Matthew Bamsey (ingénieur en chef des systèmes au Centre aérospatial allemand) et le Dr Pascal Lee (directeur Chercheur du projet Haughton-Mars au Centre de recherche Ames de la NASA et co-fondateur de l’Institut Mars).

La situation des toilettes sur la plupart des engins spatiaux est similaire à celle des avions, avec un système de tubes à vide transportant les déchets de manière sûre et propre dans un réservoir. Les chercheurs ont proposé d’introduire des bactéries supplémentaires dans ce réservoir, spécialement sélectionnées pour leurs comportements chimiques grâce au génie génétique. Ces bactéries décomposeraient les excréments en d’autres substances, dont l’une serait recyclable en tant que matériau pour l’impression 3D.

Après avoir été pompée dans un réservoir, la première étape de la fermentation des déchets se produit naturellement. Les bactéries intestinales naturelles décomposent les déchets de sorte que les substances connues sous le nom d’acides gras volatils (AGV) ou volatile fatty acids (VFA) sont sécrétées. Les AGV sont ensuite extraites dans un autre réservoir, où la réaction peut se produire afin de développer le produit final attendu.

Schéma du procédé proposé : crédit : IGEM / team Calgary

 

Le polyhydroxybutyrate (PHB)

Les chercheurs ont utilisé la bactérie E. coli, en identifiant les gènes exacts qui étaient responsables de la sécrétion de la substance désirée, le polyhydroxybutyrate (PHB). Ces bactéries génétiquement modifiées, affinées pour sécréter de grands volumes de PHB ont ensuite été implantées dans un second bac contenant des AGV. Cet AGV a été sécrété à partir du réservoir initial et laissé fermenté naturellement.

Le flux riche en AGV est fermenté en continu dans des conditions anaérobies. La fermentation continue est réalisée en utilisant un filtre, qui peut séparer les bactéries inutilisées du flux de PHB résultant et le recycler dans le réservoir pour fermenter davantage l’AGV. Quant au flux riche en PHB, il est filtré afin d’en séparer l’eau, qui peut ensuite être recyclée pour retourner dans les toilettes au début du système d’élimination des déchets.

Sortie extravéhiculaire

Le reste de PHB solide sèche pendant un certain temps, après quoi aucun traitement supplémentaire n’a besoin d’être fait et il est prêt à l’emploi. Le PHB peut ensuite être utilisé dans une imprimante 3D SLS (Selective Laser Sintering) sans nécessiter de traitement supplémentaire et cette technologie de haute précision peut être utilisée pour créer toutes sortes d’équipements et de fournitures qui pourraient être nécessaires au cours d’une longue période de voyage spatial.