Cultiver des aliments frais dans l’espace pourrait être un atout majeur pour les astronautes lors de longues missions, leur fournissant une nutrition essentielle et un soutien psychologique. Cependant, voici un défi surprenant : l’arrosage des plantes devient incroyablement complexe lorsque la gravité n’est pas là pour attirer l’eau vers le bas. Les scientifiques de la NASA s’attaquent à ce problème de « plomberie extraterrestre » à bord de la Station spatiale internationale (ISS), ouvrant la voie aux futures fermes spatiales.
Sur Terre, la gravité simplifie l’arrosage : l’eau s’écoule dans le sol. Cependant, en impesanteur dans l’espace (microgravité), l’eau ne se comporte pas de manière aussi prévisible. Les bulles ne montent pas, les gouttelettes flottent, et les liquides peuvent former des masses et des courants instables. Imaginez essayer d’arroser une plante en pot avec un arrosoir, mais l’eau gicle partout et colle aux surfaces au lieu d’aller dans le pot !
C’est pourquoi la NASA a lancé les expériences Plant Water Management (PWM). L’objectif est de trouver des moyens fiables de fournir de l’eau et des nutriments aux racines des plantes en microgravité, en utilisant spécifiquement l’hydroponie (culture de plantes dans l’eau) et des systèmes à flux et reflux (où l’eau est périodiquement acheminée sur les racines).
Les expériences les plus récentes, PWM-5 et PWM-6, impliquent du matériel spécialement conçu, largement construit à partir de pièces imprimées en 3D sur Terre et assemblé par les astronautes à bord de l’ISS. Cette configuration comprend des pompes, des tubes, des vannes et des récipients conçus pour tester différentes méthodes de déplacement simultané de liquides et de gaz.
L'astronaute Sunita Williams utilise le matériel du système Plant Water Management-6 à bord de la Station spatiale internationale
Au lieu de s’appuyer sur la gravité, le système de la NASA utilise des principes d’ingénierie ingénieux comme la tension de surface et le mouillage – la façon dont les liquides adhèrent aux surfaces – ainsi que les formes spécifiques des tubes et des récipients. Pensez à la façon dont l’eau monte dans une paille étroite, défiant la gravité sur Terre ; le système spatial utilise des principes similaires à plus grande échelle.
Un défi clé est de séparer les bulles d’air du flux d’eau. Sur Terre, la gravité le fait naturellement. Dans l’espace, les bulles peuvent se coincer dans le système d’arrosage, provoquant des blocages. Le matériel PWM comprend des dispositifs innovants, « sans pièces mobiles », qui agissent comme des agents de circulation passifs pour les liquides et les gaz.
Par exemple, un aérateur passif crée de minuscules bulles d’oxygène, qui sont ensuite dirigées vers un séparateur de bulles qui les éloigne de l’eau alimentant les racines des plantes. Toute eau égarée est capturée par un piège à eau, et toutes les bulles qui passent plus loin sont guidées par la forme du canal pour sortir du système. C’est un peu comme concevoir un labyrinthe qui ne laisse passer l’eau que par un seul chemin et l’air par un autre, le tout basé sur la manière dont ils interagissent avec les parois du labyrinthe.
Ces démonstrations réussies avec PWM-5 et -6 ont prouvé qu’il est possible de créer des systèmes d’arrosage spatiaux fiables et passifs en utilisant ces forces non gravitationnelles. Elles ont montré comment gérer le flux d’eau et de nutriments avec différents types de modèles de racines artificielles, débits et configurations de système.
Bien que ces expériences aient utilisé avec succès des modèles de racines artificielles, la prochaine étape cruciale est de tester les performances du système avec de vraies plantes en croissance. La façon dont les racines vivantes interagissent avec le flux d’eau en microgravité est la dernière pièce du puzzle.
Résoudre le problème de la « plomberie extraterrestre » est essentiel pour l’exploration spatiale future. Une gestion fiable de l’eau ne concerne pas seulement la culture d’aliments ; elle est cruciale pour de nombreux autres systèmes de vaisseaux spatiaux, y compris les systèmes de survie (comme la climatisation) et les conduites de carburant. Les leçons tirées de l’arrosage des plantes dans l’espace pourraient avoir des applications très diverses, rendant possibles des missions plus longues vers la Lune, Mars et au-delà.