Déchets humains recyclés : une piste de Texas A&M University (TAMU) pour fertiliser la Lune et Mars

Les futures missions vers la Lune et Mars dépendront de bien plus que des fusées et des systèmes de survie : elles dépendront aussi de l’alimentation. Or, loin de la Terre, il n’existe pas de sol vivant.

Les astronautes devront donc faire pousser des cultures dans une poussière inerte, très chargée en minéraux, dépourvue de la matière organique et des nutriments indispensables à la survie des plantes.

Des chercheurs de la Texas A&M University (TAMU) indiquent désormais qu’une ressource inattendue pourrait contribuer à résoudre ce problème : des déchets humains recyclés.

Lors d’essais en laboratoire, des eaux usées traitées ont extrait des nutriments essentiels d’une poussière ressemblant à celle de la Lune et de Mars, transformant chimiquement des grains minéraux stériles en une source potentielle d’engrais pour l’agriculture spatiale.

Ces résultats laissent entendre que de futurs habitats spatiaux pourraient s’appuyer sur des systèmes de recyclage très fermés, où les eaux usées serviraient non seulement à nourrir les plantes, mais aussi à libérer des nutriments piégés dans le « sol » extraterrestre.

Au lieu de considérer les déchets comme un simple rebut, cette étude esquisse un futur où ils deviennent un pilier d’une agriculture durable au-delà de la Terre.

Le sol de laboratoire n’est pas Mars

Plutôt que de reproduire un véritable sol lunaire ou martien, les expériences se sont appuyées sur des substituts fabriqués, conçus pour approcher leur chimie minérale.

Pour la Lune, les tests ont utilisé le JSC-1A de la NASA, un matériau de cendres volcaniques mis au point pour imiter un régolithe lunaire riche en basalte.

Pour Mars, les essais ont mobilisé le MGS-1, un assemblage de minéraux fondé sur les données des rovers dans le cratère Gale, mais qui ne restitue pas toute la complexité chimique d’un sol martien.

« En altérant des sols simulants de la Lune et de Mars avec des flux de déchets organiques, on a montré que de nombreux nutriments essentiels aux plantes peuvent être récupérés à partir des minéraux de surface », a déclaré Harrison Coker, co-auteur de l’étude au Département des sciences du sol et des cultures de TAMU.

Les eaux usées alimentent l’agriculture spatiale

L’Organic Processor Assembly de la NASA a dégradé des déchets humains simulés et produit un liquide filtré capable de soutenir la croissance du pak-choï. Dans ses cuves de bioréacteur, des microbes ont digéré les matières solides et les ont transformées en nutriments et sels dissous.

Malgré cela, cette eau recyclée ne contenait pas l’ensemble des minéraux requis par les plantes. Lorsque les chercheurs l’ont mélangée à une poussière analogue à celle de la Lune et de Mars, l’équilibre chimique a changé.

En s’infiltrant dans les grains minéraux, le liquide traité a mis en solution du soufre, du calcium et du magnésium - des éléments dont les cultures dépendent au quotidien.

La dissolution des minéraux a libéré des sels supplémentaires, et le mélange a également mobilisé des métaux à l’état de traces, susceptibles d’être bénéfiques ou nocifs pour les plantes selon leurs concentrations.

Point marquant : la poussière a relargué des nutriments même avec de l’eau ordinaire, signe que la roche recèle une réserve d’engrais « cachée ». Un tel enrichissement pourrait renforcer l’eau recyclée utilisée pour nourrir les plantes, surtout lorsque les équipages ne peuvent pas compter sur des vols de ravitaillement réguliers.

« Dans des avant-postes lunaires et martiens, les déchets organiques seront essentiels pour générer des sols sains et productifs », a ajouté Coker.

Les changements de surface modifient les nutriments

Au microscope, la poussière de type lunaire a développé de minuscules cavités, tandis que la poussière de type martien s’est recouverte d’un voile de particules extrêmement fines.

Les scientifiques désignent ce phénomène par le terme d’altération : une usure chimique et physique qui fragmente progressivement les minéraux et tend à en lisser les fragments.

Ce changement de surface pourrait avoir un intérêt concret. Des grains plus anguleux peuvent rayer le matériel et irriter les poumons ; arrondir leurs arêtes pourrait rendre la poussière plus sûre à manipuler dans les habitats et plus facile à travailler lors de la mise en culture.

Réactions minérales et disponibilité des nutriments

Toutefois, l’expérience n’a duré que 24 heures, et une usure sur le long terme pourrait se comporter autrement dans de véritables conditions d’habitat.

Les mêmes réactions minérales qui ont remodelé les grains ont aussi influencé la disponibilité des nutriments. Tous les éléments libérés dans le liquide n’y sont pas restés.

Certains nutriments se sont fixés à la surface de la poussière au lieu de demeurer dissous et disponibles pour l’absorption par les plantes. Le phosphore a montré le schéma de fixation le plus net, et la poussière martienne en a retenu davantage que la poussière lunaire.

Lorsque des minéraux immobilisent ainsi des nutriments à leur surface, les cultures ne peuvent plus y accéder tant que des racines ou des microbes ne les remobilisent pas ultérieurement.

Tout système de culture réel devra suivre de près ces pertes, faute de quoi la solution recyclée pourrait, peu à peu, s’écarter de ce dont les plantes ont réellement besoin.

Gérer les déchets sur Mars

Mars ne s’est pas comportée comme la Lune. Au contact du simulant de poussière martienne, les eaux usées traitées ont provoqué une dissolution plus agressive des minéraux, et le liquide est rapidement devenu plus salé.

Dans le mélange martien, des sels solubles supplémentaires se sont précipités dans l’eau, modifiant la chimie et augmentant les niveaux de sodium, en plus d’autres éléments dissous. La composition minéralogique propre à la planète a déterminé quels métaux apparaissaient et à quel point ils se mobilisaient.

Cette différence est déterminante. Si certains nutriments dissous peuvent stimuler la croissance, un excès de sel peut stresser les racines, limiter l’absorption d’eau et diminuer les rendements.

Tout projet d’agriculture sur Mars devra donc intégrer la gestion de la salinité dès le départ, afin de profiter de la libération des nutriments sans basculer vers une surcharge en sels.

Ce que les futurs équipages devront maîtriser

Transformer les déchets en engrais semble élégant sur le papier, mais dans un habitat hermétique, la chimie ne peut pas évoluer sans contrôle.

Une boucle « déchets vers engrais » imposerait de limiter les odeurs, de surveiller l’activité microbienne et d’éviter l’encrassement des filtres dans des espaces de vie restreints.

À mesure que les minéraux se dissolvent depuis la poussière, ils peuvent aussi laisser derrière eux des dépôts durs (tartre) capables d’endommager les canalisations et les équipements, ce qui exigerait des nettoyages réguliers et des pièces de rechange.

Les systèmes de soutien aux plantes devront éliminer les agents pathogènes et ajuster finement l’acidité, car un mélange nutritif efficace une semaine peut sortir de sa plage optimale la semaine suivante. Dans l’espace, de petites dérives chimiques peuvent déclencher des problèmes beaucoup plus importants.

La moindre erreur pourrait compromettre à la fois la production alimentaire et la sécurité de l’eau. Les ingénieurs devront donc prévoir des dispositifs de surveillance robustes, des réglages simples et des signaux d’alerte explicites pour maintenir des fermes extra-terrestres en bon fonctionnement.

Vers l’agriculture sur Mars et au-delà

Les prochaines étapes devront faire pousser de vraies cultures dans ces mélanges de poussière traitée et mesurer précisément quels nutriments sont absorbés par les plantes.

Des essais plus longs pourront indiquer si la poussière continue de relarguer des éléments utiles au fil du temps, ou si le premier surcroît de nutriments s’épuise rapidement.

En parallèle, des systèmes à l’échelle d’un habitat devront capter les gaz, recycler l’eau et empêcher la poussière fine de se disperser dans les zones de vie.

Ces travaux décrivent une chimie pragmatique : les eaux usées traitées pourraient à la fois nourrir les cultures et adoucir une poussière minérale agressive en usant progressivement ses surfaces.

Avec un réglage minutieux, les concepteurs d’habitats pourraient faire des eaux usées une ressource, plutôt qu’un problème d’élimination qui s’accumule au fil du temps.

Avant que quiconque ne se mette à cultiver sur un autre monde comme Mars, les ingénieurs devront prouver que cette approche reste sûre, stable et fiable pendant des années, dans des conditions d’exploitation réelles.