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 Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO

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montmein69




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MessageSujet: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Sam 7 Avr 2012 - 12:08

Le sujet des serres et de la production de vivres frais a déjà été abordé à plusieurs reprises (plusieurs FILs et dans plusieurs parties du forum).
La NASA ayant publié des projets d'habitat pour les voyages BEO, ils seront l'occasion de voir le comportement des plantes dans un environnement différent que dans l'ISS. Et si le Flexible Path suit son cours, il y aura des modèles de serre emportées en fret et installées à la surface de lunes ou de Mars.
Mon propos est donc de faire une transition entre l'ISS et des équipements de première génération (donc conçus et fabriqués sur Terre) qui iront en BEO.
Je vois donc trois domaines en première approche :
- 1 - les expériences de serres à bord de l'ISS , ce qu'on produit et ce qu'on en déduit
- 2 - les serres installées dans un vaisseau-habitat ..... et ce qu'elles peuvent produire pendant le voyage
- 3 - les serres qu'on pourra installer sur le sol et faire fonctionner avec les moyens apportés en fret.

Une première question, concerne le point 2. Dans les vaisseaux- habitats NASA il est prévu une zone refuge pour les astronautes en cas de sursaut de rayonnements. Faut-il une protection comparable pour les végétaux ?
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Sidjay




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Sam 7 Avr 2012 - 13:08

Ce sujet m’intéresse! (Il parait que je suis horticulteur de métier..)
Cependant, aurais-tu à disposition un/plusieurs documents permettant de débattre sur les éventuelles futures "serres" des voyages BEO? Je suppose que tu dois te baser sur l'un des derniers articles rédigés par NSF, présentant d'éventuelles habitations pour équipages BEO dérivées de technos ISS....Dans ce cas, quid des équipement horticoles y étant installés à bord, seront-ils également dérivés de ces technos là? Est-ce que seule l'échelle de la serre pourrait etre modifiée/modifiable (spécialement pour des vols BEO) tout en gardant un principe de fonctionnement identique?
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Sidjay




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Sam 7 Avr 2012 - 18:32

La NASA publie parfois certains bons articles comme celui que j’avais retranscrit sur le fil dédié à l’expédition 30 en novembre dernier. Il était consacré au rôle important que pourraient jouer les végétaux dans les futures missions d’exploration spatiale....Les plantes sont, on le sait, « essentielles » pour soutenir de la vie sur Terre. Aujourd’hui avec l'aide d'une expérience ayant volé à bord de la navette spatiale Discovery lors de la mission à destination de la station spatiale internationale STS-131, il se pourrait que la recherche en bio-végétale ait quelques peux avancée.

Le Centre spatial Kennedy en partenariat avec l'Université, « Miami University » ainsi qu’avec la Samuel Roberts Noble Foundation avait réalisé trois expériences en microgravité propres à la plante Arabidopsis thaliana, comprenant:

- Des études axées sur les effets de la microgravité sur les parois de ses cellules végétales
- Sur la croissance de ses racines en microgravité
- Sur la régulation de ses gènes

Au passage il est bon de souligner que chacune de ces études en bio-végétale engendreront ou pas, de nouvelles applications sur Terre mais aussi et pourquoi pas, sur de futures mission d'exploration spatiale. L'utilisation de végétaux dans l’espace est en sommes asse variée. Ces derniers pourraient en définitives aider de futurs équipages à produire de l’oxygène, de la nourriture et de l’eau. Cela pourrait économiser du temps et de l’argent selon certains scientifiques engagés sur ces recherches.

Cependant, avant que des plantes puissent être utilisées efficacement pour des missions d'exploration spatiale, une meilleure compréhension de leur biologie en microgravité est je pense essentielle. Suite à la mission STS131 en séjour sur ISS, des études ont été menées.

De cette expérience rapide (puisqu’un vol STS n’était planifiable que sur une durée max de 15 jours+/-), les scientifiques ont récemment constatés que des cellules organiques végétales dites indifférenciées "savaient" qu'elles évoluaient dans un environnement de microgravité, et de ce fait, avaient alors interagis d'une manière unique sur la croissance de la plante elle même, durant ce vol. De plus, il a été découvert que les parois des cellules protéiniques ont été significativement affectées par la microgravité. En outre, un plus grand nombre de racines adventives à été relevé.

N'oublions pas que l'expédition 30 travail encore aujourd'hui sur des expériences scientifiques en bio végétale, dont la problématique serait "le végétal: Multiplication&Développement dans l'espace", notamment grâce a l’expérience Plants-2 ou aux deux serres Russes LADA 1&2, mais j’ignore sur quelle variété de plantes, ils portent leur recherches....

En botanique, la racine est l'organe souterrain d'une plante servant à la fixer au sol et à y puiser l'eau et les éléments nutritifs nécessaires à son développement. On la dissocie du reste de la tige de par plusieurs caractères : sa structure interne, son géotropisme positif (Mouvement effectué par certains organes vers le haut (géotropisme négatif) ou vers le bas (géotropisme positif), la présence d'une coiffe terminale et de poils absorbants, l'absence de feuilles et de bourgeons. C'est ce dernier caractère qui la distingue fondamentalement de la tige. Des racines adventives peuvent apparaître sur les tiges, soit aux nœuds, soit aux entre-nœuds.
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Dim 8 Avr 2012 - 6:41

Ne peut-on pas envisager des sortes de serre sous forme de tambour tournant pour simuler une gravité artificielle avec au centre une distribution de diodes selon l'axe ?

En effet ces tambours pourraient être beaucoup plus compacts - à condition de tourner à plus grande vitesse - que ceux envisagés pour les astronautes où non seulement il faut de la place pour éviter de les recroqueviller , mais surtout pour éviter les vertiges engendrés par les forces de Coriolis lors des déplacements de la tête.

Les plantes ne se déplaçant (...sauf vu à l'accéléré ) et n'ayant pas d’organe vestibulaire dans l'oreille interne ne risquent pas d'être soumis à des nausées ...même celles qui sont carnivores. Wink
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montmein69




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Dim 8 Avr 2012 - 10:08

Sidjay a écrit:


N'oublions pas que l'expédition 30 travail encore aujourd'hui sur des expériences scientifiques en bio végétale, dont la problématique serait "le végétal: Multiplication&Développement dans l'espace", notamment grâce a l’expérience Plants-2 ou aux deux serres Russes LADA 1&2, mais j’ignore sur quelle variété de plantes, ils portent leur recherches....

Cette investigation cadre avec le point 1 (voir post initiateur du FIL) du retour d'expérience avec les démarches réalisées dans les stations spatiales : Mir + ISS cela fait déjà de la durée cumulée.
Et on peut penser que si la simulation Mars 500 à bord de l'ISS devient réalité, on aura tiré la quintescence, en terme de choix de type de plante (à la fois pour leur capacité à s'adapter à l'environnement, et aussi pour leurs valeurs nutritives). Et on voudra se fixer un objectif de productivité même si cela reste modeste.
Pour le moment l'apport des plantes cultivées en serre dans l'alimentation des équipages est quasi nulle ... donc il faut poursuivre pour passer du recueil de données, à une ou deux espèces productives.
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montmein69




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Dim 8 Avr 2012 - 10:23

Sidjay a écrit:



Cependant, aurais-tu à disposition un/plusieurs documents permettant de débattre sur les éventuelles futures "serres" des voyages BEO? Je suppose que tu dois te baser sur l'un des derniers articles rédigés par NSF, présentant d'éventuelles habitations pour équipages BEO dérivées de technos ISS....Dans ce cas, quid des équipement horticoles y étant installés à bord, seront-ils également dérivés de ces technos là? Est-ce que seule l'échelle de la serre pourrait etre modifiée/modifiable (spécialement pour des vols BEO) tout en gardant un principe de fonctionnement identique?

Pour le moment ... les serres expérimentales - en usage - sont les meilleures candidates. Je n'ai pas d'indice que d'autres modèles soient en passe d'être testées (notamment du type rotatif suggéré par Giwa).
De ce fait la question si l'intégration à un véhicule BEO sera un point important à gérer lors de sa conception ..... se pose ? Ou bien s'il suffit d'avoir quelques emplacements de racks plus ou moins standards.
Ma question de savoir si la zone de protection renforcée destinée à l'équipage .... s'étendrait aux plantes allait déjà dans ce sens.
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Dim 8 Avr 2012 - 11:02

Quelques infos sur la serre russe LADA (assez récentes décembre 2011)
http://english.ruvr.ru/2011/12/19/62491600.html

L'objectif annoncé est de produire des plantes comestibles.
Citation :
“We are cultivating those plants so that cosmonauts could eat them. It is important for us to get information about changes in taste and
nutritional value of those plants, which can be put on the table of the cosmonauts."

Les variétés testées (salade, haricot vert, blé nain (?) et en projet (tomate) :
Citation :
Several types of salad and string beans have been cultivated in a condition of weightlessness, and recently, super midget wheat was
harvested. The next phase is the cultivation of other types of crops, including tomatoes”.

On annonce une version améliorée de LADA (plus grande) pour 2013
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Sidjay




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Dim 8 Avr 2012 - 11:32

Merci pour ce dernier article montmein.
Concernant la serre russe (Lada), je ne m’étais jamais posé la question de la composition chimique des ampoules fournissant l’éclairage nécessaire à la photosynthèse des végétaux. Avec cet article, j’apprends que les spécialistes Russes du domaine sont sur le point de remplacer la technologie à ampoules fluorescentes (contenant du mercure toxique) avec une plus modernes, les DEL/LED (évidemment moins consommatrice en énergie et certainement plus propres). Il est vrai qu’aujourd’hui et à bord d’ISS, ces petites serres n’occupent pas "en soit" une place importante. Elles sont globalement asse petites et ne permettent pas de profiter d’une réelle diversification dans les plants expérimentés.

Ce petit article en parle bien, ces petites serres restent des serres de petites tailles. Pourtant, y ont étés intégrés plusieurs systèmes périphériques tels que le système d’allumage automatique ou le système d’irrigation (arrosage). De plus, ces LADA sont bien évidemment équipées de divers appareils scientifiques surveillant le développement des végétaux en culture, de fait, je suppose qu’elles exigent « malgré tout » une place conséquente à bord. Quid de l’espace disponible à bord des futurs habitats spatiaux ? Si les serres sont plus importantes en termes de volume, j’imagine que leurs système périphériques devront l’être également….Pourtant, le m2 ne sera-t’il pas devenu « une denrée rare » à bord de ces vaisseau?
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Lun 9 Avr 2012 - 0:29

A-t-on fait un bilan d'économie de masse que peuvent apporter de tels serres ?

En effet ces plantes vont fixer le carbone produit par la respiration humaine et le recycler en tant que nutriment ; et de même de l'oxygène sera recyclé : donc un peu mois de nourriture à emporter et un peu moins d'eau à électrolyser pour produire de l'oxygène .

Mais en contre-partie, la masse des serres à emporter et même si la culture est hors-sol il faudra bien apporter quelques minéraux et oligo-éléments pour les plantes qui ne sont pas qu'à base de carbone, d'hydrogène et d'oxygène : il ne faut pas oublier l'azote, le soufre, le phosphore, le magnésium, etc.

Or je suppose que ces serres ne vont pas encore jusqu’à consommer les déchets humains solides qui ne peuvent l'être que dans un processus complexe commençant par des bactéries et des plantes non comestibles: là il faudrait une station d'épuration biologique en plus.

Cet écosystème est donc incomplet et le recyclage ne sera que partiel, et si cultiver des plantes peut être positif au niveau psychologique , peut-il y avoir quand-même une réduction de la masse emportée pour les besoins physiologiques de l'équipage ?

Il faut d'ailleurs une durée seuil de voyage pour qu'un gain en masse puisse apparaître et quel est la durée de ce seuil : se compte-t-il en semaines, en mois ?

Autre question que l'on peut se poser : à choisir entre une plante comestible, mais peu efficace pour sa production en oxygène recyclé et une plante non comestible, mais d'un très haut rendement pour reconvertir le dioxyde de carbone en dioxygène , quel est le meilleur choix en terme d'économie de masse ? ... car évidemment au niveau psychologique on préférerait manger ses tomates ou ses haricots que de voir dans sa serre des plantes que l'on ne mangera jamais .

Il y aura d'ailleurs tout un catalogue pour les plantes à établir à ce sujet en terme de bilan d'économie de masse .

Beaucoup de questions auquel il faudra attendre plus de retour sur les expériences en cours !

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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Lun 9 Avr 2012 - 8:08

L'intérêt des LEDs serait surtout de mieux adapter le spectre de l'éclairage au spectre d'absorption de la chlorophylle, dont les pics sont dans le rouge et le bleu.
Les feuilles des plantes sont vertes parce que la chlorophylle n'absorbe quasiment rien entre 500-600 nm, donc inutile d'éclairer dans cette bande spectrale si on cherche à optimiser l'utilisation de l'énergie.
Evidemment, sous une lumière rouge, les cultures auront une sale tête, esthétiquement parlant (sauf les tomates Wink ) ...

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"The dinosaurs failed to survive due to the lack of a space program"
Arthur C. Clarke
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Lun 9 Avr 2012 - 10:19

lambda0 a écrit:
L'intérêt des LEDs serait surtout de mieux adapter le spectre de l'éclairage au spectre d'absorption de la chlorophylle, dont les pics sont dans le rouge et le bleu.
Les feuilles des plantes sont vertes parce que la chlorophylle n'absorbe quasiment rien entre 500-600 nm, donc inutile d'éclairer dans cette bande spectrale si on cherche à optimiser l'utilisation de l'énergie.
Evidemment, sous une lumière rouge, les cultures auront une sale tête, esthétiquement parlant (sauf les tomates Wink ) ...

Le Rouge et le Noir : le rouge de la tomate et le noir de son feuillage sous cette lumière artificielle…rien à voir avec le roman de Stendhal Wink

http://fr.wikipedia.org/wiki/Le_Rouge_et_le_Noir
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Sidjay




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Lun 9 Avr 2012 - 11:26

lambda0 a écrit:
L'intérêt des LEDs serait surtout de mieux adapter le spectre de l'éclairage au spectre d'absorption de la chlorophylle, dont les pics sont dans le rouge et le bleu.
Les feuilles des plantes sont vertes parce que la chlorophylle n'absorbe quasiment rien entre 500-600 nm, donc inutile d'éclairer dans cette bande spectrale si on cherche à optimiser l'utilisation de l'énergie.




Je pense que le type d'éclairage utilisé dépendra principalement du type de culture végétale envisagé.
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Lun 9 Avr 2012 - 12:21

Sidjay a écrit:
...
Je pense que le type d'éclairage utilisé dépendra principalement du type de culture végétale envisagé.

Effectivement ... et n'oublions pas d'ailleurs qu'il existe aussi des plantes au feuillage rouge qui sont plus résistant aux UV que ceux au feuillage vert.

http://www.dormirenfrance.fr/feuilles-evolution-s206180.htm
Spoiler:
 
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montmein69




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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Mar 10 Avr 2012 - 10:46

Giwa a écrit:
A-t-on fait un bilan d'économie de masse que peuvent apporter de tels serres ?
.../cut/....
Il faut d'ailleurs une durée seuil de voyage pour qu'un gain en masse puisse apparaître et quel est la durée de ce seuil : se compte-t-il en semaines, en mois ?
..../cut/...
Il y aura d'ailleurs tout un catalogue pour les plantes à établir à ce sujet en terme de bilan d'économie de masse .
..../cut/.....
Beaucoup de questions auquel il faudra attendre plus de retour sur les expériences en cours !

Le terme "gain de masse" est forcément présent dans tout ce qui est relatif aux missions spatiales .... d'autant plus que l'on s'intéresse à des vols habités, et qu'on évoque les premiers voyages dédiés au beyond.
Mais en raisonnant uniquement avec cette contrainte, emporter des serres pour un voyage court serait un quasi non-sens. Pour l'habitat prévu par la NASA pour les plus courts voyages BEO (60 jours), l'espace est restreint, la durée ne permet guère de faire pousser un volume de comestible autre qu'anecdotique (à moins de conformation génétique nouvelle et de potion magique nutritive). Des légumes cuisinés et empaquetés, prêt à être réchauffés sont les mieux à même de se conformer au gain de masse recherché.

Pour l'étape suivante (en se basant sur le scénario NASA du Flexible Path) on passe à une durée de 500 jours. Un vaisseau plus grand certes, mais changerait-on significativement de contexte en terme de gain de masse (comparé à des réserves de nourriture) et de réelle productivité (peut-on extrapoler ce qu'on a testé sur MIR et l'ISS à un voyage BEO ?). D'autant que si certains légumes peuvent se consommer crus après un simple rinçage ... d'autres nécessitent un minimum de manipulation puis de cuisson (donc équipements pour le faire, temps à y consacrer).

Bref , ce qu ci-dessus peut s'assimiler à un raisonnement par l'absurde (ou plutôt gouverné par le trop cartésien "gain de masse" ) amène à ne pas s'encombrer et à privilégier le stockage de vivres.
On peut poursuivre le raisonnement pour les premières serres qu'on envisagerait d'installer au sol.

C'est peut-être le scénario qui sera retenu pour les toutes premières missions. Mais il faudra bien à un moment donné réaliser cette transition visant à une certaine production vivrière efficace (si on veut être prêt pour des missions longues au sol), et accepter de payer le surplus de masse pour le faire. Ce sont ces tentatives que je souhaitais cerner un peu mieux.

PS : Je précise que j'ai privilégié l'aspect alimentaire, mais cela s'étend à de la production d'oxygène ou des capacités de recyclage avec d'autres espèces.
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Mar 10 Avr 2012 - 12:28

La génétique du végétal pourrait "nanifier" certaines espèces de légumineuses...
Ainsi (et toujours en privilégiant l'alimentaire avant tout), les dimensions des serres de cultures (+périphériques) embarquée sur des missions de 500 jours (ou+) resteraient adaptées aux dimensions de l'habitat spatial lui même et non proportionnel à la taille des légumineuses à y cultiver dedans. (bon évidemment les fruit & légumes alors obtenus seront de plus petites tailles, mais bon, n'est-ce pas là un bon compromis?)
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Mar 10 Avr 2012 - 19:32

Dans l'expérimentation MagISStra menée par l'ESA (avec Paolo Nespoli) il a testé deux cultures en mini-serre.(thale cress et lettuce)
http://www.esa.int/esaMI/ESERO_Project/SEMZ9HLTRJG_0.html
C'est récent puisque la mission de Paolo s'est terminée le 24 mai 2011.
L'une des plantes cultivées était Arabidopsis thaliana
http://fr.wikipedia.org/wiki/Arabidopsis_thaliana
http://en.wikipedia.org/wiki/Arabidopsis_thaliana
thale cress en anglais - Arabette des dames en français
Une plante dont le cycle de graine à graine est de 6 semaines
Elle est considérée comme un organisme modèle pour l'étude du génome.
Citation :
A. thaliana est un organisme de référence aussi bien pour la recherche végétale que pour l’évolution, la génétique ou encore la recherche fondamentale
Je ne sais pas si on a tiré des enseignements significatifs de cette expérimentation. Ni si cela oriente des travaux sur des plantes alimentaires à visée de serre spatiale ?
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Mar 10 Avr 2012 - 20:22

montmein69 a écrit:
Je ne sais pas si on a tiré des enseignements significatifs de cette expérimentation. Ni si cela oriente des travaux sur des plantes alimentaires à visée de serre spatiale ?

A priori oui.
Ce projet de serre, avait été financé par l'Agence spatiale européenne (ESA) dans le cadre de MagiSStra.
Les serres avaient été conçus par « Aero Sekurs » pour l'ESA et ont été utilisées par Nespoli à des fins de démonstration à bord d’ISS (Un cycle de culture de 6 semaines, évidemment c'est rapide, une salade est composée à 99% d'eau, c'est un végétal herbacée). Aero Sekur a investi massivement dans le développement de ces petites serres spatiales et soutiendrait encore fortement cette activité aujourd’hui, puisque Aero Sékurs travaillé toujours sur des projets de culture aéroponique et hydroponique (voir même pour Exomars...mais à confirmer).



www.agrospaceconference.com
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MessageSujet: Re: Serres made in Terre pour les premiers voyages BEO   Mer 11 Avr 2012 - 10:06

Il ne reste plus qu'à estampiller et mandater Sidjay comme envoyé spécial du FCS à cette conférence Agrospace pour avoir l'état de l'art dans le domaine des serres spatiales et de la génétique des plantes concernées. clown
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