Systèmes de survie biologiques

Le Canada a entrepris la recherche sur les systèmes de survie biologiques (c.-à-d., la culture de végétaux pour fournir de l'oxygène, de la nourriture et de l'eau) à des fins d'applications spatiales au début des années 1990. Depuis ce temps, le Canada s'est hissé au rang de leader mondial dans le domaine de la recherche sur les systèmes de survie biologiques et du développement de technologies connexes. L'émergence rapide de l'expertise canadienne dans ce créneau ne devrait surprendre personne puisque :

  1. le climat canadien constitue un véritable défi pour la production végétale;
  2. l'industrie de la serriculture a évolué afin de répondre à une partie de nos besoins;
  3. les « liens » entre le secteur universitaire et l'industrie sont solides au Canada, ce qui donne lieu à des transferts technologiques de qualité entre les secteurs.
 
Expérience menée au CESRF misant sur l'ajout d'ozone aqueux dans la solution nutritive en vase pour lutter contre la prolifération des micro-organismes et accroître la durée de conservation de roses coupées.   Geoff Waters, ancien responsable du projet MELiSSA, étudie la distribution de l'énergie lumineuse dans la partie inférieure du feuillage des végétaux afin d'accroître la production végétale dans une enceinte close à environnement contrôlé.

La communauté canadienne des systèmes de survie de pointe a décidé de concentrer ses activités sur l'établissement d'une infrastructure lunaire plutôt que sur les missions en orbite basse et les systèmes de transport spatial (c.-à-d., des applications en microgravité). Dans le but de faire progresser le niveau de maturité technique des missions lunaires proposées, au nombre desquelles on retrouve un module d'atterrissage robotique capable de faire pousser des plantes, un « bac à laitue lunaire » (c.-à-d. une serre de production végétale à petite échelle) et un système lunaire de production végétale à grande échelle, on propose de mener des activités de développement sur Terre et de mettre au point des simulateurs d'environnements (milieux analogues).

L'avantage des systèmes de survie biologiques (SSB) réside dans leur capacité à intégrer dans un système clos et régénératif les trois piliers nécessaires à la survie, c'est-à-dire :

  1. la production d'aliments;
  2. la gestion de l'atmosphère (principalement du dioxyde de carbone et de l'oxygène),
  3. la production d'eau potable.
 
Ensemble de caissons hypobares monocultures consacrés à l'étude des effets d'une atmosphère ténue (faibles concentrations d'O2, de CO2 et d'autres gaz) sur le métabolisme des végétaux.   Expérience visant à mesurer, à l'aide de marqueurs verts fluorescents, la réaction des végétaux au stress causé par une faible pression atmosphérique. Cette expérience permettra de déterminer les conditions environnementales idéales pour les futures serres lunaires.

Le Canada possède une expertise ainsi que des capacités techniques dans les nombreuses disciplines nécessaires à la mise en œuvre systématique de systèmes de survie biologiques dans le cadre des futures missions d'exploration de l'espace.

Au Canada, la serriculture est une industrie de plusieurs milliards de dollars qui engrange annuellement des recettes totales de 2,3 milliards de dollars. En raison du climat nordique qui règne au Canada, une plus grande proportion de la production horticole nationale doit être produite en serres et dans d'autres environnements contrôlés. En fait, la production maraîchère sous serres au Canada est supérieure à celle des États-Unis.

Mais la grande percée en matière de systèmes de survie de pointe destinés à des applications spatiales est survenue en 1994 lorsque l'Université de Guelph a lancé le programme SALSA (Space and Advanced Life Support Agriculture). Ce programme a été financé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie, les Centres d'excellence de l'Ontario, la société Allied Signal Aerospace et l'industrie de la serriculture. Cet investissement a suscité un intérêt pour la recherche sur les systèmes de survie à l'Université de Guelph, lequel a donné lieu à un programme unique en son genre doté d'un budget d'exploitation annuel d'environ 5 millions de dollars. À l'heure actuelle, de nombreuses institutions canadiennes participent au programme et ont contribué de façon significative à la recherche et au développement dans ce secteur.

Des chercheurs du Controlled Environment Systems Research Facility (CESRF) de l'Université de Guelph, en association avec des partenaires de l'industrie, ont récemment livré à Barcelone, en Espagne, le compartiment de plantes supérieures (HPC) du projet MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) de l'Agence spatiale européenne. Le CESRF est également un lieu de collaboration avec des chercheurs du Centre spatial Kennedy de la NASA qui étudient les effets des environnements hypobares sur la croissance des végétaux et leur apport aux systèmes de survie.

 
Ensemble de caissons hypobares de croissance de végétaux au CESRF consacrés à l'étude des effets d'une atmosphère ténue (faible pression atmosphérique et faibles concentrations d'O2 et de CO2) sur le métabolisme des végétaux.

Le CESRF (ci-dessus) comprend 20 caissons étanches à environnement contrôlé, dont 14 caissons à pression variable qui sont utilisés pour étudier la croissance et le développement de végétaux, les échanges gazeux photosynthétiques, la qualité de l'air et les technologies de contrôle des solutions nutritives dans un environnement hypobare. Les installations de l'Université de Guelph comprennent également le Bovey Research Greenhouse Complex, le Science Complex Phytotron et le Bioproducts Discovery and Development Centre. Le Bovey Research Complex, qui compte six grandes ailes, constitue l'établissement principal de recherche sur les systèmes de survie de pointe exploitant des serres.

À l'heure actuelle, le Canada possède des capacités spécifiques et mène des travaux de recherche notamment dans les secteurs indiqués ci-dessous. De plus amples informations sur la recherche et les domaines d'expertise sont fournies sur le site Web du CESRF.

Domaines d'expertise Capacités du Canada
Stratégies de gestion horticole (pour les cultures d'intérêt potentiel) Biologie végétale, techniques de gestion horticole, interaction plantes-environnement et développement de cultures d'intérêt pour les futures missions de longue durée.
Milieux de croissance Systèmes de production hydroponique et milieux de croissance artificiels.
Gestion et recyclage de l'eau Besoins en eau des membres d'équipage, besoins en eau des végétaux, récupération de l'eau, gestion des nutriments et stratégies générales de gestion de l'eau.
Gestion de l'atmosphère Gestion du dioxyde de carbone et de l'oxygène, contrôle biologique des contaminants gazeux à l'état de trace et production de végétaux dans un environnement à pression atmosphérique réduite.
Gestion de l'énergie Alimentation des systèmes de survie, économie d'énergie et conversion d'énergie.
Gestion des déchets Stabilisation et stockage des déchets (p. ex., les déchets humains solides, les détritus, la biomasse impropre à la consommation) pour les premières missions. Les missions d'exploration subséquentes devront exploiter des systèmes d'extraction et de recyclage des ressources à même les déchets.
Traitement des aliments Préparation de menus, méthodes et matériel de préparation des aliments, conditionnement des aliments et conservation de ces derniers.
Structures

 Structures gonflables et/ou structures spatiales adaptées à la croissance de végétaux à petite échelle.
Systèmes d'éclairage Systèmes d'éclairage horticole, application de techniques de diffusion de la lumière dans le feuillage pour les futurs systèmes horticoles spatiaux.
Robotique

 Automatisation des serres, de la phase initiale de la production végétale (c.-à-d., du semis à l'entretien et à la récolte des cultures) jusqu'aux phases finales de production (c.-à-d., le tri, le conditionnement et le prétraitement).