Avant même qu’Homo sapiens soit en mesure de poser un pied sur Mars, il faudra bien que l’on s’assure qu’il puisse répondre, une fois là-bas, à l’un de ses besoins les plus élémentaires : dormir. Oui, mais où ? La planète rouge est inhospitalière au possible : son atmosphère, cent fois moins importante que la nôtre, n’offre quasiment aucune protection contre les rayonnements cosmiques. Les journées peuvent être relativement douces (aux alentours de 20 °C, au maximum et à l’équateur), mais la nuit, le mercure peut tomber jusqu’à -60°C ou -80°C, justement parce que cette même atmosphère est totalement incapable de retenir la chaleur. Sa surface est un désert irradié, battu par des tempêtes de poussière qui peuvent obscurcir le ciel durant de longues semaines.
Aujourd’hui, nous savons pertinemment qu’il sera impossible d’acheminer suffisamment de matériaux de construction depuis la Terre et qu’il faudra faire, un minimum, avec ce que la surface de Mars peut nous procurer. L’Indian Institute, par exemple, projette d’utiliser une bactérie capable de « biocimentation », habitats verticaux imprimés en 3D, structures gonflables (comme celles étudiées pour le programme Artemis), architecture mycélienne ou même sang et urine d’astronautes…
Une équipe de l’Université des Sciences et Technologies de Hong Kong (HKUST) vient d’en proposer une nouvelle, publiée le 10 septembre dans la revue Chem Circularity : développer un matériau de construction par impression 3D à partir de sable, de gélatine et d’une levure génétiquement modifiée (Saccharomyces cerevisiae), en exploitant le climat martien comme catalyseur de fabrication.
L’urbanisme martien par la microbiologie
L’idée du projet est née dans l’esprit de Jishen Qiu, ingénieur en génie civil et auteur principal de l’étude, lorsqu’il observait des fruits lyophilisés. Une fois privés d’eau, mis sous vide, et à basse températures, ils deviennent extrêmement rigides et cassants.
C’est, en substance, ce que n’importe quel matériau exposé à la surface de Mars subit : les températures glaciales conjuguées à une pression atmosphérique quasi nulle (0,6 % de celle de la Terre) provoquent une sublimation instantanée de l’eau, qui passe directement de l’état solide à l’état gazeux sans jamais fondre. À ce titre, Mars est lyophilisateur géant : l’eau liquide ne peut pas exister à sa surface, seulement, en théorie, dans ses profondeurs ; Qiu a eu alors l’idée d’exploiter cette contrainte environnementale au profit des futures bases.
Comme expliqué précédemment, le procédé qu’il a imaginé s’articule autour de trois ingrédients : du sable (simulant le régolithe martien, qui serait disponible en quantités illimitées sur place), de la gélatine alimentaire et une souche de levure dont la surface a été recouverte de protéines adhésives inspirées de celles que les moules utilisent pour s’arrimer aux rochers.
La gélatine lie le mélange et nourrit les cellules vivantes, tandis que la levure fait office de ciment qui consolide les grains de sable entre eux à l’échelle moléculaire. Une fois extrudé par une buse d’imprimante 3D dans une enceinte reproduisant les conditions martiennes (−30 °C et une pression atmosphérique quasi nulle de 0,01 atmosphère), le mélange encore humide subit une lyophilisation spontanée : l’eau qu’il contient gèle instantanément, puis se sublime, passant directement de l’état solide à l’état gazeux. Ne reste alors qu’une structure poreuse et rigide, consolidée par le réseau de gélatine et de protéines de levure, sans qu’aucune source de chaleur n’ait été nécessaire.
Le matériau obtenu ressemble à une mousse très rigide dont la résistance en compression atteint 10 à 12 mégapascals, soit l’équivalent d’un béton de faible grade. « C’est suffisant pour ériger un bâtiment d’un ou deux étages sur Terre, dont la gravité est trois fois supérieure à celle de Mars », précise Qiu. De quoi envisager, sur la planète rouge, d’ériger des structures à plusieurs niveaux à partir d’ingrédients que l’on pourrait, pour l’essentiel, se procurer sur place.
Le procédé peut théoriquement être renouvelé : lorsqu’un bâtiment n’est plus nécessaire, les colons pourraient le démanteler pour récupérer les matériaux bruts. De cette manière, ils récupéreraient la levure encore vivante pour relancer un cycle de production. « Tant qu’il reste une seule levure en vie, on peut tout recommencer », assure Qiu.
De la pâte à pain au mur porteur : il y a un monde
On croirait tenir la recette miracle, expliqué ainsi, mais parlons maintenant des limites. D’abord les seuls prototypes testés lors de l’étude étaient de petits dômes de 45 millimètres de haut sur 30 de large, à peine la taille d’un bouchon de liège. À aucun moment dans l’étude il n’est question du passage à une échelle plus importante.
De plus, on ne connaît pas la résistance de S. cerevisiae aux radiations, mais on sait qu’elle n’est pas une extrêmophile ; c’est une levure utilisée en boulangerie ou pour faire fermenter de la bière. Si elle a été choisie, c’est, on imagine, parce qu’elle est très facile à modifier génétiquement et supporte bien la déshydratation et le gel. On ignore si elle pourrait s’adapter correctement à la composition du sol martien réel et assurer, sur le long terme, l’étanchéité d’un habitat, son isolation thermique, sa protection contre les poussières abrasives ou assurer sa solidité sur plusieurs mois ou années.
Autant de facteurs limitants que les auteurs reconnaissent ne pas avoir évalués, rappelant que des habitats fonctionnels nécessiteront probablement des « architectures hybrides qui associent des modules pressurisés préfabriqués ou gonflables, des revêtements ou des membranes étanches, des matériaux de structure ou de blindage in situ, des couches de radioprotection riches en hydrogène ou contenant de l’eau, ainsi que des systèmes de construction robotisés. » Outre ces obstacles biologiques, Qiu explique également que la capacité d’emport des fusées en est un autre, et pas des moindres. Dans une interview accordée au média ZME Science, il explique que, sans une vingtaine de lanceurs de la classe Starship propulsés lors d’une même fenêtre, aucune base martienne digne de ce nom ne pourra sortir de terre, quel que soit le matériau. Même si les travaux de Qiu et son équipe sur la levure relèvent de la pure recherche fondamentale, ils orientent la réflexion sur l’habitat extraterrestre vers un axe théorique très intéressant : si le climat de Mars est à ce point hostile, pourquoi ne pas le retourner à notre avantage ?