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Archive for janvier 2011

La centrale solaire spatiale et ses enjeux

Dans la perspective de remédier à leurs problèmes d’indépendance énergétique, les japonais ont par exemple repris à leur compte le projet de centrale solaire orbitale initié par l’américain Peter Glaser en 1968 qu’ils comptent réaliser à l’horizon 2040 (Electicité sans fil: le Japon bat un record de puissance et de distance. Futura-sciences). Elle devrait être dotée de deux panneaux solaires de 3km², elle pèserait alors autour de 20 000 tonnes. Le coût de la mise en orbite d’une masse aussi importante serait certes exorbitant, mais il faut le comparer au coût de développement d’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), le futur réacteur expérimental pour la fusion nucléaire qui a récemment été revu à la hausse, passant de 8 à 16 milliards d’euros. Cette dernière technologie n’offre aucune garantie de succès alors que celle de la centrale solaire orbitale utilise des composants qui ont déjà été depuis longtemps éprouvés. Les japonais participent aussi à ce projet, ils ont décidé de ne pas mettre tous leurs œufs dans le même panier. L’un des gros problèmes de la recherche européenne est qu’elle investit des sommes colossales dans de grands projets comme ITER ou le LHC (Large Hadron Collider) au lieu de financer de nombreuses expériences plus modestes qui pourraient s’avérer tout aussi déterminantes pour la science et l’industrie si on prend en compte le principe d’émergence qui veut que le tout suit des règles qu’on ne peut pas déduire de l’analyse de ses parties. Bien que la recherche du boson de Higgs soit tout à fait passionnante, surtout si on découvrait qu’il n’existe pas car cela obligerait les chercheurs à proposer un nouveau modèle pour la physique, son coût handicape les travaux qu’il faudrait mener dans les autres domaines, la chimie et la biologie en particulier.

Depuis 1997, la NASA a elle aussi recommencé à étudier la faisabilité d’un tel dispositif par l’intermédiaire du système SBSP (Space Based Solar Power) qui vise à résoudre les différents problèmes liés à sa réalisation. Outre ceux de poids et de transmission (voir Transmission d’énergie sans fil et Objectif Mars) qui ont déjà été évoqués, se pose celui de l’usure des cellules photovoltaïques qui détermine la durée de vie de la centrale. Si le positionnement dans l’espace donne l’avantage d’une meilleure exposition au rayonnement solaire en évitant les pertes dues à la réfraction de l’atmosphère, il accélère d’autant le vieillissement des panneaux, tout comme c’était le cas pour les premières cellules vivantes qui ne bénéficiaient pas encore de la protection anti-UV de la couche d’ozone ni de coquille calcaire.

Pour remédier à cet inconvénient, les chercheurs s’inspirent directement des mécanismes mis en place par les organismes qui pratiquent la photosynthèse, ils visent à reproduire la fonction qui leur permet de s’autoréparer. L’idée peut paraître complètement folle, mais depuis peu des chimistes du MIT (Massachusets Institute of Technology) sont parvenus à cette incroyable performance qui nous rapproche de ce que j’ai appelé « conception biologique des machines »(cf « La Recherche » N° 446 de Novembre 2010 p30« Mimer les plantes pour produire de l’électricité »). Pour réaliser cet exploit; ils se servent de quatre types de molécules plongées dans une solution aqueuse et d’un agent tensioactif, le cholate de sodium. Deux de ces molécules sont issues de la membrane de Rhodobacter sphaeroides, une bactérie capable de photosynthèse, les deux restantes étant d’une part une chaîne de lipides et de l’autre un nanotube de carbone. Ces ingrédients réunis permettent d’assembler et de désassembler des cellules photovoltaïques à volonté, selon le principe de l’autoconstruction, déterminant dans l’organisation de tous les systèmes vivants, cher au codétenteur du prix Nobel de chimie 1987, Jean-Marie Lehn.

Quand elles sont dans l’eau, ces quatre molécules forment automatiquement une cellule photosensible, mais elles se dissocient lorsqu’on ajoute du cholate de sodium, elles se réarrangent lorsqu’on le retire. Aussi suffit-il de filtrer les molécules endommagées par la lumière pour les remplacer par d’autres qui sont intactes pour obtenir à nouveau des cellules solaires parfaitement fonctionnelles. Il suffit pour cela de stopper momentanément la production d’électricité le temps d’effectuer le processus d’introduction/retrait de l’agent tensioactif, c’est à dire de littéralement mettre le dispositif en sommeil à l’instar des algues qui plongent vers les abysses pour se régénérer pendant la nuit (voir La révolution bleue §3). Cette phase pourra être entreprise un panneau à la fois, à la manière des dauphins dont un hémisphère dort pendant que l’autre reste en veille pour s’assurer qu’ils remontent à la surface pour respirer pendant leur temps de repos. Cela pourra avoir lieu lorsque les consommateurs que nous sommes sont à leur tour plongés dans les bras de Morphée, au minimum de notre consommation d’énergie.

L’absence d’une atmosphère protectrice pose encore un autre problème, celui des micrométéorites qui risquent d’endommager les panneaux alors qu’elles se consument avant d’atteindre le sol lorsqu’ils se trouvent sur Terre. Il faudra donc que la centrale soit en mesure de réparer toute seule les trous qui pourraient apparaître dans les membranes photosensibles qui seront exposées à ce risque faute de pouvoir bénéficier du même blindage que le corps de l’engin, ce qui revient à lui donner la capacité de cicatriser. Les futures habitations martiennes devront être dotées de la même fonction, les deux dispositifs pourraient d’ailleurs être constitués à partir du même type de structures gonflables.

Ce genre de projets existe depuis les années 1960 mais aucun n’a pu aboutir à cette époque à cause de difficultés techniques comme la réalisation de la liaison entre structure souple et structure rigide sans qu’il n’y ait de fuite et plus encore par manque de crédits pour les résoudre. L’évolution des matériaux ainsi que la perspective du développement d’une industrie du tourisme spatial ont récemment provoqué un regain d’intérêt de la part d’entreprises privées pour cette technologie innovante. ILC Dover a par exemple présenté un projet de tentes lunaires dans l’optique d’un possible retour des Etats-Unis sur l’astre de la nuit, mais Bigelow Aerospace semble être la firme la plus avancée dans ce domaine, elle a déjà placé en orbite deux modules expérimentaux depuis 2006. Ils ont donné des résultats fort satisfaisants avec une durée de vie estimée à 10 ans alors que les ingénieurs tablaient initialement sur un an seulement. Aussi le lancement d’un troisième prototype est-il envisagé d’ici à 2014. Cette future station spatiale destinée à accueillir un hôtel-casino restera dans la proche banlieue de la Terre, elle pourra donc être rapidement évacuée en cas de problème; son exploitation ne nécessitera pas obligatoirement qu’elle puisse s’auto-réparer comme dans le cadre d’une mission d’exploration lointaine.

Le mécanisme d’auto-réparation de ces structures gonflables devra être comparable à celui de la paroi de nos cellules lorsqu’elles se retrouvent percées, par exemple par une aiguille, comme c’est le cas de l’ovocyte pour une fécondation in vitro par injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes. Seule une faible quantité de cytoplasme est éjectée lors du retrait de l’aiguille, la cellule ne se vide pas de sa substance avant de se refermer, elle garde ainsi toute sa fonctionnalité. Cela dépendra directement des propriétés du matériau utilisé sans qu’il n’y ait besoin d’aucune intervention extérieure.

Si la régénération des cellules photovoltaïques et l’auto-réparation des panneaux solaires devraient être en mesure d’assurer un temps de vie assez long au dispositif, il n’est pas à exclure que des pannes plus importantes surviennent, comme ce fut le cas pour Deep Space 1 avec les caméras du système autonav. Il faudra alors remplacer les pièces endommagées pour que la centrale continue à fonctionner normalement. Comme il est aussi coûteux que périlleux d’envoyer des techniciens pour ce faire, cette mission devrait être confiée à des robots. Ils pourraient rester à demeure sur l’engin en état de veille avec un stock des pièces de rechange identifiées comme les plus fragiles, la durée de vie d’un système étant déterminée par son élément le plus faible, mais on peut aussi imaginer qu’ils fassent partie d’un module autonome qui se chargerait alors de l’entretien de plusieurs centrales, voire de leur démantèlement pour récupérer les pièces intactes en cas de panne irréversible.

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Les micro-organismes: une culture d’avenir

Après ce petit rappel historique (voir Le jour où l’Empire du Soleil Levant s’est éveillé), revenons en donc à nos moutons, ou plutôt à nos poissons, car faute d’espace à consacrer à l’élevage de bétail, c’est dans le domaine de la pisciculture que nos amis nippons ont mis en place une politique ambitieuse qui vise à atteindre leur autosuffisance alimentaire d’ici une quinzaine d’années. Aussi prometteur soit-il, ce mode de production recèle pourtant un inconvénient majeur. Il ne résout en rien le problème de la diminution alarmante des réserves halieutiques lorsqu’on utilise les techniques actuelles. En effet, il faut bien que les poissons mangent si nous voulons les consommer à notre tour et la plupart des espèces que nous élevons ne se nourrissent pas d’autre chose que d’autres poissons. Il faut alors en moyenne 4kg de poissons sauvages pour obtenir un seul kilo de poissons d’élevage. Bien au contraire de réduire le pillage des océans auquel nous nous livrons, la pisciculture, telle qu’elle est pratiquée, l’accentue encore en l’étendant aux espèces qui n’ont pas d’intérêt pour l’alimentation humaine.

Pour atteindre leur objectif, les japonais devront donc s’attacher à produire l’aliment qui constitue le premier maillon de la chaîne trophique, c’est à dire le plancton et plus particulièrement le phytoplancton dans lequel sont incluses nos fameuses cyanobactéries (voir La révolution bleue) parmi des centaines d’autres organismes aquatiques. Certaines de ces espèces sont non seulement impropres à la consommation mais sécrètent de plus des toxines qui peuvent être mortelles. La première étape de leur production à grande échelle consiste par conséquent à sélectionner rigoureusement les souches qui présentent un intérêt nutritif et à empêcher celles qui sont indésirables de pénétrer dans le milieu de culture. Cela ne pourra donc pas se faire sans risque à l’air libre, mieux vaut un milieu fermé ou l’air et l’eau seront exempts de toute contamination biologique. Pour l’air, une simple filtration devrait suffire, mais l’eau devra être exposée à une forte dose d’UV (délivrée par des leds dans un souci d’économie d’énergie) de manière à détruire les organismes pathogènes, voire être irradiée comme cela se fait couramment avec les fruits et légumes pour éviter qu’ils ne pourrissent trop vite. Si la même opération est répétée après l’extraction de la biomasse, le milieu de culture sera alors complètement isolé du milieu naturel, ce qui ouvre la voie à de possibles cultures génétiquement modifiées en évitant qu’elles ne se retrouvent à proliférer en liberté, sauf accident (mais on peut aussi les modifier pour qu’elles soient dépendantes d’une protéine qu’elles synthétisent normalement et qu’elles ne trouveront pas ailleurs que dans le milieu de culture pour sécuriser encore plus le processus). Cette technique pourrait s’avérer très utile pour fabriquer des médicaments à moindre coût; d’autant plus si on se trouve loin de tout, par exemple sur Mars où il deviendrait possible d’emporter une grande variétés de remèdes en très petites quantités pour les faire se multiplier au cas où on en aurait besoin.

Ensuite il faudra optimiser les conditions de culture, soit reproduire celles de l’efflorescence algale ou algal bloom en anglais, ce qui traduit mieux l’explosion de vie que cela représente. Ce phénomène s’est surtout fait connaître ces dernières années par l’intermédiaire des « marées vertes » qui viennent s’abattre sur les plages de nos vacances. (dans ce cas ce ne sont pas des microalgues qui prolifèrent, mais des algues de grande taille. Leur accumulation peut produire des gaz toxiques lors de leur décomposition, mais cette couche répugnante sert aussi de refuge à de nombreux organismes bénéfiques pour l’environnement qu’il serait judicieux de laisser en place. Cela illustre bien la difficulté qu’il y a à concilier des intérêts divergents. Le même cas de figure se présente pour les zones humides et les marais qui sont très utiles pour la biodiversité mais où les moustiques vecteurs du paludisme et autres maladies sont légions, ce qui les rend complètement insalubres pour l’Homme. D’où l’idée qu’il vaudrait mieux s’isoler au maximum de l’environnement naturel de manière à ce que chacun soit en mesure d’évoluer indépendamment de l’autre, l’humanité étant devenue quelque peu envahissante.)

Cette prolifération incontrôlable, visible sur des zones gigantesques depuis l’espace, se produit lorsque trois facteurs sont réunis. Il faut à la fois une température idéale pour l’eau, souvent de fortes chaleurs mais avant tout beaucoup de lumière, et une forte concentration en nutriments, nitrates, phosphates ou matières organiques en suspension, souvent apportés de nos jours du fait d’activités humaines telles que l’agriculture ou le rejet des eaux usées des grandes villes ou d’usines. Dans le premier cas on peut citer les côtes bretonnes où l’élevage porcin intensif est souvent pointé du doigt comme cause et dans le second celui des grands lacs d’Amérique du nord où l’urine des nombreux habitants des rivages déversée à flots au cours des années 1950 à 1970 suffit à expliquer le phénomène.

Malgré cela, il ne faut pas oublier que les efflorescences algales ont été décrites bien avant qu’elles puissent être imputées à la civilisation humaine, certains chercheurs expliquent la prolifération du phytoplancton visible dans les couches sédimentaires par la fonte des glaces qui lessivent les sols à la fin des ères glaciaires et entraînent donc l’augmentation de la concentration en nutriments dans les océans. Au Moyen âge certaines espèces de couleur rouge ont pu laisser croire que l’eau se transformait en sang, les animaux moins superstitieux que nous venaient alors la boire sans modération, elles étaient par conséquent déjà interprétées comme une mise en garde des puissances supérieures contre nos comportements hérétiques, il suffit de consulter Wikipédia pour constater que nous n’avons pas beaucoup changé depuis, mais elles sont la plupart du temps d’origine tout à fait naturelles. Le lac rose au Sénégal en est un bon exemple, sa très forte salinité (plus de 380g de sel par litre, celle de l’eau de mer n’est que de 35g/l) ne permet qu’à peu de microorganismes de s’y développer; leur population explose lorsque souffle un vent chaud et sec, ce qui lui donne sa teinte caractéristique. En plus de leur croissance ultra rapide, les bactéries, qu’elles pratiquent la photosynthèse ou non, ont l’avantage de pouvoir se développer dans les milieux les plus variés, y compris les plus extrêmes, qu’ils soient très chauds, très acides ou basiques, ou encore très salés selon les espèces.

Au lieu de nous alarmer et de culpabiliser face aux effets de ce mécanisme, nous devrions au contraire essayer de l’utiliser à notre avantage. « N’ayez pas peur » comme le disait Jean-Paul II ou pour les mécréants comme moi, donnez la même réponse que Pierre-Gilles de Gênes quand un journaliste lui demandait pourquoi il avait choisi de faire de la science: « pour ne pas avoir peur de n’importe quoi ». Reproduire les conditions des efflorescences algales devrait pouvoir nous aider à transformer ce que nous envisagions jusqu’ici comme une pollution en matière première indispensable à notre développement futur, de la recycler tout en protégeant l’environnement de nos activités par la même occasion. D’une part nous avons besoin de composés azotés, de matières organiques que nous fournissent les élevages intensifs de porcs ou de poulets ainsi que les eaux usées de nos villes et d’autre part du CO2 de nos industries pour enrichir le milieu de culture. Nous pourrions de plus utiliser l’énergie thermique dissipée en pure perte dans l’atmosphère par ces dernières pour chauffer l’eau à température idéale pour une croissance rapide de ces incroyables microorganismes. Au résultat nous devrions obtenir glucides, lipides (voir futura-sciences un biocarburant superpropre qui nettoie l’air…et l’eau) et protéines en abondance.

Il suffirait de rapprocher ces différentes activités et de les agencer judicieusement à la manière des organites des cellules eucaryotes. Il n’y a qu’à penser que les bactéries que nous abritons dans notre système digestif sont à peu près 10 fois plus nombreuses que les cellules qui composent notre corps tout entier et qu’elles vivent dans des conditions de température et d’acidité qui se trouvent rarement dans la nature pour se rendre compte que se sont elles qui nous ont conçu, à la fois comme abri et comme véhicule autonome capable de rechercher tout seul la nourriture dont elles ont besoin, dans le but de proliférer sans encombres. Nous serions bien inspirés d’essayer de les imiter. (j’ai toujours trouvé très étrange que les ministres du culte tournent leurs yeux vers le ciel pour se rapprocher de leur créateur alors que pour moi il se trouve réellement en chacun de nous, tapi dans les tortueux méandres de nos tripes). Nous ne sommes rien d’autre qu’un ver qui a un peu évolué, Amélie Nothomb avec sa Métaphysique des tubes ne me contredira certainement pas (je n’en dirais pas autant pour le Japon qu’elle connaît infiniment mieux que moi), et sans vers de terre nous n’existerions tout simplement pas. Sachons nous rendre aussi indispensables qu’eux.

De très récentes recherches démontrent que les bactéries de la flore intestinale des mouches sont capables d’influencer leur choix en ce qui concerne leur partenaire sexuel, certainement par l’intermédiaire des phéromones qu’elles sécrètent. Elles participent donc directement à la sélection des individus qui se reproduisent. Il faut dès lors prendre en compte le rôle non négligeable que joue la flore intestinale dans l’évolution de l’espèce. Même pour nous les humains, l’odeur de l’autre est un critère de compatibilité essentiel qui a largement été étudié. Elle dépend de ce que nous mangeons ainsi que des microorganismes qui vivent à la surface de notre peau. La population bactérienne et son hôte forment un tout dont les destins sont intimement liés: l’holobionte.(Elles pourraient même influer directement sur notre comportement en contrôlant l’expression des gènes de certaines parties de notre cerveau. Cf: –Des bactéries prennent le contrôle de notre cerveau– Futura-Sciences le 4 février 2011 et Les bactéries intestinales régulent les taux de l’hormone de l’humeur Futura-sciences le 15 juin 2012)

La culture de microalgues en réacteur ainsi que celle de fruits et légumes hors sol ou encore celle des insectes riches en protéines dont nous nous servirions soit pour nous nourrir directement soit pour nourrir des animaux tels que les poissons, les porcs ou les volailles pourrait ainsi devenir l’élément primaire du système digestif des super-organismes que sont nos villes, l’équivalent des mitochondries ou des chloroplastes des eucaryotes. Bien que ce système devrait permettre de limiter au maximum les pertes grâce au recyclage, il faudra néanmoins qu’il soit alimenté par une source d’énergie extérieure pour qu’il ne dépérisse pas.

La réalisation de ce dispositif demande une réelle volonté politique, soit sereinement grâce à la prise de conscience de son potentiel par nos gouvernements, mais plus probablement dans l’urgence suite à une crise mondiale majeure qui perturbera gravement les échanges commerciaux et fera ressurgir le spectre de la pénurie. Seuls les Japonais en proie à une stagnation de leur économie depuis plusieurs décennies semblent avoir pris la mesure du problème et tentent par conséquent d’y remédier.

Le jour où l’Empire du Soleil Levant s’est éveillé

Le Japon, qui n’est certes pas un pays pauvre mais qui est très dépendant de ses importations en ce qui concerne l’énergie et l’alimentation, a des projets très ambitieux qui ont pour but de lui rendre son autonomie par rapport au reste du monde. Il n’est peut être pas inutile de rappeler que l’Empire du Soleil Levant a mené une politique d’isolement volontaire, le Sakoku, pendant 250 ans, entre 1641 et 1854, afin de ne pas tomber sous la domination coloniale d’étrangers qui se seraient appropriés leurs ressources naturelles comme le cuivre et l’argent. De fait les îles nippones sont les seules à ne jamais être tombées sous la domination européenne.

 

Ce n’est qu’en 1868 avec l’avènement de l’ère Meiji que le pays s’est résolument ouvert au commerce international, essentiellement sous la pression des américains, suite à l’expédition du commandant Matthew Perry et de ses canonnières de 1853. Avant cela, les échanges commerciaux se limitaient à ceux avec la Compagnie néerlandaise des Indes orientales, la Chine et la Corée, et ils devaient tous transiter uniquement par Nagasaki; tout étranger ou japonais exilé qui voulait pénétrer sur le territoire national devait recevoir l’autorisation du Shogun sous peine de condamnation à mort.

 

Cette période correspond avec le début de l’intervalle historique dont nous vivons en ce moment la fin, celui de l’hégémonie américaine. En 1868, les Etats-Unis ont trouvé leur unité politique après la guerre de sécession (1861-1865), le premier conflit moderne ayant impliqué l’emploi des technologies issues de la révolution industrielle, à savoir le télégraphe et le chemin de fer. Les Prussiens se sont largement inspirés des observations faites lors de ce conflit pour planifier la guerre qu’ils ont mené contre la France en 1870, qui a directement conduit à celle de 1914-1918 puis à la deuxième guerre mondiale, c’est à dire au suicide de l’Europe faute d’avoir su construire son unité. (voir Naissance du dernier empire européen 1, 2,3)

 

Pendant que les européens prenaient inconsciemment la voie qui les conduirait à leur perte, le Japon faisait venir à grand frais ses meilleurs experts de toutes nationalités suivant leurs domaines d’excellence pour réaliser une transition rapide d’un système féodale archaïque vers une organisation moderne capable de s’adapter à la complexité d’un monde déjà globalisé à cette époque. Il y réussit tant et si bien qu’il a pu se doter de colonies telles que Taiwan ou les îles Pescadores et signer un traité d’alliance avec la Corée avant la fin du XIX ème siècle. Il participa à la première guerre mondiale aux côtés des futurs vainqueurs avant que son ambition expansionniste ne le pousse à défier ses anciens alliés au cours du second conflit planétaire du XX ème siècle. Sa sous estimation de la puissance militaire américaine le conduisit à son tour à sa ruine, il se retrouva occupé pour la première fois de son histoire. (il vivait jusque là dans le souvenir de sa résistance face à la tentative d’invasion menée par les chinois alors sous domination mongole à la fin du XIII ème siècle, grâce au Kamikaze, le « vent divin », un typhon qui envoya la flotte par le fond après de nombreuses tentatives de débarquement, toutes infructueuses, les samouraïs s’étant révélés invincibles en combat rapproché. Au XVII ème siècle ce sera au tour des japonais d’envoyer leur flotte à la conquête des ports chinois, avec un peu plus de succès et la même résultat de fermeture à toute influence étrangère de la part de l’Empire du Milieu. Cet acharnement à défendre l’intégrité de son territoire peut servir à justifier l’utilisation de la bombe atomique bien que la précipitation de son emploi s’explique surtout par une volonté de réduire au maximum l’influence soviétique dans la région. Cela n’a pas suffit à empêcher que l’armée rouge envahisse une partie de la Mandchourie, mais au contraire provoqué le conflit de 1950 qui a mené à la scission de la Corée, premier épisode chaud de la guerre froide)

 

L’ Histoire de cette région du monde reflète particulièrement bien ces mouvements d’ouverture/fermeture successifs (voir Plus dure sera la chute, La victoire et la crise…)et aujourd’hui avec la montée en puissance de l’influence chinoise, le Japon se prépare naturellement à devoir vivre à nouveau en autarcie en attendant que la conjoncture lui redevienne plus favorable. Conscient de la fragilité que lui confère son insularité, il essaye d’anticiper les conséquences de la concurrence accrue de son encombrant voisin sur les marchés de l’énergie et de l’alimentation et travaille à son autonomie dans les deux domaines. D’après « 2033 Atlas des futurs du monde » de Virginie Raisson (éd. Robert Laffont), le Japon devrait chuter à la huitième place dans le classement des économies mondiales d’ici 2050 alors qu’il est actuellement troisième. Standard & Poor’s vient d’ailleurs d’abaisser la note de sa dette à long terme de AA à AA- le 27 janvier.

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La révolution bleue

Les cyanobactéries, aussi appelées algues bleues en raison de la couleur qu’elles prennent une fois mortes, sont apparues il y a 3,5 milliards d’années. Elles ont joué un rôle majeur qui a permis l’apparition du règne végétal et animal. Ce sont les premiers organismes dotés de chlorophylle, donc capables de pratiquer la photosynthèse. Elles sont responsables de la Grande Oxydation qui a enrichi l’atmosphère en oxygène il y a 2,4 milliards d’années alors qu’il en contenait très peu à cette lointaine époque. Jusque là, l’oxygène qu’elles libéraient dans l’eau réagissait immédiatement avec le fer dissous. Aujourd’hui encore, le phytoplancton ,qui ne représente qu’un pour cent de la biomasse photosynthétique, produit près de la moitié de l’oxygène que respire l’ensemble des êtres vivants. Ce gaz indispensable à notre respiration est d’ailleurs un poison mortel pour les cyanobactéries, aussi la grande majorité de celles qui ont survécu jusqu’à aujourd’hui vivent-elles en symbiose, abritées de l’air derrière la paroi d’un autre organisme, par exemple avec certaines espèces de corail. Nous ne sommes pas les seuls à avoir pollué notre environnement au point de le rendre hostile à notre développement.

 

En fixant le carbone contenu dans l’eau, elles ont participé à la désacidification des océans. Les pluies diluviennes, qui se sont abattues pendant des centaines de millions d’années suite au refroidissement de la planète pour finir par former les océans, étaient fortement acides en raison des 10 à 15% de CO2 que contenait l’atmosphère primaire. En ruisselant sur le sol elles dissolvaient le calcium sous forme de CaCO3, ce qui a permis aux cyanobactéries de se doter d’une coquille calcaire dont l’accumulation a fini par donner des roches parfois épaisses de plusieurs kilomètres, les stromatolithes. Les microalgues eucaryotes qui les ont supplantées à partir du Trias il y a 251 millions d’années, les cocolithes, ont fini par forger les falaises de craie blanche qui ont donné son nom au Crétacé (-145,5 à -65,5 millions d’années) et à la perfide Albyon par la même occasion.

En consommant le gaz carbonique régurgité en quantités astronomiques dans l’atmosphère par les volcans, les algues bleues ont contribué à la diminution de l’effet de serre et à faire baisser la température de l’air. L’oxygène qui a pris sa place a permis la formation de la couche d’ozone qui les à protégées du rayonnement UV délétère, elles ont donc pu s’approcher de la surface sans risque d’être détruites.

 

Tout ce processus les a invitées à inventer le prototype du mécanisme que les être humains ont développé plus que toute autre espèce, celui de la prévision. En effet, l’énergie qui leur permettait de pratiquer la photosynthèse se trouve à proximité de la surface, seulement pendant le jour, mais les minéraux indispensables à l’élaboration des molécules organiques se trouvaient quant à eux plutôt en profondeur. Aussi celles qui ont supplanté les autres étaient-elles équipées d’une horloge interne qui mettait en sommeil la machinerie de la photosynthèse durant la nuit, permettant par là même la réparation des dommages occasionnés par la lumière, et les incitait en même temps à se diriger vers les abysses pour faire le plein d’oligoéléments de manière à être le plus performantes possible le jour suivant. Les cyanobactéries ont tout inventé bien avant nous, ce sont des déesses préhistoriques qui nous ont faits à leur image, elles méritent toute notre vénération pour cela.

 

De nos jours, nous redécouvrons leurs grande utilité par l’intermédiaire d’un complément alimentaire aux nombreuses vertus, essentiellement destiné aux peuples qui souffrent de malnutrition, la spiruline (qui a pour nom scientifique Arthrospira. Spirulina existe aussi, mais elle n’est pas comestible). Non seulement est-elle source de protéines, de 55 à 65% de sa masse sèche, mais elle contient de plus de nombreuses vitamines (A,B1,B2,B3,B6,B7,B8,D,E,K et du bêta carotène) mais encore des oligoéléments indispensables à notre équilibre alimentaire (calcium, phosphore, fer, zinc, cuivre, manganèse, chrome, sodium, potassium et sélénium) et aussi des acides gras polyinsaturés (des Oméga-6 rendus célèbres pour leurs propriétés anti-cholestérol). Elle pourrait s’avérer aussi utile pour les explorations spatiales de longue durée que l’ont été les agrumes qui protégeaient les navigateurs d’antan du risque de scorbut. (Ceux qui se résolvaient à manger les rats n’en souffraient pas car ces petits rongeurs de mauvaise réputation ont la faculté de synthétiser leur propre vitamine C; les Chinois avaient quant à eux résolu le problème en emportant des graines de soja qu’ils faisaient germer tout au long du voyage, les plantules en regorgent) Faire en sorte que les futurs astronautes arrivent en bonne santé de manière à ce qu’ils soient aptes à fournir des efforts physiques est en effet un problème majeur. Les pertes de masses musculaires et osseuses constatées sur ceux ayant effectué un long séjour sur une station spatiale sont plus qu’alarmantes malgré les exercices quotidiens qui leur sont imposés; Même si le seul remède à ce mal consiste à recréer une certaine gravité, il ne faudrait pas qu’ils souffrent en plus de carences.

 

La spiruline a été (re)découverte au Tchad au cours des années 1950 par Jean Léonard, un botaniste Belge, là où elles s’épanouissent dans des lacs de faible profondeur au pH basique (>7) riches en oligoéléments. Il avait constaté que les peuplades qui vivaient sur leurs bords et qui consommaient cette « algue » depuis la nuit des temps étaient en bien meilleur santé que celles qui vivaient ailleurs dans la région sans avoir cette habitude. Le même phénomène avait déjà été observé au XVI ème siècle en Amérique du sud, là où les Aztèques avaient pour coutume de se nourrir de gâteaux à base de ces mêmes « algues » microscopiques. La culture des différentes espèces d’Arthrospira a connu son essor dans la décennie 1970 dans de nombreux pays pauvres du sud où elles sont surtout utilisées comme complément alimentaire destiné au bétail. Sa culture à grande échelle pourrait être une bonne alternative à celle du soja en des temps où de plus en plus de gens aspirent à consommer de la viande grâce à l’augmentation de leurs revenus, à l’heure où les terres arables commencent à se faire rares. Cela permettra peut être d’éviter une forte augmentation des prix due à la concurrence pour s’approprier cette denrée, ce qui pourrait être source de conflits armés. Dans les pays pauvres mieux vaut posséder une kalachnikov que des terres pour manger à sa faim.

Bactérie mon amie

La peur est une des caractéristiques de notre époque, tout du moins dans les pays riches. Ils craignent par dessus tout d’être supplantés par les pays émergents, qui eux savent que leur tour est revenu d’être à nouveau le centre du développement de la civilisation. La Chine attend ce moment depuis près de 800 ans, depuis qu’elle a perdu sa splendeur en tombant sous la domination de l’empire Mongol, l’Inde depuis près de 1 400 ans, depuis qu’elle a vu sa culture tomber sous l’influence des musulmans. Ces pays qui voient leur conditions de vie s’améliorer ont maintenant confiance en eux et en l’avenir, et nous, nous avons peur d’eux.

Ce sentiment est renforcé par le fait que nous ne connaissons pas leur mode de fonctionnement, aussi les voyons nous comme une menace. Le même mécanisme est à l’œuvre lorsqu’on évoque les bactéries, elles suggèrent inévitablement la maladie, la peste susceptible de ravager la civilisation en trois coups de cuiller à pot. C’est oublier que l’écrasante majorité d’entre elles est parfaitement inoffensive et que certaines nous sont très utiles et même indispensables à notre survie. 100 000 milliards d’entre elles, soit plus que le nombre de cellules de notre corps, vivent sur les parois de notre intestin pour notre plus grand bénéfice. Sans elles nous serions incapables de digérer quoi que ce soit. Leur poids est équivalent à celui de notre cerveau qui est lui chargé de digérer les informations. En apprenant à les connaître, nous nous apercevrons qu’elles pourraient bien être la solution qui résoudra une grande partie de nos problèmes, cela apaisera d’autant nos angoisses. Les cyanobactéries sont une des espèces qui devrait nous y aider.

Les cyanobactéries sont des procaryotes, le premier type de cellules vivantes apparues sur Terre. Cela signifie que leur matériel génétique ne se trouve pas confiné dans un noyau comme chez les eucaryotes, mais qu’il se trouve à l’état diffus dans toute la cellule; l’évolution de la vie et celle de l’histoire humaine semblent aller dans le même sens, celui de l’entropie, de la complexification au sein des systèmes fermés. Il y a une autre différence notable entre les deux types de cellules, les procaryotes produisent elles-mêmes l’énergie dont elles ont besoin pour vivre tandis que les eucaryotes ont délégué cette fonction à des organites qu’ils abritent, les chloroplastes chez les végétaux, les mitochondries chez les animaux; tous deux possèdent leur propre ADN et se reproduisent indépendamment de la division cellulaire. Aussi pense t-on que les eucaryotes sont le produit de l’endosymbiose de deux types de bactéries, l’une étant spécialement efficace dans son adaptation aux changements de l’environnement protégeant l’autre, spécialement efficace dans l’utilisation de l’énergie. Chacune des deux a fini par perdre les fonctions que l’autre exerce le mieux et chacune peut agir sur l’expression du génome de l’autre par un système de feed back en fonction de ses propres besoins. (un chercheur a émis l’hypothèse que tous les cancers pourraient avoir pour origine un dysfonctionnement de ce système de cohabitation, toutes les cellules cancéreuses ayant pour particularité d’avoir un rendement énergétique dix fois inférieur à celui des cellules saines. S’il a raison, la découverte du médicament qui ferait revenir le processus énergétique à la normale pourrait guérir toutes les formes de cancer sans exception alors qu’en ce moment on se dirige plus vers des traitements qui sont non seulement spécifiques à un type de cancer donné mais aussi fonction de l’individu concerné. Les deux voies méritent d’être explorées.) Les bactéries, toutes procaryotes, sont quant à elles capables d’échanger du matériel génétique entre elles par l’intermédiaire de plasmides, des petits morceaux d’ADN généralement circulaires distincts de l’ADN chromosomique mais qui peuvent parfois s’y intégrer, non seulement entre individus d’une même espèce mais aussi entre individus d’espèces différentes, ce qui augmente leurs chances de s’adapter à un environnement hostile. (dans ce cas les mécanismes qui empêchent d’habitude les mutations génétiques pour garantir la survie de l’espèce sont suspendus, ce qui donne lieu à l’apparition de « monstres » qui ne sont pas viables mais optimise aussi les chances de trouver la parade au changement de l’environnement. Ceci explique que les bactéries deviennent si rapidement résistantes aux antibiotiques, non seulement une espèce pathogène peut elle trouver toute seule les moyens de survivre et les transmettre à ses congénères, mais une bactérie tout à fait inoffensive qui nous est au contraire indispensable,par exemple pour digérer les aliments, peut aussi transmettre les gènes de résistance à l’espèce nuisible. Voilà pourquoi il ne faut pas consommer d’antibiotiques lorsque ce n’est pas absolument indispensable.) Les eucaryotes ont par contre besoin d’utiliser les services des virus pour effectuer cet échange d’informations génétiques, ils sont aussi, voire plus utiles que dangereux pour notre santé. (une piste intéressante pour remplacer les antibiotiques devenus inefficaces est celle des phages, les virus de bactéries, inoffensifs pour nous, spécifiques d’une espèce et mortels pour elles. L’avantage est que les deux types d’organismes évoluent en même temps, le médicament s’adapte tout seul à sa cible. De prometteuses études à ce sujet ont été menées dans les pays de l’est à l’époque soviétique, en particulier à l’université de Tbilissi en Géorgie, mais le financement de la poursuite de ces recherches a connu de nombreux problèmes pour de sombres histoires de brevet et d’exclusivité.)

Retour aux sources

Si la production biologique d’énergie pose de nombreux problèmes, elle aurait aussi plusieurs avantages dont celui de produire à la fois de l’oxygène que nous pourrions respirer et des protéines que nous pourrions manger, tout en faisant baisser le taux de CO2 atmosphérique. Ce petit miracle pourrait bien se réaliser grâce à des organismes microscopiques qui se trouvent dans tous les milieux: les micro algues, soit le phytoplancton, premier maillon de la chaîne alimentaire de nos vastes océans. Evidemment, on les trouve aussi dans l’eau douce, et de manière plus surprenante dans toutes sortes de milieux humides, par exemple sur la face nord des rochers, ce sont elles qui verdissent les murs là où les gouttières ont des fuites; elles s’épanouissent encore dans la jungle, sur les troncs d’arbres, aussi bien que dans le pelage des paresseux qui économisent leur énergie au point de ne pas faire leur toilette. Pour éviter de se dessécher dans les milieux moins favorables, elles ont fini par entrer en symbiose avec des champignons pour donner les lichens.

 

Il est déjà prévu que les astronautes emportent avec eux des végétaux de manière à ce qu’ils produisent une partie de la nourriture. Essentiellement pour briser la monotonie des repas lyophilisés, qui répondent aux seules exigences de poids embarqué, dans le but d’entretenir le moral de l’équipage, à l’instar des traditions gastronomiques entretenues dans la marine. Pour cela, il faudra utiliser les techniques de culture hors sol qui ont été développées depuis quelques années. La majorité des tomates ou des fraises entre autres produits maraîchers que nous trouvons sur les étals de nos supermarchés proviennent déjà de cultures de ce type. Pour leur application dans le domaine spatial, les ingénieurs agronomes ont optimisé la méthode au point qu’il ne faut qu’un mètre carré de culture pour répondre aux besoins d’une personne, comme elle se fait forcément sous lumière artificielle dans une capsule, il est de plus possible de superposer les étages comme dans une armoire au lieu de mobiliser de grandes surfaces au sol. Il a même fallu faire machine arrière car les feuilles des végétaux absorbaient tellement bien la lumière qu’elles apparaissaient noires, ce qui ne rendait pas ces plantes très appétissantes et nuisait plus au moral qu’il ne l’améliorait. On a donc réintroduit les longueurs d’ondes qui les font apparaître vertes dans le spectre lumineux des lampes qui fournissent l’énergie indispensable à leur croissance. Elles apporteront par la même occasion l’apaisement visuel recherché dans certains lieux stressants tels que les hôpitaux ou les tribunaux.

 

Quand elles sont dans des conditions idéales pour leur développement, les micro-algues ont un rendement encore nettement supérieur aux cultures hors sol. Elles peuvent donner jusqu’à 9 tonnes de protéines par hectare et par an alors qu’une culture de protéagineux classique comme le soja n’en fournit qu’une tonne. Une telle productivité devrait permettre une révolution du même ordre que celle qu’a connu la Chine antique lorsqu’une nouvelle variété de riz qui produit deux récoltes par an au lieu d’une a été introduite, favorisant par ce biais son essor économique. Leur vitesse de prolifération fait qu’elles sont les candidates toutes désignées pour la production de nourriture lors de la conquête d’espaces aussi stériles que lointains du type de Mars. La maîtrise de ce genre de culture devrait aussi pouvoir faire taire les zélateurs du malthusianisme qui opère en ce moment un retour en force malgré le simplisme flagrant des théories de Malthus. Comme le dit Alain: « le pessimisme est d’humeur, l’optimisme de volonté »

 

 

Les cyanobactéries, qui étaient autrefois appelées algues bleues, sont les plus anciens organismes vivants dont nous avons retrouvé trace sur notre planète, leur apparition remonte à 3,8 milliards d’années. D’autres formes de vie les ont certainement précédées mais nous n’en avons pas de preuve directe, peut être trouverons nous le témoignage de ces cellules primitives à l’occasion de l’analyse des fossiles martiens; l’évolution s’étant arrêtée plus tôt là bas, leur empreinte ne devrait pas avoir été altérée par les organismes qui leur ont succédé, elles devraient donc pouvoir être retrouvées plus facilement. Personnellement, je penche pour la théorie qui veut que les molécules organiques (qui ont soit été synthétisées dans l’atmosphère terrestre, soit été apportées par la chute d’astéroïdes, dont l’origine est plus sûrement une combinaison de ces deux facteurs) ont coulé au fond de l’océan primitif et que c’est là, dans les dépôts sédimentaires situés auprès des sources hydrothermales chargées en minéraux et en acide sulfurique qu’on appelle encore « fumeurs noirs », qu’est apparue la première paroi cellulaire qui a empêché leur dispersion dans le milieu et par ce fait permis à la vie d’émerger du chaos, grâce à la chimiosynthèse. Ces formes de vie rudimentaires qui se limitaient alors à pouvoir reproduire quelques réactions chimiques auraient été aussi nombreuses que les combinaisons de molécules organiques piégées ensemble, la fusion de leurs parois aurait fini par donner naissance à ce que nous appelons « vie » à proprement parler, les mélanges les plus stables donnant au fil du temps les différentes lignées que nous connaissons: les archées anciennement appelées archéobactéries, les bactéries, toutes deux procaryotes, et finalement les eucaryotes dont nous sommes issus. Ce processus aurait tout aussi bien se produire plus tôt sur Mars qui a refroidi plus vite que la Terre et ces formes de vie primitives être amenées finies sur notre planète par des débris arrachés à la planète rouge suite à une collision avec un astéroïde; aucun système ne peut être considéré comme parfaitement isolé.

Transmission d’énergie sans fil

En l’état actuel de nos connaissances, les panneaux solaires sont les seuls candidats susceptibles de subvenir aux besoins énergétiques d’une expédition martienne, si on considère qu’il est trop dangereux d’emmener un réacteur nucléaire. Mais le plus grand éloignement de Mars par rapport au Soleil fait qu’il arrive ,au mieux, seulement la moitié du rayonnement disponible sur Terre. Aussi la puissance fournie par ce type de dispositifs ne permet de faire fonctionner les rovers qu’en été, ils sont obligés de rester en stand by pendant tout l’hiver, c’est à dire 6 mois terrestres à peu près dans l’hémisphère nord, la plus ensoleillée. (l’axe de rotation de Mars, plus incliné que celui de la Terre, fait qu’il y a de fortes disparités entre les deux hémisphères. L’année martienne dure 23 mois terrestres environ. La première mission habitée se posera forcément au nord, en été.) Ainsi, avec une surface d’1,3 m², les panneaux solaires d’Oppurtunity peuvent fournir jusqu’à 1kW-heure dans des conditions optimales, mais cela tombe à 200 W-heure en hiver, soit tout juste assez pour maintenir ses besoins vitaux qui sont de 150 W-heure .Cela ne poserait pas de problème à une mission habitée si seules les saisons pouvaient produire ces variations, mais un autre phénomène provoque les mêmes effets: les légendaires tempêtes de poussière, qui sont elles imprévisibles et peuvent être planétaires, comme en 1971 et 2001 dans une moindre mesure.

 

La solution pour augmenter la quantité d’énergie disponible consisterait peut être à la produire ailleurs qu’à la surface de la planète, dans l’espace, puis à la transmettre au sol. Il suffirait de faire remonter le module de propulsion des cargos inhabités ayant servi à amener le fret sur une orbite stationnaire au dessus du lieu choisi pour l’implantation de la base, puis de reconvertir l’alimentation des moteurs ioniques en centrale énergétique; la transmission pourrait s’effectuer par micro-ondes. Ce module ferait aussi office de relais pour les communications avec la Terre, Opportunity ne dispose que de 10 minutes de connexion à un débit satisfaisant (32kbits/s) lorsque Mars Odyssey, resté en orbite basse, passe dans son champ de vision. Il en faudra plusieurs pour former un réseau qui puisse assurer la permanence du lien avec les terriens.

 

L’idée de transmettre l’énergie à distance sans aucun support matériel n’est pas neuve, Nikola Tesla y travaillait déjà en son temps (il faut être très prudent lorsqu’on effectue des recherches à son sujet sur internet, les gourous du grand complot mondial se servent de ses travaux pour alimenter leurs délires dans l’optique de recruter de nouveaux adeptes, méfiance! Ils sont du côté obscur de la nouvelle inquisition.), elle est aujourd’hui en plein développement sous le nom de Witricity, pour wireless electricity. A l’automne 2010, les Chinois ont annoncé qu’ils commercialiseraient sous peu une télévision totalement dépourvue de câbles, y compris pour son alimentation. Pour l’instant le système n’est vraiment performant que sur de faibles distances, l’exemple le plus connu est celui de l’induction qui permet de recharger une batterie ou de faire chauffer une casserole avec un rendement exceptionnellement bon sans qu’il y ait contact direct avec la source d’énergie. La distance est certes très réduite, mais ce n’est pas qu’un fantasme de science fiction, l’énergie traverse bel et bien la plaque vitrocéramique ou le plastique.

 

Pour augmenter la portée du dispositif, il convient d’utiliser d’autres fréquences du rayonnement électromagnétique; les micro-ondes sont les meilleures candidates à ce jour, mais il est difficile de les focaliser sur de très longues distances et la puissance nécessaire à l’alimentation en énergie les rend dangereuses, à moins de les diluer, ce qui augmente considérablement la taille des antennes pour les collecter, le laser serait idéal, il se voit et peut être coupé instantanément au cas où il dévierait de sa cible. Depuis octobre 2010, LaserMotive détient le record de durée de vol pour un drone de moins d’un kilo, plus de douze heures, grâce à l’alimentation de sa batterie par laser. La même start-up avait déjà remporter un prix pour avoir propulsé un robot le long d’un câble de 900m à l’aide de la même technologie; son rendement est de l’ordre de 20% à l’heure actuelle.

 

En 1975, la NASA a mené une expérience de transmission par micro-ondes sur une distance d’un kilomètre, pour ce faire, elle utilisait une antenne d’écoute de l’espace profond en guise de collecteur. Les résultats ont été tout à fait satisfaisants, 82% de l’énergie envoyée a pu être récupérée, soit une perte à peine plus élevée que les 15% d’une ligne classique. A partir de 1994, une étude a été menée sur l’île de la Réunion, elle avait pour but de relier au réseau le village de Grand Bassin qui se trouve dans une vallée très difficile d’accès, ce qui entraîne des coûts très élevés même pour une alimentation par la voie classique, une transmission sans fil aurait l’avantage de préserver le paysage. Cela a donné lieu a une démonstration sur 50m, effectuée dans un gymnase le 16 mai 2001. Bien qu’elle ait été couronnée de succès, il semble que le projet ait du mal à aller plus avant, d’une part à cause des difficultés techniques, en particulier la synchronisation des magnétrons nécessaire à la formation du faisceau, elles ont été résolues en 2004, mais aussi à cause de la réticence actuelle envers les ondes de tous types qui remet en cause leur innocuité pour l’environnement et la santé.(dans notre cas le seuil maximal a été fixé à 5mW par mètre par précaution) Ce dernier critère prend beaucoup moins d’importance lorsqu’il s’agit d’une entreprise aussi périlleuse qu’une expédition vers Mars, la perspective d’un conflit nucléaire le rendrait encore beaucoup plus relatif.

 

Trêve de mauvais esprit, la ténuité de l’atmosphère martienne, sa pression n’est que de 610 Pa en moyenne alors qu’elle est d’environ 101 000 Pa sur Terre, est un avantage qui facilite la réalisation d’un système de transmission d’énergie sans fil, cela diminue les risques de dispersion par le phénomène de claquage, c’est à dire de formation d’arcs électriques semblables aux éclairs provoqués par les orages. Cela se produit lorsque la quantité d’énergie qui traverse l’air dans le faisceau dépasse la capacité d’isolation de l’air environnant. Moins il y a d’air plus le faisceau peut être puissant, mais il ne faudrait pas se retrouver dessous au cas où il raterait sa cible. Il convient donc de vérifier en permanence son alignement à l’aide d’un laser, en l’absence du nuages, rien ne s’oppose à son passage.

 

Tout cela ne résout pas le problème des tempêtes de poussière qui empêcheraient le système de fonctionner correctement. Il faudra donc à terme être capable de stocker l’énergie pendant une période qui dépasse largement la durée de la nuit martienne. Les batteries qui sont utilisées dans ce but présentent l’inconvénient d’être lourdes, aussi serait-il judicieux de produire une forme de carburant sur place, soit de l’hydrogène, mais là aussi son stockage est assez problématique, non pas à cause des risques d’explosion comme sur Terre où l’oxygène représente 18% de l’air engendrant le danger, sur Mars, le taux tombe à 0,13%, mais en raison du volume qu’il prend à l’état gazeux sous une pression aussi faible. Ou alors nous pourrions peut être essayer de produire des combustibles plus classiques, des huiles, des sucres ou de l’alcool, ainsi que l’oxygène nécessaire à leur combustion et accessoirement à la respiration des astronautes, grâce à des microorganismes, ce qui nous ferait entrer dans le cadre de la révolution biologique dont j’ai parlé plus haut. La chlorophylle est le meilleur outil pour convertir l’énergie solaire en combustible: le bois, le charbon, le pétrole ou le gaz naturel n’existent que grâce à elle. L’oxygène que nous respirons aussi.