Colonisation spatiale : transformer l’urine en engrais pour faciliter la future agriculture martienne

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| SpaceTech/Getty

La recherche active dans le domaine de l’exploration spatiale par des institutions publiques comme privées rend la perspective de coloniser Mars plus réelle et imminente que jamais. Toutefois, avant de commencer à installer des bases sur la planète rouge, ou n’importe quel autre monde lointain, certains problèmes et nécessités doivent être pris en compte. C’est notamment le cas de l’autosuffisance alimentaire des colons. Comment développer une agriculture durable et efficace ? Et comment se passer de déchets animaux pour produire des engrais ? Une équipe de chercheurs japonais a répondu à ces questions en développant un système permettant de synthétiser de l’engrais liquide à partir d’urine, réglant ainsi également le problème du retraitement/réutilisation des déchets humains.

L’un des principaux défis auxquels est confrontée toute colonie à long terme, que ce soit dans l’Antarctique ou sur Mars (peut-être dans un proche avenir), est d’atteindre un certain degré d’autonomie, pour permettre à des colonies isolées de survivre même en cas d’accident catastrophique concernant l’approvisionnement. Et la clé pour atteindre cette autonomie est d’assurer la suffisance alimentaire et l’autosuffisance.

Il n’est donc pas surprenant que la technologie de l’agriculture spatiale soit l’un des sujets de recherche actuellement entrepris par le Centre de recherche sur la colonie spatiale de l’Université des sciences de Tokyo. Les chercheurs espèrent ici être le fer de lance du développement technologique pour une agriculture spatiale sûre et durable — dans le but de soutenir les humains pendant longtemps dans un environnement extrêmement fermé comme une station spatiale ou une base planétaire.

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Un système relativement simple pour transformer l’urine en engrais

Conscients que les agriculteurs utilisent les déchets animaux comme engrais depuis des milliers d’années, comme riche source d’azote, Suzuki et son équipe ont étudié la possibilité d’utiliser l’urée (le principal composant de l’urine) pour produire un engrais liquide. Cela permettrait également de résoudre simultanément le problème du traitement ou de la gestion des déchets humains dans l’espace.

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Schéma du protocole expérimental utilisé par les chercheurs. © N. Suzuki et al. 2020

Comme l’explique Suzuki, « ce processus est intéressant du point de vue de la fabrication d’un produit utile, c’est-à-dire de l’ammoniac, à partir d’un déchet (l’urine), en utilisant un équipement commun à pression atmosphérique et à température ambiante ». L’équipe de recherche a mis au point un processus « électrochimique » pour dériver des ions ammonium (couramment trouvés dans les engrais standard) à partir d’un échantillon d’urine artificielle.

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Leur configuration expérimentale était simple : d’un côté, il y avait une cellule « de réaction », avec une électrode de « diamant dopé au bore » (BDD) et un catalyseur inductible à la lumière ou un matériau « photocatalyseur » en dioxyde de titane. De l’autre, il y avait une contre-cellule avec une simple électrode en platine. Lorsque le courant passe dans la cellule de réaction, l’urée est oxydée, formant des ions ammonium.

Des engrais et des éléments nutritifs obtenus grâce à l’urine

L’équipe de recherche a ensuite examiné si la cellule serait plus efficace en présence du photocatalyseur, en comparant la réaction de la cellule avec et sans elle. Ils ont constaté que si l’épuisement initial de l’urée était plus ou moins le même, les ions à base d’azote produits variaient à la fois dans le temps et dans la distribution lorsque le photocatalyseur était introduit. Notamment, la concentration des ions nitrite et nitrate n’était pas aussi élevée en présence du photocatalyseur. Cela suggère que la présence du photocatalyseur a favorisé la formation d’ions ammonium.

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Évolution de la concentration des différents ions d’intérêt dans la cellule de réaction (a) et la contre-cellule (b). © N. Suzuki et al. 2020

« Nous prévoyons de réaliser l’expérience avec des échantillons d’urine réels, car elle contient non seulement des éléments primaires (phosphore, azote, potassium), mais aussi des éléments secondaires (soufre, calcium, magnésium) qui sont vitaux pour la nutrition des plantes », ajoute Suzuki. Par conséquent, Suzuki et son équipe sont optimistes quant au fait que cette méthode fournit une base solide pour la fabrication d’engrais liquide dans des espaces clos et, comme le fait remarquer l’équipe, elle s’avérera utile pour maintenir un séjour à long terme dans des espaces très fermés tels que les stations spatiales.

Sources : New Journal of Chemistry

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