Habiter Mars a longtemps été un fantasme futuriste alimenté par la science-fiction. Cependant, les atterrissages réussis au cours du dernier demi-siècle ont rendu cette idée apparemment farfelue de plus en plus plausible.
Les scientifiques doivent comprendre comment construire des structures à des millions de kilomètres de la Terre. L'envoi de roquettes transportant des charges utiles massives de matériaux de construction dans l'espace n'est pas pratique ou abordable. Entrez le Dr Congrui Grace Jin de l'Université Texas A&M.
Jin et ses collègues de l'Université du Nebraska-Lincoln ont travaillé pendant des années sur des matériaux de vie bio-fabriqués et ont développé un système de lichen synthétique qui peut former des matériaux de construction sans intervention extérieure.
Leur dernière étude, publiée dans le Journal of Manufacturing Science and EngineeringApplique cette recherche à la construction autonome des structures sur Mars, en utilisant le régolithe de la planète, qui comprend la poussière, le sable et les roches.
Cette progression a le potentiel de révolutionner la construction extraterrestre en permettant à des structures d'être construites dans les environnements les plus exigeants avec des ressources restreintes.
« Nous pouvons construire une communauté synthétique en imitant les lichens naturels », explique Jin. « Nous avons développé un moyen de construire des lichens synthétiques pour créer des biomatériaux qui collectent des particules de régolithe martienne en structures. Ensuite, grâce à l'impression 3D, un large éventail de structures peut être fabriquée, comme les bâtiments, les maisons et les meubles. »
D'autres ont recherché une variété de méthodes de liaison des particules de régolithe martienne, notamment à base de magnésium, à base de soufre et une création de géopolymères. Pourtant, toutes les méthodes nécessitent une assistance humaine importante et ne sont donc pas possibles avec le manque évident de main-d'œuvre sur Mars.
Une autre approche a été la technologie auto-croissance médiée par microbes. Divers conceptions ont été développées, telles que la biominéralisation bactérienne pour lier les particules de sable dans la maçonnerie, les bactéries uréolytiques pour favoriser la production de carbonate de calcium pour fabriquer des briques et l'exploration par la NASA de l'utilisation du mycélium fongique comme agent de liaison.
Bien que la technologie auto-poussée à médiation microbe soit très prometteuse, les pratiques actuelles ne sont pas complètement autonomes car les microbes utilisés sont limités à une seule espèce ou à une souche, donc leur survie nécessite un approvisionnement continu en nutriments, ce qui signifie que l'intervention extérieure est nécessaire. Encore une fois, le manque de main-d'œuvre sur Mars rend cela difficile.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de Jin a développé une technologie autonome entièrement autonome en concevant une communauté synthétique utilisant les avantages de plusieurs espèces. Ce système élimine le besoin de fournitures de nutriments externes.
La conception utilise des champignons filamenteux hétérotrophes comme producteurs de matériaux de liaison car ils peuvent favoriser de grandes quantités de biominérales et survivre bien mieux aux conditions difficiles que les bactéries hétérotrophes. Ces champignons sont associés à des cyanobactéries diazotrophiques photoautotrophiques pour créer le système de lichen synthétique.
Comment ça marche? Les cyanobactéries diazotrophiques fixent le dioxyde de carbone et le dinitrogène de l'atmosphère et les convertissent en oxygène et nutriments organiques pour aider à la survie et à la croissance des champignons filamenteux et à augmenter la concentration des ions carbonatés par des activités photosynthétiques.
Les champignons filamenteux se lient aux ions métalliques sur les parois des cellules fongiques et servent de sites de nucléation pour la production biominérale, ainsi que d'améliorer la croissance des cyanobactéries en leur fournissant de l'eau, des minéraux et du dioxyde de carbone. Les deux composants sécrètent des biopolymères qui améliorent l'adhésion et la cohésion entre les régolithes martiens et les particules précipitées pour créer un corps consolidé.
Le système se développe avec uniquement le simulant du régolithe martien, l'air, la lumière et un milieu liquide inorganique. En d'autres termes, aucune main-d'œuvre nécessaire.
« Le potentiel de cette technologie de croissance autonome pour permettre une exploration et une colonisation extraterrestres à long terme est importante », déclare Jin.
La prochaine étape du projet, déjà en cours, est la création de Regolith Ink pour imprimer des bio-structures en utilisant la technique d'impression 3D de l'écriture directe de l'encre.
Jin est professeur adjoint dans le programme de technologies mécaniques et de fabrication du Département de technologie de l'ingénierie et de distribution industrielle de la Texas A&M University. Ses collègues chercheurs de l'Université du Nebraska-Lincoln sont le Dr Richard Wilson, Nisha Rokaya et Erin Carr.
