Le projet "NS Hope"
Le quatrième problème, la conservation de la vie ;
Après une approche du premier problème concernant le voyage entre deux étoiles et qui est l’immensité de l’espace et du temps, le second problème étant le comportement Humain, puis celui de la propulsion, voici celui de la conservation de la vie à bord.
Dans cette fiction je pense avoir été très optimiste en pensant à un voyage de (seulement) quarante-neuf ans, arrondi à cinquante avec embarquement, débarquement et qui comprendra quelques mois d’adaptation sur la planète d’accueil et peut-être même quelques années ! Les distances sont telles qu’avoir des informations sur la planète réceptrice sera très fragmentaire, ainsi face à l’inconnu les temps d’adaptation pourraient être très différents. Qu’il y ait une forme de vie ou pas, il sera nécessaire d’y développer une autosuffisance alimentaire, adaptation qui demandera des mois de mise en œuvre et qui sera consommatrice de nutriments, ce qui influera sur la quantité des stocks et la qualité de son renouvellement à bord.
Un vaisseau spatial générationnel est un système écologique fermé qui évolue dans l’espace ; comment préserver les êtres qui le composent et qui seront déployés sur une autre planète ?
Nutriments ;
Ils sont directement assimilables, vivants et donc dégradables.
Dans les pages consacrées au projet Hope, j’ai souligné que le vaisseau aurait dû embarquer un minimum de 506 880 tonnes de consommables, qui, en se basant sur la densité de l’eau, auraient occupé autant de mètres cube ! Ces mètres cube de nutriments déshydratés se représentent en un des plus gros Tanker jamais construit. À noter que ces stocks doivent être accessibles au moins en partie ce qui peut demander plus de place, mais on peut compresser l’air qu’il est possible de stocker extérieurement avec l’eau. Je n’ai ici pas compté les nutriments nécessaires au maintien en vie de végétaux et animaux et autres formes de vie.
Hope c’est environ 7 980 000 mètres cube en habitable, stockage de l’air et eaux en extérieur, ce stock déshydraté occupe toutefois un bon tiers de section habitable (sur 16) à bord, qu’il faut augmenter des accès nécessaires, ce qui porte le tout probablement aux deux tiers d’une section. Un vaisseau de ce type transporte beaucoup de matériel et une flotte de navettes dans ses soutes qui permettront de descendre ce matériel sur place ; matériel du génie, des travaux publics, agricole, du bâtiment, médical etc. Ce matériel, même bien conçu occupe à bord beaucoup de place et l’espace habitable du Hope, c’est aussi des milliers de kilomètres de conduits, une machinerie spécifique à son fonctionnement etc. Hope transporte également 3172 personnes « complètes », des animaux, des plantes qui même sous forme d’embryons, de graines occupent de la place à bord. Il est donc impératif de minimiser les stocks de nutriments.
La conservation d’un aliment varie dans le temps selon le type et qualité de celui-ci. Le système de conservation doit être éprouvé et sans failles avec des sous-niveaux de sécurités qui doivent fonctionner des dizaines d’années sans que l’on puisse enlever ou modifier un des systèmes de sécurité. Il ne doit pas consommer trop d’énergie.
Un vaisseau interstellaire transporte aussi des plantes, de petits animaux, des milliards de bactéries, virus et fungi (champignons). L’ensemble forme le biotope terrestre. Si comme les animaux et les plantes nous offrons le gîte et le couvert aux petits organismes intérieurs, les bactéries avec qui nous avons évolué, un autre ensemble de petits animaux est nécessaire pour faire fonctionner l’ensemble vivant. Les plantes dont nous nous nourrissons ont besoin de bactéries extérieures qui par exemple, aident à leurs nutritions en dégradant la matière organique.
Le genre humain forgé par des millions d’années de coopération avec les végétaux qu’il mangeait à leurs dépens, a créé des plantes par sélection, des préparations culinaires adaptées à son organisme. Les blés de l’antiquité étaient maigres et moins assimilables, le chou sauvage immangeable, une préparation est nécessaire pour consommer des olives, on utilise des bactéries pour la fermentation de boissons, etc. La vie ailleurs si elle existe, n’est probablement pas adaptée à l’organisme humain, du moins dans un premier temps, il est donc nécessaire d’installer un biotope complet à bord d’un vaisseau au long cours, ce biotope devra être entretenu à bord et ensuite sur place.
Le but d’un très long voyage interstellaire est l’installation d’une colonie qui n’aura d’aide de personne ; pas de ravitaillement possible en cours de voyage et certainement aussi à l’arrivée. On a ainsi un stock alimentaire de base et dans le cas d’un voyage très long un renouvellement perpétuel de ce stock. Une production agricole in situ ne sera peut-être pas possible immédiatement, d’où l’importance du renouvellement des stocks a bord avec une machinerie déplaçable sur la planète d’accueil.
Consommer de frais produits serait bénéfique et lierait les voyageurs à leur futur qui sera de produire des produits frais dès leurs arrivés et cela sur place.
Le recyclage de matière organique première est nécessaire ; nourriture, selles, urine. Recyclage des eaux de toilettes et évacuation du dioxyde de carbone de l’air recyclé. Il permettrait aussi d’inclure le biotope terrestre avec par exemple des plantes qui vont filtrer l’air ou l’eau.
Le renouvellement des stocks nécessite une machinerie complexe qui fonctionne sous et sans pesanteur artificielle. Une machinerie fiable, doublée par mesure de sécurité. Le projet MELISSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) ou microsystème écologique de support de la vie, est un exemple réel de ce qui peut être réalisé. La machinerie utilisée occupera de l’espace intérieur, en revanche elle permettra un stock de base moins important et surtout un recyclage de celui-ci. Voir la page des liens extérieurs, section « techniques ».
Le recyclage de l’eau est opérationnel actuellement, cette eau permet après électrolyse d’avoir de l’oxygène avec élimination d’hydrogène. On recycle les selles, l’urine et son azote, les eaux grises.
Le dioxyde de carbone est piégé par des filtres et éjecté dans l’espace. Il est possible de récupérer ce cO2, de le convertir en eau pour avoir de l’oxygène en éliminant du méthane avec son rejet.
Si l’on veut ne rien perdre et sur le long terme c’est vital, le système doit être autonome et avoir un cycle complet. Un exemple est celui que nous connaissons sur la Terre avec recyclage naturel de la matière organique, avec production de celle-ci, sa dégradation et son renouvellement.
Les nouveaux systèmes de support de la vie intègrent un recyclage complet, indispensable à un voyage interstellaire et peuplement d’une exoplanète. Ces systèmes resteront opérationnels sur une exoplanète et cela de façon étanche a celle-ci. Le système ne s’ouvrira à un autre environnement, un autre biotope, que progressivement. À bord il sera le support d’une agriculture très technique ou la place de chaque plante sera prévue d’avance avec son alimentation en eau, sels minéraux et spectre lumineux spécifique.
Peut-on recycler de la matière organique après des dizaines d’années de cycles ? L’écosystème Terre est vaste, toutefois on ne part pas ici avec un handicap, la pollution.
Sur place les options agricoles ne seront pas comparables à celles usitées sur Terre ; pratiques, matériels, plantes et animaux différents génétiquement. Le matériel sera léger, alimenté par batterie, solide et facilement réparable. Les premières pratiques agricoles seront des séries d’essais faits avec des plantes modifiées par sélection ou génétiquement et soumises aux contraintes du lieu d’accueil.
Les êtres vivants ;
Un corps qui dort ou est au repos consomme bien moins d’énergie, ainsi on devrait beaucoup dormir à bord d’un vaisseau interstellaire qui fonctionne de manière autonome. J’ai envisagé à bord du Hope de faire dormir mes héros en capsule de biostase pour des périodes qui en milieu de parcours frôlent avec le semestre. Cette dormance imposée n’est pas sans consommer des nutriments, car le corps vivant d’un mammifère doit se renouveler ; L’ours qui hiberne le fait avec la graisse qu’il accumule aux beaux jours. Je crois que la mise en dormance économiserait bien de ces nutriments dont nous avons tant besoin.
Cryoconservation ;
La solution ultime au voyage très long serait celle dont on a un aperçu avec le monde des plantes ; la graine ou plus précisément la conservation des caractères génétiques d’un être à un niveau de base et non l’individu entier. L’eau dont en bonne partie nous sommes faits, réagit au froid en augmentant de volume, les cristaux de glace percent les parois des cellules et les tuent. Remplacer cette eau semble la solution avec une sorte d’antigel, encore faut-il que ce liquide vise toutes les molécules d’eau d’un organisme entier et que la mise en température soit égale partout ! Un organisme entier a des parties différentes des autres, ces organes ont des besoins divers. Aucun organe n’a été remis en température sans présenter de lésions, quid d’un cerveau ? Cryogénisation ; Attendre des techniques du futur qu’elles parviennent à réparer l’irréparable est simplement stupide.
À l’échelle d’un embryon humain qui ne concerne que quelques cellules, cette pratique existe déjà avec la conservation de l’embryon dans l’azote liquide et permet la reprise du processus de développement, encore faut-il dans le cas du voyage sidéral, arriver ensuite à poursuivre ce développement. L’ovocyte, le sperme est aussi Cryoconservable.
Cryoconservation complète ;
Un exemple fascinant ; Au Canada la grenouille des bois en hiver entre en état de biostase réel en transformant une partie de son métabolisme, ce qui permet un ralentissement de celui-ci. L’hiver arrive et ne part pas d’un jour à l’autre, le système permet aussi des phases de remise en biostase temporaire, toutefois la remise en vie n’est pas certaine. Le processus semble élaboré, mais la vie avance en aveugle et ne choisit pas toujours la bonne solution ou en préfère d’autres.
Cette grenouille a un cerveau, certes très petit, mais elle arrive à le préserver ! Il y a donc une solution au problème de conservation d’un cerveau qui est peut-être pour l’humain de le maintenir à un degré de température plus élevé que le reste des parties. Un cerveau évolue avec le corps qui le protège, c’est un ensemble et non deux entités distinctes, le séparer de celui-ci n’est pas possible.
Un cerveau évolue dans le temps et les métadonnées qu’il contient, censés représenter la conscience d’un être, ne sont transposables sur un Android que par apprentissage et il ne s’agit que d’informations, idem des êtres similairement biologiques ; une conscience modifiée en permanence, est une somme qui ne se chiffre pas par des 0 ou des 1 !
Résistance extrême ;
De petits organismes très résistants sont actuellement à l’étude, (blob, Tardigrade) ; ils permettront peut-être chez l’humain le développement de résistances plus importantes à certaines contraintes environnementales. Ils pourraient être, en cas de terraformation d’une exoplanète, quelque des premiers organismes à coloniser un espace vierge de toute vie.
Biostase ;
Wikipedia : La biostase ou animation suspendue est un état assimilable à l'hibernation qui est aussi appelé « arrêt réversible de la vie ».
Nexialisme ; Concept qui veut que tant qu’un certain niveau interdisciplinaire de science exacte n’a pas été atteint, on ne puisse réaliser de projets complexes.
La maîtrise de la conservation d’un ensemble vivant complexe nécessite la maîtrise très poussée de sciences comme la médecine, la chimie organique, la biologie et neurobiologie etc. L’ensemble de ces disciplines doit être de niveau équivalent et partagé.
En admettant qu’on puisse maintenir un corps en vie, ses fonctions vitales, pourra-t-il recouvrer toutes les facultés qu’il avait avant ; la marche, la vue, etc. sans un minimum d’entraînement, surtout après une période de plusieurs mois voire plusieurs années ?
On sort d’un coma après plusieurs semaines, des mois, jamais des années sans mourir. Pendant plusieurs mois, le sujet doit tout réapprendre : parler, manger, respirer. Le coma temporaire artificiel est un état anormal et donc peu envisageable pour la biostase.
État végétatif provoqué ; En biostase il n’est pas permis d’avoir des lésions cérébrales ou autres. La phase végétative voit fonctionner au ralenti, cœur, poumons, reins etc. le sujet a besoin d’être alimenté et hydraté et ne répond pas aux sollicitations. Il ne doit pas se réveiller de lui-même et sortir d'un état de torpeur seul, ainsi serait maintenu cet état végétatif qui comprend donc un temps de réadaptation surveillé.
Chez les mammifères le corps hibernant est en insuffisance cardiaque, respiratoire, rénale, l’ours ralentit son métabolisme de 75 % en abaissant sa température de seulement quelques degrés et sort de sa léthargie sans séquelles.
Sous biostase est-il judicieux de maintenir un état de conscience minimale, pour de courtes périodes peut-être ? Des périodes de biostase alternative, le mois par exemple, ne serait-elle pas mieux supportée ? Des périodes de sommeil plus longues, ne seraient-elles pas intéressantes à appliquer ?
Sous apesanteur un corps demande des exercices physiques pour se maintenir en état, sous pesanteur aussi en période d’éveil, mais sous état végétatif qu’en est-il ? A bord du « Hope » les passagers en biostase sont placés dans des cabines cylindriques ou ils baignent dans un liquide en étant reliés au système par perfusion, ce qui leur permet des mouvements, des mouvements qu’on peut exécuter avec un exosquelette lié au corps et piloté par une IA.
Sous biostase on alimente un corps et on supprime les toxines qu’il produit, il s’agit d’un échange perpétuel.
La vie éternelle ;
Elle ne résoudrait pas le problème nutritionnel, et ferait face à des problèmes psychiques destructeurs. Sur Terre, sans même s’en apercevoir l’infini est au-dessus de non tètes et s’il y a effectivement un infini sur un vaisseau spatial il reste à l’extérieur de celui-ci en étant mortel. La vie psychique dans une ville fermée a cet espace infini serait difficile. Un vaisseau interplanétaire devrait être immense pour être plaisant a des individus pouvant vivre plusieurs centaines d’années. Le coût d’un tel vaisseau étant exorbitant il ne sera pas construit, mais on peut mettre en biostase des organismes aux capacités exceptionnelles.
Bien-être ;
Il se cadre au niveau environnemental, des bactéries aux êtres complexes. Un environnement modifié va pousser les bactéries, les champignons microscopiques à muter pour s’adapter et ces mutations pourraient déséquilibrer l’écosystème clos d’un vaisseau spatial.
Les plantes, comme les animaux et le genre humain, ont évolué sur Terre et ne sont pas adaptées à l’impesanteur ou à la lumière d’un soleil non filtrée par l’atmosphère, un taux de certains gaz trop faible ou trop élevé ; il est donc indispensable de maintenir sain l’écosystème d’un vaisseau spatial.
La spécificité des animaux évolués et du genre humain, nécessite un environnement physique plus élaboré, seulement nécessaire au bien-être mental, comme une ligne d’horizon la plus lointaine possible, des repas différenciés, un éclairage suffisant, des sons agréables, des vêtements propres etc.
L’échange cordial inter espèce concerne animaux et humains et nécessite des individus adaptés aux situations les plus diverses. « Biosphère 2 » a aussi prouvé les difficultés des échanges humains.
Système écologique fermé ;
C’est un écosystème qui ne réalise pas d'échanges de matière avec l'extérieur. La première expérience de ce type a été préparée avant le débarquement sur la Lune et réalisé dans les années 70, en Russie.
L’expérience « Biosphère » (1991-1993) en Arizona a prouvé la fragilité d’un système hermétique, de surcroît développé en pesanteur terrestre avec un facteur d’ensoleillement bien terrestre lui aussi qui n’en fait pas vraiment un système écologique clos, puisque l'énergie lumineuse (lumière et chaleur) peut entrer et sortir du système. L’espace interplanétaire ne permet pas de recevoir l’énergie stellaire nécessaire au fonctionnement de la photosynthèse, il en est de même de l’énergie calorifique. Ces énergies seront produites dans le vaisseau ; exit la fiction des serres de l’espace.
« Biosphère » comprenait sept écosystèmes et une microville répartis sur 1,41 hectare. Huit personnes l’ont habité pendant deux ans en produisant leur nourriture. Voir la page des liens extérieurs, section « techniques ».
Sur Terre l’écosystème est suffisamment grand pour absorber les variations qu’il peut subir, mais a une échelle bien moindre est-ce possible, peut-il être maintenu plusieurs décennies sans présenter d’irréversibles variations ?
Gravité artificielle;
Sur Terre la gravité subie est verticale et suit aussi un mouvement dû à la rotation de la Terre. Une force nous projette vers l’espace que rattrape la gravité terrestre.
L’absence de pesanteur a des effets néfastes sur le corps humain qui est adapté à son environnement qui l’a façonné au cours des millions d’années de son évolution. Les os s’allongent, leurs jonctions se détendent, les muscles perdent du volume, le système cardiovasculaire s’affaiblit, le système vestibulaire non sollicité va entraîner des perturbations comme une sous-estimation des distances, perception du temps erronée. L’absence de pesanteur laisse remonter les fluides dans le haut du corps, le cerveau se déplace, comme certains organes etc. Le corps humain tente de s’adapter. Pour de très longs voyages il est nécessaire de créer une gravitation artificielle.
Gravité par rotation ; Le module cylindrique doit avoir un diamètre minimal. Plus on se rapproche de l’axe central, plus la gravité diminue. Pour cette raison à bord du Hope j’ai supprimé les étages supérieurs qui du reste, auraient une courbe de lignes très, puis trop accentuée. Une force d’inertie opposée au sens de rotation du système pourrait être une gêne. Les étages de gravité font que la tête et les pieds ne subissent pas la même gravité ce qui sur Terre n’est pas sensible, mais l’est ici. Pour fonctionner les aires ou s’établit cette gravitation doivent être pressurisées. À bord du Hope c’est ce type de gravité qui est mise à l’œuvre quand il est en orbite stationnaire autour d’une planète.
Gravité par poussée ; Elle est liée à une accélération continuelle. À bord du Hope c’est ce type de gravité qui est mise à l’œuvre quand il voyage.
Gravité par Force de marée ; Deux masses liées par un câble ou un tube sont en rotation.
Gravité du système receveur ; La planète d’accueil aura sa propre gravité qui ne sera pas évitable et les corps vivants devront s’y adapter plus ou moins naturellement. Les pionniers devront accepter des changements de leurs corps qui pourront être majeurs, avec des effets physiologiques définitifs.
Protection extérieure ;
L’espace, vide a notre échelle, est parcouru de particules à haute énergie néfaste à la vie. Certaines parties d’un système planétaire sont d’une densité plus élevée produite par la présence d’astéroïdes, de comètes. L’espace interstellaire contient des poussières qui seraient abrasives sur la coque d’un vaisseau spatial.
Un vaisseau au long cours devra assurer une protection contre les particules à haute énergie et une protection efficace face aux petits objets non absorbés encore par les planètes. L’étanchéité externe devra être assurée sur la très longue durée d’un voyage, un cloisonnement interne lourd et léger sera nécessaire. Une détection longue distance est nécessaire ainsi qu’un système de déviation efficace.
Didier Groux.
