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Introduction
Explication du concept de l'exposition
Cette exposition comporte 6 thèmes différents et complémentaires qui vont permettre de découvrir la place qu'occupe déjà la biologie dans l'exploration spatiale et celle qu'elle pourrait occuper dans les années à venir.
Pour passer d'un thème à un autre, faites défiler en utilisant la flèche
À la fin de chaque thème, il vous est proposé d'aller plus loin, en vous présentant des "fun facts" et des quiz sur le thème considéré.
Pour y accéder, appuyer sur
Vous pourrez ensuite revenir au défilement des thèmes en cliquant sur
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indiquent que vous suivez le fil principal de l'exposition.
Thème 1 : Les microbes dans la conquête spatiale
Thème 1 : Les microbes dans la conquête spatiale
Découvrir l’espace et ses secrets est un défi pour l’homme depuis des centaines d’années. À chacune de ses excursions dans l’espace, l’homme transporte avec lui une large diversité de microorganismes et ce, malgré les efforts déployés pour éviter ce phénomène.
Nombre de ces bactéries proviennent même directement de notre corps.
Certains microorganismes déjà sur terre sont capables de résister à des températures et des pressions extrêmes dans des conditions similaires aux conditions spatiales. C’est également ce qu’a prouvé une expérience de 18 mois dans l’espace menée à bord de l’ISS en 2018.
Mais... Avant tout...
Thème 1 : Les microbes dans la conquête spatiale
...un microorganisme, c’est quoi ?
Microorganismes
Ce sont des organismes microscopiques unicellulaires. Ils mesurent entre 1 à 5 µm. Ils sont extrêmement divers. On les retrouve dans tous les habitats où certains peuvent résister à des conditions extrêmes (température, pH, salinité, pression…). Néanmoins… Aucun microorganisme originaire de l’espace n’a encore été découvert.
Thème 1 : Les microbes dans la conquête spatiale
Un micromètre, c'est quoi?
Thème 1 : Les microbes dans la conquête spatiale
Microorganismes
Certains microorganismes possèdent un “noyau”, membrane contenant l’information génétique, ils sont appelés eucaryotes. Les microorganismes dépourvus de ce noyau sont nommés procaryotes. L’information génétique des procaryotes est alors libre dans la cellule.
Thème 1 : Les microbes dans la conquête spatiale
Clique sur chacune des boîtes pour voir quel microorganisme elle contient !
Nécessaires à notre santé et bien-être !
Dans notre corps
Dans la grande majorité des cas, les microorganismes ne sont pas pathogènes (ne provoquent pas de maladies) nous les utilisons d'ailleurs en permanence dans notre quotidien.
Sur notre peau ou dans notre nez, leur seule présence nous protège des agents pathogènes. Dans nos intestins, ils nous aident également à digérer.
Cela est dû à nos microbiotes. Lorsque des populations différentes de microorganismes poussent de façon symbiotique (association à bénéfice réciproque) on appelle ça un microbiote, on en retrouve dans les intestins, le vagin ou encore dans notre nez, et nos poumons.
Nécessaires à notre santé et bien-être !
Applications industrielles
Les microorganismes sont très utilisés en industrie, et notamment en industrie agroalimentaire. Ils permettent ainsi la production de beaucoup de nos produits quotidiens. Parmi ces derniers on peut citer le fromage ou les yaourts, fabriqués à l’aide de bactéries, ou encore la bière et le pain, fabriqués à l’aide de levures.
Une solution d’avenir pour les futures explorations spatiales ?
Les contraintes à respecter lors d’un voyage habité de longue durée dans l’espace sont multiples. La taille et le poids des objets embarqués ainsi que leur consommation en ressources sont parmi les contraintes les plus essentielles. Les microorganismes par leur petite taille et leur capacité à pousser sur ressources secondaires ou sur des déchets permettent de répondre à ces contraintes. Certains projets utilisant les microorganismes afin de recréer un écosystème terrestre dans un vaisseau sont déjà en train d’être mis en œuvre. Parmi ces projets on peut notamment citer le projet MELiSSA de l’ESA (European Space Agency).
Le projet iGEMINI créé cette année par notre équipe s’inscrit également dans cette problématique.
Le saviez vous ?
56 % des cellules dans notre corps sont des microorganismes !
Quiz : A vous de jouer !!!
Quels sont les 3 types de microorganismes présentés précédemment ?
- Les bactéries, les champignons filamenteux et les algues unicellulaires
- Les archées, les bactéries et les champignons filamenteux
- Les levures, les bactéries et les champignons filamenteux
- Les cellules, les bactéries et les champignons filamenteux
Nébuleuse de la Flamme & Nébuleuse de la Tête de Cheval (NGC2024, IC434)
Observable dans la constellation d’Orion
Alnitak et Orionis sont deux étoiles qui rayonnent et ionisent les atomes d’hydrogène présents dans les nébuleuses. Ces derniers émettent à leur tour dans le rouge. Les zones sombres des nébuleuses sont des nuages denses de gaz et de poussière qui absorbent le rayonnement rougeâtre. Ainsi, à gauche on distingue la Nébuleuse de la Flamme et à droite, un peu plus dans l’obscurité, se dessine une tête de cheval.
Thème 2: La biologie synthétique
Dans le thème précédent, on a pu constater que les microorganismes pourraient être une solution d’avenir pour la conquête spatiale. Cependant, naturellement leurs fonctionnalités sont limitées. C’est ici qu’intervient la biologie synthétique !
Thème 2: La biologie synthétique
La biologie de synthèse combine la biologie et des approches artificielles dans le but de concevoir et de construire de nouveaux systèmes biologiques.
La biologie synthétique a deux objectifs principaux :
- Améliorer notre compréhension des systèmes biologiques
- Construire des organismes avec des nouvelles fonctions biologiques
Thème 2: La biologie synthétique
Depuis 1953 et la résolution de la structure de l’ADN , les humains ont enfin eu accès à la structure et l’étude du génome. De nos jours, on peut couper et coller des parties d’ADN comme des pièces de lego pour créer des nouvelles fonctionnalités : c’est la biologie synthétique. On ne peut toutefois pas dissocier la biologie synthétique de la réflexion éthique sous-jacente, indispensable à la manipulation génétique de microorganismes.
La biologie synthétique
La cellule
Toutes les cellules possèdent de l’ADN, qu’elles soient animales ou bactériennes. De nombreux virus contiennent également de l’ADN.
L'ADN
Grosse molécule présente dans toutes les cellules et composée d'une succession de “nucléotides” (adénosine, cytidine, guanosine, thymidine).
Les gènes
La succession de ces quatre blocs (A, T, C, G) dans un ordre très précis forment des gènes.
Un chromosome
L'enchaînement des gènes constituent un chromosome.
Le génome
L’ensemble des gènes et chromosomes forment le génome de chaque individu.
Quelques exemples d'applications de la biologie de synthèse
Les applications de la biologie de synthèse
zoom sur l'insuline
Les insulines sont des hormones protéiques, synthétisées et sécrétées par le pancréas, elles régulent le taux de sucre dans le sang (glycémie) et permettent son utilisation par les organes. Des dysfonctionnements de leur synthèse ou de leurs actions sont à l’origine des diabètes. Depuis le début des années 1980, les insulines sont synthétisées par des organismes modifiés par biologie synthétique. La plupart des pays ont ainsi abandonné la préparation d’insulines à partir de pancréas de bœuf dans les suites de la maladie de la vache folle, bien qu’aucun cas de transmission de virus par les insulines n’ait jamais été observé. Cet exemple illustre bien le principe éthique de la biologie synthétique. En effet l’avantage apporté par la biologie synthétique dans cette application est plus grand que le risque lié à la modification génétique de microorganismes.
Le saviez vous ?
Déplié, l’ADN de nos cellules fait environ 2m de long. En mettant bout à bout tous les ADN de chacune de nos 38 000 milliards de cellules, on construirait un fil de 78,5 milliards de km de long, soit environ 525 fois la distance Terre-Soleil (150 millions de km).
Quiz : A vous de jouer !!!
La biologie de synthèse consiste à :
- Couper et coller des parties d’ADN, comme des pièces de lego, pour créer des nouvelles fonctionnalités
- Améliorer notre compréhension des systèmes biologiques
- Étudier des structures biologique de très petites tailles
- Construire des organismes avec des nouvelles fonctions biologiques
Nébuleuse Trifide (M20)
Observable dans la constellation du Sagittaire
Se situant à 5200 années-lumière, cette nébuleuse bicolore est voisine de la Nébuleuse de la Lagune.
Thème 3 : De l’exploration spatiale à la Terre
De nombreux outils de notre quotidien ont été tout d’abord inventés à des fins d’exploration spatiale. Aujourd’hui ces objets font partie de notre quotidien et ont permi de considérables progrès scientifiques.
Quelles inventions nous reste-t-il à découvrir ?
Thème 3 : De l’exploration spatiale à la Terre
Le vide spatial est un environnement extrême et hostile ne contenant que très peu de ressources, ce qui oblige alors l’Homme à développer des technologies et mène à la création de systèmes fermés et optimisés de gestion de ressources. Certaines de ces nouvelles technologies spatiales s’inspirent et s’apparentent à des écosystèmes terrestres.
Thème 3 : De l’exploration spatiale à la Terre
L'exemple du projet MELiSSA
Le projet MELiSSA a été mis en œuvre pour les voyages spatiaux. Comme on peut le voir sur l’image de gauche, c’est un système qui permet de recycler tous les déchets de façon cyclique, créant ainsi un écosystème fermé. Le système est composé de plusieurs compartiments (réacteurs biologiques) contenants différentes bactéries. Les microorganismes transforment les déchets en nourriture, en eau et en O2 et subsistent ainsi en système fermé, sans avoir besoin d’autres ressources que leurs propres déchets. Certains compartiments sont testés sur Terre, au Congo par exemple où les ressources sont pauvres, afin notamment de recycler au maximum les ressources disponibles.
La bactérie star de ce projet est la Spirulina platensis. Par photosynthèse, elle peut synthétiser de l’oxygène, de la vitamine A et des minéraux. De plus, elle constitue à elle seule une source de protéine, de sucre et de gras !
Quand les technologies spatiales retournent sur terre
La technologie Nike Air aussi !
Une technologie similaire à celle développée pour la construction des combinaisons des astronautes !
Couverture de survie
Ces feuilles métalliques sont utilisées sur Terre pour protéger des températures, notamment en métallurgie. Cette technologie dérive de matériaux isolants légers que la NASA a développés pour protéger les vaisseaux spatiaux et les astronautes.
La technologie sans fil
Les casques sans fil ont été inventés par la NASA pour permettre aux astronautes de communiquer sans fil !
Système de purification d’eau
En 1960, la NASA a créé un iodateur électrolytique à l'argent pour purifier l’eau que boivent les astronautes. Cette technologie est maintenant largement utilisée pour tuer les bactéries dans les piscines de loisirs.
Le saviez vous ?
Notre projet iGEMINI aussi est un dispositif conçu pour l’espace qui pourrait avoir des applications sur terre, notamment pour contrer les carences en vitamines A dans les pays touchés par cette problématique !
Quiz : A vous de jouer !!!
Parmi les dispositifs ci-dessous, lesquels ont été créés en premier lieu pour l’espace ?
- Caméra des téléphones portables
- Tondeuse à gazon
- La technologie Nike air
- Talkie Walkie
Galaxie d’Andromède (M31)
Observable dans la constellation d’Andromède
Cette galaxie est la galaxie spirale la plus proche de la Voie Lactée et se trouve à 2,5 millions d’années-lumière. La Galaxie d’Andromède se rapproche peu à peu de notre Voie Lactée sous l’effet de la gravité… mais on a encore un peu de temps, selon la NASA la collision est attendue pour dans 4,5 milliards d’années !
Thème 4 : Le recyclage dans la station spatiale
Le recyclage, une nécessité
Les voyages de longues durées dans l’espace nécessitent de concevoir des navettes complètement autonomes en terme de ressources. En effet, il est impossible en considérant leur volume et leur coût d’imaginer transporter la quantité d’oxygène et d’eau nécessaire aux astronautes sur de longues périodes de temps. Le recyclage devient alors indispensable.
Thème 4 : Le recyclage dans la station spatiale
Thème 4 : Le recyclage dans la station spatiale
Recyclage de l'O2 dans le vaisseau spatial
Dans les vaisseaux spatiaux, l'O2 est généré par l'électrolyse de l'eau. Le CO2 résultant de la respiration des astronautes est ensuite réutilisé dans la réaction chimique de Sabatier qui permet de produire de l’eau à partir des déchets gazeux (H2 + CO2) relargués lors des étapes précédentes, permettant ainsi de fermer en partie le cycle.
Recyclage de l'eau dans le vaisseau spatial
Le système de récupération et de gestion de l'eau de la Station (ISS) assure la disponibilité d'eau potable pour la désaltération et l'hygiène de l'équipage mais aussi la production d'oxygène, la chasse d’eau des toilettes etc...
On observe cependant que du CH4 est relargué dans l’espace. Notre cycle n’est pas fermé. C’est pourquoi un ravitaillement en eau est absolument nécessaire à l’heure actuelle dans la station spatiale.
La biologie, une solution possible pour l’avenir du recyclage dans l’espace ?
Utilisation de la biologie dans le recyclage de l’eau
Des systèmes de traitement biologique de l’eau sont actuellement développés par le laboratoire ELS (Exploration Life Support de la NASA), afin de purifier l’eau en détruisant les contaminants qu’elle contient.
Utilisation de plantes pour le recyclage
et la production d’O2
Une possibilité de répondre à cette problématique est l’utilisation de plantes mais les exigences des plantes sont grandes (espace, masse, eau, nutriments…) et difficiles à gérer dans l’état actuel des connaissances.
La biologie, une solution pour l’avenir du recyclage dans l’espace ?
Les méthodes actuelles d’élimination des déchets à bord de la Station Spatiale Internationale reposent sur le traitement manuel des déchets par les astronautes, leur mise en sac et leur chargement dans un véhicule désigné pour un stockage à court terme qui, selon le vaisseau spatial, soit renvoie les déchets sur Terre, soit les brûle dans l’atmosphère. Cette méthode d’élimination ne sera pas possible pour les missions au-delà de l’orbite terrestre basse.
Le traitement des déchets lors de voyages spatiaux de longue durée pose un réel problème, car les déchets ne peuvent pas être simplement relâchés dans l’espace par un sas.
En effet, la trajectoire des déchets largués pourrait venir intercepter celle de la navette, ce qui l’endommagerait à coup sûr. Une deuxième option en cours d’évaluation consiste à convertir les déchets en gaz utiles qui seront soit évacués dans l’espace, soit utilisés dans divers systèmes de propulsion.
Le saviez vous ?
Plus de 30 tonnes d’approvisionnement en eau et O2 seraient requises pour une mission habitée vers Mars!
Quiz : A vous de jouer !!!
Dites si les affirmations suivantes sont vraies ou fausses :
L’O2 respiré par les astronautes dans la station est produit à partir d’eau et d'lectricité :
Vrai
Faux
L’urine des astronautes, leur sueur et l’humidité de la station sont recyclées pour récupérer de l’eau :
Vrai
Faux
Nébuleuse d’Orion (M42)
Constellation : Orion
Ce nuage de gaz et de poussières est une pouponnière d’étoiles et contient en son centre une bulle de gaz à une température de 2 millions de degrés Celsius. Dans la mythologie grecque, Orion est un chasseur géant beau et violent qui a dû se battre avec un Scorpion avant que ce dernier ne tue le géant. Cela expliquerait pourquoi la constellation du Scorpion meurtrier se trouve à l’opposé de celle d’Orion.
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
7h30 : Communication avec la Terre
Apres s’être levé aux alentours de 6H/6h30, l’astronaute fait sa toilette puis il prend un petit-déjeuner tout en lisant le planning du jour.
À 7h30, le centre de contrôle établit le contact avec les astronautes afin de discuter de l’ordre du jour.
La communication se fait via des satellites géostationnaires (situés à 36 000 km d’altitude, ce qui leur permet de rester fixés au-dessus d’un point sur Terre). Il existe plusieurs constellations de satellites de communication.
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
8h : Travail à bord de la station
Les astronautes consacrent la moitié de leur temps à la recherche scientifique. Le laboratoire de la station est situé dans le module Destiny. La situation particulière des astronautes en microgravité leur permet d’effectuer des expériences qui seraient impossibles à réaliser sur Terre.
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
13h : Déjeuner
Le repas du midi est rapide et solitaire. « Chacun attrape l’équivalent spatial d’un sandwich, pour se replonger ensuite dans ses activités », explique Thomas Pesquet.
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
14h : Maintenance de la station
L’ISS étant le lieu de vie des astronautes, elle a besoin d’être entretenue comme une maison afin d’éviter le développement de bactéries, de champignons, etc.
En plus de cette plage horaire journalière, le samedi est aussi dédié aux tâches ménagères pour tout l’équipage.
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
17h : Sport
Chaque astronaute doit participer à une séance de sport de deux heures prévues par jour afin d’éviter la perte de masse musculaire et osseuse durant sa mission.
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
19h15 : Communication avec la Terre
Débriefing de la journée
Thème 5: La journée type des astronautes à bord de l’ISS
19h30 : Temps libre
Les astronautes utilisent le temps libre pour communiquer avec leurs proches ou s’adonner à diverses activités (séries, musique, lecture…). Une des activités phares est la photographie. Le soir permet aussi de partager un repas convivial autour d’une table, ce qui donne lieu à des photos plutôt comiques avec de la nourriture flottante.
Les astronautes, rois du confinement
Pendant toute la durée de leur mission les astronautes vivent à bord de la station, dans une surface très restreinte à cinq. Par ailleurs, des compartiments de 0,6 m² chacun leur permettent d’avoir un peu d’intimité. Ce petit espace est aussi le lieu où ils dorment et communiquent avec leur famille. Les sorties extravéhiculaires sont un des rares événements où les astronautes peuvent sortir de la station et briser le confinement.
Le saviez vous ?
Les astronautes peuvent observer jusqu’à 16 couchers de soleil par jour !
Quiz : A vous de jouer !!!
Relie les heures aux bonnes activitées :
Galaxie du Sombrero (M104)
Observable dans la constellation de la Vierge.
Avec sa forme de chapeau mexicain on peut facilement l’identifier ! Cette limitation sombre est en fait due à une bande de poussières qui donne l’impression que la galaxie est coupée en deux. Cette dernière abrite un trou noir supermassif en son centre qui aurait une masse un milliard de fois plus grande que celle du Soleil.
Thème 6 : La biologie de synthèse dans l'espace
Depuis des décennies, la conquête de l’espace fascine et stimule les scientifiques. C’est avec des technologies toujours plus évoluées que l’homme tente de percer les mystères de l’espace. Les voyages spatiaux sont appelés à durer de plus en plus longtemps, ce rêve nous mènera-t-il bientôt sur Mars ? La biologie synthétique pourrait être un premier élément de réponse...
Qu’est-ce que la biologie de synthèse peut apporter à l’exploration spatiale ? Elle nous permet d’apporter de nouvelles propriétés et fonctions aux microorganismes qui deviennent alors de vrais couteaux-suisses. Par exemple, ces derniers peuvent être cultivés pour produire de la nourriture. Ils ne prennent pas de place par rapport aux moyens de productions de nourriture conventionnels, c’est donc un avantage dans un espace si étroit comme un vaisseau spatial !
Thème 6 : La biologie de synthèse dans l'espace
Quelques exemples de microorganismes usines
Les microorganismes produisent déjà de nos jours des molécules d’intérêts dont les applications recouvrent les domaines de la pharmacologie, des carburants et des matériaux.
Un des challenges à l’avenir est d’appliquer ces domaines à la conquête spatiale
Biomatériaux
Production de biomatériaux robustes et fiables.
Il existe, par exemple, des matériaux “intelligents” utilisés dans le monde médical (implants etc….). Ce type de matériau pourrait trouver, à terme, son application dans l’espace.
Projet iGEMINI
Des levures nutritives enrichies en provitamine A avec différents goûts pour les astronautes.
Compléments nutritifs
Les microorganismes comme les levures ou les cyanobactéries sont des sources de nutriments (vitamines, protéines, lipides). Les projets MELiSSA et iGEMINI exploitent cette propriété afin de complémenter l’alimentation des astronautes.
L’importance de l’éthique en biologie synthétique
Ethique et réglementation
Eh non, on ne fait pas n’importe quoi avec les êtres vivants !!
Tout projet se doit d’intégrer une dimension éthique. Dans le cadre de la biologie synthétique il est d’autant plus important de questionner le ratio bénéfice/risque que l’on s’intéresse à des organismes vivant. En effet, la biologie synthétique est soumise à de très nombreuses réglementations autour de la mise en culture, la commercialisation d’organismes modifiés sur le territoire européen et son utilisation en laboratoires.
Le projet iGEMINI
Le projet iGEMINI est développé par notre équipe. Il a pour but d’apporter une solution aux carences en vitamines que les astronautes rencontrent au cours des missions de longue durée. Pour cela, le point innovant d’iGEMINI est de réaliser une coculture de deux microorganismes différents afin de valoriser les déchets disponibles dans un vaisseau spatial. Ainsi donc, les astronautes pourront produire des levures enrichies en provitamine A tout en choisissant leur goût (citron ou rose sucrée). Voilà un exemple concret d’utilisation de la biologie de synthèse dans l’espace. Pour plus d’informations, allez voir notre vidéo de présentation du projet !!
Le saviez vous ?
L’iGEM est une compétition internationale de biologie de synthèse amenant les étudiants à créer un projet innovant et bon pour le monde et à le mettre en œuvre.
Quiz : A vous de jouer !!!
Sur quels domaines la biologie de synthèse peut-elle avoir un impact présent ou futur dans l’espace ?
- Recyclage de l'air
- Nutrition
- Biomateriaux
- Recyclage de l'eau
Galaxie du Tourbillon (M51)
Observable dans la constellation des Chiens de Chasse
Par temps clair et avec simplement une paire de jumelles, en visant au bout du manche de la casserole de la Grande Ourse, vous pourrez l’observer. Composée d’une galaxie spirale régulière massive et d’une petite irrégulière qui communiquent par un petit pont de matière, la Galaxie du Tourbillon contient plus de 100 milliards d’étoiles.
Conclusions
Cette exposition vous a plue ? Vous avez appris des choses ? Aidez nous à valoriser notre travail auprès de notre concours et tentez de gagner un tee-shirt iGEMINI en répondant aux questions du questionnaire suivant :
Scannez le QR code pour accéder à notre questionnaire !!
Pléiades (M45)
Observable dans la constellation du Taureau
Cet amas d’étoiles en rassemble environ 3000 dont une dizaine est visible à l’œil nu. Les étoiles les plus brillantes portent le nom du titan Atlas, de Pléioné, sa femme, et de leurs sept filles.