Merci à Martin Sarret d'avoir traduit cet article volontairement.

Les caractéristiques élémentaires de l´agriculture nous viennent tous assez facilement à l´esprit. De larges étendues de terrain, d'imposantes machines de récolte, la chaleur du soleil sur la peau et, peut-être le plus important, la terre. Cette image mentale est finalement assez logique. L´humanité laboure, ensemence et cultive la terre depuis la nuit des temps, et les techniques agricoles industrielles modernes ont tendance à s'accaparer notre imaginaire sur l'agriculture.

Et pourtant, ces dernières années, une autre méthode d'agriculture commence à faire parler d'elle. Une méthode qui nécessite moins d'eau, et de façon surprenante, pas de terre ! Cette méthode atypique s'appelle l'hydroponie, et bien que sa mise en œuvre puisse sembler farfelue et relever davantage de la science-fiction, quelles autres options la NASA a-t-elle pour cultiver dans l'espace ?

La première salade de l'espace

En 2015, des légumes frais étaient au menu des astronautes de la NASA à bord de la Station spatiale internationale (ISS) pour la toute première fois. Ils ont été produits par le biais de l'hydroponie à bord de l'ISS. C´est le fruit de décennies de travail sur les méthodes alternatives d'agriculture pouvant servir de sources viables de production de nourriture dans un environnement à faible gravité. En plus de sa mise en application à bord de l'ISS, des scientifiques ont cherché à comprendre comment l'agriculture en environnement contrôlé (AEC) peut faire partie d'un système de survie écologique contrôlé ou fermé (CELSS) pour les missions interplanétaires de colonisation. Ces avancées scientifiques hors normes ont même inspiré la création du personnage principal du roman à succès d'Andy Weir, Le Martien, qui est un astronaute botaniste !

D´après les nutritionnistes de la NASA, l'un des principaux défis pour la santé et le bien-être des astronautes pendant les longues missions dans l'espace est de conserver une variété suffisante de nourriture pour un régime équilibré et nutritif. Non seulement cette nourriture doit pouvoir tenir, mais également conserver sa valeur nutritionnelle pendant de longues périodes. L'agriculture hydroponique est une solution efficace à ce défi, car elle permet de cultiver des produits frais, qui sont disponibles sur place, peuvent combler les besoins alimentaires d'un individu, ainsi que lui apporter une forme de réconfort émotionnel. (NASA Kloeris, 2016).

Bien qu'il s'agisse d'une innovation surprenante pour les futures missions spatiales, passerions-nous à côté des atouts de l´hydroponie dans le cadre des applications terrestres ?

Un mot contemporain aux racines anciennes

Le mot "hydroponique" est vient du grec "hydro" et "ponos" qui signifient respectivement eau et travail. Cette méthode de culture ne requiert pas de terre, mais uniquement des solutions nutritives concentrées réalisées à base d'eau et de minéraux. Certaines méthodes de culture hydroponique utilisent un milieu de croissance ou un substrat (comme de la laine de roche ou des galets d'argile) pour fournir aux racines des plantes cultivées une base pour se fixer et supporter son poids. (Soto, 2020)

Bien que l'agriculture hydroponique puisse paraître être une invention de l'ère spatiale, les premières preuves archéologiques de l'hydroponie remontent à l'époque des jardins suspendus de Babylone, qui ont été construits vers 600 avant J.C. (Folds, 2018) Néanmoins, les recherches et les publications officielles sur l'hydroponie moderne ne sont apparues qu'au 17eme siècle avec l'ouvrage de Francis Bacon " Sylva Sylvarum " sur la culture hydroponique. (Singer, 2021)

Des plantes en apesanteur

L'absence de gravité rend l'agriculture au sol impossible dans l’espace. Les raisons sont diverses : la limitation du poids, la flottation des particules et le risque de développement de germes. Dans l'espace, l'environnement ambiant d´un astronaute est très contrôlé et toute particule inconnue ou libre peut facilement perturber son travail ou même le mettre en danger.

L'agriculture hydroponique offre une alternative parfaite à ce type de problèmes. Bien que l'approche de l'hydroponie ne soit pas le fruit des missions en orbite basse, son développement dans le cadre des programmes spatiaux a fait progresser cette pratique.

La NASA, connue pour son zèle en matière de développement de solutions ultra sophistiquées pour des problèmes bien connus, s'est intéressée de près à l'hydroponie. Ces techniques sont aujourd´hui beaucoup plus avancées et efficaces que les méthodes similaires qui l'ont précédées.

Sciences spatiales, applications terrestres

Tous faits considérés, l'utilisation avancée de l´hydroponie sur Terre se justifie pour plusieurs raisons, par exemple les économies d'eau. L'agriculture industrielle moderne est le plus grand consommateur de ressources en eau douce de la planète. Cette consommation représente 70 % de l'eau douce utilisée par l'activité humaine chaque année. (USGS, 2021) Pour remédier à cela, les technologies agricoles de précision ou « precision farming » ont permis aux agriculteurs d'évaluer l'humidité du sol et d'irriguer avec plus de précision, mais une technologie adaptée des travaux de la NASA en hydroponie pourrait apporter encore plus de nouveautés.

Dans le cadre d'une étude collaborative du gouvernement américain sur l'hydroponie et l'arrosage des plantes, un capteur foliaire a été utilisé pour mesurer l'épaisseur des feuilles à l'aide d'impulsions électriques, ce qui a permis de déterminer sa teneur en eau. Dans une ferme expérimentale du département américain de l'agriculture (National Science Foundation, 2010), les chercheurs ont constaté que les plantes n'avaient pas besoin de la quantité d'eau prévue par les programmes d'irrigation modernes. Les cultures surveillées par les capteurs ont nécessité 25 % d'eau en moins que lorsqu'elles étaient arrosées selon les pratiques d'irrigation communes. (O'Brien, 2010).

Grâce à la recherche hydroponique, nous savons maintenant que les plantes ne sont pas aussi assoiffées que nous le pensions.

Des solutions pour les solutions de nutrition

Les études sur l´hydroponie ont également mis en évidence le gain de rendement significatif en consommation d´eau grâce à une absorption appropriée des solutions nutritives. L'utilisation de ces dernières sont un des aspects principaux de la culture hydroponique. Elles sont faites à partir d´un mélange de nutriments concentrés qui sont essentiels à la croissance de la plante. En les ajoutant directement à l'eau avant d'arroser la plante, l'absorption des minéraux nécessaires à sa croissance et son développement est optimisée comme elle le serait dans un sol riche.

Dans le cadre de ces études, un système d´analyse des processus s´est basé sur la spectrométrie ultraviolet-visible et un logiciel spécialisé pour détecter les nutriments dissous, les matières organiques et les métaux dans les solutions hydroponiques. (NASA, 2010). Alors que les plantes absorbent les nutriments d'une solution à des rythmes différents, ce système d'analyse peut établir des rapports informant les agriculteurs lorsque la concentration de certains nutriments dans une solution hydroponique passe en dessous de la norme et nécessite un réapprovisionnement. Cette approche facilite à la fois une utilisation efficace de l'eau et une croissance optimale des plantes.

L'impact humain

Répondre aux besoins alimentaires permanents d'une population toujours plus nombreuse est une mission essentielle de l´hydroponie. Selon le rapport World Population Prospect des Nations Unies, la population mondiale devrait atteindre 9,8 milliards d'habitants en 2050, contre 7,6 milliards en 2017 (UNSEDA, 2017). La production alimentaire devrait augmenter de 59 % à 98 % pour répondre à cette demande croissante.

En d´autres termes, dans les quatre prochaines décennies, nous allons devoir produire autant de nourriture que nous en avons eu au cours des 8 000 dernières années!

Dans une culture hydroponique, les plantes poussent plus vite et de manière plus importante, tout en utilisant moins de ressources que dans le sol. Il en est ainsi parce qu'elles peuvent absorber les nutriments plus rapidement et directement à partir de la solution nutritive. Même un petit système racinaire peut transporter les nutriments, et les plantes peuvent se concentrer sur leur croissance ascendante.

Des études menées dans le monde entier ont montré que les rendements des cultures hydroponiques peuvent dépasser les rendements records enregistrés sur Terre. D'autres études ont démontré que la culture du blé et de la pomme de terre sous ses conditions est particulièrement couronnée de succès, mais d'autres légumes ont également bien réagi à la culture hydroponique (Agriculture for Space : People and Places Paving the Way, 2017).

Par ailleurs, il n'y a pas de limites saisonnières à la croissance hydroponique, car l'ensemble du système se trouve dans un environnement contrôlé, sans influence de la météo ou de rotation nécessaire des cultures.

Par exemple, la Biomass Production Chamber (BPC) du Centre spatial Kennedy de la NASA a fonctionné presque sans interruption pendant plus de 1 200 jours de 1988 à 1996. Grâce à ce taux de croissance supérieur et à cette "saison" qui dure toute l'année, les chercheurs ont produit "cinq récoltes de blé (64-86 jours chacune), trois récoltes de soja (90 à 97 jours), cinq récoltes de laitue (28-30 jours), quatre récoltes de pommes de terre et six de tomates par an". Un facteur de croissance nettement supérieur si l'on tient en compte les ressources minimales requises pour la production (NASA's Biomass Production Chamber, 1996).

De plus, les pertes de rendement dues aux ravageurs, aux parasites ou aux maladies liées au sol sont également minimes, car l'environnement est contrôlé et les points d'entrée de ces indésirables sont réduits au maximum.

La dégradation des sols, un drame pour l´humanité

D ́après le Global Land Outlook (GLO), un rapport lancé par la Convention des Nations unies sur lla lutte contre la désertification (UNCCD, 2017), 15 milliards d'arbres et 24 milliards de tonnes de sols fertiles sont perdus chaque année pour assurer la sécurité et le bien-être de l'humanité. Ce sol est perdu en raison de l'activité humaine axée sur le maintien de plusieurs aspects clés de la société, notamment la sécurité alimentaire, l'emploi et la migration. Ces thématiques sociétales essentielles sont certes des piliers de la vie humaine moderne, toutefois, ces statistiques sont alarmantes.

La protection des sols est un sujet capital pour la production alimentaire et la conservation de l'environnement. Il est urgent de développer et d'employer des méthodes durables pour l'utilisation efficace des terres afin de ralentir le rythme de la dégradation des sols et de maintenir la production agricole nécessaire à la population en constante augmentation de la Terre.

L'hydroponie, l'avenir et les marchés commerciaux

L'approche hydroponique de l'agriculture ne se limite pas à une utilisation expérimentale sur Terre. Selon Globe Newswire, la valeur du marché de l'hydroponie devrait atteindre 22,2 milliards de dollars d'ici 2028. Le secteur de l'hydroponie compte des acteurs majeurs dans le monde entier qui utilisent des méthodes avancées et durables d'agriculture en environnement contrôlé technologiquement pour cultiver des légumes riches en nutriments. Grâce à l'hydroponie, ils peuvent contribuer à la mise en place d'un système d'approvisionnement alimentaire local plus fiable pour nourrir une population mondiale en constante augmentation.

Tandis que les astronautes et les scientifiques continuent à explorer le champ des possibles pour créer un système bio régénératif autonome afin de vivre dans l'espace, il y a tout autant à apprendre sur la manière de mener une vie durable sur Terre. Grâce à l'efficacité croissante de l'hydroponie, nous sommes peut-être en bonne voie vers un avenir où nous pourrons produire des aliments en plus grande quantité et avec un minimum d'équipement, réduire les déchets et minimiser notre dépendance à l'égard de facteurs externes tels que l'environnement, tout en répondant au rythme de la demande alimentaire croissante. Cela dit, préparez-vous à assister à une révolution sans précédent dans l'agriculture. Elle arrivera bientôt sur une planète près de chez vous!