Construire sur Mars sans transporter des tonnes de béton depuis la Terre ni consommer d’énormes quantités d’énergie est l’un des défis cruciaux des futures colonies humaines. Une équipe de chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong a développé le Matériau de construction vivant sur Mars (MLBM), un matériau de bioconstruction avancé obtenu en mélangeant du sable inerte avec un hydrogel à base de gélatine et de levure (Saccharomyces cerevisiae) génétiquement modifié.
Jusqu’à présent, les projets de construction extraterrestre ont prévu le coulée ou frittage de sable et des minéraux locaux (le régolithe) à des températures supérieures à 1 000 °C. Cette approche nécessite des installations industrielles dédiées et une consommation d’énergie élevée, difficile à maintenir dans les premiers stades d’un établissement humain.
La biotechnologie peut offrir une alternative. Dans une étude publiée dans Presse cellulaire les chercheurs employés micro-organismes génétiquement modifiés de synthétiser des liants directement sur site et à basse température. Les économies d’énergie sont importantes : pour fabriquer un mètre cube de biomatériau, il faut de l’énergie générée en moins d’une heure provenant d’un panneau solaire commun fonctionnant sur Mars, par rapport aux plusieurs jours ou semaines d’énergie continue requis par les processus de fusion à haute température.
La clé du processus réside dansingénierie de la levure Saccharomyces cerevisiae, modifié en exploitant le système d’expression de surface AGA1/AGA2. Trois composants biologiques aux tâches spécifiques ont été insérés sur la paroi externe des cellules :
- gérer le gel: la protéine de surface AGA2 interagit avec l’eau de la même manière que les protéines antigel, évitant la formation de grands vides internes et créant une structure micropore uniforme ;
- lier les levures ensemble: un système d’ancrage moléculaire (SpyTag/SpyCatcher) crée des liaisons covalentes directes entre cellules voisines, augmentant la cohésion interne du gel.
- adhérer au sable: des protéines d’adhésion inspirées de celles des moules permettent au gel biologique de se lier à la surface des grains de sable.
La fabrication de ce gel « martien » se découpe en quatre phases séquentielles :
- Synthèse de gels: l’hydrolat biologique est produit à l’intérieur de bioréacteurs fermés à partir de l’eau extraite de la glace martienne.
- Mélange: le liant biologique (le gel d’eau, de gélatine et de levures) est associé au sable local.
- Impression 3D robotisée: le matériau est déposé en couches tout en maintenant la buse de l’extrudeuse à environ 37 °C pour préserver la fluidité de l’hydrogel.
- Durcissement environnemental: Exposition directe aux conditions d’ester martien, où la congélation cryogénique et la sublimation rapide de l’eau transforment le mélange fluide en une structure poreuse rigide.
Les chercheurs ont validé l’ensemble de ce processus en laboratoire en imprimant un modèle à petite échelle dans une chambre climatique adaptée aux conditions atmosphériques martiennes (-30 °C et 0,01 atm).
Le biomatériau garantit de solides performances mécaniques : il atteint une résistance à la compression d’environ 12 MPa et une résistance à la flexion d’environ 6 MPa. Sa grande ténacité lui permet de se déformer et absorber l’énergie des impactsun élément clé pour résister aux violentes tempêtes de sable martiennes. En plus de sa résistance, le bio-ciment se distingue par sa recyclabilité totale. En fin de vie, les blocs déclassés peuvent être broyés, réhydratés et chauffés à seulement 45°C pour dissoudre la matrice biologique et imprimer de nouveaux éléments. Des tests en laboratoire ont montré que le matériau peut être recyclé pour 4 générations successives en maintenant sa robustesse inchangée et en préservant la vitalité des cellules de levure.
La formulation expérimentale utilise toujours une partie de gélatine porcine d’origine terrestre comme support, mais des tests effectués sur des échantillons 100 % cellulaires confirment que les levures modifiées peuvent consolider le sable. même en l’absence de gélatine. Dans les futures infrastructures martiennes, ce matériau pourrait constituer le coque de protection externe porteusequi devra être complétée par des membranes internes étanches pour assurer le maintien de la pression et une atmosphère habitable pour l’équipage.