Les analyses de l'eau
Différentes analyses :
Recycler ou produire de l’eau durant le voyage et sur Mars n’est pas encore suffisant. En effet il faut tout de même s’assurer que celle-ci après les nombreux traitements qu’elle a subis ne contient plus du tout de micro-organismes nocifs pour l’Homme et qu’elle est donc potable.
Sur Terre, se sont des laboratoires qui ont pour mission de contrôler la qualité de l’eau avant qu’on ne la boive. Les analyses sur Terre sont nombreuses. On distingue deux types d’analyses :
- Les analyses physico-chimiques
- Les analyses bactériologiques.
Ces analyses ont pour but de prouver l’absence de micro-organismes et la présence de composés chimiques à des concentrations suffisamment faibles pour ne pas avoir, un effet sur la santé : hydrocarbures, chlore, nitrites, métaux lourds…
Les analyses bactériologiques consistent à mettre en culture les échantillons étudiés, à l’aide de géloses, supports de substances nutritives favorisant la prolifération et le développement des bactéries. Des étuves de laboratoire assurent également une température constante et permettent le développement plus rapide des bactéries.
Gélose Etuve de laboratoire
Cependant, ces analyses ne sont pas toutes réalisables et obligatoires dans l’espace. En effet, seules les analyses bactériologiques sont réalisées en routine dans l’espace mais avec un matériel différent. Effectivement, les géloses utilisées sur Terre représentent une certaine masse, en partie constituée d’eau. De plus, leur conservation est de courte durée. En ce qui concerne les étuves, elles consomment une quantité d’énergie importante et sont assez encombrantes.
Les analyses chimiques quant à elles ne sont pas indispensables car les méthodes précédemment utilisées sont suffisamment sûres pour s’en passer : les analyses chimiques sont réalisées sur Terre lors de la validation des procédés mais elles constituent un contrôle supplémentaire de la qualité de l'eau lors de vols spatiaux.
A l’inverse, les analyses bactériologiques sont indispensables car les bactéries sont présentes dans tous les milieux et les effets sanitaires peuvent être immédiats pour l’équipage.
La technologie de l'Aquapad :
De nouveaux systèmes ont donc dû être imaginés tels que l’Aquapad. Ce système est une collaboration entre le CNES (centre national d’études spatiales) et Bio Mérieux (entreprise française spécialisée dans le diagnostic in vitro).
Ce dispositif est basé sur une technologie de microbiologie sèche (Lyophilisé) brevetée par Bio Mérieux : le PAD. Il permet de détecter et recenser la microflore bactérienne présente dans 1mL de l’eau à analyser. L’astronaute injecte donc 1mL d’eau (à analyser) dans une boîte de ‘’Pétri sèche’’ : il s’agit d’un substrat, imprégné d’une poudre spécifique, qui va réagir au contact des bactéries. Après 48h à température ambiante, s’il y a des bactéries, elles vont réagir avec le substrat et se colorer en rouge. L’astronaute n’a plus qu’a photographier le dispositif avec l’application mobile ‘’Every Wear’’ pour obtenir le nombre de colonies de bactéries présente dans l’échantillon d’eau.
Cette facilité d’interprétation ne laisse donc aucun doute à l’astronaute quant à la potabilité de l’eau. L’innovation dans l’Aquapad est d’avoir un substrat sec, qui peut être stocké à température ambiante pendant plusieurs mois, voire plusieurs années sans se détériorer. Cela permet donc aux astronautes d’être plus autonomes et de gagner du temps.
Des tests utilisant l’Aquapad ont été réalisés à bord de l’ISS et se sont révélés concluants. On peut donc maintenant imaginer l’utiliser pour des missions plus lointaines.
De plus, cette technologie pourrait aussi être utilisée sur Terre, par exemple pour contrôler la potabilité de l’eau lors de catastrophes naturelles ou dans des pays en développement.
Vidéo du CNES montrant le fonctionnement de l'Aquapad
L'ATP métrie quantitative :
L'ATP métrie est utilisée en complément du contrôle microbiologique.
Cette technologie est utilisée sur Terre et sur l’ISS. Les scientifiques qui en sont à l’origine envisagent de l’utiliser pour un futur voyage sur Mars.
Elle permet de quantifier dans un échantillon d’eau le dosage en ATP présent dans celui-ci.
L’ATP ou Adénosine triphosphate est un nucléotide (molécule organique qui est le principal composant d'un acide nucléique tel que l'ADN ou l'ARN) qui fournit l’énergie nécessaire aux réactions chimiques du métabolisme d’une bactérie (et de nombreux organismes vivants). L'ATP métrie (méthode de détection des bactéries) permet de s’affranchir des longues heures d’incubation des bactéries nécessaires pour compter les colonies. En effet, les méthodes traditionnelles d’écouvillonnage ou de boîtes contact sont souvent très précises et fiables, mais ne permettent pas une détection rapide (en temps réel) de la contamination. Une solution à lecture quasi-instantanée présente donc de grands avantages pour les analyses réalisées dans l’espace.
L’ATP est une molécule synthétisée chez toutes les cellules vivantes (bactéries, levures, cellules mammifères…). Quand l’ATP se décompose au sein des cellules, elle libère de l’énergie permettant à la cellule de fonctionner. Cette molécule, produite en continu, est très peu stockée car utilisée en permanence.
L’ATP peut être quantifiée par une réaction de bioluminescence, c’est-à-dire par une production de lumière provoquée par la réaction chimique entre l’ATP et une enzyme, la luciférase. Cette lumière est mesurée grâce à une luminomètre, et la quantité de lumière produite est proportionnelle à la quantité d’ATP présente dans l’échantillon mesuré. Il n’y a donc plus d’étape d’incubation et la mesure peut suivre le prélèvement.
Schéma du fonctionnement de l'ATP métrie
Vidéo réalisée par GL Biocontrol montrant une analyse d'ATP métrie quantitative sur un échantillon d'eau
Comment réaliser ces analyses dans l'espace ?
En ce qui concerne les analyses dans l’espace, plusieurs entreprises commercialisent des kits automatisés d’ATP-métrie tel que GLBiocontrol. GLBiocontrol a créé ces kits pour le projet Biowyse. Biowyse est projet développé par 9 entreprises qui a pour but de répondre à la question ‘’comment gérer le niveau de contamination de l’air, de l’eau et des surfaces dans la station spatiale internationale’’.
Ces kits sont généralement composés d’écouvillons pour prélever les échantillons, de tubes de réactifs dans lesquels doivent ensuite être plongés les écouvillons, et d’un luminomètre qui va mesurer la lumière émise dans le tube.
Ces kits ont plusieurs avantages : ils sont faciles à utiliser, l’obtention du résultat est très rapide, environ 2 minutes et ont une précision importante concernant l’ATP trouvé dans l’échantillon analysé.
L’ATP-métrie peut paraitre être la solution idéale pour analyser des échantillons en toute simplicité. Cependant, elle n’est pas exempte de problèmes.
En premier lieu, il est impossible de différencier par cette méthode le type de cellules vivantes présentes sur les échantillons : le signal lumineux peut être émis par l’ATP d’une bactérie, d’une levure ou encore d’un parasite.
De plus, les prix des kits ne sont pas négligeables.
En conclusion, malgré ses défauts, cette méthode est assez adaptée à l’espace. Il faut tout de même garder en tête que la mesure est plutôt qualitative, et si une alerte est lancée, elle doit être complétée par des mesures plus précises.
Plusieurs seuils de contrôle sont établis. Si le premier est dépassé l’eau peut quand même être consommée sans problèmes. Cependant, si le second seuil est dépassé, l’eau ne peut pas être consommée par les astronautes et des analyses sont réalisées toutes les 6h au lieu de deux par jour habituellement. Cette augmentation du nombre d’analyses permet de détecter un éventuel composant défaillant dans le kit de mesure. Si le kit ne présente pas de défauts, il faut procéder à une décontamination de l’eau à l’aide d’argent. Pour cela, de l’argent est déposé sur un substrat d’alumine puis chauffé entre 750 et 1050°C. L’argent agit alors comme catalyseur, permettant à l’oxygène ou l’ozone présent dans l’eau d'agir comme un aseptisant éliminant une très grande partie des bactéries (99.96%).
Cette technologie est actuellement testée à bord de l’ISS pour de nombreux tests dans l’espace, pour après être utilisée pour des voyages spatiaux plus lointains.
