Protection de la planète: empêcher les microbes de faire du stop vers l’espace

Dans le cadre des efforts faits par l’Agence pour empêcher des microbes de faire de "l’auto-stop" sur des missions vers d’autres planètes ou lunes de notre Système Solaire, des équipes parcourent régulièrement les salles blanches et les ensembles de lancement à la recherche de microbes qui y auraient élu domicile.

Les sites où sont préparés certains types de matériels spatiaux font partie des endroits les plus propres sur Terre, plus propres que la salle d’opération d’un hôpital standard grâce au système de filtration d‘air, à l’application de procédures rigoureuses de propreté, et au fait que les travailleurs pénètrent dans ces salles blanches – où le fardeau biologique est contrôlé – via une douche à air et restent entièrement enveloppés dans leurs « costumes de lapin ».

“Nous avons comme programme à long terme à l’ESA – la NASA également – de surveiller régulièrement la contamination biologique dans les salles blanches et sur certains types de véhicules spatiaux, et de l’évaluer, » explique Gerhard Kminek, chargé de protection planétaire à l’ESA.

« Ce programme comprend les installations de lancement à Kourou en Guyane et à Baïkonour au Kazakhstan, les salles blanches de l’ESTEC – le centre technique de l’ESA aux Pays-Bas – et celles de nos partenaires industriels.

« Le travail est effectué sous contrat avec l’ESA par le Groupe de recherche astrobiologique du Centre aérospatial allemand DLR, avec la participation de l’Institut de microbiologie de l’Université de Regensburg, et la Collection allemande de microorganismes et de cultures cellulaires (DSMZ).

« Le but est de quantifier la quantité de contamination biologique, de déterminer sa diversité au moyen d’un séquençage génétique, et de fournir un stockage à froid et sur le long terme des échantillons sélectionnés. »

Les échantillons sont obtenus de manières diverses : des échantillonneurs d’air récoltent une certaine quantité d’air sur un filtre, tandis que des lingettes humidifiées avec de l’eau ultra pure sont passées sur le matériel spatial et sur les surfaces de la salle blanche. Des écouvillons sont utilisés pour échantillonner les plus petits objets, comme les charges utiles et les éléments électroniques.

Pour quantifier la contamination biologique, les échantillons sont ensuite filtrés sur des plaques de culture et incubés, pour une durée allant de sept heures à trois jours suivant la méthode utilisée, afin de voir ce qui en résulte. Une analyse statistique est utilisée pour évaluer the « fardeau biologique » global de la salle blanche ou du véhicule spatial, et vérifier s’il est en dessous du seuil acceptable, ou s’il faut prendre des mesures supplémentaires pour le réduire.

Toute forme de vie suffisamment robuste pour endurer l’environnement hostile et en grande partie dénué d’éléments nutritifs d’une salle blanche peut potentiellement, en soi, intéresser la science. Des investigations supplémentaires sont donc activement encouragées.

« Nous nous retrouvons avec des centaines d’isolats, mais nous ne pouvons tout simplement pas les examiner scientifiquement de manière suffisamment complète, » ajoute Gerhard. « Nous nous occupons donc des isolats les plus critiques, et laissons les autres à la communauté scientifique. N’importe quel scientifique intéressé peut consulter notre site internet et commander certains de ces isolats pour les examiner plus en détail. »

En novembre dernier, cette initiative a fait les gros titres des journaux après qu’une publication soit parue dans leJournal international de  la microbiologie systématique et évolutionniste(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology).

Cette publication traitait d’un nouveau type de bactérie, découvert en premier en 2007 lors de la préparation au lancement de l’atterrisseur Mars Phoenix dans le Bâtiment des opérations de maintenance dangereuses du Centre spatial Kennedy de la NASA. Cette bactérie a également été identifiée plus tard, en 2009, dans le Bâtiment d’assemblage final au Centre spatial de Kourou lors de la campagne de lancement des observatoires Herschel et Planck.

BaptiséeTersicoccus phoenicis, la nouvelle bactérie est en fait très différente d’espèces existantes, il ne s’agit pas seulement d’une nouvelle espèce, mais d’un nouveau genre – la catégorie taxonomique au-dessus – et a pour l’instant été isolée uniquement dans des salles blanches.

Du côté de l’Agence, l’intérêt principal d’un point de vue opérations est de connaître l’étendue du fardeau biologique plutôt que d’identifier les microbes qui le composent.

« Tous les deux ans environ et lors d’événements critiques, nous vérifions si nos procédures de contrôle et de réduction du fardeau biologique sont toujours suffisantes, » explique Gerhard.

« Si nous découvrions par exemple une nouvelle contamination biologique très résistante à la chaleur, nous pourrions être amenés à revoir nos procédures de contrôle de la salle blanche ou le processus de stérilisation thermique, par exemple en augmentant sa température et sa durée. »

Malgré toutes les précautions prises, certains microbes trouveront toujours un moyen d’entrer. Les êtres humains, l’air et le matériel qui transite depuis l’environnement extérieur représentent les principaux « vecteurs de contamination ».

La réduction du fardeau biologique est néanmoins très impressionnante, dit Gerhard : « La contamination biologique d’un véhicule spatial type assemblé dans des conditions de fardeau biologique contrôlé est environ 10000 fois inférieure à celle d’un matériel de vol produit dans un environnement de production ordinaire, et présente une biodiversité drastiquement réduite. Certains éléments d’importance critique sur certains véhicules spatiaux sont encore plus propres, et à toutes fins pratiques, stériles. »

Cadre juridique de la protection planétaire

Les relevés microbiens sont seulement l’une des facettes de l’effort de protection planétaire de l’ESA, qui s’est développé il y dix ans quand l’Agence a porté l’attention de ses missions interplanétaires vers des destinations potentiellement porteuses de vie extra terrestre.

« En principe, nous nous occupons de toutes les missions qui quittent l’orbite terrestre – ou qui en reviennent, » explique Gerhard.

Nos États Membres ont signé le Traité sur l’espace des Nations Unies, et la protection de notre planète en est l’une des obligations légales. L’ESA, sur la base de sa Politique de protection de la planète, agit au nom de ses États Membres afin que toutes les missions de vol de l’Agence, ainsi que celles auxquelles l’Agence contribue, soient conformes aux obligations du traité.

Des limites sont fixées en termes de contamination biologique et de probabilité d’impact sur une planète ou une lune pour tous les atterrisseurs planétaires, ainsi que pour les orbiteurs et les véhicules spatiaux qui effectuent des manœuvres d’assistance gravitationnelle.

« Une surveillance et une réduction active du fardeau biologique sont typiquement nécessaires pour ne pas dépasser les limites de contamination biologique, » ajoute Gerhard. « Cet effort comprend des évaluations détaillées des processus de fabrication de matériel de vol.

« Dans certains cas, nous effectuons également une analyse de la réaction du véhicule à l’échauffement lors de sa rentrée atmosphérique en fin de vie, pour voir si ce procédé peut être utilisé pour réduire la contamination biologique. »

L’évaluation des probabilités d’impact – plus clairement, de crash – comprend l’évaluation de la fiabilité opérationnelle de la mission, de la fiabilité du matériel de vol et des effets de l’environnement naturel spatial comme les micrométéoroïdes ou les variations atmosphériques. 

Si l’évaluation conclut que la probabilité d’impact est en dehors de la limite acceptable, des modifications de la mission peuvent être implémentées, par exemple au niveau du plan de vol, des règles opérationnelles, du matériel de secours, ou encore l’ajout d’un blindage additionnel.

Le chargé de protection planétaire s’assure que toutes les exigences sont respectées en participant aux revues de mission, en effectuant des audits, et en faisant des analyses de vérification sur le véhicule pendant les opérations d’assemblage et de vol.

La chasse aux microbes est l’élément le plus visible de la protection planétaire. Par exemple, l’équipe du Laboratoire scientifique martien (Mars Science Laboratory) de la NASA a effectué environ 4500 prélèvements d’échantillons pendant les opérations d’assemblage du système de vol, de test, et de lancement.

Les prévisions de prélèvement sont du même ordre pour les missions ExoMars de l’ESA, mais grâce à un nouvel ensemble de procédures validées conjointement par la NASA et l’ESA ces dernières années, le traitement en aval des analyses et le temps d’obtention des résultats ont été substantiellement réduits.

Néanmoins, le contrôle de la contamination biologique d’un véhicule spatial qui explore le Système Solaire est seulement l’un des éléments recouverts par le parapluie de la protection planétaire. Un autre élément est d‘empêcher la contamination accidentelle de la biosphère terrestre par un véhicule spatial transportant des échantillons venant d’autres planètes ou lunes.

Dans le cadre de la mission Mars Sample Return, qui envisageait de ramener des échantillons de Mars, l’ESA a déjà effectué un effort considérable pour développer un système de confinement en vol et au sol qui maintiendrait les échantillons extraterrestres isolés et vierges de toute contamination pour des analyses scientifiques ultérieures, y compris une évaluation de leur dangerosité.

Tous les deux ans, l’ESA retrouve les autres agences spatiales et la communauté scientifique lors du Comité international sur la recherche spatiale (Committee on Space Research, COSPAR), pour revoir les règles existantes à la lumière des dernières découvertes scientifiques à propos des limites de la vie et des conditions environnementales des planètes et des lunes de notre Système Solaire.

« La protection planétaire n’est pas de fixer des objectifs écologiques pour l’espace, c’est une idée reçue populaire, » conclut Gerhard.

« Ces règles ont été mises en place il y a environ cinquante ans par des scientifiques, pour empêcher qu’un trace de vie extra-terrestre – ou son absence – soit accidentellement et irréversiblement contaminée, compromettant les chances d’effectuer un travail scientifique significatif lié à l’origine et à la distribution de la vie, ses signes avant-coureurs ou ses restes. Ces règles font également en sorte que la Terre soit protégée des risques potentiels que pourraient poser une matière extra-terrestre transportée par un véhicule spatial revenant d’une mission interplanétaire.

« En ce sens, les mesures de protection planétaire protègent nos investissements effectués pour la science et l’exploration spatiale.

« L’engagement de l’ESA vis-à-vis de la protection planétaire se reflète également dans le thème de l’Agenda 2015, la compréhension des origines de la vie, et témoigne d’une volonté d’implémenter des activités spatiales propres, responsables et durables. »