Des plantes

Domaine

conceptuel

Univers, Mars, voyage spatial, photosynthèse, besoins nutritionnels, facteurs

d'influence

Situation Les élèves sont des scientifiques qui doivent

système de vie en autonomie

pour un voyage dans l'espace de longue durée.

Investigation Travail expérimental

photosynthèse)

Production Compte-rendu sous la

Présentation orale basée sur un diaporama

Durée indicative 7 séances de 1h30

Ce projet a reçu un financement dans le cadre du 7ème programme-cadre de l'Union Européenne pour la recherche et le développement technologique sous l'agrément n°[321278].

EUPRB

Des plantes dans

l’espace Mars, voyage spatial, photosynthèse, besoins nutritionnels, facteurs

Les élèves sont des scientifiques qui doivent réfléchir à la conception d'un

système de vie en autonomie capable de fournir des aliments et du dioxygène

pour un voyage dans l'espace de longue durée.

Travail expérimental (étude des facteurs qui ont une influence sur la

photosynthèse) et recherches documentaires

rendu sous la forme d'un poster

Présentation orale basée sur un diaporama

séances de 1h30

1

dans

Mars, voyage spatial, photosynthèse, besoins nutritionnels, facteurs

réfléchir à la conception d'un

capable de fournir des aliments et du dioxygène

(étude des facteurs qui ont une influence sur la

Des p

Descriptif pour les professeurs

Résumé

Dans ce projet pédagogique, les élèves endossent le rôle de chercheurs qui travaillent dans un laboratoire universitaire de bioconcevoir un système de vie en autonomie pour un vol habité vers Mars. Dans ce cadre, ils doivent mener un travail expérimental sur la photosynthèse afin de déterminer quelles plantes seraiephysiologie humaine pour déterminer les besoins de l’équipage en dioxygène et en vivres.

Savoirs mis en jeu

• En présence de lumière, les plantes vertes réalisent la photosynthèse.

• Pendant la photosynthèse, l’énedans les chloroplastes de certaines cellules.

• Cette énergie lumineuse est utilisée pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en sucre (glucose).

• Le dioxygène libéré est un sous

• L’activité photosynthétique est affectée par les basses températures, le manque de dioxyde de carbone et le manque de lumière.

• Pour une bonne croissance, les plantes ont besoin de sels minéraux.

• Le corps a besoin d’une alimentation équilibrée p

• Plus les personnes sont actives, plus elles ont besoin de glucides et de lipides pour leurs dépenses énergétiques.

Canevas

“Conceptionen autonomie

Rédaction d’un compte

Recherches documentaires

Des plantes dans l’espace

Descriptif pour les professeurs

Dans ce projet pédagogique, les élèves endossent le rôle de chercheurs qui un laboratoire universitaire de bio-astronomie et qui cherchent à

concevoir un système de vie en autonomie pour un vol habité vers Mars. Dans ce cadre, ils doivent mener un travail expérimental sur la photosynthèse afin de déterminer quelles plantes seraient les plus adaptées au voyage, et étudier la physiologie humaine pour déterminer les besoins de l’équipage en dioxygène et en

En présence de lumière, les plantes vertes réalisent la photosynthèse.

Pendant la photosynthèse, l’énergie lumineuse est absorbée par la chlorophylle qui se trouve dans les chloroplastes de certaines cellules.

Cette énergie lumineuse est utilisée pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en sucre

Le dioxygène libéré est un sous-produit de la réaction.

L’activité photosynthétique est affectée par les basses températures, le manque de dioxyde de carbone et le manque de lumière.

Pour une bonne croissance, les plantes ont besoin de sels minéraux.

Le corps a besoin d’une alimentation équilibrée pour rester en bonne santé.

Plus les personnes sont actives, plus elles ont besoin de glucides et de lipides pour leurs

Présentation du projet

Courrier électronique Appel à projets

Support documentaire “Conception d’un système de vie en autonomie pour un vol habité”

Rédaction d’un compte -rendu

Présentation orale

Travail expérimental Recherches documentaires

2

l’espace

Dans ce projet pédagogique, les élèves endossent le rôle de chercheurs qui astronomie et qui cherchent à

concevoir un système de vie en autonomie pour un vol habité vers Mars. Dans ce cadre, ils doivent mener un travail expérimental sur la photosynthèse afin de

nt les plus adaptées au voyage, et étudier la physiologie humaine pour déterminer les besoins de l’équipage en dioxygène et en

rgie lumineuse est absorbée par la chlorophylle qui se trouve

Cette énergie lumineuse est utilisée pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en sucre

L’activité photosynthétique est affectée par les basses températures, le manque de dioxyde

our rester en bonne santé.

Plus les personnes sont actives, plus elles ont besoin de glucides et de lipides pour leurs

Compétences visées

• S’approprier des notions et des modèles scientifiques pour problématique

• Proposer diverses stratégies • Évaluer les risques et mettre en œuvre les règles de sécurité au laboratoire• Concevoir et réaliser un travail expérimental• Obtenir et enregistrer des données • Proposer un modèle cohérent avec les observations ou les mesures• Analyser les résultats • Utiliser les outils de communication

rendre compte de son travail et

Cette activité est aussi l’occasion pour les élèves de• Rechercher, expérimenter, discuter et développer des arguments• Partir d’exemples de la vie courante pour

Prérequis

Avant de se lancer dans ce projet, les élèves devraient avoir quelques connaissances basiques sur la photosynthèse et sur les méthodes permettant de mesurer l’activité photosynthétique (cela peutprojet).

Déroulement

Ce projet peut être réalisé en 7 à 11 séances d’1h30, d’expériences et de recherches entrepris

Séance 1

Lancement Fiche « Résumé du projetCourrier électroniqueAppel à projetsSupport documentaire d’un système de vie en autonomiepour un vol habité

Séances 2 à 4 Travail expérimentalet recherches documentaires

Séances 5 et 6 Rédaction d’un compteSéance 7 Présentation orale

Indications pour la mise en œuvre

A. Modalités

des notions et des modèles scientifiques pour énoncer une

Proposer diverses stratégies pour répondre à la problématiquevaluer les risques et mettre en œuvre les règles de sécurité au laboratoire

Concevoir et réaliser un travail expérimental enregistrer des données (sources primaires et secondaires

Proposer un modèle cohérent avec les observations ou les mesuresles résultats de manière critique

de communication appropriés, y compris les TICE, pour rendre compte de son travail et discuter des questions scient

Cette activité est aussi l’occasion pour les élèves de : Rechercher, expérimenter, discuter et développer des argumentsPartir d’exemples de la vie courante pour développer son sens de la curiosité

Avant de se lancer dans ce projet, les élèves devraient avoir quelques connaissances basiques sur la photosynthèse et sur les méthodes permettant de mesurer l’activité photosynthétique (cela peut aussi être étudié au fur et à mesure du

projet peut être réalisé en 7 à 11 séances d’1h30, tout dépend du nombre recherches entreprises.

Lancement Fiche « Résumé du projet » Courrier électronique Appel à projets Support documentaire « Conception

système de vie en autonomie pour un vol habité »

Classe entière Groupes de 2 à 4 élèves avec répartition des tâches

Travail expérimental et recherches documentaires Groupes Rédaction d’un compte-rendu Présentation orale Classe entière

ications pour la mise en œuvre

3

énoncer une

répondre à la problématique valuer les risques et mettre en œuvre les règles de sécurité au laboratoire

secondaires) Proposer un modèle cohérent avec les observations ou les mesures

appropriés, y compris les TICE, pour discuter des questions scientifiques

Rechercher, expérimenter, discuter et développer des arguments développer son sens de la curiosité

Avant de se lancer dans ce projet, les élèves devraient avoir quelques connaissances basiques sur la photosynthèse et sur les méthodes permettant de

aussi être étudié au fur et à mesure du

tout dépend du nombre

Classe entière

Groupes de 2 à 4 élèves avec répartition des

Classe entière

L’enseignant fournit aux élèves la fl’ensemble des documents que les élèves doivent produire tout au long du projet et elle permet à chaque élève de gérer l’avancement de s

Ensuite, l’enseignant (le directeur du laboratoire de recherche) remet aux élèves (les chercheurs) le courrier électronique et l’appel à projets qui définissent le cadre du travail. Il leur remet aussi le support documentaire intitulé «système de vie en autonomie pour un vol habitétravail à accomplir. Les notes manuscrites qu’il comporte suggèrent des expériences ou des activités que les élèves pdémarche d’investigation motivante sur le thème de la photosynthèse, et la mise en commun des observations conduit à appréhender les points

À l’issue de leurs expérimentations, chaque groupe désignera réalisé (les différents membres du groupe peuvent aussi se partager le compterendu oral).

B. Activités expérimentale

Le cœur du travail expérimental consiste à étudier les facteurs qui affectent la photosynthèse. Dans le support documentaire fourni aux élèves, il est fait mention de recherches où les plantes sont éclairées par des lampes DEL clignotantes. Comme il existe des DEL de différeélèves pourraient étudier l’influence de la couleur d’une lumière (d’onde) sur l’activité photosynthétique. Mais les élèves ne sont pas obligés d’utiliser des DEL, ils peuvent éclairer lesElodeacanadensis) avec une lampe équipée d’un filtre coloré. Ainsi, chaque groupe peut prendre en charge une lumière colorée différente. Avant de commencer les expériences, les différents groupes doivent s’accorder sur upour que leurs résultats puissent être comparés. L’un des paramètres important à contrôler est l’intensité de la lumière utilisée.

Il est aussi proposé d’étudier :

• Les besoins alimentaires dMars. Ce travail peut être réalisé à p

• Les méthodes de recyclage de l’eau.Les élèves peuvent effectuer un travail d’investigation sur différentes façons d’évaporer et condenser l’eau.

• La consommation de dioxygène et de l’activité physique.

fournit aux élèves la fiche “Résumé du projet”. Cellel’ensemble des documents que les élèves doivent produire tout au long du projet et

permet à chaque élève de gérer l’avancement de ses travaux.

Ensuite, l’enseignant (le directeur du laboratoire de recherche) remet aux élèves (les chercheurs) le courrier électronique et l’appel à projets qui définissent le cadre du

aussi le support documentaire intitulé « système de vie en autonomie pour un vol habité » qui donne des indications sur le travail à accomplir. Les notes manuscrites qu’il comporte suggèrent des expériences ou des activités que les élèves pourraient mener. Ce projet permet de réaliser une démarche d’investigation motivante sur le thème de la photosynthèse, et la mise en commun des observations conduit à appréhender les points-clés de ce phénomène.

À l’issue de leurs expérimentations, les élèves rédigeront un compte un rapporteur qui rendra compte oralement du

(les différents membres du groupe peuvent aussi se partager le compte

expérimentale s

expérimental consiste à étudier les facteurs qui affectent la photosynthèse. Dans le support documentaire fourni aux élèves, il est fait mention de recherches où les plantes sont éclairées par des lampes DEL clignotantes. Comme il existe des DEL de différentes couleurs (rouge, vert, bleu et jaune), les élèves pourraient étudier l’influence de la couleur d’une lumière (et donc sa longueur

photosynthétique. Mais les élèves ne sont pas obligés d’utiliser des DEL, ils peuvent éclairer les plantes (par exemple des élodées

) avec une lampe équipée d’un filtre coloré. Ainsi, chaque groupe peut prendre en charge une lumière colorée différente. Avant de commencer les expériences, les différents groupes doivent s’accorder sur un protocole standard pour que leurs résultats puissent être comparés. L’un des paramètres important à contrôler est l’intensité de la lumière utilisée.

Il est aussi proposé d’étudier :

besoins alimentaires d’un équipage de huit astronautes en mission v

Ce travail peut être réalisé à partir de recherches documentaires.

Les méthodes de recyclage de l’eau. Les élèves peuvent effectuer un travail d’investigation sur différentes façons d’évaporer et condenser l’eau.

La consommation de dioxygène et la production de dioxyde de carbone lors de l’activité physique.

4

. Celle-ci récapitule l’ensemble des documents que les élèves doivent produire tout au long du projet et

Ensuite, l’enseignant (le directeur du laboratoire de recherche) remet aux élèves (les chercheurs) le courrier électronique et l’appel à projets qui définissent le cadre du

Conception d’un qui donne des indications sur le

travail à accomplir. Les notes manuscrites qu’il comporte suggèrent des expériences ourraient mener. Ce projet permet de réaliser une

démarche d’investigation motivante sur le thème de la photosynthèse, et la mise en clés de ce phénomène.

rédigeront un compte-rendu. Puis un rapporteur qui rendra compte oralement du travail

(les différents membres du groupe peuvent aussi se partager le compte-

expérimental consiste à étudier les facteurs qui affectent la photosynthèse. Dans le support documentaire fourni aux élèves, il est fait mention de recherches où les plantes sont éclairées par des lampes DEL clignotantes.

ntes couleurs (rouge, vert, bleu et jaune), les et donc sa longueur

photosynthétique. Mais les élèves ne sont pas obligés d’utiliser plantes (par exemple des élodées -

) avec une lampe équipée d’un filtre coloré. Ainsi, chaque groupe peut prendre en charge une lumière colorée différente. Avant de commencer les

n protocole standard pour que leurs résultats puissent être comparés. L’un des paramètres important à

e huit astronautes en mission vers

artir de recherches documentaires.

Les élèves peuvent effectuer un travail d’investigation sur différentes façons

la production de dioxyde de carbone lors

Avec un spiromètre ou mesurer la fréquence et le volume respiratoire différents niveaux d’activité physique.

• La combinaison des nutriments nécessaires à la bonne croissance d’une plante. C’est une piste pour des expériences de culture hydroponique

• L’influence de l’intensité lumineuse sur lÉtude de l’activité photosynthétiquel’éclairement.

• L’influence de l’alternance lumièreRecherches documentaires sur la nécessité de l’alternance lumièrepour déclencher la floraison. Comme les nécessaires, cela aura une influence sur la quantité globale de dioxygène que pourra produire une plante.

• L’influence de la concentration en dioxyde de carbone et l’influence de la température sur la croissance des plantesOn peut étudier l’activité photosynthétique d’élodées en présence de quantités différentes d’hydrogénocarbonateêtre modifiée à l’aide de bains de glace ou thermostatés.

• Les plantes alliant photosynthèse efficace et production de pde recherche permet de revenir sur la conception d’un régime alimentaire lors d’un long voyage dans l’espace. Si le vaisseau spatial embarque des plantes pour nourrir l’équipage, lesquelles fourniront l’apport nutritionnel le plus intéressant ? Pour répondre à cette question, les élèves devront réaliser des recherches documentaires et s'intéresser aux tableaux de composition des aliments. Les élèves peuvent aussi penser à tester plusieurs plantes pour savoir lesquelles réalisent le plus efexpérience peut conduire à des résultats non concluants, mais elle vaut la peine d’être testée, ne seraitn’obtiennent pas toujours des réponses claires et définitives. Une démarcpossible consisterait à milieu clos avec un indic

C. Sécurité

Il est de votre responsabilitéexpériences envisagées.

Ce dossier donne des pistes pour réaliser les expériences, mais avant de manipuler, les élèves devront faire vérifier leurs protocoles et les mesures de sécurité prévues par leur professeur.

ou un sac de respiration calibré, il est possible de la fréquence et le volume respiratoire d’un élève au repos ainsi qu’à

différents niveaux d’activité physique.

a combinaison des nutriments nécessaires à la bonne croissance d’une

C’est une piste pour des expériences de culture hydroponique

de l’intensité lumineuse sur l’activité photosynthétique.Étude de l’activité photosynthétique des élodées en fonction de l’intensité de

L’influence de l’alternance lumière-obscurité sur la croissance d’une plante.Recherches documentaires sur la nécessité de l’alternance lumièrepour déclencher la floraison. Comme les périodes d'obscurité sont nécessaires, cela aura une influence sur la quantité globale de dioxygène que pourra produire une plante.

L’influence de la concentration en dioxyde de carbone et l’influence de la température sur la croissance des plantes.

t étudier l’activité photosynthétique d’élodées en présence de quantités différentes d’hydrogénocarbonate de sodium. La température peut être modifiée à l’aide de bains de glace ou thermostatés.

Les plantes alliant photosynthèse efficace et production de protéines.de recherche permet de revenir sur la conception d’un régime alimentaire lors d’un long voyage dans l’espace. Si le vaisseau spatial embarque des plantes pour nourrir l’équipage, lesquelles fourniront l’apport nutritionnel le plus

? Pour répondre à cette question, les élèves devront réaliser des recherches documentaires et s'intéresser aux tableaux de composition des aliments. Les élèves peuvent aussi penser à tester plusieurs plantes pour

réalisent le plus efficacement la photosynthèse. Cette peut conduire à des résultats non concluants, mais elle vaut la

peine d’être testée, ne serait-ce que pour montrer que les scientifiques n’obtiennent pas toujours des réponses claires et définitives. Une démarcpossible consisterait à éclairer les feuilles d’une plante alimentaire dans un milieu clos avec un indicateur de CO2.

Il est de votre responsabilité d’établir votre propre fiche de sécurité associée

donne des pistes pour réaliser les expériences, mais avant de manipuler, les élèves devront faire vérifier leurs protocoles et les mesures de sécurité prévues

5

il est possible de au repos ainsi qu’à

a combinaison des nutriments nécessaires à la bonne croissance d’une

C’est une piste pour des expériences de culture hydroponique (hors-sol).

’activité photosynthétique. des élodées en fonction de l’intensité de

obscurité sur la croissance d’une plante. Recherches documentaires sur la nécessité de l’alternance lumière-obscurité

périodes d'obscurité sont nécessaires, cela aura une influence sur la quantité globale de dioxygène que

L’influence de la concentration en dioxyde de carbone et l’influence de la

t étudier l’activité photosynthétique d’élodées en présence de de sodium. La température peut

rotéines.Cet axe de recherche permet de revenir sur la conception d’un régime alimentaire lors d’un long voyage dans l’espace. Si le vaisseau spatial embarque des plantes pour nourrir l’équipage, lesquelles fourniront l’apport nutritionnel le plus

? Pour répondre à cette question, les élèves devront réaliser des recherches documentaires et s'intéresser aux tableaux de composition des aliments. Les élèves peuvent aussi penser à tester plusieurs plantes pour

la photosynthèse. Cette peut conduire à des résultats non concluants, mais elle vaut la

ce que pour montrer que les scientifiques n’obtiennent pas toujours des réponses claires et définitives. Une démarche

éclairer les feuilles d’une plante alimentaire dans un

fiche de sécurité associée aux

donne des pistes pour réaliser les expériences, mais avant de manipuler, les élèves devront faire vérifier leurs protocoles et les mesures de sécurité prévues

Des plantes dans l’espace

Résumé du projet

Ce que vous allez faire

Vous travaillez dans un laboratoire universitaire de recherche en bio-astronomie. Votre laboratoire souhaite être sélectionné par l’Agence Spatiale Européenne pour concevoir le système de vie en autonomie qui pourrait être installé dans un vaisseau spatial à destination de Mars. Il vous est donc demandé d’étudier les besoins alimentaires et énergétiques des astronautes durant leur mission, ainsi que les plantes qui pourraient être cultivées dans l’espace. À l’issue de vos recherches, vous rédigerez un compte-rendu, et vous présenterez oralement vos résultats et vos conclusions.

Ce que vous allez apprendre

• En présence de lumière, les plantes vertes réalisent la photosynthèse. • Pendant la photosynthèse, l’énergie lumineuse est absorbée par la

chlorophylle qui se trouve dans les chloroplastes de certaines cellules. • Cette énergie lumineuse est utilisée pour convertir le dioxyde de carbone et

l’eau en sucre (glucose). • Le dioxygène libéré est un sous-produit de la réaction. • L’activité photosynthétique est affectée par les basses températures, le

manque de dioxyde de carbone et le manque de lumière. • Pour une bonne croissance, les plantes ont besoin de sels minéraux. • Le corps a besoin d’une alimentation équilibrée pour rester en bonne santé. • Plus les personnes sont actives, plus elles ont besoin de glucides et de lipides

pour leurs dépenses énergétiques.

Ce que vous devez réaliser

� Recherches documentaires en plus des documents fournis � Prise de notes sur les ressources documentaires � Tableau récapitulant les différents besoins et ressources possibles pour un module de

vie en autonomie � Recueil des premières idées d’expériences � Rédaction d’un protocole expérimental détaillé, fiche de sécurité � Résultats expérimentaux � Liste des informations recueillies � Compte-rendu sous la forme d'un poster � Présentation orale basée sur un diaporama

Des plantes dans l’espace

Dossier élève

Résumé de projet et lettre de mission

Version sans but de participation aux conférences

1

Expéditeur : Samira BAILLEUL

À : Équipes de recherche du laboratoire de bio-astronomie

Objet : Candidature pour le projet « Conception d’un système de vie en autonomie pour un

vol habité » de l’Agence Spatiale Européenne

Je viens d’apprendre que l’Agence Spatiale Européenne souhaite sélectionner un laboratoire de

recherche pour concevoir le système de vie en autonomie qui pourrait être utilisé à bord d’un

vaisseau spatial à destination de Mars. Le voyage vers Mars est long (plus de deux ans !), il est donc

nécessaire de prévoir la nourriture, l’eau et le dioxygène en conséquence. Le laboratoire sélectionné

aura la charge de mettre au point le système permettant le voyage des astronautes et de développer

la technologie nécessaire à son bon fonctionnement.

Notre équipe est compétente, imaginative et acharnée, et je suis convaincue que nous pourrions être

choisis ! C’est pourquoi, je souhaite que nous soumettions notre candidature et que nous proposions

un avant-projet.

Je vous demande donc de réfléchir à cette question et de proposer des idées pour faire face aux

besoins de l’équipage en vivres et en dioxygène. Par exemple, quelles plantes faudrait-il embarquer

et comment faudrait-il les cultiver pour obtenir le maximum de dioxygène et le maximum de

ressources alimentaires ?

Ci-joints l’appel à projets et le support documentaire fourni. J’ai ajouté des éléments de réflexion

personnels afin de préciser les axes de recherches possibles (notes manuscrites). Nous aurions tout

intérêt à nous répartir ces axes de recherche pour, au final, mieux appréhender les problèmes à

considérer et donc proposer des solutions plus pertinentes.

Je vous demande donc de :

- lire attentivement l’appel à projets et le support documentaire ;

- au sein de votre équipe, sélectionner l’une des problématiques, et mener les travaux

associés ;

- rédiger un compte-rendu de vos travaux, par exemple sous la forme d'un poster ;

- participer à un séminaire de réflexion où seront discutés les résultats des différentes équipes

du laboratoire.

À l’issue de ce séminaire, nous pourrons mettre en commun nos réflexions pour répondre à l’appel à

projets et concevoir le système de vie en autonomie pour ce voyage spatial de longue durée.

LABORATOIRE DE BIOLABORATOIRE DE BIOLABORATOIRE DE BIOLABORATOIRE DE BIO----ASTRONOMIEASTRONOMIEASTRONOMIEASTRONOMIE

2

Appel à projets

L’Agence Spatiale Européenne est heureuse de lancer un appel à projets, ouvert à toutes les institutions, pour concevoir un module de vie en autonomie pour un futur vol habité vers Mars ou au-delà.

L’appel à projets aboutira à la sélection de dix propositions qui seront présentées lors

d’une grande exposition publique. Cette exposition permettra de mettre en valeur la

créativité et les compétences des scientifiques et des ingénieurs du monde entier.

L'Agence Spatiale Européenne annoncera le projet qu'elle soutiendra lors d’une

conférence de presse à la clôture de l’exposition. Le laboratoire sélectionné obtiendra un

financement pour poursuivre ses recherches et fabriquer un prototype du système de vie

en autonomie.

Ce travail de réflexion et de conception constitue le premier pas vers la réalisation d’une

mission d’exploration humaine à destination de Mars. Après le premier vol spatial habité

en 1958, l’homme sur la Lune en 1969, la construction de la Station Spatiale

Internationale en 1998, et la réussite de la mission du rover Curiosity sur Mars en 2012,

le voyage de l’homme vers Mars constituerait une étape majeure de l’histoire de

l’exploration spatiale.

Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale

EuropéenneEuropéenneEuropéenneEuropéenne

3

Des plantes dans l’espace

Dossier élève

Résumé de projet et lettre de mission

Version destinée à préparer les conférences

1

Expéditeur : Samira BAILLEUL

À : Équipes de recherche du laboratoire de bio-astronomie

Objet : Candidature pour le projet « Conception d’un système de vie en autonomie pour un vol

habité » de l’Agence Spatiale Européenne

Je viens d’apprendre que l’Agence Spatiale Européenne souhaite sélectionner un laboratoire de recherche

pour concevoir le module de vie en autonomie qui pourrait être utilisé à bord d’un vaisseau spatial à

destination de Mars. Le voyage vers Mars est long (plus de deux ans !), il est donc nécessaire de prévoir

la nourriture, l’eau et le dioxygène en conséquence. Le laboratoire sélectionné aura la charge de mettre

au point le système permettant le voyage des astronautes et de développer la technologie nécessaire à

son bon fonctionnement.

Notre équipe est compétente, imaginative et acharnée, et je suis convaincue que nous pourrions être

choisis ! C’est pourquoi, je souhaite que nous soumettions notre candidature et que nous proposions un

avant-projet.

Je vous demande donc de réfléchir à cette question et de proposer des idées pour faire face aux besoins

de l’équipage en vivres et en dioxygène. Par exemple, quelles plantes faudrait-il embarquer et comment

faudrait-il les cultiver pour obtenir le maximum de dioxygène et le maximum de ressources alimentaires ?

Ci-joints l’appel à projets et le support documentaire fourni. J’ai ajouté des éléments de réflexion

personnels afin de préciser les axes de recherches possibles (notes manuscrites). Nous aurions tout

intérêt à nous répartir ces axes de recherche pour, au final, mieux appréhender les problèmes à

considérer et donc proposer des solutions plus pertinentes.

Je vous demande donc de :

- lire attentivement l’appel à projets et le support documentaire ;

- au sein de votre équipe, sélectionner l’une des problématiques, et mener les travaux associés ;

- rédiger un compte-rendu de vos travaux sous la forme d'un poster et d’une présentation orale ;

- participer à un séminaire de réflexion en interne où seront discutés les résultats des différentes

équipes du laboratoire ;

- sélectionner un ou deux projets qui représenteront notre laboratoire lors du colloque organisé

par l’agence spatiale Européenne.

À l’issue de ce séminaire, nous pourrons mettre en commun nos réflexions pour répondre à l’appel à

projets et concevoir le système de vie en autonomie pour ce voyage spatial de longue durée.

LABORATOIRE DE BIOLABORATOIRE DE BIOLABORATOIRE DE BIOLABORATOIRE DE BIO----ASTRONOMIEASTRONOMIEASTRONOMIEASTRONOMIE

L’Agence Spatiale Européenne est heureuse d’organiser un colloque, ouvert à tous les laboratoires et institutions, pour partager des module de vie en autonomie pour

L’appel à projets aboutira à la sélection de

grande exposition publique. Cette exposition permettra de mettre en valeur la

les compétences des scientifiques et

Européenne annoncera le projet qu'elle soutiendra

clôture de l’exposition. Le laboratoire sélectionné obtiendra un financement pour

ses recherches et fabriquer un prototype du système de vie en autonomie

Ce travail de réflexion et de

mission d’exploration humaine à destination de

1958, l’homme sur la Lune en 1969, la construction de la Station Spatiale Internationale en

1998, et la réussite de la mission

l’homme vers Mars constituerait

Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale

EuropéenneEuropéenneEuropéenneEuropéenne

Appel à projets

Européenne est heureuse d’organiser un colloque, ouvert à tous les laboratoires et institutions, pour partager des solutions de conceptions d’

de vie en autonomie pour un futur vol habité vers Mars ou au

aboutira à la sélection de dix propositions qui seront présenté

blique. Cette exposition permettra de mettre en valeur la

des scientifiques et des ingénieurs du monde entier

Européenne annoncera le projet qu'elle soutiendra lors d’une conférence de presse

e laboratoire sélectionné obtiendra un financement pour

r un prototype du système de vie en autonomie

Ce travail de réflexion et de conception constitue le premier pas vers

mission d’exploration humaine à destination de Mars. Après le premier vol

, l’homme sur la Lune en 1969, la construction de la Station Spatiale Internationale en

a réussite de la mission du rover Curiosity sur Mars en 2012, le

l’homme vers Mars constituerait une étape majeure de l’histoire de l’exploration sp

Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale

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Européenne est heureuse d’organiser un colloque, ouvert à tous solutions de conceptions d’un

un futur vol habité vers Mars ou au-delà.

qui seront présentées lors d’une

blique. Cette exposition permettra de mettre en valeur la créativité et

des ingénieurs du monde entier. L'Agence Spatiale

lors d’une conférence de presse à la

e laboratoire sélectionné obtiendra un financement pour poursuivre

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constitue le premier pas vers la réalisation d’une

Mars. Après le premier vol spatial habité en

, l’homme sur la Lune en 1969, la construction de la Station Spatiale Internationale en

sur Mars en 2012, le voyage de

’histoire de l’exploration spatiale.

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Dans plantes dans l’espace

Dossier élève

Apport documentaire

4

Support documentaire

- Conception d’un système de vie en autonomie pour un vol habité -

Pour le moment, les projets de vol habité vers Mars n’en sont encore qu’au stade de la réflexion. L’ESA (l’Agence Spatiale Européenne) envisage un voyage pour 2033 et la NASA (l’agence américaine) pour 2037. Ce document fait le point sur certaines des questions qu’il faut étudier pour concevoir le système de vie en autonomie nécessaire pour les voyages de longue durée dans l’espace. 1. Présentation Jusqu’à présent, les astronautes ont toujours emporté les ressources dont ils avaient besoin (nourriture, eau, dioxygène) pour chacune de leurs missions. Mais envoyer dans l’espace des tonnes de ravitaillement coûte très cher. Et plus la mission est longue, plus la cargaison est volumineuse. En fait, si le voyage est très long, il est plus rentable d’installer un système de production biologique autonome à bord du vaisseau spatial plutôt que d'emporter toute la nourriture et le dioxygène nécessaires (l'eau peut être recyclée). Ce seuil de rentabilité est estimé à deux ans. Pour des vols plus courts, envoyer de la nourriture et du dioxygène avec les astronautes revient moins cher. Or, un voyage aller-retour vers Mars durerait plus de deux ans. C’est pourquoi l’Agence Spatiale Européenne étudie avec soin la faisabilité de l’installation dans le vaisseau d’un écosystème artificiel qui fournirait la nourriture et le dioxygène pour l’équipage. Il est vital que le fonctionnement de cet écosystème soit conçu, suivi et contrôlé avec une extrême précision : l'énergie qui lui sera fournie doit être exactement dosée pour qu'il y ait le moins de gaspillage possible, et les plantes cultivées devront produire des aliments et du dioxygène avec le meilleur rendement, à partir du minimum de lumière et de nutriments.

J’ai ajouté quelques idées J’ai ajouté quelques idées J’ai ajouté quelques idées J’ai ajouté quelques idées que vous pourriez suivre.que vous pourriez suivre.que vous pourriez suivre.que vous pourriez suivre.

Nous avons besoin d'une analyse complète des besoins alimentaires d'un équipage de 8 Nous avons besoin d'une analyse complète des besoins alimentaires d'un équipage de 8 Nous avons besoin d'une analyse complète des besoins alimentaires d'un équipage de 8 Nous avons besoin d'une analyse complète des besoins alimentaires d'un équipage de 8 personnes pour un voyage de 800 jours personnes pour un voyage de 800 jours personnes pour un voyage de 800 jours personnes pour un voyage de 800 jours (quantités totales d'éléments nutritifs, apports (quantités totales d'éléments nutritifs, apports (quantités totales d'éléments nutritifs, apports (quantités totales d'éléments nutritifs, apports énergétiques, etc.). Il sera aussi nécessaire de lister les facteurs qui ont une incidence énergétiques, etc.). Il sera aussi nécessaire de lister les facteurs qui ont une incidence énergétiques, etc.). Il sera aussi nécessaire de lister les facteurs qui ont une incidence énergétiques, etc.). Il sera aussi nécessaire de lister les facteurs qui ont une incidence sur ces besoins, et de préciser la façon dont ils peuvent les affecter.sur ces besoins, et de préciser la façon dont ils peuvent les affecter.sur ces besoins, et de préciser la façon dont ils peuvent les affecter.sur ces besoins, et de préciser la façon dont ils peuvent les affecter.

Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale Agence Spatiale

EuropéenneEuropéenneEuropéenneEuropéenne

Vous pourriez chercher et tester différentes méthodes pour recycler l'eau.Vous pourriez chercher et tester différentes méthodes pour recycler l'eau.Vous pourriez chercher et tester différentes méthodes pour recycler l'eau.Vous pourriez chercher et tester différentes méthodes pour recycler l'eau.

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Quelle combinaison de nutriments permet la meilleure croissanceQuelle combinaison de nutriments permet la meilleure croissanceQuelle combinaison de nutriments permet la meilleure croissanceQuelle combinaison de nutriments permet la meilleure croissance ???? Vous pourriez aussi jeter un œil aux différents milieux de culture qui pourraient être envisagés.Vous pourriez aussi jeter un œil aux différents milieux de culture qui pourraient être envisagés.Vous pourriez aussi jeter un œil aux différents milieux de culture qui pourraient être envisagés.Vous pourriez aussi jeter un œil aux différents milieux de culture qui pourraient être envisagés.

Comment varComment varComment varComment varie l’activité photosynthétique en fonction de l’intensité de la lumièreie l’activité photosynthétique en fonction de l’intensité de la lumièreie l’activité photosynthétique en fonction de l’intensité de la lumièreie l’activité photosynthétique en fonction de l’intensité de la lumière ????

Au Au Au Au fait, les plantes ontfait, les plantes ontfait, les plantes ontfait, les plantes ont----elles besoin d’obscurité elles besoin d’obscurité elles besoin d’obscurité elles besoin d’obscurité toutes les 24 toutes les 24 toutes les 24 toutes les 24 heures pour se développerheures pour se développerheures pour se développerheures pour se développer ? Si c’est ? Si c’est ? Si c’est ? Si c’est le cas, quelles en sont les conséquences pour la le cas, quelles en sont les conséquences pour la le cas, quelles en sont les conséquences pour la le cas, quelles en sont les conséquences pour la production de dioxygène pour l’équipageproduction de dioxygène pour l’équipageproduction de dioxygène pour l’équipageproduction de dioxygène pour l’équipage ????

2. Croissance des plantes dans l’espace

a. Milieu de culture Un être humain adulte a besoin, en moyenne, d'environ 600 litres de dioxygène par jour. Les plantes embarquées devront donc réaliser la photosynthèse avec le meilleur rendement possible. Les plantes ne seront pas cultivées en pleine terre, mais sur un substrat qui contient tous les nutriments dont les plantes ont besoin et les libère en quantités contrôlées. Cela permet de nourrir la plante plus efficacement qu’avec un sol ordinaire.

b. Lumière Il est aussi extrêmement important de réfléchir à un éclairage efficace et peu gourmand en énergie. Sur le plan énergétique, le système de vie en autonomie sera alimenté par des panneaux solaires qui produiront de l’électricité. Une partie de l’électricité alimentera les lampes qui éclaireront les plantes. Les plantes utiliseront l’énergie lumineuse des lampes pour réaliser la photosynthèse, permettant ainsi de produire à la fois la nourriture et le dioxygène pour les astronautes. Chaque fois que l’énergie est convertie d’une forme en une autre, il y a des pertes. Or ici l’énergie lumineuse solaire est d’abord convertie en énergie électrique par les panneaux solaires. L’énergie électrique est ensuite retransformée en énergie lumineuse grâce aux lampes. Enfin, l’énergie lumineuse est convertie en énergie chimique dans les plantes lors de la photosynthèse. Même sous serre, seulement 7 % de la lumière qui parvient aux feuilles est utilisée pour la photosynthèse. Cela s’explique en partie par le fait que les molécules de chlorophylle présentes dans les cellules de la feuille ne peuvent traiter qu’un seul photon à la fois (si un photon arrive sur une molécule de chlorophylle occupée à en traiter un autre, il n’est pas absorbé et on peut donc considérer qu’il est perdu pour la photosynthèse).

Pour diminuer les pertes et le gaspillage énergétique, les scientifiques de l’Agence Spatiale Européenne ont proposé d’utiliser des lampes clignotantes, qui s’éteignent et s’allument très rapidement, entre 2 000 et 12 000 fois par seconde. Ainsi, les photons vont arriver sur la plante de façon discontinue, en laissant suffisamment de temps aux molécules de chlorophylle pour se préparer à recevoir leurs prochains paquets d’énergie. Les lampes qui peuvent s’allumer et s’éteindre si rapidement sont les Diodes ÉlectroLuminescentes (DEL). Les DEL ont l’avantage d’avoir une durée de vie très longue et sont très peu gourmandes en énergie électrique. En fonction des matériaux utilisés pour fabriquer les DEL, elles peuvent émettre une lumière rouge, bleue, verte ou jaune.

PouvonsPouvonsPouvonsPouvons----nous produire des chiffres indiquant comment l'activité physique nous produire des chiffres indiquant comment l'activité physique nous produire des chiffres indiquant comment l'activité physique nous produire des chiffres indiquant comment l'activité physique affecte la consommation de dioxygène et la production de dioxyde de carboneaffecte la consommation de dioxygène et la production de dioxyde de carboneaffecte la consommation de dioxygène et la production de dioxyde de carboneaffecte la consommation de dioxygène et la production de dioxyde de carbone ? ? ? ? D’autre part, en dehors de l'activité D’autre part, en dehors de l'activité D’autre part, en dehors de l'activité D’autre part, en dehors de l'activité physique, qu’estphysique, qu’estphysique, qu’estphysique, qu’est----ce qui pourrait aussi ce qui pourrait aussi ce qui pourrait aussi ce qui pourrait aussi jouerjouerjouerjouer ? ? ? ?

Quelles lumières colorées favorisent la photosynthèseQuelles lumières colorées favorisent la photosynthèseQuelles lumières colorées favorisent la photosynthèseQuelles lumières colorées favorisent la photosynthèse ? ? ? ? Et les plantes pourrontEt les plantes pourrontEt les plantes pourrontEt les plantes pourront----elles survivre sur Mars où la elles survivre sur Mars où la elles survivre sur Mars où la elles survivre sur Mars où la lumière au sol est constituée essentiellement de lumière au sol est constituée essentiellement de lumière au sol est constituée essentiellement de lumière au sol est constituée essentiellement de radiations rougesradiations rougesradiations rougesradiations rouges ????

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c. Choix des plantes

Les plantes qui seront placées dans le système de vie en autonomie doivent être à la fois nutritives (en produisant les nutriments adéquats pour garder l’équipage en bonne santé), et efficaces sur le plan de la photosynthèse (pour produire le maximum de nourriture et de dioxygène). Généralement, un mètre carré de végétation fournit environ 30 litres de dioxygène par jour. Les scientifiques ont donc besoin de déterminer quelles conditions favoriseront la croissance des plantes durant leur long voyage vers Mars et le voyage retour vers la Terre, afin d’être sûrs que la production de dioxygène se maintiendra, voire s’améliorera. La température et la concentration en dioxyde de carbone doivent également être optimisées pour obtenir la meilleure croissance des plantes. Il est probable que seul un petit nombre de plantes puissent être cultivées à bord, ce qui peut poser problème à l’équipage. L’idée d’avoir un régime alimentaire basé uniquement sur trois ou quatre légumes différents, et cela pendant plus de deux ans, n’est pas très alléchante. C’est la raison pour laquelle les nutritionnistes cherchent à concevoir une machine capable de produire des aliments avec des textures, des couleurs, et des saveurs différentes. Cela devrait permettre de rendre les repas un peu moins monotones.

Conclusion Concevoir un système de vie en autonomie pour un vol habité est un problème complexe mais formidable. Grâce à ce système, il sera possible d’envoyer des hommes sur la seule planète de notre système solaire sur laquelle nous pouvons atterrir en sécurité, notre jumelle Mars.

La lumière et la chaleur étant fixées, quelles plantes choisir pour fournir le maximum de nourriture et de dioxygèneLa lumière et la chaleur étant fixées, quelles plantes choisir pour fournir le maximum de nourriture et de dioxygèneLa lumière et la chaleur étant fixées, quelles plantes choisir pour fournir le maximum de nourriture et de dioxygèneLa lumière et la chaleur étant fixées, quelles plantes choisir pour fournir le maximum de nourriture et de dioxygène ????

Quelle température etQuelle température etQuelle température etQuelle température et quelle concentration en quelle concentration en quelle concentration en quelle concentration en dioxyde de carbone dioxyde de carbone dioxyde de carbone dioxyde de carbone permettraient unepermettraient unepermettraient unepermettraient une croissance optimalecroissance optimalecroissance optimalecroissance optimale ????

ÉÉÉÉtant donné qutant donné qutant donné qutant donné que seulement un petit nombre de plantes pourront e seulement un petit nombre de plantes pourront e seulement un petit nombre de plantes pourront e seulement un petit nombre de plantes pourront être cultivéeêtre cultivéeêtre cultivéeêtre cultivéessss, il , il , il , il faudrafaudrafaudrafaudra trouver un trouver un trouver un trouver un équilibre entre équilibre entre équilibre entre équilibre entre celles qui sont efficaces sur le plan de la photosynthèse, et celles qui celles qui sont efficaces sur le plan de la photosynthèse, et celles qui celles qui sont efficaces sur le plan de la photosynthèse, et celles qui celles qui sont efficaces sur le plan de la photosynthèse, et celles qui apportent deapportent deapportent deapportent de bonnes bonnes bonnes bonnes quantités de protéines. quantités de protéines. quantités de protéines. quantités de protéines. Selon vous, qSelon vous, qSelon vous, qSelon vous, quelleuelleuelleuellessortesssortesssortesssortes de plantes pde plantes pde plantes pde plantes pourraient être utiliséesourraient être utiliséesourraient être utiliséesourraient être utilisées ? ? ? ?