A l’heure où les géants de l’internet remettent en cause les agences institutionnelles et les industriels qui règnent en maîtres sur le spatial, une start-up française se lance dans la conception et la production de BioDom, bulles de vie autorégulées, capables d’assurer la production de végétaux, aussi bien sur Terre que dans l’espace.

« Notre objectif est simple : aider la Terre et faire de l’homme une espèce multi-planétaire ! », résume Barbara Belvisi, fondatrice et CEO d’Interstellar Lab. Nouvel objectif ambitieux pour cette jeune entrepreneuse et investisseuse, qui a déjà fait ses preuves dans le capital-risque avec le fonds Hardaware Club, spécialisé dans l’électronique et la robotique, et contribué aux lancements de l’incubateur The Family et de l’événement Hello Tomorrow Challenge, dédié aux ‘‘Deep Tech’’.

L’idée de base est simple : créer des structures légères, basées sur les technologies spatiales, régulées et autonomes, capables d’abriter la croissance de végétaux permettant de nourrir l’homme, afin de vivre d’une manière durable sans abimer la planète sur laquelle on se trouve, grâce au recyclage de l’eau et des déchets. Ces Experimental BIOregenerative Stations (Ebios) sont en quelque sorte des serres bioclimatiques facilement déployables, avec derrière l’idée de pouvoir à la fois les installer sur Terre, pour répondre à des besoins de production ponctuels, mais aussi dans l’espace pour s’intégrer aux futures stations habitées qui seront implantées sur la Lune ou sur Mars dans les décennies à venir.

Le premier BioDom Le premier prototype de BioDom sera assemblé dans un atelier d’Ivry-sur-Seine. D’une emprise au sol de 60 m² (11 m de long, 6 m de large, 4,5 m de haut), ce premier module est dédié à l’agriculture. Il pourra assurer l’alimentation d’un groupe de 10 personnes en le couplant à une alimentation carnée extérieure ou de 4 personnes véganes. Les différents systèmes techniques sont en cours de test, tandis que la fabrication de la base technique en composites en France, ainsi que celle de la membrane en Allemagne, sont aussi lancées. Ce prototype devrait être opérationnel en début d’année prochaine pour ses premières démonstrations.

De la Terre à la Lune, avant Mars

Un défi quand on n’appartient pas au sérail de l’aérospatial. « Mais je suis à la fois très passionnée et têtue, et grâce à mon réseau j’ai pu rencontrer beaucoup d’acteurs ce milieu très fermé, afin d’en comprendre les arcanes et d’évaluer objectivement les chances de réussite d’un tel projet. Ces multiples rencontres m’ont donné confiance en moi, car beaucoup m’ont confirmé qu’il s’agissait d’une idée originale sans concurrence connue, répondant à un réel besoin. Et que les agences spatiales étaient enclines à souhaiter des propositions privées sur ce genre de sujets. Il n’y avait alors plus aucune raison de ne pas se lancer. Ce que j’ai fait en septembre 2018, après un an de consultations, tant en Europe qu’aux USA. »

Une démarche s’intégrant parfaitement au phénomène baptisé ‘‘NewSpace’’, où de nouveaux entrants, dont les principaux (SpaceX, Blue Origin, Virgin Galactic…) sont issus du développement d’internet, aiguillonnent les acteurs institutionnels et industriels en place.

Ainsi est née l’idée de BioDom ou BioPod, une structure légère abritant tous les systèmes techniques nécessaires à la création et au maintien d’une atmosphère et d’un climat dans une enceinte protégée par une surface transparente gonflable où pousseront des plantes. « Il ne s’agit pas de refaire l’expérience BioSphere II, lancée dans le dessert de l’Arizona dans les années 90. Cette immense structure de 13 000 m² reproduisait les principaux climats et écosystèmes de la Terre, dans laquelle l’homme pouvait vire en symbiose. Certes nous nous en sommes inspiré et avons d’ailleurs rencontré des chercheurs ayant participé à cette expérience, mais notre objectif est beaucoup plus modeste. Il s’agit de pourvoir recréer sur une petite surface, 60 m² pour notre prototype, des écosystèmes dont on peut facilement adapter le climat, pour produire, dans des conditions reproductibles stables, certains types de végétaux, qu’il s’agisse de nourrir des humains, ou de disposer de plantes spécifiques à la pharmacopée ou aux cosmétiques. »

Trois marchés visés

De nombreux groupes pharmaceutiques et cosmétiques se sont montrés intéressés par les BioPods pour cultiver des plantes spécifiques indispensable à leurs produits, au plus proche de leurs usines européennes afin de ‘‘dérisquer’’ leur production, tant vis-à-vis des aléas climatiques que géopolitiques touchant certaines régions du monde. Le tout en contrôlant au mieux la qualité et le rendement de la production, grâce à une meilleure compréhension de la biologie de ces plantes.

De même, des villes et des chaînes hôtelières s’y intéressent aussi pour la production locale de nourriture dans des zones plutôt désertiques (Dubaï, Arabie Saoudite…) ou très isolées, en complément de serres bioclimatiques déjà installées. Il s’agit alors de disposer de structures à très faible empreinte carbone dédiées à la culture de certaines plantes en petites quantités.

Enfin, les multiples agences spatiales et autres organismes de recherche y voient des outils où ils pourront jouer facilement sur les gradients de lumière, de température et d’humidité, ainsi que sur les conditions atmosphériques, afin de mener un certain nombre de travaux sur l’impact du changement climatique sur les plantes.

Faire léger et innovant

« Pour le moment la base technique ou structure du BioDome est en composites, matériaux qui offrent simultanément résistance et légèreté, tout en restant dans de modes de fabrication ‘‘traditionnels’’ éprouvés, car nous sommes encore en phase prototype. Par contre, nous étudions très sérieusement la possibilité de passer d’ici quelques mois à l’impression 3D, qui nous permettrait de gérer une bonne partie de la production des BioPods en interne, tout en travaillant sur des matériaux innovants plus performants et de les coupler à une stratégie de fabrication qui soit plus rapide et plus économe en matières premières. Mais tout cela sera adaptable aux besoins de nos clients et aux environnements climatiques dans lesquels ils souhaitent installer ces BioDom », précise Jim Rhoné, Chief Produc Officer.

L’un des points critiques de ces BioDom est la membrane gonflable transparente apportant la lumière à l’espace de culture, qui représente environ 60 % de la couverture totale. Elle sera fondamentalement différente pour des installations terrestres ou dans l’espace. « Sur Terre, elle sera réalisée dans un matériau multicouche combinant ETFE (éthylène-tétrafluoroéthylène), PTFE (polytétrafluoroéthylène) et aérogel, que l’on est entrain d’optimiser. Par contre, pour des applications dans l’espace, nous venons de débuter des travaux avec le CNES et l’ESA sur différentes combinaisons de matériaux permettant de répondre aux défis que représente une serre sur la Lune où les radiations solaires sont beaucoup plus fortes », révèle Barbara Belvisi.

De même, tous les équipements techniques servant à créer et réguler l’atmosphère interne, ainsi qu’à entretenir les gradients de température, d’humidité et de lumière, seront adaptés à chaque cas, qu’il s’agisse d’implantation dans différentes région du monde où sur d’autres planètes. « Par contre, tous les développements logiciels que nous avons faits pour assurer le contrôle automatique de l’écosystème des BioDoms seront réutilisables quelque soit le types de réalisations », précise Jim Rhoné.

Pour le moment, les premiers modules, qui seront implantés sur Terre, seront raccordés aux réseaux d’eau et d’énergie publics. Par contre à terme, il est prévu d’utiliser par la suite des stratégies de génération d’énergie propres adaptées au site (solaire, géothermique, éolien, hydrogène…), sans toutefois se lancer dans la construction des générateurs.

Une conception collaborative

« Concevoir les modules des Ebios va bien au-delà des projets architecturaux traditionnels. De multiples domaines doivent collaborer et interagir ensemble : parametric design ; simulation ; fabrication ; logistique ; biologie ; science des matériaux… le tout dans un environnement multi-sites. Nous avons pour cela besoin d’accéder à la même donnée en même temps. Rassembler tous ces éléments sur une simple plate-forme est la clé du succès de notre projet. C’est pourquoi nous avons retenu la plate-forme 3DExperience dans le Cloud de Dassault Systèmes, que j’ai eu l’occasion d’utiliser dans des vies antérieures au sein de Gehry Technologies ou de Visiativ », précise Jim Rhoné.

« Dans un premier temps nous avons essentiellement utilisé les outils de modélisation de Catia pour l’enveloppe, la structure de base et les systèmes embarqués, à travers les rôles classiques de modélisation hébergés sur la 3DExperience, dont la conception paramétrique xGenerative Design, pour pouvoir faire évoluer rapidement et facilement nos BioPods avant d’arriver à un produit finalisé. »

Les ingénieurs d’Interstellar Lab commencent maintenant à tester l’analyse structurelle et se lancent dans la mécanique des fluides, pour simuler le comportement de l’eau et de l’air avec Simulia. Il s’agit d’anticiper la manière dont les gradients de température et d’humidité vont être générés au sein du BioPod, afin d’éviter la formation de poches d’air chaud. L’idée globale est de simuler le comportement du BioPod en amont pour optimiser le placement de tous les équipements générant et homogénéisant l’atmosphère intérieure, puis de le valider en réel.

Une approche jumeau numérique

« Pour le moment nous avons créé un avatar géométrique 3D exact du BioPod. Nous allons maintenant l’enrichir avec toutes les données réelles que nous allons pouvoir récupérer grâce aux capteurs du premier prototype. Ces données réelles alimenteront nos logiciels de contrôle, ce qui permettra de disposer d’un véritable jumeau numérique comportemental, qui couplera le réel et le numérique. Cela permettra de mieux comprendre le comportement global du BioPod, afin de mieux le piloter grâce à un Mission Control utilisant l’Intelligence Artificielle et aussi d’anticiper la maintenance de ses équipements. A terme nous pensons que les outils de Dassault Systèmes dans le domaine des sciences du vivant nous permettront aussi de modéliser le comportement biologique des plantes qui pousseront dans le BioPod », estime Jim Rhoné.

« Produire de la nourriture et des plantes sans abimer notre environnement, tout comme apporter la vie sur d’autres planètes sont des rêves, mais nous en sommes plus proche chaque jour », conclut Barbara Belvisi.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : https://www.interstellarlab.com/