De quoi avez-vous besoin pour faire pousser votre jardin ? En plus de beaucoup de soleil alternant avec de douces averses de pluie - et des abeilles et des papillons occupés à polliniser les plantes - vous avez besoin d'un sol riche et de bonne qualité pour fournir les minéraux essentiels. Mais imaginez que vous n'ayez pas de sol riche, ni d'averses de pluie, ni d'abeilles et de papillons. Et le soleil était soit trop dur et direct, soit absent, provoquant des températures glaciales.

Les plantes pourraient-elles pousser dans un tel environnement et, si oui, lesquelles ? C'est la question que les colons sur la Lune (et sur Mars) devraient aborder si (ou quand) l'exploration humaine de nos voisins planétaires se poursuit. Maintenant une nouvelle étude, publiée dans Communications Biology , a commencé à fournir des réponses.

Les chercheurs à l'origine de l'étude ont cultivé la plante à croissance rapide Arabidopsis thaliana dans des échantillons de régolithe lunaire (sol) ramenés de trois endroits différents sur la lune par les astronautes d'Apollo.

Sol sec et aride

Ce n'est pas la première fois que des tentatives sont faites pour faire pousser des plantes dans le régolithe lunaire, mais c'est la première fois qu'elles démontrent pourquoi elles ne prospèrent pas.

Le régolithe lunaire est très différent des sols terrestres. Pour commencer, il ne contient pas de matière organique (vers, bactéries, matières végétales en décomposition) caractéristique du sol sur Terre. Il n'a pas non plus une teneur en eau inhérente.

Mais il est composé des mêmes minéraux que les sols terrestres, donc en supposant que le manque d'eau, de soleil et d'air est amélioré en cultivant des plantes à l'intérieur d'un habitat lunaire, alors le régolithe pourrait avoir le potentiel de faire pousser des plantes.

La recherche a montré que c'est effectivement le cas. Graines de A. thaliana ont germé au même rythme dans le matériel Apollo que dans le sol terrestre. Mais alors que les plantes du sol terrestre développaient des porte-greffes et produisaient des feuilles, les semis d'Apollon étaient rabougris et avaient une faible croissance des racines.

L'objectif principal de la recherche était d'examiner les plantes au niveau génétique. Cela a permis aux scientifiques de reconnaître quels facteurs environnementaux spécifiques évoquaient les réponses génétiques les plus fortes au stress. Ils ont découvert que la plupart des réactions de stress chez tous les semis d'Apollo provenaient de sels, de métaux et d'oxygène hautement réactifs (dont les deux derniers ne sont pas courants dans le sol terrestre) dans les échantillons lunaires.

Les trois échantillons d'Apollo ont été affectés à des degrés différents, les échantillons d'Apollo 11 étant les plus lents à se développer. Étant donné que la composition chimique et minéralogique des trois sols d'Apollo était assez similaire les unes aux autres et à l'échantillon terrestre, les chercheurs ont suspecté que les nutriments n'étaient pas la seule force en jeu.

Le sol terrestre, appelé JSC-1A, n'était pas un sol régulier. C'était un mélange de minéraux préparés spécifiquement pour simuler la surface lunaire et ne contenait aucune matière organique.

Le matériau de départ était le basalte, tout comme dans le régolithe lunaire. La version terrestre contenait également du verre volcanique naturel comme analogue des «agglutinats vitreux» - de petits fragments minéraux mélangés à du verre fondu - qui sont abondants dans le régolithe lunaire.

Les scientifiques ont reconnu les agglutinats comme l'une des raisons potentielles du manque de croissance des semis dans le sol Apollo par rapport au sol terrestre, ainsi que de la différence de schémas de croissance entre les trois échantillons lunaires.

Les agglutinats sont une caractéristique commune de la surface lunaire. Ironiquement, ils sont formés par un processus appelé "jardinage lunaire". C'est ainsi que le régolithe change, par le bombardement de la surface de la lune par le rayonnement cosmique, le vent solaire et de minuscules météorites, également appelées altération spatiale.

Parce qu'il n'y a pas d'atmosphère pour ralentir les minuscules météorites frappant la surface, elles ont un impact à grande vitesse, provoquant une fusion puis une trempe (refroidissement rapide) sur le site d'impact.

Peu à peu, de petits agrégats de minéraux s'accumulent, maintenus ensemble par du verre. Ils contiennent également de minuscules particules de fer métallique (fer nanophasé) formées par le processus d'altération de l'espace.

C'est ce fer qui est la plus grande différence entre les agglutinats vitreux dans les échantillons d'Apollo et le verre volcanique naturel dans l'échantillon terrestre. C'était aussi la cause la plus probable du stress associé aux métaux reconnu dans les profils génétiques de la plante.

Ainsi, la présence d'agglutinats dans les substrats lunaires a causé des difficultés aux semis d'Apollo par rapport aux semis cultivés dans JSC-1A, en particulier ceux d'Apollo-11. L'abondance d'agglutinats dans un échantillon de régolithe lunaire dépend de la durée pendant laquelle le matériau a été exposé à la surface, ce qui est appelé la "maturité" d'un sol lunaire.

Les sols très matures sont en surface depuis longtemps. On les trouve dans des endroits où le régolithe n'a pas été perturbé par des événements d'impact plus récents qui ont créé des cratères, tandis que des sols immatures (provenant du dessous de la surface) se produisent autour des cratères frais et sur les pentes abruptes des cratères.

Les trois échantillons Apollo avaient des maturités différentes, le matériau Apollo 11 étant le plus mature. Il contenait le plus de fer nanophase et présentait les marqueurs de stress associés aux métaux les plus élevés dans son profil génétique.

L'importance d'un sol jeune

L'étude conclut que le régolithe plus mature était un substrat moins efficace pour la croissance des semis que le sol moins mature. C'est une conclusion importante, car elle démontre que des plantes pourraient être cultivées dans des habitats lunaires en utilisant le régolithe comme ressource. Mais que l'emplacement de l'habitat doit être guidé par la maturité du sol.

Et une dernière réflexion :j'ai été frappé par le fait que les résultats pourraient également s'appliquer à certaines des régions les plus pauvres de notre monde. Je ne veux pas répéter le vieil argument "Pourquoi dépenser tout cet argent dans la recherche spatiale alors qu'il pourrait être mieux dépensé dans les écoles et les hôpitaux ?" Ce serait le sujet d'un autre article.

Mais y a-t-il des développements technologiques issus de ces recherches qui pourraient être applicables sur Terre ? Ce qui a été appris sur les changements génétiques liés au stress pourrait-il être utilisé pour développer des cultures plus résistantes à la sécheresse ? Ou des plantes qui pourraient tolérer des niveaux plus élevés de métaux ?

Ce serait une grande réussite si faire pousser des plantes sur la lune contribuait à aider les jardins à devenir plus verts sur Terre.