La nutrition a joué un rôle crucial à chaque époque d’exploration terrestre, depuis l’époque où le scorbut frappait les marins jusqu’au siècle dernier, lorsque les explorateurs polaires mouraient de malnutrition ou, dans certains cas, d’intoxication nutritionnelle. De nouvelles recherches mettent en lumière les risques d’une nutrition et d’un approvisionnement alimentaire inadéquats, qui nuisent à la santé et aux performances des astronautes pendant les missions, ainsi qu’à leur santé à long terme (risques liés à la nutrition et à l’alimentation).
Études sur la cinétique du calcium au Laboratoire de biochimie nutritionnelle du Centre spatial Johnson de la NASA. NASA
Le système alimentaire spatial doit fournir à l’équipage une nourriture sûre, nutritive et acceptable afin de préserver sa santé et ses performances pendant les vols spatiaux. Des normes et des mécanismes de contrôle existent pour garantir la sécurité alimentaire pendant les vols spatiaux. Une nutrition et une sécurité alimentaire adéquates ont été démontrées lors de missions de six mois et de missions limitées d’un an. Selon le service de presse de la NASA, la mise en place et le maintien de systèmes alimentaires acceptables, nutritifs et sûrs dans des conditions de vol spatial de longue durée avec un approvisionnement limité constituent un défi et dépendent de facteurs tels que la durée de l’isolement de la Terre, l’élaboration des menus, l’adaptation aux conditions de microgravité, l’appétence, le conditionnement et le stockage.
Karen Nyberg, ingénieure de vol de l’expédition 36 de la NASA, tient un morceau de nourriture devant elle dans le module Node 1 pendant un repas. NASA
Lorsque les astronautes embarqueront pour des missions spatiales de longue durée, ils devront cultiver leur propre nourriture, car les plats préparés terrestres perdent de leur valeur nutritionnelle avec le temps. Le projet BioNutrients de la division des biosciences spatiales du Centre de recherche Ames a abordé ce problème en utilisant le génie génétique pour créer des aliments microbiens capables de produire des nutriments et des composés, tels que des médicaments, avec un apport minimal de ressources.
Le procédé consiste à stocker des microbes séchés et des milieux alimentaires dans de petits bioréacteurs, lesquels peuvent être réhydratés et cultivés des années plus tard. Selon le service de presse de la NASA, le projet a déjà produit des caroténoïdes antioxydants, de la follistatine pour lutter contre la perte musculaire, ainsi que du yaourt et du kéfir pour un microbiote intestinal sain. L’équipe de scientifiques est composée de: Ball, N. Sharif, S. Downing, S. Gresser, A. Hami, R. Oscar, R. Hindupur, A. Hiromi, K. Kostakis, A. Levry, J. Murikami, M. Settles, A. M. Sims, K. Villanueva et A. Wu.
iss068e036727 (3 janvier 2023) — Nicole Mann, astronaute de la NASA et ingénieure de vol de l’Expédition 68, travaille dans le module Harmony de la Station spatiale internationale sur l’étude BioNutrients-2, qui utilise des microbes génétiquement modifiés pour fournir des nutriments et éventuellement d’autres composés et produits pharmaceutiques selon les besoins dans l’espace. NASA
Deux types différents de levures de boulangerie modifiées ont été cultivés dans des bioréacteurs BioNutrients-1 (BN-1) Gen-0, produisant du bêta-carotène et de la zéaxanthine. Leur durée de conservation à température ambiante à bord de la Station spatiale internationale (ISS) est actuellement de 3,9 ans. Quatre autres types d’organismes et de produits ont été lancés dans BioNutrients-2 (BN-2), démontrant la production de caroténoïdes, de follistatine, de yaourt et de kéfir dans des bioréacteurs Gen-1, dont la masse est réduite de 91% et la conception est plate. Les produits à base de levure devraient avoir une durée de conservation de 5 ans à température ambiante. Des études sur le yaourt et le kéfir sont actuellement en cours.
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Les succès de BN-1 et BN-2 ouvrent la voie à d’autres procédés de biofabrication qui garantiront la consommation sûre de nutriments et de composés essentiels lors de missions spatiales de longue durée.
Un astronaute a mélangé des cultures de levure dans des bioréacteurs Gen-0 utilisés dans l’expérience Bionutrients-1 à bord de l’ISS. Suite au succès du premier lancement, un récipient plus compact à fond plat pour les bioréacteurs Gen-1 a été développé. NASA
L’expérience de culture de kéfir BioNutrients-3 a été réalisée lors d’une mission lunaire analogue. Du 4 au 9 mars 2024, sur le site d’exploration spatiale hawaïen (HI-SEAS), situé sur le volcan Mauna Loa, sur l’île de Big Island, Katie Fisher, scientifique au Centre Ames de la NASA, a commandé cette expérience lunaire analogue, d’une durée de six jours. Durant cette mission, elle a collaboré avec l’équipe de biologie synthétique BioNutrients pour tester des méthodes de culture et de culture continues de kéfir BioNutrients-3.
La mission a été une expérience enrichissante pour l’équipe de cinq astronautes analogiques internationaux. Ils ont collaboré, surmontant les problèmes de communication et les pannes de courant, tout en poursuivant leurs expériences, la rédaction de rapports et les examens médicaux.
Les astronautes analogiques Katie Fisher et Tugcag Dumlupinar, de Turquie, effectuent l’hydratation et le passage de cultures de kéfir dans un sac. En haut à droite : Préincubation. En bas à droite : 24 heures après incubation. Photos : Katie Fisher. NASA
En menant à bien l’expérience de passivation du kéfir, l’équipe a démontré la faisabilité d’une production quotidienne de cultures de kéfir fraîches, qui fourniront aux futurs astronautes des cultures probiotiques et des nutriments précieux. Globalement, l’expérience a été simple à réaliser, nécessitant un minimum de ressources et de temps. Un indicateur de pH et une échelle de couleurs ont permis à l’équipage de déterminer facilement quand la culture avait atteint son pH optimal. Les 15 lots expérimentaux ont été renvoyés à Ames et attendent les analyses de pH, les tests de viabilité et les contrôles de contamination.
Une série d’expériences BioNutrients de la NASA teste des moyens d’utiliser des micro-organismes pour produire des nutriments qui seront essentiels à la santé humaine lors de futures missions d’exploration de longue durée dans l’espace lointain.
Certains nutriments essentiels n’ont pas la durée de conservation nécessaire pour couvrir des missions habitées de plusieurs années, comme la mission vers Mars, et peuvent devoir être produits dans l’espace pour maintenir les astronautes en bonne santé.
Pour répondre à ce besoin, le projet BioNutrients utilise une approche de biofabrication similaire à celle utilisée pour la production d’aliments fermentés courants comme le yaourt. Cependant, ces produits contiendront également des types et des quantités spécifiques de nutriments que l’équipage pourra consommer ultérieurement.
L’astronaute de la NASA et commandante de l’Expédition 72, Suni Williams, présente un kit de production de compléments BioNutrients lors d’une expérience à bord de la Station spatiale internationale. Cette expérience utilise une levure modifiée pour produire des nutriments et des vitamines essentiels à la santé des futurs astronautes. NASA
La première expérience de la série, BioNutrients-1, visait à évaluer la stabilité et les performances sur cinq ans d’un système portable appelé pack de production, qui utilise un micro-organisme de levure modifié pour produire des vitamines fraîches à la demande et dans l’espace. Les expériences BioNutrients-1 ont débuté après le lancement de plusieurs lots de packs de production vers la station en 2019. Cette collection comprenait des packs de production de réserve pouvant servir de réserve si l’expérience devait être répétée au cours de l’étude de cinq ans. Les expériences prévues se sont achevées en janvier 2024, les packs de production de réserve étant restés à bord du laboratoire orbital et dans le laboratoire BioNutrients du centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley, en Californie, où l’équipe au sol mène des expériences parallèlement aux travaux de l’équipage.
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Les responsables du programme «Game Changing Development» de la Station spatiale internationale et de la NASA ont coordonné le temps de l’équipage pour mener l’expérience complémentaire BioNutrients-1 à l’aide de sachets de réserve. Cela a prolongé la durée de l’étude à près de six ans en orbite, permettant ainsi d’exploiter les précieuses observations et données de l’équipage obtenues lors de l’expérience complémentaire pour l’expérience ultérieure BioNutrients-3, dont l’expérience dirigée par des astronautes s’est achevée en avril 2024 et dont le lancement vers la station est prévu cette année. Les astronautes de la station congèleront l’échantillon, puis le ramèneront sur Terre pour analyse afin de déterminer la croissance des levures et la quantité de nutriments obtenus pendant l’expérience. Cela nous aidera à estimer la durée de conservation des sachets.
Les missions vers la Lune et Mars posent des défis nutritionnels aux astronautes, mais des bénévoles des groupes de travail d’analyse du référentiel de données scientifiques ouvertes de la NASA (OSDR-AWG) collaborent à l’analyse des données de santé des astronautes. Ces groupes examinent les données biomédicales collectées lors des missions et des expériences spatiales de la NASA, et conservées dans le référentiel de données scientifiques ouvertes de la NASA. Ces groupes utilisent ces données pour répondre à des questions de sciences fondamentales et appliquées et pour évaluer l’impact de l’exploration spatiale sur la santé humaine.
Un article sur les aliments cultivés dans l’espace a analysé les données de laitues cultivées à bord de la Station spatiale internationale et de la station spatiale Tiangong-2. Il a été constaté que ces laitues contenaient 29 à 31% de calcium et 25% de magnésium de moins que les laitues terrestres, ce qui est insuffisant pour les besoins des astronautes.
Une étude a révélé deux problèmes de santé supplémentaires chez les astronautes qui mangent des légumes cultivés dans l’espace.
L’analyse a révélé que les astronautes présentaient des changements dans l’expression de 163 gènes du calcium, ce qui pourrait accélérer la perte osseuse.
Les volontaires des groupes de travail d’analyse OSDR ont étudié la valeur nutritionnelle des cultures cultivées en orbite terrestre basse et les effets physiologiques des carences en nutriments induites par l’espace sur les astronautes. npj Microgravity/Barbero et al., 2025
Les données de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) montrent que les astronautes avaient perturbé les barrières intestinales en raison d’une production et d’une régulation altérées des protéines, ce qui a probablement altéré leur capacité à absorber les nutriments.
Il serait possible de développer des plantes enrichies en calcium ou en protéines thérapeutiques pour compenser la carence observée chez les laitues cultivées en espace libre.
Cette étude est le fruit d’une collaboration entre l’ALSDA (Ames Life Sciences Data Archive), les groupes de travail d’analyse humaine et végétale de l’OSDR (une extension du Genelab de la NASA, basé à NASA Ames) et BioAstra, une organisation à but non lucratif dédiée aux sciences de la vie spatiales. Les données proviennent principalement de l’OSDR, avec des contributions des programmes Space Omics et Medical Atlas de l’Université Weill Cornell.
L’astronaute de l’ESA Sławosz Uznański-Wiśniewski est devenu le premier expert culinaire spatial à livrer des pierogi – des raviolis polonais traditionnels – à la Station spatiale internationale lors de la mission Axiom 4.
Sławosz ramène un avant-goût de chez lui dans l’espace avec un menu spécial créé en collaboration avec un chef renommé et une entreprise familiale polonaise. Selon le service de presse de l’ESA, le menu comprend des raviolis au chou et aux champignons, une soupe de nouilles à la tomate, du lecho polonais au sarrasin et un crumble aux pommes en dessert.
La majeure partie du menu spatial se compose d’aliments en conserve ou lyophilisés emballés dans du plastique. Les fruits et légumes frais sont un luxe accessible uniquement à l’arrivée d’un vaisseau spatial chargé de nouvelles provisions.
Dégustation de nourriture pour l’équipage de la mission Axiom 4. ESA
Les repas supplémentaires offerts à chaque membre d’équipage représentent environ 10 % de leur menu. Les astronautes affirment que ces repas supplémentaires diversifient leur alimentation, améliorent leur bien-être mental et renforcent les liens avec leur équipage en orbite.
La lyophilisation est un processus long qui élimine complètement l’eau des aliments, préservant ainsi leurs propriétés et leur structure pour les années à venir.
Sławosz a collaboré avec LYOFOOD, une petite entreprise familiale polonaise avec plus de trente ans d’expérience dans la technologie de lyophilisation, pour trouver une solution qui permettrait de déguster les boulettes après avoir ajouté de l’eau chaude provenant des distributeurs de la station spatiale.
Le célèbre chef et restaurateur polonais Mateusz Gessler a créé trois plats principaux, et le dessert crumble aux pommes est inclus dans le menu LYOFOOD.
Menu Ignis:
Raviolis au chou et aux champignons,
Soupe de tomates aux nouilles,
Ragoût polonais «lecho» au sarrasin
Crumble aux pommes
Emballage de qualité spatiale
pour boulettes. ESA
La microgravité affecte la densité osseuse, le tonus musculaire et la nutrition. Il est donc essentiel que le régime alimentaire de Slavos contienne les nutriments dont il a besoin.
Le menu spatial d’un astronaute comprend une variété d’aliments conçus pour répondre aux besoins nutritionnels et aux exigences opérationnelles à bord. Les équipes sur Terre commencent à sélectionner les plats plusieurs mois à l’avance, car les aliments doivent être envoyés en laboratoire pour des tests de sécurité et de nutrition après avoir été lyophilisés, thermostabilisés ou conditionnés sous vide.
Avant la mission Ignis, Slavos a participé à plusieurs dégustations de nourriture spatiale et a compilé des notes pour les aliments et les boissons. Cela a permis de déterminer les plats qui constitueraient le régime alimentaire principal de la mission.
Cette photo, prise le 15 août 2025, illustre le dîner à bord de la Station spatiale internationale. Un plateau contient un cocktail de crevettes sur des crackers complets, tandis que l’autre contient des sushis aux algues, au Spam, au thon et au riz. Les deux plateaux sont fixés par du velcro à la cuisine du module Unity. Les crevettes et les crackers sont maintenus en place par l’assaisonnement, et les sushis par la tension superficielle de l’humidité.
NASA/Johnny Kim
Les activités à bord de la station spatiale soutiendront des missions de longue durée comme Artemis et de futures expéditions humaines vers Mars.
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