Le papillon des étoiles

Le papillon des étoiles
(titre tiré de l'oeuvre de Bernard WERBER)
Intervenants du projet :
Elèves : Mayeul AUVRAY ; Marius BERNARDET ;Octave BOURGOIS ;
Enzo CLEMENTE ; Achille DECHIROT;Samuel GARS, Benjamin GAYET ;
Nathan GUEIDON;Lucien ROUSSEAU
Enseignants : Quentin BEAUVENTRE et Frédéric DEPERCHIN
Origine du projet :
Nous sommes partis du livre de Bernard Werber « Le Papillon des Etoiles » qui
raconte l'histoire de terriens qui partent faire un voyage spatial de 1000 ans pour
trouver une nouvelle planète habitable.
De là, nous nous sommes demandés s'il était possible de créer une biosphère ; c'està-dire un endroit clos dans lequel peuvent vivre des organismes vivants en
autonomie comme sur notre planète pendant un temps très long (voyage spatial).
Nous avons aboutis à la problématique suivante :
Comment maintenir la vie dans un espace clos pendant une longue période, sans
interactions avec le milieu extérieur ?
On suppose que l'on pourrait créer une biosphère dans un système clos en partant du
principe que le milieu est indépendant, excepté pour l'énergie de départ (électricité)
Pour cela nous avons besoin de gaz respiratoires, d'eau liquide, de lumière naturelle
reconstituant le spectre du soleil, de vapeur d'eau, de plantes chlorophylliennes,
d'animaux et de bactéries, le tout dans un système fermé et opaque.
1) Démarche
Nous avons divisé les différentes tâches entre 3 groupes :
- Le premier groupe s'occupe de la gestion de l'eau, prenant en charge le traitement
après avoir récupéré les eaux usées pour pouvoir les réinjecter dans la biosphère par
la suite (cycle de l'eau).
- Le second groupe gère l'atmosphère de notre espace clos, c'est-à-dire la régulation
du dioxygène et du dioxyde de carbone, tout en faisant attention aux autres gaz
pouvant apparaître au cours de la vie de la biosphère (méthane, monoxyde de
carbone...). Le dioxygène permettant la respiration des organismes vivants et le
dioxyde carbone la fabrication de la matière organique.Ceci étant indispensable à la
vie et son développement. Les végétaux chlorophylliens (photosynthèse) étant les
premiers maillons de la chaîne alimentaire. On cherche à reconstituer le cycle de la
matière organique et minérale.
-Le troisième groupe s'occupe quant à lui de la nutrition de la biosphère et du
maintien des cycles de l'eau, de l'air et de la matière. Il vérifie par des mesures la
qualité de l'eau et de l'air de la biosphère et interviendra si nécessaire sur la qualité
et la quantité d'éclairage.
O2
CO2
Les échanges gazeux entre organismes vivants
2)Mise en œuvre du projet:
Nous sommes partis sur une modélisation de notre biosphère expérimentale
Pour cela on utilise un aquarium dans lequel nous allons disposer des plantes
permettant le traitement des eaux usées (chlorophytum, fissidens fontanus...) afin
de réinjecter celles-ci dans le vivarium principal à l'aide d'une pompe. Cette enceinte
étant close et bénéficiant d'une lumière artificielle reconstituant le milieu terrestre.
Les eaux usées sont elles aussi récupérées par une pompe.
Pour le traitement de l'air on utilisera un autre aquarium avec des plantes qui vont
fournir le dioxygène et utiliser le dioxyde carbone pour constituer la matière
organique. Il reste à trouver comment maîtriser les gaz indésirables au
fonctionnement de notre biosphère.
Les échanges nutritifs entre organismes vivants et les formes azotées
NH3: ammoniac
NO2 : dioxyde d'azote
NO3 : nitrate
CO2 : dioxyde de carbone
H2O : eau
O2 : dioxygène
Le troisième système est le milieu principal où l'on installe les chaînes alimentaires et
le milieu de vie afin de développer la vie. Dans ce système on utilise un vivarium
avec des tubes fluorescents recréant le spectre de la lumière naturelle du soleil, des
systèmes pelletier permettant de réguler la température et de condenser la vapeur
d'eau, issue de l'évapotranspiration (eau dégagée par les plantes et les organismes
vivants), pour avoir de l'eau liquide. Sur une reproduction du sol posé sur une
plateforme élevée de quelques centimètres on met des lentilles en plantation, des
bactéries permettant un apport azoté sous toutes ses formes. Ce procédé devrait
permettre de compléter la fabrication de la matière organique et de recycler celle-ci
en matière minérale.
Le cycle de l'azote
3) Compte rendu des séances :
Les séances ont lieu le mardi midi pendant 45 minutes
Durant les premières semaines de notre atelier nous avons fait des recherches
permettant de savoir quels étaient les éléments nécessaires à initier la vie.Nous
avons effectué plusieurs croquis pour essayer de modéliser notre biosphère
expérimentale
Esquisse de notre montage
H2O : eau
O2 : dioxygène
Nous avons ensuite effectué des recherches sur le cycle de la matière, de l'eau, des
gaz atmosphériques et les chaînes alimentaires.
Sur le plan du matériel, il a fallu trouver des moyens de mettre en place dans un
vivarium une biosphère avec des organismes vivants, un cycle de la matière pour les
nourrir et des régulateurs de température, luminosité et hygrométrique.
Des plans ont été réalisés, grâce au logiciel google sketchup pour équiper les
vivariums et aquariums avec des supports pour la culture de nos lentilles.
Nous avons commencer à réaliser notre montage avec la mise en place progressive
des différents éléments.
Nous avons lancé la germination de nos graines de lentilles qui sont des
légumineuses (fixatrices d'azote) et permettent par une association symbiotique
(association à bénéfice réciproque) avec des bactéries afin de produire les dérivés de
l'azote pour notre biosphère.
Germination stade 1
Germination stade 2
Germination stade 3
Germination stade 4
Reconstitution des différents stades de germination
Actuellement nous procédons au montage de notre mini biosphère et espérons la
mettre en service prochainement afin de voir si elle peut fonctionner en autonomie
pendant plusieurs semaines.
Caillebotis pour le support de la végétation et parois opaques pour isoler notre
biosphère.
4) Le matériel utilisé actuellement
a) La température de l'air :
Pour faire varier l'hygrométrie de l'air nous allons utiliser le système Peltier, avec un
dissipateur thermique nous pourrons ainsi avoir par condensation une pluie
artificielle.
b) L'eau
on utilise un vivarium et un aquarium avec des
plantes qui vont épurer l'eau des déchets azotés, et
l'eau issue des dissipateurs thermiques permettra
d'arroser les lentilles.
c) l'atmosphère
Celle-ci sera régulée par les plantes qui se trouvent dans un vivarium annexe.
Recensement du matériel
Le plongeur thermique sert à réchauffer l'eau.
Les pompes servent à faire circuler l'eau de la biosphère.
Support du dispositif expérimental
Les vivariums
Les lampes ont pour but de reproduire la lumière du soleil.
La console de régulation va permettre de gérer la circulation de l'eau.
Le géo textile retient les éléments nutritifs et laisse passer l'eau.
Le set de contrôle de l'eau de l'Aquarium
L'horloge sert à faire le rythme jour/nuit.
Actuellement la biosphère est en cours de montage. Voici ce dernier au 1er avril 2014.
Nous espérons lancer notre expérimentation dans les jours qui viennent.