Mike Dixon, directeur du Controlled Environment Systems Research Facility (CESRF) de l’Université de Guelph et membre du Comité consultatif sur la science et l’innovation de Bioenterprise, nous entraîne dans une odyssée agricole au cours de laquelle il nous parlera de la technologie des capteurs de précision sur laquelle reposent les systèmes de survie biologiques ainsi que du transfert des connaissances vers le secteur agroalimentaire. Nous en profiterons aussi pour porter un toast festif sur la Lune avec du whisky écossais.
Par Tabitha Caswell pour Bioenterprise
C’est à la fois le hasard et une détermination sans faille qui ont conduit Mike Dixon au stade actuel de son parcours. Fort de plus de 38 ans d’expérience dans la recherche phytotechnique et les environnements contrôlés, il possède une expertise inégalée qui fait de lui un leader éclairé, non seulement ici au Canada, mais dans le monde entier.
Des forêts du Nouveau-Brunswick à l’étendue infinie de l’espace, M. Dixon a accumulé un bagage de connaissances trop important pour être déballé d’un coup. Dans les lignes qui suivent, ce visionnaire nous fera faire un survol de son travail.
Les enseignements des arbres
Mike Dixon est né au creux des forêts denses du Nord du Nouveau-Brunswick, dans le milieu de la sylviculture. Travaillant aux côtés de son père et de ses frères, notamment dans la coupe du bois de pâte et la surveillance des incendies, le jeune Mike a tiré de nombreux enseignements des arbres. Cette immersion marquante a fait de lui un étudiant de la nature, nourrissant une curiosité insatiable qui allait s’étendre sur plusieurs continents et au-delà.
M. Dixon a suivi un cheminement universitaire impressionnant qui a débuté à l’Université Mount Allison [en anglais seulement], où il a obtenu une maîtrise en tant que seul étudiant diplômé de tout l’établissement. Il a ensuite obtenu un doctorat de l’Université d’Édimbourg [en anglais seulement], en Écosse, avant de faire un postdoctorat à l’Université de Toronto [en anglais seulement]. Attiré par le Département des sciences horticoles [en anglais seulement] de l’Université de Guelph [en anglais seulement], M. Dixon s’est finalement installé en Ontario.
Des années d’études en physiologie végétale et en biophysique, conjuguées à un sens aigu du bricolage technique, ont contribué à doter M. Dixon d’un ensemble de compétences uniques, qui l’ont naturellement préparé à la prochaine étape cruciale de sa vie.
Dans les années 1980, quand la toute nouvelle Agence spatiale canadienne (ASC) a lancé un appel à experts, M. Dixon a saisi l’occasion qui se présentait. Présentant les plantes comme la clé de la survie interstellaire, il s’est vite retrouvé à concevoir et à construire la première serre à atmosphère contrôlée sur le campus de l’Université de Guelph. Alors que les voyages célestes suscitaient l’attention du monde entier, les recherches de M. Dixon ont commencé à s’articuler autour de la résolution des problèmes fondamentaux liés à la culture des plantes dans l’espace, tout en jetant un éclairage sur les principes liés à l’agriculture sur Terre.
Membre éminent et de longue date du Comité consultatif sur la science et l’innovation (CCSI) de Bioenterprise [en anglais seulement] et directeur du Controlled Environment Systems Research Facility [en anglais seulement] de Guelph, en Ontario, M. Dixon continue de guider la prochaine génération d’innovateurs dans le domaine de la commercialisation, tout en gardant le cap sur la Lune, Mars et plus loin encore.
Les végétaux : clé universelle de notre survie
Dans l’environnement extrême de l’espace, la vie dépend d’un concept vital : les systèmes de survie biologiques. Il s’agit du processus complexe de conversion des gaz en air respirable, de recyclage de l’eau et d’autres ressources et, surtout, de production de denrées alimentaires. Au cœur de ce processus de maintien de la vie se trouvent les plantes, les meilleurs bioingénieurs de la nature.
« Dans les systèmes de survie biologiques, la production d’aliments à partir des plantes est un impératif absolu, explique M. Dixon. C’est la capacité à cultiver des plantes dans l’espace qui déterminera la distance à laquelle nous pourrons nous éloigner de la Terre et la durée de notre séjour. Il est donc fondamental que nous développions toutes les sciences et technologies permettant de le faire de manière fiable et avec succès. »
Le CESRF de l’Université de Guelph est un pôle d’innovation, pionnier de la recherche qui explore en profondeur les subtilités des environnements contrôlés. Dans cet établissement, chaque variable, de la lumière à l’humidité, est minutieusement calibrée pour tester les seuils et créer les conditions optimales de croissance des plantes, tant dans le cosmos que sur notre planète.
Les retombées des travaux d’avant-garde menés au CESRF se font sentir beaucoup plus près de chez nous. En effet, si l’objectif premier est de permettre aux astronautes de s’aventurer encore plus loin dans l’espace, les méthodes et les technologies issues de ces recherches ont de profonds impacts ici même, sur Terre. Qu’il s’agisse de révolutionner l’agriculture verticale ou de faire progresser l’industrie florissante du cannabis, les techniques d’environnement contrôlé mises au point pour les missions interstellaires sont en train de remodeler l’agriculture terrestre.
Depuis sa création, le CESRF s’est hissé au rang de chef de file mondial dans le domaine de la recherche sur les systèmes de survie biologiques. La quête incessante de connaissances de l’équipe permet non seulement de tracer la voie pour les futures missions spatiales, mais aussi d’assurer un avenir plus vert et plus durable sur Terre.
En termes simples, si le CESRF vise les étoiles, il veille également à ce que nous ne négligions pas les terres fertiles qui se trouvent sous nos pieds. La nécessité de nourrir une population grandissante et la gestion des déchets sont des problèmes communs, où que l’on se trouve dans l’univers.
Les répercussions infinies du « zéro déchet »
Dans l’immensité de l’espace, les déchets ne sont pas seulement un inconvénient mineur, ils représentent une menace pour la survie. « Quand on s’aventure dans l’espace, on ne peut rien jeter, dit M. Dixon. Dans la Station spatiale internationale [en anglais seulement], les déchets sont renvoyés sur Terre, car il n’existe pas encore de technologie permettant de recycler autre chose que l’eau. Ainsi, lorsqu’on va sur la Lune ou sur Mars, on ne peut recourir à une décharge à l’extérieur parce que toutes les ressources utilisées pour l’exploration contribuent à assurer votre survie. Le carbone, l’oxygène, l’eau et l’azote doivent être recyclés. »
Cette dure réalité souligne l’importance d’un recyclage infaillible dans l’espace. En effet, chaque gramme de chaque ressource, de l’air que nous respirons à l’eau que nous buvons, devient inestimable. L’idée même de jeter quelque chose devient un casse-tête, car chaque élément doit être méticuleusement recyclé pour garantir le succès et la sécurité des missions spatiales.
Les innovations issues de ces défis spatiaux ont des répercussions considérables ici même sur Terre. Les collaborateurs de l’industrie reconnaissent les applications terrestres potentielles, en particulier dans le secteur agroalimentaire.
À ce stade-ci, nous nous trouvons devant l’horizon des événements du premier trou noir. La recherche d’algorithmes de recyclage et de technologies de détection impeccables pour l’espace se traduit par des pratiques durables avant-gardistes sur notre planète. « À l’heure actuelle, le plus grand trou noir de la technologie des serres est la capacité de recycler la solution nutritive hydroponique, tout en conservant sa qualité, et ce, indéfiniment. Mais au fur et à mesure que nous progressons, cette technologie se répandra », dit M. Dixon.
Premier trou noir : les limites de la technologie des capteurs
La technologie des capteurs est l’épine dorsale des environnements contrôlés. Elle fait appel à des équipements de pointe très sensibles pour mesurer et maintenir des conditions ambiantes précises. Du spectre lumineux à la pression atmosphérique, chaque détail est calibré pour favoriser une croissance optimale des plantes.
Il y a vingt ans, M. Dixon et ses collègues ont posé une question centrale pour l’exploration spatiale : « Jusqu’où pouvons-nous abaisser la pression et modifier la composition de l’atmosphère tout en maintenant les plantes vivantes pour assurer la survie? »
Des recherches menées par Cara Wehkamp en 2005 [en anglais seulement] ont permis de répondre à cette question. La chercheuse a utilisé des chambres hypobares pour évaluer la réaction des plantes sous des pressions réduites. Les résultats de l’étude sont éclairants : les plantes se sont bien portées à seulement 10 % de l’atmosphère terrestre, avec environ 70 % d’oxygène et un minimum de CO2. Victoire! Cette découverte mérite d’être célébrée. Si l’étude avait révélé le contraire, la réalité des voyages dans l’espace aurait été… décourageante.
Nous savons donc que les plantes, qui sont vitales pour notre survie, ne limiteront pas les voyages de l’homme dans l’espace. Les découvertes progressives de la recherche en matière de technologie des capteurs de précision, combinées à des techniques avancées de gestion des déchets, sont prometteuses et se révèlent précieuses lorsqu’elles sont transférées latéralement vers des applications ici, sur Terre.
Les technologies de l’espace au service des secteurs terrestres
Vous ressentez l’appel de l’espace? Vous n’êtes pas seul. Les humains aspirent naturellement à résoudre les mystères les plus difficiles de la vie. Même si le but ultime de cette recherche est l’exploration et la colonisation de l’espace, il n’est pas surprenant que la Lune et Mars représentent un marché spécial. Ainsi, s’il est important de prendre du recul et d’examiner ces travaux sous l’angle de l’aspect pratique, il peut aussi être tentant pour des parties non informées de les rejeter comme un fantasme frivole.
Les entrepreneurs, par contre, reconnaissent les possibilités de commercialisation extrêmement intéressantes que représentent ces applications terrestres, notamment l’agriculture verticale et la culture du cannabis et d’autres plantes médicinales. La technologie conçue pour l’espace a déjà été transférée avec succès à ces secteurs, et M. Dixon donne quelques exemples en guise de contexte.
Le CESRF collabore avec la société norvégienneIntravision [en anglais seulement] depuis 2010. Si de nombreuses entreprises du domaine de l’agriculture verticale ont chuté depuis, Intravision a réussi à se réinventer stratégiquement, passant de fournisseur d’éclairage DEL à fournisseur de fermes verticales clés en main. L’entreprise, dont le siège social est situé à Oslo et qui compte des bureaux à Toronto et à Shanghai, soutient les projets de ses clients au Canada et à l’étranger. Forte d’une croissance constante, elle est un exemple de réussite dans le secteur de l’agriculture verticale.
Une collaboration avec Mucci Farms [en anglais seulement], une serre/centrale électrique multigénérationnelle, témoigne de l’adaptabilité de la technologie spatiale à la production alimentaire sur Terre. L’équipe est actuellement au stade avancé de prototypage de systèmes. Selon M. Dixon, le succès de l’entreprise est directement attribuable à « l’exploitation des solutions technologiques que nous avons mises au point dans le cadre du programme spatial et à leur déploiement dans des projets visant à cultiver des aliments ici sur Terre ».
Commandité par la Weston Family Foundation [en anglais seulement] le défi Cultiver l’innovation d’ici est une initiative qui vise à contrer l’irrégularité de l’offre et de la demande sur le marché canadien des petits fruits. Après avoir franchi avec succès la phase initiale, l’équipe du CESRF se concentre maintenant sur le prototypage d’une technologie permettant de produire de fraises toute l’année. « La solution que nous proposons vise à stabiliser l’offre de fraises tout au long de l’année, explique M. Dixon. Si nous y parvenons, nous remporterons probablement le prix Nobel! »
Outre les aliments, la technologie issue des travaux menés au CESRF s’applique aussi directement aux produits pharmaceutiques.
Le trou de ver de la phytopharmaceutique
Dans la course aux avancées médicales, l’attention s’est récemment déplacée des médicaments synthétiques vers le secteur phytopharmaceutique, qui, au-delà du cannabis, englobe une gamme élargie de plantes médicinales. Bien que ces plantes soient prometteuses, elles posent également des problèmes liés au fait qu’il s’agit d’organismes vivants, sensibles au moindre changement, et qu’il est difficile de contrôler leur croissance pour obtenir des résultats cohérents. C’est à ce chapitre que le travail du CESRF est remarquable.
M. Dixon souligne une collaboration importante avec PlantForm [en anglais seulement]. Cette entreprise a mis au point un procédé innovateur dans lequel une agrobactérie porteuse d’un schéma génétique est infiltrée sous vide dans un plant de tabac. Ce traitement permet à la plante de produire un anticorps monoclonal biologique, ou protéine, appelé Herceptin – un médicament puissant utilisé dans les traitements contre le cancer du sein. M. Dixon souligne l’ironie frappante de l’utilisation de plants de tabac, généralement associés à des risques pour la santé, pour produire un médicament anticancéreux susceptible de sauver des vies.
Au-delà de ce succès, la normalisation reste un obstacle dans ce domaine. Mais l’équipe du CESRF progresse grâce à la mise en œuvre de sa technologie révolutionnaire. « C’est facile pour nous, car nous avons passé les 25 dernières années à essayer de normaliser le profil des composés nutritionnels dans les plantes. »
Sur une note plus légère, M. Dixon enchaîne sur un objectif qui, après des décennies, pourrait bientôt être atteint. Pour lui (et pour d’autres), ce projet a aussi quelque chose de « médicinal ».
Libations lunaires
Pour raconter l’histoire avec précision, il faut commencer par le début.
Comme beaucoup d’entre nous, M. Dixon a une liste de choses à faire, et la sienne n’est rien moins que céleste. Pour des raisons pratiques, il a été contraint d’abandonner son rêve initial de cultiver une rose sur la Lune, et a donc jeté son dévolu sur l’orge. Mais pourquoi l’orge?
C’est que dans les cultures du monde entier, l’homme a conservé son obsession pour la transformation des plantes en alcool tout au long de l’histoire. Inévitablement, cette production artisanale culturelle nous suivra dans l’espace – et M. Dixon est déterminé à ce que cela se produise.
En 1995, M. Dixon était le représentant canadien au sein du Candidate Crop Selection Committee (comité international de sélection des cultures candidates), qui a dressé une liste restreinte des plantes susceptibles d’être utilisées dans l’espace. Il a proposé l’orge, soutenant avec humour la valeur culturelle de notre relation séculaire avec l’alcool. Et quoi de mieux qu’un scotch single malt, surtout si l’on tient compte des racines écossaises de M. Dixon? Quelques années plus tard, grâce à une persuasion intelligente, l’orge figurait officiellement sur la liste des explorations spatiales.
Le projet coup de cœur de M. Dixon l’a même conduit en Écosse, où il a convaincu la distillerie The Glenlivet [en anglais seulement] d’envoyer ses graines d’orge dans l’espace pour tester leur résistance. L’objectif? Produire le tout premier scotch de l’espace. À découvrir dans un avenir très proche!
Évidemment, l’orge a d’autres usages pratiques. Aussi, l’équipe du CESRF a reçu le soutien de l’Agence spatiale canadienne (ASC) et de l’entreprise aérospatiale Canadensys [en anglais seulement] pour concrétiser ce rêve. Les roses n’ont peut-être pas fonctionné, mais l’idée de M. Dixon de cultiver de l’orge sur la Lune est toujours d’actualité. Santé à ce projet!
Si l’idée de s’imbiber d’une savoureuse boisson lunaire est amusante, nous ne pouvons pas ignorer le travail sérieux et les réalisations étonnantes que M. Dixon et son équipe ont accomplis au fil des ans – résultat direct de l’investissement du Canada.
Deuxième trou noir : le financement assurant le leadership du Canada
L’engouement récent pour la survie dans l’espace découle d’un constat : atteindre les corps célestes est une chose, survivre dans le cosmos en est une autre. Au cours des trois dernières décennies, le Canada a pris la tête de ce domaine de recherche.
Nous sommes d’ailleurs bien placés pour exercer ce leadership. En effet, nos défis agricoles, en particulier dans nos climats rigoureux, nous ont habilités à concevoir des solutions adaptées à des conditions extrêmes. Comme le fait remarquer M. Dixon avec humour, « après la Lune, les bancs de neige de Yellowknife sont l’endroit le plus difficile pour faire pousser des plantes ».
Tout comme nous avons innové dans les domaines de l’exploration spatiale et de la survie, le Canada est prêt à devenir un chef de file de la production alimentaire à haute densité sur Terre. L’intégration de l’IA, de l’automatisation et de la robotique aux pratiques agricoles traditionnelles est non seulement imminente, mais aussi essentielle.
Le trésor de connaissances du Canada en matière d’agriculture contrôlée s’est développé à vive allure depuis 1995, mettant en évidence à la fois les réussites et les enseignements tirés. Cette expertise est l’argument de vente qui nous distingue. Mais alors, qu’est-ce qui nous empêche d’atteindre notre plein potentiel? Le deuxième trou noir : le financement.
Le soutien à l’exploration spatiale ne vise pas uniquement à assouvir des ambitions cosmiques; il s’agit aussi de renforcer l’économie canadienne. L’injection nouvelle de fonds indispensables abolit les limites de ce que le Canada peut accomplir dans ce domaine.
M. Dixon explique que les détracteurs du financement de la recherche sur les systèmes de survie biologiques ne voient pas le tableau d’ensemble. « Ce serait une source de revenus et d’impôts qui permettrait de construire des routes, des écoles et des hôpitaux au Canada. L’investissement dans la recherche de haute technologie, en particulier dans l’agriculture, est un moteur économique remarquable pour un pays comme le Canada », fait-il valoir.
Nous disposons des meilleurs cerveaux et nous avons accumulé un bagage de connaissances extrêmement solide; nous avons simplement besoin d’argent pour aller encore plus loin.
Collaborations internationales au CESRF
Comme dans de nombreux domaines de recherche, l’exploration spatiale, le financement et la collaboration vont de pair pour progresser. Il est presque impossible d’avancer en faisant cavalier seul. « Les organismes de financement estiment que plus la portée de la collaboration est grande, mieux c’est. Ils utilisent ce facteur comme critère pour évaluer les propositions, ce qui favorise les interactions collaboratives », explique M. Dixon.
Même si certains partenariats ne seront jamais aussi productifs que d’autres, nombre d’entre eux permettent de progresser dans la bonne direction. Le CESRF de l’Université de Guelph est devenu un lieu de rencontre international, épicentre de la recherche sur les systèmes de survie biologiques. Après la mise en place du programme Space in Advanced Life Support Agriculture (SALSA), en 1995, sa notoriété a donné lieu à des partenariats avec des géants comme l’Agence spatiale européenne (ASE), la NASA, le German Aerospace Center (DLR) [trois sites en anglais seulement], et bien sûr l’ASC, dans le cadre d’un projet consistant à transférer la technologie des serres dans l’Arctique.
« Ces collaborations ont créé et entretenu le mythe entourant notre programme », dit M. Dixon. Il rappelle un tournant décisif : un coup de pouce de 10 millions de dollars accordé au programme entre 2000 et 2005, qui a été le point de départ de ce succès. À peu près à la même époque, la NASA mettait fin à la recherche phytotechnique en raison du vieillissement de son infrastructure, et a donc commencé à envoyer des équipes à Guelph. Au fil des ans, le CESRF est devenu un lieu incontournable.
Ce financement opportun, conjugué au leadership de M. Dixon, s’est avéré un investissement judicieux. « Ce premier coup de pouce que nous avons reçu équivaudrait environ à 30 millions de dollars aujourd’hui », souligne-t-il. Cet investissement a attiré des équipes comme la NASA, notamment, pour des projets conjoints. Le centre est fier d’être devenu une plaque tournante mondiale, qui catalyse l’innovation pour l’avenir de l’exploration spatiale.
Possibilités liées à l’exploration spatiale
Le secteur spatial offre des possibilités illimitées, mais il présente aussi des problèmes et des mystères inexplorés. L’horizon est prometteur grâce à la mise au point de technologies assurant la survie à la fois sur Terre et dans l’espace.
« La liste des étapes à franchir est énorme », déclare M. Dixon, et toute personne qui tente sa chance dans ce domaine « aura un emploi à vie ». Les futurs étudiants seront à l’avant-garde de l’innovation. Pour les bailleurs de fonds, investir dans le CESRF signifie façonner le destin de l’exploration spatiale et de notre système alimentaire et agricole tout à la fois. Et pour les entreprises, le programme constitue une nébuleuse de talents qui forme des experts prêts à diriger et à innover.
Le CESRF de l’Université de Guelph se distingue par son avant-gardisme en se consacrant à la mission mondiale du développement des systèmes de survie biologiques. La contribution du Canada à la réalisation d’un objectif commun et international ne doit pas passer inaperçue. Et si nous regardons vers l’avenir, tout est en place pour que la recherche et le développement se poursuivent au cours des prochaines décennies.
En réfléchissant aux réalisations de M. Dixon et de son équipe, nous pouvons assurément envisager un avenir où le Canada aura laissé sa marque sur le monde… et dans l’espace.
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Au sujet de CESRF, University of Guelph [en anglais seulement]
The Controlled Environment Systems Research Facility and its Space and Advanced Life Support Agriculture program are an essential part of Canada’s contributions to plant research and development for space and closed environment related activities.
