Les cyanobactéries, ces microbes qui ont fait l'air
Elles ont commencé à remplir l'atmosphère d'oxygène il y a 2,4 milliards d'années, fertilisent des rizières et se mangent en galettes au bord du lac Tchad. Demain, elles pourraient aider à cultiver des plantes sur Mars.
On les a longtemps appelées « algues bleues », mais ce sont des bactéries. Les cyanobactéries font la photosynthèse comme les plantes : avec la lumière du Soleil, elles transforment le dioxyde de carbone et l'eau en matière organique, et rejettent de l'oxygène. Elles sont minuscules, mais leur histoire se confond avec celle de la planète. Et elles pourraient bien jouer un rôle dans celle des premières bases installées sur Mars.
Les inventrices de l'air que l'on respire
Les cyanobactéries sont les plus anciens organismes connus à produire de l'oxygène par photosynthèse. Elles sont apparues dans un monde où toute la vie se passait d'oxygène et n'avait aucune défense contre ce gaz très réactif. Il y a environ 2,4 milliards d'années, l'oxygène, sous-produit de leur photosynthèse, devient pour la première fois une part notable de l'atmosphère : c'est la Grande Oxydation. Pour beaucoup de microbes de l'époque, c'était un poison ; pour la suite de l'histoire du vivant, un tournant.
On peut encore voir leurs constructions. À Hamelin Pool, dans la baie Shark, en Australie occidentale, des tapis microbiens édifient des stromatolithes, des roches formées de couches successives. La NASA les présente comme l'un des plus anciens écosystèmes de la Terre.
Fixer l'azote de l'air
Leur second talent est plus rare. L'air est composé surtout d'azote, mais sous une forme que les plantes ne savent pas utiliser. Certaines cyanobactéries filamenteuses, comme celles du genre Anabaena, savent le « fixer », c'est-à-dire le transformer en composés assimilables. Difficulté : l'enzyme qui réalise cette opération, la nitrogénase, est inactivée par l'oxygène, celui-là même que ces bactéries produisent.
La solution est un partage des tâches. Le long du filament, environ une cellule sur 10 à 20 se transforme en hétérocyste. Elle démonte la partie de sa machinerie photosynthétique qui libère de l'oxygène, s'entoure d'une double enveloppe qui en freine l'entrée, et respire davantage pour consommer ce qui reste. Ses voisines lui fournissent du carbone ; elle leur rend de l'azote. Cette transformation est définitive : un hétérocyste ne redevient jamais une cellule ordinaire.
De la rizière à l'assiette
Les agronomes ont tiré parti de ce talent. En Inde, l'Institut de recherche agricole de New Delhi a mis au point dans les années 1960 des biofertilisants à base de cyanobactéries pour les rizières, dont le transfert aux agriculteurs a commencé en 1976. On multiplie un mélange de souches, notamment Anabaena et Nostoc, dans des bacs peu profonds au soleil ; au bout de deux ou trois semaines, une couche d'algues se forme, que l'on fait sécher en paillettes. Selon une estimation prudente, ces microbes apportent 20 à 30 kg d'azote par hectare et par saison, autant d'engrais chimique en moins sans perte de rendement.
Certaines se mangent. Au bord du lac Tchad, des femmes récoltent dans des mares une spiruline locale, le dihé, séchée en fines galettes puis cuisinée en sauce. L'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) a lancé en 2007 un projet pour les aider à la récolter et à la conditionner de façon plus hygiénique, et à la vendre. Les cyanobactéries intéressent aussi le recyclage spatial : dans le programme MELiSSA, mené par l'Agence spatiale européenne depuis la fin des années 1980, un photobioréacteur de spiruline, Limnospira indica, produit une partie de l'oxygène de la boucle et transforme une partie de l'azote des déchets en biomasse.
Un engrais fabriqué avec l'air de Mars
Sur Mars, l'atmosphère est très ténue : entre 6 et 11 hPa, moins de 1 % de la pression terrestre. Elle est faite surtout de dioxyde de carbone, avec un peu d'azote. Au centre ZARM de l'université de Brême, l'équipe de Cyprien Verseux a construit Atmos, un banc de neuf cuves d'un litre dont on règle la pression et la composition. En 2021, elle a montré que la cyanobactérie Anabaena sp. PCC 7938 pousse aussi bien sous 100 hPa d'un mélange de 96 % d'azote et 4 % de dioxyde de carbone qu'à l'air libre. Elle se développe aussi sur un simulant de sol martien, moins vite toutefois que dans son milieu habituel. Une fois traitée, sa biomasse a même nourri une autre bactérie, Escherichia coli.
En 2024, la même équipe a abaissé la pression jusqu'à 80 hPa, en gardant les mêmes pressions partielles des gaz utiles, sans ralentir la croissance. Le gain sur la masse des parois du réacteur reste modeste : le vrai bénéfice serait de réduire la quantité d'atmosphère martienne à traiter. Le sol martien complique les choses. Une étude de 2025 montre que le simulant de régolithe retient une partie de la matière organique et réduit la récupération du phosphate et de l'ammonium lorsqu'on fait fermenter la biomasse.
En 2026, des chercheurs de Brême et du centre aérospatial allemand (DLR) ont franchi une étape. Ils ont fait fermenter sans oxygène des cyanobactéries cultivées avec des ressources simulées de Mars, dont un sol artificiel qui fournissait les minéraux. L'engrais obtenu a fait pousser des lentilles d'eau, une petite plante aquatique riche en protéines : un gramme de cyanobactéries sèches a donné 27 grammes de plantes fraîches. La fermentation produit en prime du méthane, utilisable comme source d'énergie.
Et sur Terre ?
La marche « Souffle Cyanobactérien » (voir la marche I-OUT-07) vise des bioréacteurs à basse pression alimentés par l'atmosphère et le sol locaux, où des cyanobactéries fixent l'azote et le carbone pour fabriquer un engrais, en levant l'inhibition causée par le régolithe. Pour un avant-poste planétaire, première escale sur la route des étoiles, ce serait une brique d'autonomie : produire de quoi cultiver sans tout faire venir de la Terre.
Sur Terre, la même approche pourrait permettre dès maintenant à de petites exploitations agricoles de produire des biofertilisants azotés à partir de l'air et de la lumière. Elles dépendraient moins des engrais de synthèse, dont la fabrication consomme beaucoup d'énergie. Plus de deux milliards d'années après avoir changé l'air de la Terre, les cyanobactéries n'ont pas fini de travailler pour nous.