La Nasa finance des entreprises américaines pour construire des remplacements commerciaux de la station spatiale internationale.

Fin août, un colis est arrivé de l’espace pour une petite entreprise de biotechnologie du Connecticut, LambdaVision. À l’intérieur de ce paquet de la taille d’une boîte à chaussures se trouvaient des échantillons d’un film à base de protéines qui, espère l’entreprise, servira un jour de base à une rétine artificielle destinée à rendre la vue aux personnes aveuglées par l’âge ou par une maladie génétique.

Le film a été créé à quelque 420 km au-dessus de la Terre, sur la Station spatiale internationale, où l’environnement de microgravité permet à LambdaVision de produire des couches de protéines plus cohérentes et plus régulières. Les rétines sont encore en cours de développement, mais Nicole Wagner, directrice générale de LambdaVision, pense que d’ici quelques années, l’entreprise pourrait les produire à grande échelle sur des stations spatiales commerciales.

Réinventer la station spatiale

« Il y a beaucoup de promesses à poursuivre ce travail dans un environnement de microgravité », dit-elle. « Mais l’ISS est un laboratoire de recherche. Les stations spatiales commerciales auront davantage de capacités. Elles seront conçues en pensant à l’avenir. »

La course pour dessiner cet avenir est déjà lancée. Des entreprises américaines, dont Blue Origin de Jeff Bezos, Sierra Space, Northrop Grumman, Axiom Space, Lockheed Martin et Nanoracks, ont été stimulées par un concours financé par la Nasa pour concevoir des remplaçants privés de l’ISS lorsqu’elle sera mise hors service à la fin de la décennie.

Quatre contrats initiaux ont déjà été attribués et le ou les gagnants, qui seront sélectionnés par la Nasa aux alentours de 2025, pourraient s’attendre à des revenus annuels estimés à 1 milliard de dollars de la part de l’agence américaine pour la fourniture des services de la station spatiale.

Mais les candidats espèrent un prix encore plus important : devenir la plateforme de référence d’une économie spatiale en plein essor, couvrant la recherche, la fabrication, le tourisme, les loisirs, etc.

L’ISS a été le pionnier, la plus grande collaboration mondiale dans l’histoire de la technologie. Au cours de ses 22 années d’habitation continue, elle a accueilli 258 astronautes et cosmonautes de 20 pays et des milliers d’expériences révolutionnaires. « Selon un rapport de transition préparé par la Nasa pour le Congrès américain au début de cette année, les recherches menées à bord de l’ISS couvrent toutes les grandes disciplines scientifiques.

Les travaux effectués à bord de la station spatiale ont contribué à la mise au point de médicaments contre le cancer, la maladie d’Alzheimer et la dystrophie musculaire de Duchenne. Même des produits ménagers comme l’assouplissant ont été améliorés grâce à la recherche spatiale, ce qui a conduit à trois brevets déposés par la société de biens de consommation Procter & Gamble.

Alors que la station spatiale approche de la fin de sa vie, sur Terre, des considérations de coût et des tensions géopolitiques rendent plus difficile le maintien de la remarquable collaboration internationale entre cinq agences spatiales (celles des États-Unis, de la Russie, de l’Union européenne, du Canada et du Japon) qui l’a maintenue en vol bien plus longtemps que prévu.

L’ISS a coûté plus de 159 milliards de dollars au cours de sa durée de vie et quelque 3 milliards de dollars par an pour son exploitation, soit environ un tiers du budget annuel de la Nasa consacré aux vols spatiaux habités. Selon le rapport de la Nasa, le passage à des plates-formes commerciales pourrait libérer quelque 1,8 milliard de dollars par an d’ici à 2033 – des fonds qui pourraient être utilisés pour une nouvelle ère d’exploration spatiale.

« Alors que les grandes agences gouvernementales se concentrent sur l’objectif plus large de retourner sur la Lune et d’y créer une présence durable, puis sur Mars, elles espèrent économiser du temps et de l’argent en faisant appel à des fournisseurs commerciaux pour maintenir une présence en orbite terrestre basse », explique Dhara Patel, du Centre spatial national britannique.

Des partenariats fragilisés

L’ISS a été l’exemple le plus visible d’un partenariat fructueux entre Moscou et l’Occident dans le domaine spatial. Mais l’invasion de l’Ukraine par la Russie cette année a poussé cette relation à son point de rupture. En juillet, Yuri Borisov, le nouveau directeur de l’agence spatiale russe, Roscosmos, a réitéré la menace de son pays de quitter la station « après 2024 ».

Tout le monde ne croit pas que la Russie quittera la station. Le pays a fait part de ses ambitions de construire sa propre station spatiale, ce qui « prendrait cinq, six ou sept ans minimum », estime David Parker, directeur de l’exploration humaine et robotique à l’ESA, l’Agence spatiale européenne. « Les Russes ne veulent pas que leurs cosmonautes battent en retraite… il est donc important pour eux de maintenir une capacité opérationnelle sur l’ISS ».

Mais la menace répétée d’un départ prématuré de la Russie a intensifié la pression sur les partenaires de l’ISS pour trouver un moyen de maintenir une présence humaine continue en orbite. Non seulement il y a encore des recherches à mener à bien pour réaliser l’ambition des grandes agences comme la Nasa et l’ESA européenne d’aller sur la lune et sur Mars. L’accès à l’espace est également considéré comme une question de compétitivité et de sécurité nationales.

« Nous ne voulons pas avoir un vide en Leo [orbite terrestre basse] », déclare Robyn Gatens, directrice de l’ISS à la Nasa. « Nous voulons assurer la transition de tous nos utilisateurs, qu’ils soient gouvernementaux, commerciaux ou universitaires, de manière transparente. »

Les gouvernements occidentaux sont parfaitement conscients que la Chine est sur le point d’achever sa propre station spatiale, Tiangong, et qu’elle l’ouvre aux entreprises et aux alliés. « Il est impératif pour le gouvernement américain qu’aucun de ses alliés ou amis ne puisse accéder à l’espace uniquement par le biais de la station spatiale chinoise », déclare un cadre qui a discuté de la question avec la Nasa et le ministère américain de la défense.

Il y a trois ans, la Nasa a commencé à préparer la transition en assouplissant les restrictions sur l’activité commerciale dans l’ISS. L’ESA opère elle aussi un virage notable vers l’utilisation commerciale de l’espace.

Un accès plus large et la baisse des coûts de lancement dans l’espace alimentent la demande pour l’ISS. « Nous avons un programme d’activités scientifiques très chargé », déclare M. Parker. « Nous avons une idée substantielle de ce que nous ferons au cours des six ou sept prochaines années et nous commençons à réfléchir à la manière dont l’infrastructure scientifique pourrait être utilisée sur d’autres plateformes. »

Plutôt que de supporter le coût d’une seule et énorme station successeur, la stratégie menée par la Nasa a consisté à promouvoir un petit nombre de plateformes détenues et exploitées par le secteur privé. Elle prévoit qu’elles seront opérationnelles d’ici 2028, ce qui donnera aux utilisateurs deux ans pour effectuer la transition avant la mise hors service de l’ISS en 2030.

L’agence a déjà alloué 550 millions de dollars pour le développement de quatre modèles différents. En 2020, la société Axiom Space, basée à Houston, a remporté un concours pour attacher un module à l’ISS, qui sera progressivement étendu jusqu’à ce qu’il se détache finalement en orbite indépendante lorsque la station sera mise hors service. Il vise à accueillir diverses activités, de la recherche au tourisme en passant par l’entraînement des astronautes.

En décembre 2021, la Nasa a attribué trois autres contrats de conception de stations spatiales en vol libre dans le cadre de la deuxième étape du concours. Un consortium dirigé par Nanoracks, la société de services dans l’espace détenue par Voyager Space, propose Starlab, un parc scientifique gonflable conçu par Lockheed Martin. Blue Origin et Sierra Space proposent le projet Orbital Reef, un « écosystème » de 30 000 pieds carrés composé de différents habitats et services pour l’industrie, la recherche et le tourisme.

Enfin Northrop Grumman vise à construire une plateforme pouvant être utilisée pour la formation ou des projets scientifiques, mais il cherche encore un opérateur. « Nous sommes des fabricants », explique Andrei Mitran, directeur de la stratégie de Northrop. « Nous ne nous engageons pas à mettre en orbite quelque chose qui nous appartiendra ».

Tous les projets ne passeront pas le cap final, prévu vers 2025, lorsque la Nasa conclura des accords de service fermes avec les candidats choisis. La viabilité commerciale des modèles économiques sera une condition importante. « Nous affinons nos prévisions sur ce que nous voulons acheter en termes de services », explique M. Gatens. « Ils peuvent prendre cela et le mélanger avec des clients non Nasa et élaborer leur propre plan d’affaires. Nous voulons être un client parmi d’autres ».

Les voies de la transition

La Nasa s’inquiète toujours de savoir si le marché commercial sera suffisamment important pour soutenir les stations privées. « La Nasa promeut plusieurs stations spatiales car elle ne veut pas mettre tous ses œufs dans le même panier », explique Patel, du Centre spatial national britannique. « Il n’y a pas nécessairement de demande commerciale à l’heure actuelle parce que les industries qu’ils espèrent servir, comme la fabrication et le tourisme spatial, ne sont pas matures. »

La banque d’investissement Citi estime que le marché de l’ensemble de l’économie spatiale pourrait atteindre 1 milliard de dollars par an d’ici 2040. Mais les prévisions de chiffre d’affaires annuel pour les stations spatiales commerciales sont estimées à seulement 8 milliards de dollars, composés de services tels que la formation des astronautes, la recherche et les nouvelles activités industrielles, notamment la logistique et l’exploitation minière dans l’espace.

D’autres sont plus pessimistes. Une étude granulaire de cinq marchés potentiels pour les stations spatiales commerciales – allant de la fabrication à l’assemblage et à la maintenance de satellites, en passant par la formation des astronautes pour les nouvelles nations spatiales, le divertissement et le tourisme – a estimé que le marché représenterait entre 455 millions et 1,2 milliard de dollars de revenus annualisés d’ici 2025.

Cette étude, publiée en 2017 par le Science and Technology Policy Institute, basé à Washington DC, a calculé que les coûts d’exploitation d’une station se situaient entre 463 millions et 2,25 milliards de dollars par an. Elle concluait que ce n’est que dans les scénarios de coûts et de revenus les plus optimistes que les stations pourraient être commercialement viables sans le soutien soutenu de l’agence spatiale.

Selon l’auteur principal, Keith Crane, depuis la rédaction du rapport, « la demande du secteur privé pour des biens et des services provenant de l’espace ne s’est pas vraiment concrétisée ». De plus, selon Carissa Christensen, directrice générale de la société de conseil BryceTech, « la Nasa aide les entreprises à accéder à l’ISS, et fournit même parfois des vols gratuits et du temps d’astronaute, en particulier pour ce qu’elle considère comme des utilisations pré-commerciales. » Le niveau d’aide que les clients du secteur privé recevraient sur les stations commerciales n’est pas clair.

1 milliard de dollars

Estimation d’un marché pour l’ensemble de l’économie spatiale d’ici 2040, mais les prévisions de ventes annuelles pour les stations spatiales commerciales sont estimées à seulement 8 milliards de dollars.

Cette prudence n’a pas découragé les espoirs de la Nasa. La construction d’infrastructures permanentes dans l’espace, ouvertes à tous, est « le début de la plus profonde révolution industrielle que l’humanité ait jamais connue », affirme Tom Vice, directeur général de Sierra Space.

« D’ici la fin des années 2020, j’envisage plusieurs stations en orbite », affirme Dylan Taylor, directeur général de Voyager Space, qui fait partie du consortium Nanoracks.

Les candidats sont réticents à détailler leurs plans d’affaires pendant qu’ils négocient avec des clients potentiels. Mais la plupart d’entre eux s’accordent à dire que la construction d’une station coûtera entre 2 et 3 milliards de dollars, ce qui signifie que le projet retenu par la Nasa, quel qu’il soit, devra réunir des fonds importants pour être mené à bien. M. Vice, de Sierra Space, s’attend à ce que les coûts d’exploitation représentent un cinquième de ceux de l’ISS.

Tous les concurrents s’accordent à dire que le modèle ne fonctionnera qu’avec la Nasa comme client principal au début. « Il faudra du temps pour construire une industrie robuste », déclare Taylor de Voyager.

Mais, signe de la demande inexploitée de services du secteur privé, le fondateur d’Axiom Space, Mike Suffredini, affirme que sa société a déjà engrangé quelque 2 milliards de dollars de revenus grâce à des missions spatiales privées vers l’ISS, un contrat de la Nasa pour le développement d’une combinaison spatiale et des projets de recherche privés.

Comme ses concurrents, Axiom vise les nations ayant des ambitions spatiales mais qui n’ont pas joué de rôle significatif dans l’ISS.

« Toute nation spatiale émergente aura accès à des services en orbite terrestre basse que nous ne pouvions pas nous permettre auparavant, parce que des programmes tels que l’ISS nécessitaient beaucoup d’investissements initiaux continus », explique Sarah Al Amiri, présidente de l’Agence spatiale des Émirats arabes unis. « Désormais, des pays comme les Émirats arabes unis seront en mesure d’exploiter les services dont nous avons besoin. »

La fabrication en microgravité

L’environnement de « microgravité » en apesanteur d’une station spatiale, si utile pour les films à base de protéines de LambdaVision, a attiré de nombreuses entreprises. La microgravité affecte le comportement des solides, des liquides, des gaz – et des tissus vivants. Elle permet aux scientifiques d’exercer un meilleur contrôle sur de nombreux processus physiques, chimiques et biologiques, de la croissance des cristaux et des cellules au mélange des fluides et au transfert de chaleur.

La microgravité permet d’éliminer les défauts du carbure de silicium utilisé pour la production de semi-conducteurs. La production de câbles à fibres optiques ultra-purs suscite également un enthousiasme croissant, même si elle se limite à des utilisations de niche.

Jusqu’à présent, ce sont les chercheurs en biomédecine et en pharmacie qui ont le plus utilisé la microgravité à bord de l’ISS. Les astronautes sont depuis longtemps des cobayes pour des études sur les effets à long terme de la microgravité sur le corps humain, ce qui pourrait devenir un facteur limitant important lors de l’envoi de personnes pour établir des bases lunaires et plus tard pour visiter Mars. Les personnes qui séjournent dans l’espace pendant une période prolongée, par exemple, présentent des « manifestations de vieillissement accéléré », explique Danilo Tagle, directeur des initiatives spéciales au Centre national américain pour l’avancement des sciences translationnelles.

Pour étudier ces effets, l’Institut national américain de la santé envoie des « puces tissulaires » à bord de l’ISS. Ces petits modèles tridimensionnels de tissus humains – notamment les poumons, la moelle osseuse, l’intestin, le cœur, les reins et les muscles – se développent mieux en microgravité que sur Terre.

Parmi les entreprises pharmaceutiques, l’entreprise américaine Merck a ouvert la voie sous la direction de son chercheur Paul Reichert. Selon lui, les expériences menées à bord de l’ISS ont permis de produire des suspensions cristallines de qualité supérieure pour le Keytruda, le traitement anticancéreux le plus vendu de Merck.

L’environnement de microgravité en apesanteur d’une station spatiale permet aux scientifiques d’exercer un meilleur contrôle sur de nombreux processus physiques, chimiques et biologiques © Nasa

M. Reichert est enthousiaste à l’idée d’utiliser des stations commerciales, mais reste prudent quant à la production de médicaments destinés au marché dans l’espace. « Le problème n’est pas seulement la logistique mais aussi l’échelle », dit-il. « Les anticorps monoclonaux thérapeutiques sont fabriqués par tonnes. Il est difficile d’imaginer comment on pourrait les mettre à cette échelle. J’aime le modèle [où] nous utilisons l’espace comme un laboratoire et [appliquons les résultats pour] améliorer les processus sur Terre. »

Josh Western, cofondateur de la start-up de fabrication spatiale Space Forge, pense qu’il est possible de produire de gros volumes dans l’espace et de les ramener sur Terre de manière économique – mais seulement si les produits sont relativement petits et de très grande valeur. Sa société, qui vise à fabriquer des semi-conducteurs, des alliages et des composites dans l’espace, a chiffré son marché à plus de 100 milliards de dollars dans les 15 à 20 prochaines années.

Pourtant, il n’a pas l’intention de réserver une place sur l’une des stations proposées à la Nasa, qui doivent accueillir un équipage humain. « Nous ne voulons pas être à proximité des humains », dit-il. « Sur l’ISS, vous avez des astronautes qui se déplacent. Chaque fois qu’ils saisissent une poignée, vous avez une vibration… qui peut interférer avec votre cristal. »

La plupart des stations proposées voleront également sur des orbites sous-optimales pour la fabrication la plus pure, dit-il. « Parce que Leo n’est pas si éloigné, il y a toujours des contraintes liées à la Terre. Des parties de l’atmosphère vont interférer avec les conditions de vide. » Au lieu de cela, Space Forge développe ses propres usines spatiales autonomes et des transports qui, tout au plus, s’amarreraient à une station privée pour se réapprovisionner ou décharger des marchandises.

Les stations autonomes – l’équivalent des usines obscures ici sur Terre – seront proposées par les opérateurs commerciaux de stations spatiales, déclare Mike Gold, vice-président exécutif de Redwire, qui fait partie du consortium Orbital Reef.

Alors que l’ISS met fin à ses activités, la Nasa commence à réfléchir à la manière de préserver son héritage, explique M. Gatens : « Nous ne pouvons pas tout démonter et en faire un musée – j’aimerais bien ». Il existe une autre option. « Si une station spatiale commerciale voulait proposer de prendre un morceau pour l’utiliser, nous l’envisagerions », dit-elle.

Jusqu’à présent, aucune offre n’a été faite. À moins que quelqu’un n’intervienne, l’ISS sera poussée dans l’atmosphère terrestre en janvier 2031, où elle brûlera lors de sa rentrée et plongera dans le Pacifique Sud. Le Taylor de Voyager sera l’un des millions à pleurer sa disparition. « L’ISS devrait recevoir un prix Nobel », dit-il. « C’est l’une des meilleures choses que les humains aient jamais faites ».

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