En 1986, la quatrième tranche de la centrale nucléaire de Tchernobyl, en Ukraine (ex-Union soviétique), a subi un violent incendie et une explosion de vapeur. Cet accident sans précédent a rejeté dans l'environnement plus de 5 % du cœur du réacteur, contenant plus de 100 éléments radioactifs (principalement de l'iode-131, du césium-137 et du strontium-90). Le niveau de radiation était extrêmement élevé, rendant impossible la survie des organismes vivants à proximité. Les pins, sur une superficie de 10 km² autour du site de l'accident, ont péri en quelques semaines, exposés à des doses mortelles de radiations. Pourtant, certaines moisissures et certains champignons noirs ont non seulement survécu à ce niveau de radiation extrêmement élevé, mais se sont même développés sur le site de l'accident. Des études ultérieures ont permis d'isoler environ 4 2000 souches appartenant à 200 espèces de champignons. Il a été constaté que les hyphes fongiques se développaient en direction de la source de rayonnements ionisants bêta et gamma, à l'instar des plantes vertes qui se tournent vers la lumière du soleil. Plus intéressant encore, l'exposition aux rayonnements ionisants semble avoir favorisé la croissance des cellules fongiques mélanisées, indiquant une capture d'énergie par la mélanine en présence de rayonnements de haute énergie (semblable à la capture d'énergie par la chlorophylle lors de la photosynthèse). En 2022, une expérience menée à bord de la Station spatiale internationale (ISS) a démontré que ces champignons présentaient également des capacités de radiorésistance et de radiosynthèse dans l'espace. Cela suggère que les champignons mélanisés capables de survivre et de prospérer dans des conditions de rayonnement extrêmes, comme sur le site de l'accident de Tchernobyl, pourraient être utilisés pour protéger les habitations humaines dans l'espace lointain des rayons cosmiques et pour capter l'énergie de ces rayons afin d'améliorer l'autonomie énergétique des missions spatiales lointaines telles qu'Artemis, en vue de l'établissement de futures colonies humaines sur la Lune et Mars.
La plupart des réacteurs nucléaires du monde utilisent de l'uranium enrichi contenant environ 3 à 5 % d'uranium 235 comme matériau fissile (certains réacteurs surgénérateurs de pointe peuvent également utiliser du plutonium 239 ou du thorium 233). Les principaux produits de la fission contrôlée de l'uranium 235 dans les réacteurs sont des noyaux plus légers de krypton et de baryum, des neutrons libres et une grande quantité d'énergie. La désintégration radioactive ultérieure des fragments fissiles instables (noyaux de krypton et de baryum) libère des particules bêta, des rayons gamma et d'autres sous-produits stables.
Accident de Tchernobyl (1986)
En 1986, un incendie et une explosion de vapeur survenus dans la quatrième tranche de la centrale nucléaire de Tchernobyl, en Ukraine (alors en Union soviétique), ont entraîné le rejet de plus de 5 % du cœur radioactif du réacteur dans l'environnement. Cet accident sans précédent a libéré plus de 100 éléments radioactifs, principalement l'iode-131, le césium-137 et le strontium-90. Ces deux derniers (césium-137 et strontium-90) sont encore présents en quantité significative dans l'environnement local, leur demi-vie étant d'environ 30 ans. Ces deux isotopes sont les principaux responsables de la contamination radioactive de la zone d'exclusion, qui est la zone la plus contaminée par les radiations au monde.
Dans certaines zones de la zone d'exclusion proches du site, les niveaux de radiation sont extrêmement élevés. Le bâtiment du réacteur détruit présente un niveau de radiation supérieur à 20 000 roentgens par heure (à titre de comparaison, une dose létale d'environ 500 roentgens sur cinq heures représente moins de 1 % du niveau de radiation à proximité du site du réacteur détruit).
Le niveau de radiation dans la zone de 10 km² entourant la centrale de Tchernobyl, au sein de la zone d'exclusion (appelée Forêt Rouge), était si élevé que des milliers de pins sont morts en quelques semaines après avoir été exposés à environ 60 à 100 grays (Gy) de radiations. Cette dose de radiation était mortelle pour les pins de la région, qui ont pris une teinte rouge rouille avant de mourir. Aujourd'hui encore, le pic de rayonnement gamma atteint environ 17 millirems par heure (environ 170 µSv/h) à certains endroits de la Forêt Rouge. Les rayons gamma sont des rayonnements de très haute énergie. Ils pénètrent profondément et arrachent des électrons aux atomes et aux molécules, formant ainsi des ions et des radicaux libres qui causent des dommages irréparables aux cellules et aux tissus, y compris aux biomolécules vitales comme l'ADN et les enzymes. L'exposition à de très fortes doses de rayons gamma entraîne la mort des organismes vivants, comme ce fut le cas pour les pins autour du site de l'accident de Tchernobyl. Mais ce n'est pas toujours le cas !
Certains champignons ont non seulement survécu, mais se sont développés sur le site hautement radioactif de l'accident de Tchernobyl.
Alors que les pins situés dans une zone de 10 km² autour du lieu de l'accident ont péri en quelques semaines suite à une exposition à un niveau de radiation extrêmement élevé, certains champignons noirs, notamment Cladosporium sphaerospermum et Alternaria alternata Des champignons se sont développés à proximité de la quatrième unité endommagée, quelques années après l'accident, alors même que le niveau de radiation était (et est toujours) mortel. Ce fut une surprise. En 2004, diverses études ont permis d'isoler environ 4 2000 souches appartenant à 200 espèces de champignons sur le site de l'accident.
Il est intéressant de noter que les hyphes fongiques se développent en direction de la source de rayonnement ionisant (à l'instar des plantes qui se tournent vers la lumière du soleil, un phénomène appelé phototropisme). En mesurant la réponse du champignon aux rayonnements ionisants, les chercheurs ont démontré que les rayonnements bêta et gamma favorisent la croissance directionnelle des hyphes vers la source.
| Propriétés clés des champignons de Tchernobyl |
| radio-résistance – la capacité de certains champignons à survivre à des niveaux de radiation élevés |
| Radiotropisme – tendance à croître ou à se déplacer vers une source de rayonnement ionisant. – analogue au phototropisme, où les plantes croissent en réponse à la lumière |
| Radiosynthèse – Les champignons mélanisés de Tchernobyl convertissent les rayonnements ionisants de haute énergie en énergie chimique grâce au pigment de mélanine. – analogue à la photosynthèse |
| Radiotrophie – procédé d'utilisation des rayonnements ionisants comme source d'énergie |
Étant donné que les espèces microbiennes mélanisées sont plus fréquentes dans la nature, on a supposé que la mélanine jouait un rôle dans la remarquable capacité de certains champignons à survivre et à prospérer dans les sols contaminés par des fragments fissiles (radionucléides). Une expérience publiée en 2007 a confirmé cette hypothèse. L'exposition de la mélanine aux rayonnements ionisants est déterminante. Ces rayonnements modifient les propriétés électroniques des pigments de mélanine, permettant ainsi aux cellules fongiques mélanisées de croître davantage après exposition. Ceci indique que la mélanine intervient dans la capture d'énergie (radiosynthèse), à l'instar de la chlorophylle dans la photosynthèse. Cette découverte ouvre également la voie à l'utilisation de ces champignons pour la dépollution des sols contaminés par les radionucléides.
Missions et habitats humains dans l'espace lointain
À long terme, toutes les civilisations planétaires sont confrontées à des menaces existentielles liées aux impacts venus de l'espace, d'où l'impératif pour l'humanité de devenir une espèce multiplanétaire. Les missions habitées dans l'espace lointain visent à établir des habitats humains au-delà de la Terre. La mission lunaire Artemis constitue un premier pas dans cette direction ; elle a pour objectif d'établir une présence humaine durable sur et autour de la Lune, en préparation des missions et des habitations humaines sur Mars.
L'un des plus grands défis des missions habitées dans l'espace lointain réside dans le flux constant de puissants rayons cosmiques qui imprègnent tout l'espace. Si le champ magnétique terrestre nous protège de ces rayons, ils représentent le principal risque sanitaire pour les missions humaines dans l'espace. C'est pourquoi ces missions nécessitent des boucliers contre les rayons cosmiques. Par ailleurs, le rayonnement cosmique pourrait également constituer une source d'énergie inépuisable et améliorer l'autonomie énergétique des missions de longue durée dans l'espace lointain, à condition de disposer de technologies appropriées pour le capter.
Les champignons qui prospèrent sur le site hautement radioactif de Tchernobyl pourraient offrir une solution aux défis posés par le rayonnement cosmique aux missions et aux habitats humains dans l'espace lointain.
Comme mentionné précédemment, certains champignons mélanisés se développent sur le site fortement contaminé par les radiations de la centrale nucléaire de Tchernobyl, endommagée par la catastrophe, ainsi que dans d'autres environnements terrestres à forte radioactivité. Il semblerait que les pigments de mélanine présents dans ces champignons utilisent les rayonnements de haute énergie pour générer de l'énergie chimique (de la même manière que la chlorophylle des plantes vertes utilise les rayons du soleil lors de la photosynthèse). Ainsi, les champignons de Tchernobyl pourraient potentiellement servir à la fois de bouclier protecteur contre les rayons cosmiques de haute énergie (radiorésistance) et de producteur d'énergie (radiosynthèse) lors de missions spatiales lointaines, si leurs propriétés s'étendent aux rayons cosmiques présents dans l'espace. Des chercheurs ont d'ailleurs testé cette hypothèse dans l'espace.
Le champignon Cladosporium sphaerospermum Des champignons ont été cultivés à bord de la Station spatiale internationale (ISS) afin d'étudier leur croissance et leur capacité à absorber et atténuer les rayons cosmiques ionisants pendant 26 jours, dans des conditions simulant la vie à la surface de Mars. Les résultats ont montré une atténuation du rayonnement cosmique grâce à la biomasse fongique et une croissance plus rapide dans l'espace, suggérant que les propriétés observées chez certains champignons sur le site de l'accident de Tchernobyl sont transposables aux rayons cosmiques dans l'espace.
Il est trop tôt pour le dire, mais il sera peut-être possible à l'avenir de transporter ces champignons sur Terre et sur Mars où, grâce à une infrastructure appropriée, ils pourraient devenir fonctionnels en tant que producteurs d'énergie chimique.
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Références:
- Zhdanova NN, et al 2004. Les rayonnements ionisants attirent les champignons du sol. Mycol Res. 108 : 1089–1096. DOI : https://doi.org/10.1017/S0953756204000966
- Dadachova E., et al 2007. Les rayonnements ionisants modifient les propriétés électroniques de la mélanine et favorisent la croissance des champignons mélanisés. PLOS One. DOI : https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457
- Dighton J., Tugay T. et Zhdanova N., 2008. Champignons et rayonnements ionisants provenant de radionucléides. FEMS Microbiology Letters, volume 281, numéro 2, avril 2008, pages 109-120. DOI : https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01076.x
- Ekaterina D. et Casadevall A., 2008. Rayonnements ionisants : comment les champignons y font face, s’y adaptent et les exploitent grâce à la mélanine. Current Opinion in Microbiology. Volume 11, numéro 6, décembre 2008, pages 525-531. DOI : https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.013
- Averesch NJH et al 2022. Culture du champignon dématiacé Cladosporium sphaerospermum À bord de la Station spatiale internationale et effets des rayonnements ionisants. Front. Microbiol., 05 juillet 2022. Section Microbiologie extrême, volume 13, 2022. DOI : https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.877625
- Sihver L., 2022. Les champignons de Tchernobyl comme producteurs d'énergie. Disponible sur https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2022cosp…44.2639S/abstract
- Tibolla MH et Fischer J., 2025. Champignons radiotrophes et leur utilisation comme agents de bioremédiation des zones affectées par les radiations et comme agents protecteurs. Recherche, Société et Développement. DOI : https://doi.org/10.33448/rsd-v14i1.47965
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 suffered massive fire and steam explosion. The unprecedented accident released over 5% of the radioactive reactor core comprising of over 100 radioactive elements (mainly iodine-131, caesium-137, and strontium-90) in the environment. The radiation level was extremely high for the life forms in the vicinity to survive. The pine trees in 10 sq km area surrounding the accident site were killed within weeks due to exposure to lethal doses of radiation. However, certain molds and black fungi not only survived the dangerously high radiation level but were found to be thriving at the accident site. Subsequent studies isolated about 2000 strains of 200 species of fungi from the site. It was found that the fungal hyphae grew towards the source of ionizing beta and gamma radiation just the way green plants grow towards sunlight. More interestingly, exposure to ionising radiation seemed to have enabled the melanized fungal cells an enhanced growth indicating energy capture by melanin pigment in the presence of high energy radiation (similar to energy capture by chlorophyll in sunlight in photosynthesis). In 2022, an experiment aboard International Space Station (ISS) demonstrated that these fungi displayed the capabilities of radio-resistance and radio-synthesis in space as well. This suggests that the melanised fungi that survive and thrive in extreme radiation conditions like Chernobyl accident site can be used to shield deep-space human habitation from cosmic rays and to capture energy (from the cosmic rays) to enhance the energy-autonomy of the deep-space missions like Artemis towards future human habitation on the Moon and Mars.){kind=link}