Préparer notre futur de voyageur interplanétaire

Les êtres humains ne sont pas fait pour l’espace. La lecture de cet article paru dans le New York Times du 28 janvier dernier m’a tellement intéressée, que j’ai eu envie de vous en faire un « résumé » (bon d’accord, là c’est un peu plus qu’un résumé).

Que dit cet article ? Que le corps humain subit beaucoup de modifications lorsqu’il n’est plus soumis à la gravité terrestre.

Luca Parmitano soulève des poids sur l'ARED (Crédits : ESA/NASA)

Luca Parmitano soulève des poids sur l’ARED (Crédits : ESA/NASA)

La densité osseuse diminue et les muscles s’atrophient

En l’absence de gravité, le corps perd de sa densité osseuse (de 1 à 2% par mois) : le tissu osseux se ré-assimile dans l’organisme plus rapidement que sur Terre. De plus, les muscles n’étant plus utilisés, ils s’atrophient. Ces deux effets peuvent être contrecarrés en effectuant des exercices physiques quotidiens. C’est ce que font actuellement les astronautes à bord de la Station Spatiale Internationale en soulevant des poids, en courant harnachés à des tapis roulant et en faisant divers exercices d’entretien pendant 2 heures chaque jour. Ceci permet aux astronautes de revenir sur Terre avec quasiment autant d’os que lorsqu’ils en sont partis, même si les scientifiques ne sont pas certains que ces os soient aussi costauds du fait qu’en apesanteur, la formation et la destruction du tissu osseux se fait à une vitesse accélérée.

Problèmes pour dormir et manger

En l’absence de gravité, les astronautes ont également des problèmes pour dormir et pour manger suffisamment. La NASA cherche encore des solutions pour pallier à cela.

Modification de la circulation des fluides

Un autre effet de l’absence de gravité sur le corps humain concerne la circulation des fluides. L’homme est composé d’environ 60% d’eau, et en apesanteur les fluides du corps humain flottent vers le haut, en direction de la poitrine et de la tête. C’est la raison pour laquelle les premiers jours à bord de la Station Spatiale, on peut voir les astronautes avec un visage bouffi. D’après Mark Kelly, astronaute retraité de la NASA qui a été le commandant de l’avant-dernière navette spatiale, Endeavour, les astronautes se sentent la tête gonflée. On peut imaginer ce qu’ils ressentent en se suspendant quelques minutes la tête en bas. Sauf que pour eux ça dure plusieurs jours avant que le corps ne s’adapte à son nouvel environnement…

Impacts sur le système vestibulaire

L’absence de gravité met également le système vestibulaire sens dessus-dessous. Le système vestibulaire qui se situe dans l’oreille interne permet à notre cerveau de se repérer dans l’espace, savoir dans quelle position l’on se trouve, différencier le haut du bas. Il est donc à la base de la gestion de notre équilibre. Les astronautes ont des vertiges et se sentent nauséeux pendant quelques jours lorsqu’ils arrivent en apesanteur, et ils doivent de nouveau se réadapter à la gravité terrestre à  leur retour. Mark Kelly, qui a piloté l’avant-dernière navette spatiale à destination de la station l’a remarqué lors de son retour sur Terre au moment de l’atterrissage : « Si vous pivotez la tête un peu vers la gauche ou la droite, ça fait comme si vous n’arrêtiez pas de tourner ».

Modification parfois irréversible de la vision

Coupe sagittale de globes oculaires d'astronautes (images IRM)

(a) Image de l’oeil gauche avant une exposition longue durée à la microgravité. On remarque que l’arrière du globe est convexe (flèches). (b) Image de l’oeil gauche après une exposition longue durée à la microgravité. L’arrière du globe n’est plus convexe (flèches). (c) Image de l’oeil droit d’un autre astronaute après une exposition longue durée à la microgravité. Le nerf optique forme deux coudes (flèches longues) et aplatissement de l’arrière du globe (flèches courtes) (Crédits : Radiological Society of North America)

En 2009 lors de l’un de ses séjours à bord de la Station Spatiale, le Dr. Michael Barratt, astronaute de la NASA et également médecin, a remarqué que sa vision de près s’était modifiée. Il voyait moins bien de près qu’auparavant sur Terre (pour info, avant son voyage, il souffrait de myopie, et portait donc des lunettes). Dans son équipe à bord de la Station Spatiale se trouvait également le Dr. Robert Thirsk, astronaute canadien et aussi médecin, qui a fait la même constatation. Ils ont donc réalisé l’un sur l’autre des examens de leurs yeux pour constater qu’effectivement la vision avait tendance à se modifier vers une hypermétropie. Ils ont également constaté des signes de gonflement de leurs nerfs optiques ainsi que des défauts optiques sur leurs rétines. La NASA a donc décidé de leur envoyer, via un cargo de ravitaillement, un appareil photo haute-résolution pour prendre des photos plus nettes de leurs yeux et cela a confirmé les soupçons : L’échographie a montré que leurs yeux s’étaient un peu aplatis.

Le problème avait déjà été soulevé auparavant par les équipages des navettes spatiales, mais comme les astronautes ne passaient que 3 semaines maximum dans l’espace, les effets ne duraient pas et aucune étude n’avait encore été menée là-dessus.

En ce qui concerne le Dr. Barratt, sa vue n’est pas redevenue ce qu’elle était avant son voyage : il est passé de lunettes pour voir de loin à des lunettes pour voir de près. En 2012, il faisait partie des 10 astronautes (uniquement masculins et tous âgés de plus de 45 ans) qui n’avaient pas récupéré leur vision initiale.

Le problème est suffisamment sérieux pour que la NASA ait mis en place des procédures afin de tester la vision des astronautes avant, pendant et après leur séjour à bord de la Station.

La cause de ce changement de vision n’a pas encore été trouvée. Les scientifiques suspectent que le déplacement des fluides a provoqué une pression plus élevée du liquide céphalo-rachidien dans la boite crânienne en poussant sur l’arrière des globes oculaires. Mais cela n’a pas encore pu être prouvé. Et cela n’explique pas non plus pourquoi le problème touche généralement l’œil droit plus que l’œil gauche et pourquoi les hommes beaucoup plus que les femmes.

Mikhail Kornienko (Roscosmos) et Scott Kelly (NASA) (Crédits : NASA)

Mikhail Kornienko (Roscosmos) et Scott Kelly (NASA) (Crédits : NASA)

Une mission d’un an à bord de l’ISS

Afin de mieux comprendre les effets de l’absence de gravité sur le corps humain, deux astronautes vont effectuer une mission d’un an à bord de l’ISS à partir de mars 2015. Il s’agit de l’astronaute américain Scott Kelly (le frère jumeau de Mark Kelly mentionné précédemment dans cet article) et de son homologue russe Mikhail Kornienko. Tous deux sont des vétérans et chacun d’eux a déjà effectué une mission de six mois à bord de la Station. Cela sera l’occasion de récolter plus de données sur les effets de l’apesanteur sur le corps humain, et donc d’étudier plus en profondeur ce problème de vision. Pour les américains, une mission de plus de six mois sera une première. Par contre coté russe, trois cosmonautes ont déjà passé plus de six mois dans l’espace, dont Valeri Polyakov qui détient le record avec 437 jours d’affilé à bord de la Station Spatiale Mir en 1994-95.

La mission d’un an va tenter de comprendre si cela fait une différence pour le corps humain de passer un an dans l’espace par rapport aux missions standards de six mois. Les études qui seront menées sur Scott Kelly vont également être menées sur son frère jumeau, Mark, resté à Terre. Celui-ci devra certainement se soumettre à des prélèvements d’échantillons de sang et d’urine afin d’effectuer des comparaisons entre l’état de santé des deux frères.

Les rayons cosmiques sont une menace

Une autre menace pour les astronautes dans l’espace sont les rayons cosmiques. Tant qu’ils se trouvent au voisinage de la Terre, à bord de l’ISS, les astronautes sont partiellement protégés du rayonnement cosmique par la magnétosphère (via les ceintures de Van Allen). Je dis partiellement car ils reçoivent tout de même une certaine dose de rayons X, d’UV et de rayons gamma, mais en prenant un certain nombre de précautions, leur exposition à ces rayons reste limitée. Cela ne sera pas la même chose pour un voyage vers Mars. Il faudra trouver un moyen de protéger les astronautes des rayons mortels le temps du voyage (qui dure au minimum 6 mois lorsque les deux planètes sont au plus près l’une de l’autre). La NASA opère actuellement avec la restriction suivante : les astronautes ne doivent pas avoir une augmentation de plus de 3 points de pourcentage de leur risque de cancer pendant leur durée de vie. Mais c’est une limite arbitraire.

N’oublions pas les problèmes psychologiques

Modules dans lesquels six membres d'équipage sont restés confinés pour la mission Mars 500Credit: ESA – S. Corvaja

Modules dans lesquels six membres d’équipage sont restés confinés pour la mission Mars 500Credit: ESA – S. Corvaja (Credits: ESA – S. Corvaja)

Au-delà des problèmes physiques, se posent également des problèmes psychologiques. Les premiers six mois de la mission d’un an de Scott Kelly ne devraient pas poser plus de problèmes que lors de sa précédente mission. Mais les médecins vont observer les six mois suivants. Ils vont essayer de détecter des modifications de l’humeur, du sommeil, des capacités cognitives…

En 2010-2011, une expérience de simulation d’un voyage aller-retour sur Mars a été mené en Russie. Un équipage de six hommes a vécu dans des modules pendant 520 jours afin d’étudier les répercussions psychologiques et physiologiques d’un confinement en étant isolé du reste du monde. Quatre des six membres ont développé des troubles et l’équipe est devenue moins active au fil du temps.

Pour un vrai voyage interplanétaire, l’équipage ne devra compter que sur lui-même pour résoudre les conflits. Le docteur Beven, un psychiatre de la NASA, imagine qu’un système informatique pourrait aider en détectant les changements dans les expressions faciales ou le ton de la voix. Cet ordinateur pourrait faire des suggestions pour aider à faire retomber la tension. Un changement dans la cohésion du groupe pourrait causer de gros problèmes pour un voyage de longue durée.

Beaucoup d’étapes restent à franchir et des solutions restent à être trouvées avant de pouvoir envisager un voyage interplanétaire. Peut-être que d’autres problèmes seront découvert lors de la mission de Scott Kelly et Mikhail Kornienko. C’est aussi à ça que sert la Station Spatiale Internationale : expérimenter, trouver des solutions palliatives et préparer notre futur de voyageur interplanétaire.

 

Pour en savoir plus : 

La majorité des articles sont en anglais :

– Article source : Beings Not Made For Space écrit par Kenneth Chang sur le site du New York Times
– Article Squashed Eyeballs Are a Danger for Astronauts
– L’étude faite par la Radiological Society of North America sur 27 astronautes
– Les ceintures de Van Allen sur le site Ciel des Hommes
– Article sur la mission Mars 500 sur le site de l’ESA en français
– Article en anglais sur les premiers résultats de la mission Mars500

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