Au début du mois de mars 2016, l’astronaute Scott Kelly est revenu sur Terre après avoir battu le record américain de séjour continu dans l’espace – 340 jours. L’objectif de sa mission dans la Station spatiale internationale était de mieux comprendre comment le corps humain réagit et s’adapte à l’environnement spatial difficile. L’étude espère réduire ces risques afin de préparer des missions de recherche habitées vers la lune, éventuellement vers des astéroïdes et éventuellement des missions vers Mars. Nous abordons ici la façon dont le corps réagit à l’environnement spatial, les problèmes qui s’y posent et la façon dont nous pouvons y faire face.
Les implications sanitaires des voyages spatiaux
Le chanteur David Bowie a écrit « Space Oddity » en décrivant les expériences de l’astronaute Major Tom : « Je flotte d’une manière très particulière ». En effet, la principale différence entre l’espace et la Terre est que, dans l’espace, il n’y a presque pas de gravité, ce qui provoque une sensation d’apesanteur et fait que le vaisseau spatial ou la station spatiale dans laquelle se trouve l’astronaute est en chute libre vers le centre de la Terre. La chute libre est le mouvement d’un corps où la gravité est la seule force qui agit sur lui. Comme la navette ou la station spatiale se déplace autour de la Terre avec la seule force gravitationnelle exercée sur elle (il n’y a pas de résistance de l’air dans l’espace), on peut dire qu’elle est en chute libre. La raison pour laquelle ils ne « tombent » pas réellement mais se déplacent plutôt sur une trajectoire circulaire est que la force de gravité est verticale par rapport à la direction de sa vitesse initiale, de sorte qu’elle n’affecte que la direction de la vitesse mais pas sa taille.
Les astronautes sont entraînés à ces conditions en s’exerçant dans un avion à gravité réduite qui vole selon une trajectoire parabolique spéciale. Cet entraînement les aide à fonctionner dans l’espace mais ne prévient pas les effets néfastes de l’apesanteur sur la santé. Des études sur des personnes ayant séjourné dans des stations spatiales pendant de longues périodes ont montré que certains des effets sont temporaires tandis que d’autres sont plus durables.
Une brève exposition à l’apesanteur provoque le syndrome d’adaptation à l’espace (SAS) ou « mal de l’espace », qui est le problème le plus courant lors des voyages spatiaux. L’apesanteur affecte notre orientation dans l’espace et nous oblige à adapter un grand nombre de nos processus physiologiques aux nouvelles conditions – principalement les processus liés à notre système d’équilibre. Lorsque l’adaptation n’est pas complète, il en résulte des nausées, des vertiges, des vomissements, des maux de tête, de la fatigue, un malaise général, des hallucinations visuelles et une désorientation dans l’espace.
Le premier rapport de ces symptômes a été fait par le cosmonaute soviétique Gherman Titov, qui a terminé son vol à la fin de 1961, devenant ainsi la quatrième personne à être allée dans l’espace et la deuxième, après Youri Gagarine, à effectuer une rotation complète de la Terre. Les données recueillies jusqu’à présent ont montré qu’environ 45 % des voyageurs de l’espace souffrent du mal de l’espace. Mais celui-ci dure rarement plus de trois jours, lorsque le corps s’adapte au nouvel environnement.
L’exposition à long terme à l’apesanteur provoque de multiples problèmes de santé, notamment une redistribution des fluides et une perte de la masse osseuse et musculaire. Avec le temps, ces effets peuvent compromettre les performances des astronautes, ce qui peut augmenter le risque qu’ils soient blessés, ainsi que réduire leur capacité à absorber l’oxygène, ce qui ralentit leur activité cardiovasculaire.
Redistribution des liquides
Les liquides, qui représentent environ 60 % du poids du corps humain, ont tendance à s’accumuler dans la partie inférieure du corps lorsqu’ils sont sous l’influence de la gravité, et au cours de l’évolution, nous avons développé des systèmes qui équilibrent le flux sanguin vers le cœur et le cerveau lorsque nous sommes debout. Ces systèmes continuent à fonctionner même en l’absence de gravité, ce qui entraîne une accumulation de liquide dans la partie supérieure du corps. C’est pourquoi les astronautes ont le visage gonflé. L’accumulation de liquide dans l’œil brouille également leur vision pendant quelques jours, jusqu’à ce que le cerveau apprenne à compenser et à corriger l’image.
La modification de la répartition des liquides se traduit également par des problèmes d’équilibre, ainsi que par une perte du goût et de l’odorat. Plus important encore, il entraîne une série d’effets systémiques destinés à adapter le corps au nouvel environnement, mais qui ont des conséquences dangereuses au retour sur Terre. L’un d’entre eux est l' »intolérance orthostatique », c’est-à-dire l’incapacité de rester debout sans assistance pendant plus de dix minutes d’affilée sans s’évanouir.
Ce phénomène découle en partie de changements dans la régulation de la pression sanguine par le système nerveux autonome et de la perte d’environ 20 % du volume de liquide sanguin – car dans des conditions de microgravité, il n’est pas nécessaire pour les systèmes de maintenir la pression sanguine, le liquide corporel se répartissant plus uniformément dans tout le corps. Cet effet est amplifié au fur et à mesure que l’on reste dans l’espace, mais il se normalise à nouveau quelques semaines après le retour sur Terre.
Le cœur dégénère aussi progressivement car il doit pomper moins de sang. Un muscle cardiaque plus faible entraîne une baisse de la pression artérielle et peut entraver le flux d’oxygène vers le cerveau.
Un entraînement régulier à la résistance est essentiel pour maintenir la masse osseuse et musculaire en apesanteur | Photographie : NASA
Atrophie musculaire et ostéoporose
L’un des principaux effets de l’apesanteur qui s’inscrit plus dans la durée est la perte de masse musculaire et osseuse. En l’absence de gravité, il n’y a pas de charge de poids sur les muscles du dos et des jambes, ils commencent donc à s’affaiblir et à rétrécir. Dans certains muscles, la dégénérescence est rapide et, sans exercice régulier, les astronautes peuvent perdre jusqu’à 20 % de leur masse musculaire en 5 à 11 jours.
En raison de l’absence de pression mécanique sur les os, la masse osseuse se perd à un taux de 1,5 % en seulement un mois dans un environnement d’apesanteur, contre environ 3 % par décennie chez une personne en bonne santé dans un environnement normal. La perte de masse touche principalement les vertèbres inférieures de la colonne vertébrale, l’articulation de la hanche et le fémur. En raison du changement rapide de densité, les os peuvent devenir fragiles et présenter des symptômes similaires à ceux de l’ostéoporose.
Même les processus de destruction et de construction des os changent lorsqu’ils sont dans l’espace. Sur Terre, les os sont détruits et renouvelés régulièrement grâce à un système équilibré de cellules destructrices et de cellules constructrices d’os. Chaque fois qu’un tissu osseux est détruit, de nouvelles couches prennent sa place ; ces deux processus sont couplés l’un à l’autre. Dans l’espace, cependant, on observe une augmentation de l’activité des cellules destructrices des os, en raison de l’absence de gravité, et les os se décomposent en minéraux qui sont absorbés par le corps.
Des études sur des souris ont montré qu’après 16 jours en apesanteur, il y a une augmentation du nombre de cellules destructrices des os et une diminution du nombre de cellules constructrices des os, ainsi qu’une diminution de la concentration des facteurs de croissance connus pour leur capacité à aider à créer de nouveaux os. L’augmentation du taux de calcium dans le sang due à la désintégration de l’os provoque une calcification dangereuse des tissus mous et augmente le potentiel de formation de calculs rénaux.
Les astronautes présentent une augmentation de l’activité des cellules destructrices de l’os, en particulier dans la zone pelvienne, qui supporte habituellement la plus grande partie de la charge dans des conditions de gravité normale. Cependant, contrairement aux patients atteints d’ostéoporose, les astronautes qui sont restés dans l’espace pendant trois à quatre mois, retrouvent leur densité osseuse normale après une période de deux à trois ans de retour sur Terre.
Copérer avec les effets de l’apesanteur
Le meilleur moyen d’éviter les effets de l’apesanteur est de créer une gravité artificielle. À ce jour, les scientifiques n’ont réussi à créer une gravité que dans des conditions de laboratoire, en utilisant des champs magnétiques puissants dépassant les niveaux de sécurité autorisés, ce qui n’est bien sûr pas pratique pour les voyages dans l’espace. Cependant, la science-fiction utilise souvent la gravité artificielle. Par exemple, dans le film « The Martian », le vaisseau spatial qui se rend sur Mars possède une structure circulaire rotative dont la gravité sur son périmètre est égale à 40 % de ce qu’elle serait sur la face de la Terre, ce qui est similaire à la gravité sur la planète rouge.
Les médicaments utilisés pour traiter le mal de mer, qui est également le résultat de schémas de mouvements auxquels le corps n’est pas habitué, peuvent également aider à traiter le mal de l’espace, mais sont rarement utilisés parce que le cours d’adaptation naturel pendant les deux premiers jours de voyage dans l’espace est préféré à la somnolence et aux autres effets secondaires causés par les médicaments.
Toutefois, lorsque les astronautes portent une combinaison spatiale, ils ont des patchs anti-nauséeux parce que vomir dans la combinaison peut être fatal. Les combinaisons spatiales sont portées principalement lors du lancement et de l’atterrissage, et bien sûr lors de toute activité à l’extérieur du vaisseau spatial (sorties dans l’espace). Pour permettre à l’équipe de s’adapter aux conditions dans l’espace, les activités à l’extérieur du vaisseau spatial ou de la station spatiale ne sont généralement pas prévues dans les premiers jours de la mission. Cela permet d’éviter le risque de vomissement dans le scaphandre et les patchs ne servent généralement qu’au secours.
Pour réduire et éviter certains des effets négatifs de l’absence de gravité sur les muscles, notamment le muscle cardiaque, la station spatiale internationale est équipée d’appareils sportifs utilisés pour l’entraînement en résistance. Chaque astronaute est tenu de pratiquer au moins deux heures d’activité physique par jour, notamment en faisant du jogging sur un tapis roulant (ils s’y attachent avec des élastiques pour ne pas flotter), en faisant du vélo stationnaire et en soulevant des poids, contre des ressorts bien sûr. Les astronautes qui effectuent des missions particulièrement longues portent des pantalons qui exercent une pression sur les os des jambes afin de réduire la perte de densité osseuse.
La NASA utilise des outils de calcul avancés pour comprendre comment arrêter au mieux la dégénérescence des muscles et des os des astronautes qui séjournent dans l’espace en apesanteur. Les simulations informatiques sont principalement utilisées pour évaluer les effets de l’exercice sur la torsion (couples) des articulations osseuses, afin de recommander les régimes d’exercice optimaux pour les astronautes.
Espérons que les informations recueillies par Scott Kelly au cours de son long séjour dans l’espace apporteront plus de lumière sur les effets de l’apesanteur sur la santé humaine, et pourraient aider à prévenir de nombreux problèmes que les astronautes rencontrent à leur retour sur Terre. Sa mission était unique par sa durée, ce qui permet d’enquêter sur les effets à plus long terme des voyages dans l’espace que ce qui avait été testé auparavant.
Un souvenir agréable : David Bowie, Space Oddity