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L’Homme dans l’espace

Travaux Pratiques Encadrés

Ghedira Armand Guetta Leonard Heidmann Marc

Papo Hugo

~2007~

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Table des matières

Introduction .................................................................. 3

Sélection des astronautes ............................................. 4

Entraînement des astronautes ..................................... 5

La centrifugeuse ................................................................................................. 6 Les vols paraboliques ......................................................................................... 6 Le fauteuil tournant ............................................................................................ 7

Effets directs des vols spatiaux .................................... 8

Mal de l'espace ................................................................................................... 8 Le système cardio-vasculaire ............................................................................. 9 Le squelette ...................................................................................................... 10 Le sommeil ....................................................................................................... 12

Sorties extravéhiculaires ............................................ 14

Les Radiations ............................................................ 16

Le retour sur Terre .................................................... 18

Conclusion .................................................................. 19

Glossaire ...................................................................... 21

La microgravité ou l’état d’apesanteur ......................................................... 21 Cosmonautes, astronautes, spationautes ....................................................... 21

Références ................................................................... 22

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Introduction

Depuis la nuit des temps, l’Homme s’est ébahi du spectacle que lui offre

le ciel lorsque le soleil est couché. Ces myriades de point lumineux ont longtemps été source de mystères, de réflexions et d’interprétations telles que la mythologie. Aussi vénéré que craint, il a toujours représenté l’intouchable.

Cependant au XXème siècle, la surface terrestre ayant été totalement

explorée, l’Homme songe à la conquête de cet autre monde qui nous entoure où que l’on soit sur notre planète. Konstantine Edouardovitch Tsiolkovski, visionnaire russe, explique ce désir de conquête en disant que : « La Terre est le berceau de l’Humanité, mais un homme ne peut rester indéfiniment dans son berceau. »

La guerre froide, grâce au développement technologique qu’elle a engendré, a rendu cette aventure possible. Khrouchtchev, alors premier secrétaire du parti communiste, lance la course à l’espace le 3 novembre 1957 : la chienne Laïka perce le mur bleu de l'atmosphère à bord d'une fusée russe Spoutnik. Elle est le premier être vivant à passer une limite qu’on pensait alors infranchissable.

Le 12 avril 1961, l’Union Soviétique lance une fusée Vostock avec à son bord le cosmonaute Youri Gagarine. La mission est une grande réussite : Gagarine est le premier homme à aller dans l’espace en ayant effectué un vol de 108 minutes avant de revenir sain et sauf sur Terre. Les américains ripostent alors en envoyant tout d’abord l’astronaute John Glenn dans l’espace en 1962, puis en lançant un vaste programme spatial qui conduira 7 ans plus tard au premier homme sur la lune, l’astronaute Neil Armstrong.

Les années qui suivent ont été consacrées à des développements sans

doute moins spectaculaires mais tout aussi importants pour la conquête de l’espace, avec l’exploitation scientifique et économique de l’environnement proche de la Terre. Cela est devenu possible grâce à la construction des navettes spatiales, des stations orbitales MIR et Internationale, et des très nombreux satellites militaires et civils qui tournent aujourd’hui autour de notre planète. L’esprit pionnier de la conquête spatiale renaît aujourd’hui de ses cendres, sous l’impulsion du gouvernement américain qui a lancé un programme visant à mener l’homme sur la planète la plus proche de la Terre, Mars.

La conquête spatiale ne présente pas seulement des enjeux scientifiques,

technologiques ou politiques : placer des hommes dans l’espace pose aussi des problèmes d’adaptation sur les plans humains, psychologiques et médicaux.

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Grâce aux nombreux vols spatiaux effectués, allant de quelques minutes il y a 40 ans à plus de 6 mois aujourd’hui, nous connaissons bien plus précisément les effets de l’espace sur le corps humain et nous arrivons donc à lutter de manière de plus en plus efficace contre eux.

Quelles sont ces contraintes imposées par l'apesanteur et l'espace lui-

même et quels sont les principaux remèdes, combinant les aspects médicaux et sportifs, et visant à limiter ces effets ?

Dans le cadre de ce TPE nous étudierons tout d’abord les mesures de

sélection et les entrainements que subissent les astronautes avant leur mission afin d'éviter autant que possible qu'ils aient des problèmes alors qu’ils sont à plusieurs centaines voire milliers de kilomètres de la Terre. Puis nous nous intéresserons aux effets directs de l'apesanteur sur l'organisme humain, en commençant par ce malaise étrange et inattendu, appelé le mal de l'espace. Nous poursuivrons avec les effets indirects de l'espace et nous terminerons cet exposé en étudiant le retour sur Terre et les perspectives actuelles sur certains aspects des voyages spatiaux.

Sélection des astronautes

Au commencement des voyages dans l’espace, la sélection des astronautes se faisait parmi l’élite des pilotes militaires. Avec la banalisation des vols et les missions de plus en plus complexes qui leur sont confiées, devenir astronaute nécessite aujourd'hui d’avoir des compétences spécialisées dans diverses disciplines scientifiques ou médicales, et l’on tient plus compte de leurs études, de leurs compétences professionnelles, et de leur expérience. Il est désormais rare de nos jours qu’un astronaute ait seulement une formation de pilote, alors que c’était plus que courant il y a quelques années.

Pour l’ESA (European Astronaut Corps), le recrutement de nouveaux

astronautes se fait par des campagnes de sélection, auxquelles tout homme et toute femme d’un pays membre de l’ESA (17 pays européens) peut participer. Parmi ces postulants, on commence par trier ceux qui répondent à certains critères de recrutement : - Les futurs astronautes doivent avoir de préférence entre 27 et 37 ans. - Ils doivent mesurer entre 1m53 et 1m90. En effet, devenir astronaute implique de pouvoir entrer dans les combinaisons spatiales et dans l’habitacle de la navette, qui sont prévus pour cette fourchette de taille.

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- Il faut évidemment être en bonne santé, ne pas avoir de grave antécédent médical, avoir un poids normal, une très bonne vision et audition, ainsi qu’une pression sanguine pas trop élevée. - Ces aspirants astronautes ne doivent pas non plus être sujets à des crises psychologiques, et ils doivent être extrêmement motivés. - Un astronaute doit encore savoir parler et écrire l’anglais. - Il faut enfin avoir un certain niveau d’études en biologie, ingénierie, ou en médecine, et avoir une expérience professionnelle est recommandé. - Avoir la possibilité de passer le brevet de plongée sous-marine et avoir déjà pratiqué le vol et le parachutisme peut également représenter un plus.

Après avoir passé ce premier filtrage, les postulants reçoivent un imposant dossier confidentiel qu’ils doivent remplir. L’épaisseur de ce dossier décourage un grand nombre de candidats, ce qui montre la motivation de ceux qui le remplissent. À ce stade, plus de deux tiers des demandes sont rejetées.

On peut noter toutefois que cette première sélection est assez peu dictée par des contraintes liées à la vie dans l'espace : excepté la nécessité d'être en bonne santé physique et mentale, ce qui représente tout de même un minimum en vue de passer un certain temps enfermé dans une cabine en état d'apesanteur, l'essentiel des critères est d'ordre technique ou professionnel. Il n'en est plus de même dans une deuxième étape de la sélection, où les aspirants astronautes qui restent en course sont soumis à des tests médicaux en centre hospitalier, ainsi qu'à des premiers tests comportementaux en état de pesanteur modifiée, comme la centrifugeuse, le tabouret tournant… Ces tests, décrits dans la section suivante, sont essentiels pour habituer le futur astronaute aux conditions de vie dans l'espace, et pour s'assurer qu'il les supporte.

En parallèle, les candidats sont soumis à des tests psychologiques visant à vérifier qu’il n’y a aucune contre-indication à ce qu’il deviennent astronautes. Ils subissent également des entretiens destinés à apprécier leurs capacités techniques, scientifiques et linguistiques. Après cela, il reste aux futurs astronautes à passer devant un comité qui décidera de leur sélection définitive.

Entraînement des astronautes

Avant de partir dans l’espace les astronautes doivent s’entraîner pendant plusieurs années car quelques heures passées dans l’espace nécessitent des centaines d’heures de préparation. Durant ces années d’entraînement, l’astronaute assiste aussi bien à des cours théoriques de biologie, médecine et

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autres, qu'à des cours très spécifiques avec des simulations de missions planifiées à la minute près. En vue de se préparer physiquement à la mission, l’astronaute pratique aussi beaucoup de sport et passe par des séances de « torture » comme le fauteuil tournant, la centrifugeuse etc.

La centrifugeuse

La centrifugeuse est sûrement l’appareil de préparation des astronautes le plus impressionnant. Il est composé d’une cabine, dans laquelle peuvent rentrer plusieurs personnes, située au bout d’un long bras. Celui-ci peut faire tourner la cabine à une très grande vitesse et expose alors la personne dans la cabine à des forces d'inertie très élevées. Comme dans un manège qui tournerait trop vite, les forces d'inertie peuvent simuler des situations de pesanteur anormales, augmentant artificiellement le poids de la personne. La centrifugeuse peut ainsi recréer jusqu'à 10 G, alors que la pesanteur sur terre est de 1 G.

Ces forces, lorsqu’elles sont élevées, diminuent la pression sanguine au niveau de la tête et peuvent entraîner des troubles de la vision et une perte de connaissance. L’entraînement dans la centrifugeuse a essentiellement pour but de préparer l’astronaute à ce qu’il subira lors du décollage et de l’atterrissage, et de lui appendre à lutter contre ces effets avec des manœuvres anti-G faisant appel à des efforts musculaires. Il apprend ainsi à vivre et à agir comme si de rien n'était dans un environnement de pesanteur fortement perturbé.

Les vols paraboliques

Pour préparer les astronautes aux effets de l’apesanteur, il existe un entraînement appelé « vol parabolique ». Celui-ci consiste à recréer la sensation d’apesanteur dans l’enceinte d’un avion. En théorie, il est impossible de compenser la force de gravité qui s’exerce sur Terre, cependant on peut l’annuler en pratique en utilisant une autre force : l’accélération subie par un objet en chute libre.

La manœuvre consiste à cabrer l'avion afin de lui faire prendre rapidement

de l'altitude, jusqu'à atteindre une inclinaison de 45 degrés. Pendant cette phase dite "ressource d'entrée", qui dure environ 20 secondes et qui emporte l'avion à une altitude de 10 000 mètres, ce dernier subit un facteur de charge d'environ 2 G : chaque objet pèse 2 fois son poids normal.

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Lorsque l'inclinaison de l'appareil a atteint 45°, le pilote réduit la poussée des moteurs pour que celle-ci compense exactement la traînée aérodynamique engendrée par les forces de frottement de l'air. L'avion est à ce moment précis en chute libre car soumis à la seule force de la gravité terrestre (la poussée et la traînée se compensent). Pendant cette phase transitoire dite "d'injection" de 3 à 4 secondes, le facteur de charge passe de 2 G à 0 G. Le contenu de l'appareil est maintenant en microgravité pendant environ 20 secondes.

Au terme de ces 20 secondes (où l'avion chute jusqu'à 8000 mètres d'altitude), le pilote relance les moteurs pour remettre l'avion en vol horizontal stabilisé en 20 secondes, pendant lesquelles le facteur de charge est à nouveau de 2 G. On est alors en phase dite "ressource de sortie", phase symétrique de la ressource d'entrée. Lorsque l'avion est revenu à sa position horizontale, le contenu de l'avion est revenu à une gravité normale de 1 G, et un nouveau cycle peut recommencer. L'objectif de ces vols est d'habituer le futur astronaute à l'apesanteur. Il n'est pas rare qu'il soit pris de nausées et de vomissements au cours des premiers entrainements et sorte malade de l'avion, alors que ces effets indésirables disparaissent par la suite.

Le fauteuil tournant

Notre sensation de l'équilibre est liée à un organe appelé le vestibule, situé dans l'oreille interne à l’intérieur de notre tête. Sur terre, l’action de la pesanteur sur cet organe constitue un repère constant d’orientation spatiale. Cependant dans l’espace, les astronautes ne peuvent plus s’y fier car la pesanteur disparaît. Ils ne peuvent donc plus se repérer dans l’espace.

Pour préparer les astronautes à cette sensation, il existe un appareil

d'entrainement appelé le fauteuil tournant : c’est un fauteuil que l’on fait tourner sur lui-même très vite. Dans ces conditions, l’appareil vestibulaire n’a plus de repère et l’astronaute est confronté à ce qu’on appelle le mal de l’espace.

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Effets directs des vols spatiaux

Une fois les astronautes dans l’espace, on constate que l’état d’apesanteur auquel ils sont soumis entraine de nombreuses réactions au niveau de leur organisme et donc des effets plus ou moins néfastes.

Mal de l'espace

Au cours de l'un des tous premiers vols, à bord d'une fusée Vostok 2, l'astronaute Guerman Titov bat le record de durée d'un vol spatial en restant plus d'un jour dans l'espace, mais il se plaint d'un malaise étrange encore jamais ressenti. Depuis, de nombreux astronautes ont manifesté les mêmes symptômes, avec une moyenne de deux personnes atteintes sur trois. Il est donc devenu très important pour les scientifiques de comprendre quel était ce mystérieux mal de l'espace. En réalité ce dernier est une perturbation des sens entrainant la désorientation du sujet.

Sur Terre, le cerveau reçoit en permanence des informations d'orientation

venant de différents organes : les muscles et les tendons (appareil propriocepteur) communiquent la posture du corps, les yeux (appareil visuel) montrent l'environnement qui l'entoure et pour finir les capteurs situés dans l'oreille interne (appareil vestibulaire) donnent un repère haut-bas et indiquent la position du corps dans cet environnement.

Lorsque l'astronaute est dans l'espace et donc soumis à l'apesanteur, le

signal proprioceptif envoyé à son cerveau est beaucoup moins intense et subit de fortes perturbations. Rapidement l'organisme ne tient même plus compte des informations de l'appareil propriocepteur et l'astronaute n'a plus de notion sur la posture de son corps.

L'appareil vestibulaire règle l'équilibre et participe au maintien de la posture. Il est composé de 5 cavités bordées par de nombreux capteurs et de 3 canaux semi-circulaires qui correspondent chacun à un plan de l'espace. Le fonctionnement de cet appareil est basé sur le déplacement d'un liquide appelé endolymphe selon le mouvement que fait la tête. Dans l'espace, l'oreille interne étant soumise à la microgravité, le liquide est disposé de manière homogène dans tous les canaux et donc l'astronaute a beau bouger dans tous les sens, le cerveau ne reçoit aucune indication de mouvement.

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Seul l'appareil visuel, ayant un fonctionnement qui ne requiert pas une quelconque pesanteur, fonctionne correctement. L'astronaute ne peut donc se fier qu'à ses yeux pour se mouvoir en apesanteur. Ainsi il a l'impression que ce n'est pas lui qui effectue un mouvement à l'intérieur du vaisseau mais que c'est ce dernier qui évolue autour de lui.

Malgré une sélection soignée et une rude préparation, comme on a pu le

voir dans la section précédente, 70% des astronautes sont pris de vertige et d'autres symptômes comme des maux de tête, des sueurs, des nausées, des somnolences, voire des vomissements. Le mal de l'espace cesse tout de même au plus tard au bout de trois jours, mais étant donné qu'il se manifeste dès les premières minutes du vol, il compromet fortement les courtes missions qui requièrent un astronaute en pleine forme.

Le système cardio-vasculaire

Dès les premières minutes où l'astronaute est confronté à l'apesanteur, on constate que son corps se déforme : ses jambes perdent environ 10% de leur volume habituel, son cou et sa tête gonflent. Phénomènes plutôt comiques auxquels on a respectivement donnés les noms humoristiques de tête bouffie et de pattes d'oiseaux. Cependant ce sont les résultats visibles à l'œil nu d'un dysfonctionnement majeur du système cardio-vasculaire.

Sur Terre, les liquides, comme tout objet, sont attirés vers le bas du fait de la gravité. Or le sang est homogènement réparti dans l'organisme humain en position verticale. Paradoxe ? Non, car la stimulation de zones sensibles appelées barorécepteurs, situées dans les parois de l’aorte et de la carotide provoquent une série de réflexes : vasoconstriction au niveau des membres inférieurs, accélération du rythme cardiaque ; il y a de plus les contractions des muscles des mollets et des cuisses qui permettent de propulser le sang vers le cœur et donc vers le haut.

Lorsque l’astronaute est dans l’espace, le sang n’est plus attiré vers le bas

donc ne s’accumule pas dans les membres inférieurs. Cependant le système cardio-vasculaire, dans un premier temps, continue de fonctionner comme en présence de la gravité terrestre. Ceci se traduit par un reflux de la masse sanguine : un volume de 1 à 2 litres de sang quittent les parties inférieures du corps pour venir s’accumuler au niveau de l’encéphale et du thorax. C’est pour

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cela que la partie supérieure du corps, dont la tête, a tendance à gonfler alors qu’au contraire la partie inférieure s’amincit.

Les volorécepteurs, zones sensibles au changement du volume sanguin

situées sur la paroi des oreillettes du cœur, vont interpréter cet afflux comme une surcharge sanguine. Ils vont alors entrainer une diminution de la sécrétion de l’hormone antidiurétique (ADH) qui permet la réabsorption de l’eau par le tube collecteur et ainsi la concentration des urines. Il en résulte une élimination urinaire massive (fuite d’eau et de sels minéraux comme le calcium). De plus l’astronaute a une diminution de sensation de soif qui engendre une perte liquidienne durant tout le vol spatial. En dernier point, le débit cardiaque augmente légèrement par rapport à la celui sur Terre.

Même si d’autres réactions hormonales secondaires traduisent une

certaine adaptation du système cardio-vasculaire à l’apesanteur, ce dernier fonctionne dans des conditions anormales pendant toute la durée du vol. Pour palier à ce problème les astronautes font des séances de caisson à basse pression qui ont pour but d’attirer les fluides corporels vers le bas du corps et donc de faire retrouver au système cardio-vasculaire un fonctionnement normal.

Le squelette L’astronaute étant dans l’espace, son squelette n’est plus soumis à la

gravité terrestre et donc n’est plus sollicité. Dès les premiers jours, on remarque que l’astronaute gagne environ 2 cm.

La colonne vertébrale a pour rôle de protéger la moelle épinière et de

maintenir la posture des êtres vivants. Elle est composée de 7 vertèbres cervicales, 12 vertèbres dorsales et 5 vertèbres lombaires, chacune d’entres elles étant séparée de ses voisines par un disque intervertébral plutôt élastique permettant d’amortir les chocs. Sur Terre, quelque soit l’action que l’on effectue en étant debout, il y a un certain poids qui s’exerce sur cet édifice.

En état d’apesanteur, la colonne vertébrale est délivrée de ce poids ce qui

entraine une dilatation et donc une distension des disques intervertébraux qui la composent. Il en résulte un accroissement de la taille des astronautes lors des voyages spatiaux impliquant plus ou moins de douleurs dorsales. Ainsi l’astronaute français Jean-Pierre Haigneré, ayant passé 6 mois à bord de la station Mir en 1999, a grandi de 10 centimètres. Mais dès le retour sur Terre, les

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disques intervertébraux, de nouveau soumis à un poids, reprennent des proportions normales et l’astronaute retrouve sa taille habituelle.

En plus de ces problèmes de taille, on s'est rendu compte dans les années

1970 au retour d'une mission dans la station Skylab, que deux astronautes avaient perdu plus de 5% de leur densité osseuse. En 1987, ce phénomène s'est renouvelé puisque l'astronaute David avait perdu 12% de sa densité osseuse suite à un séjour de 4 mois à bord de la station Mir. Dès lors, il était devenu urgent de remédier à ce problème de perte de masse osseuse.

Comme nous l’avons vu dans la partie traitant les effets de l’apesanteur sur le système cardio-vasculaire, la redistribution des fluides corporels engendre une élimination quotidienne de calcium par les urines. Ainsi les vertèbres inférieures, les hanches et les fémurs se décalcifient progressivement durant la totalité du vol spatial, d’environ 2% par mois ce qui équivaut à 100 mg de calcium pour une réserve de seulement 1 kg. De plus si aucune mesure n’est envisagée, les os perdent la mémoire de leur reconstitution au bout de 6 mois. De ce point de vue, le voyage spatial de longue durée semble alors fortement compromis.

On observe aussi que lorsque le vaisseau spatial est en état de

microgravité, tous les objets à son bord n’ont plus de poids et donc l’astronaute peut les saisir, les porter, les mettre en mouvement sans fournir le moindre effort physique. Ainsi les muscles qui ne servent finalement plus, vont s’atrophier. Des muscles comme celui de la cuisse et du mollet qui sont très sollicités sur Terre, vont se retrouver totalement inutiles dans l’espace et vont donc se rétrécir à tel point qu’à son retour sur Terre l’astronaute ne pourra plus marcher.

Lors d’un voyage dans l’espace, les astronautes vont avoir droit à un

régime alimentaire très riche en calcium et à un programme sportif intensif visant à éviter la perte de masses osseuse et musculaire. Selon la durée du séjour spatial, le nombre d’heures de sport varie de 30 minutes par jour pour une mission de navette spatiale par exemple, à plus de 2 heures pour ceux qui vivent une longue période à bord de la station spatiale internationale (2 mois à 1 an).

La taille des stations ou des vaisseaux spatiaux étant particulièrement

réduite, l’espace à la disposition des astronautes est bien trop petit pour pratiquer un sport quelconque. Ces derniers doivent donc se servir d’appareils spécifiques pour faire travailler leurs muscles : le véloergomètre et le TVIS, sorte de tapis roulant stabilisé contre les vibrations pour que l’astronaute ne perturbe pas les expériences scientifiques à bord. Ces appareils qui s’apparentent à ceux que l’on peut trouver dans les salles de musculation, ont en fait une particularité en plus : ils simulent la pesanteur terrestre.

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Pour cela, l’astronaute est attaché à la taille au moyen d’une sangle qui est reliée par des cordons à l’appareil. La tension de ces cordons permet de simuler la pesanteur terrestre et donc de faire correctement travailler les muscles de l’astronaute.

Il y a d’autres appareils de musculation à la disposition des astronautes comme l’exerciseur contre résistance qui par le même fonctionnement de simulation de pesanteur permet d’empêcher l’atrophie musculaire au niveau des bras.

Le sommeil

Les médicaments les plus utilisés par les astronautes sont les somnifères. Cela veut donc dire que dormir dans l’espace est différent de dormir sur Terre. Certains astronautes disent avoir ressenti des sensations étranges lorsqu’ils dormaient en apesanteur. De plus, la luminosité est très forte, tout comme le bruit, ce qui fait que le sommeil de l’astronaute n’est pas très réparateur.

En orbite autour de la Terre, les astronautes peuvent voir 16 levers et

couchers de Soleil en 24 heures. Cette absence de jours et de nuits au sens où on l’entend sur Terre a tendance à perturber leur rythme de sommeil.

Les astronautes ont droit à huit heures et demie de sommeil par jour,

même si certaines études indiquent que six heures et demie devraient suffir pour récupérer, du fait que le corps se fatigue moins en apesanteur. Leur emploi du temps est réglé sur un fuseau horaire terrestre choisi par le centre de contrôle, car cela permet de maintenir un calendrier régulier.

Dans la navette, les astronautes disposent pour dormir de compartiments

particuliers comprenant un sac de couchage, un oreiller, une lampe, un évent d’aération, ainsi qu’un espace pour les effets personnels. Cependant, ceux qui ont envie de dormir en dehors de ces compartiments le peuvent tout à fait. En effet, le sac de couchage peut être fixé sur le sol, les murs, ou même le plafond et dispose d’un coussinet rigide dans le dos pour imiter la sensation d’un matelas. Et pour ne pas être gêné par le bruit et la lumière, ils peuvent utiliser des bouchons d’oreilles et un masque pour les yeux.

Lorsqu’ils dorment en apesanteur, leurs bras ont tendance à flotter. Même

si ce n’est pas douloureux, la plupart des astronautes utilisent des systèmes pour les retenir car ils trouvent cette sensation dérangeante. Enfin, certains préfèrent

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dormir complètement libre. Dans ce cas, ils se recroquevillent dans un coin et s’endorment.

Pour se réveiller, les astronautes des navettes spatiales de la NASA

disposent d’un réveil téléphonique. Chaque matin, à une heure définie, le personnel au sol diffuse une musique dans la navette. Les musiques sont choisies par Les astronautes, et elles peuvent même être diffusées à la demande de la famille de l’un d’entre eux. Néanmoins, pour les autres missions spatiales, notamment la Station Spatiale Internationale, ce système n’est pas disponible, et les astronautes doivent se contenter d’un réveil traditionnel.

On peut donc remarquer que les astronautes, bien qu’étant des hommes à

une distance colossale du centre de contrôle, sont en contact permanent avec celui-ci. Ce dernier leurs dicte les travaux qu’ils devront achever, aussi bien sur le plan sportif que scientifique. Et malgré la liberté qu’ils semblent symboliser par leur proximité vers cet autre monde qu’est l’espace, ils sont très sollicités et doivent obéir aux ordres de la base.

Voici l’emploi du temps typique d’un astronaute :

Période post-réveil 1,5 heure

Inspection matinale de la Station Spatiale Internationale Hygiène personnelle Déjeuner

Planification et coordination 0,5 heure

Conférence de planification quotidienne (matin) Conférence de planification quotidienne (soirée) Rapport d'étape quotidien

Exercices 2,5 heures

Exercices cardiovasculaires (vélo ergomètre ou tapis roulant) OU Exercices de musculation Installation et rangement d'équipement Hygiène personnelle

Dîner 1 heure

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Exploitation quotidienne des systèmes 1,5 heure

Préparation des travaux (jour présent) Préparation du rapport Dépouillage des courriels Préparation des travaux (lendemain) Examen du plan du lendemain Revue des activités quotidiennes Collecte des ordures

Travaux 6,5 heures

Assemblage Entretien Surveillance et modification d'orbite Activités médicales Formation de bord Activités de routine Opérations de gestion du matériel

Période pré-sommeil 2 heures

Souper Préparation des rations quotidiennes Hygiène personnelle

Sommeil 8,5 heures

Sorties extravéhiculaires Lors de leurs missions, les astronautes sont parfois amenés à sortir dans

l’espace. Il arrive en effet qu’il y ait besoin de réparer de l’équipement ou d’effectuer des manœuvres précises infaisables par des robots. Ces sorties durent

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en moyenne cinq à sept heures, et sont l’une des tâches les plus difficiles à accomplir pour les astronautes.

En effet, pour survivre dans le vide, l’être humain doit y reproduire son

environnement terrestre, c'est-à-dire avoir de l’oxygène et de la pression atmosphérique. Or dans l’espace, il n’y a aucun des deux. Il est donc indispensable pour les astronautes de se protéger. Sans la pression de l’extérieur, les gaz du corps humain chercheraient à s’échapper, la peau gonflerait et les vaisseaux sanguins exploseraient ; enfin le manque d’oxygène au cerveau serait mortel.

Pour les activités extravéhiculaires, les astronautes doivent donc porter

leur combinaison, spécialement conçue pour les isoler du vide spatial. Elle résiste aussi aux bombardements de micrométéorites qui voyagent à une vitesse tellement élevée que même des projectiles de la taille d’une tête d’épingle sont de véritables boulets de canon. La quantité de matériel en orbite autour de la Terre est estimée à plus de 2 millions de kilogrammes. Cette combinaison peut également supporter des écarts de température extrêmement élevés. Dans l’espace, les astronautes peuvent se retrouver dans des situations où leur dos, exposé au soleil, est à 120°C tandis que l’autre côté, à l’ombre, est à –150°C.

Lors de la séance d’habillage, l’astronaute commence par enfiler un sous-

vêtement parcouru d’un réseau de plus de 100 mètres de tubes en plastique où circule de l’eau refroidie qui permet de maintenir une température du corps constante. Il dispose aussi d’une culotte pour ses besoins essentiels qui permet de recueillir jusqu’à un litre d’urine, et pour le reste, les astronautes suivent un régime alimentaire spécial qui leur permet de patienter jusqu’à leur retour à la navette.

Le scaphandre en lui-même est composé de deux parties qui existent en quatre tailles différentes. Lors de l’ajustement des pièces au corps de l’astronaute, il faut laisser quelques centimètres de jeu en prévision de l’allongement de la colonne vertébrale. Le haut et le bas du costume sont reliés par des attaches, sortes de bagues ajustables, qui garantissent l’étanchéité de l’ensemble.

La combinaison est un vêtement thermique composé de dix couches fabriquées en mylar, aluminium, kevlar et téflon. L’oxygène circule dans toute la combinaison, ce qui permet à l’astronaute de respirer tout en maintenant la pression au niveau requis. Sur sa tête, l’astronaute porte un chapeau qui lui permet de communiquer avec la navette et la Terre. Il peut boire grâce à un petit tuyau installé près de sa bouche. Enfin un premier casque vient se visser au torse et une visière supplémentaire est ajoutée pour protéger les yeux des radiations du soleil. Le flux constant d'oxygène empêche la condensation de se former sur la surface interne du casque.

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Les gants sont munis d’un système de réchauffement des doigts, et leur souplesse est sans cesse améliorée car le travail des astronautes demande de plus en plus de précision et dextérité.

Lors d’une sortie dans l’espace, l’astronaute porte également son « sac à

dos », le Primary Life Support System, où se trouvent les réserves d’oxygène et d’eau. Avec le panneau de contrôle qui se trouve sur le devant de sa combinaison, l’astronaute est totalement autonome et peut travailler jusqu’à 8 heures d’affilé tout en étant toujours relié par un câble au vaisseau spatial.

Les Radiations

Un effet du voyage spatial ne se présente qu’après plusieurs années : les radiations. Lorsqu’ils sont en dehors de la Terre, les astronautes ne sont plus protégés des rayonnements solaires et galactiques ionisants. En effet l’atmosphère et le champ géomagnétique sont une protection constante à ces types de radiations mais aussi à l’impact de micrométéorites.

Sur Terre, ces rayons sont inoffensifs. Ils se manifestent dans les aurores

polaires où le rayonnement électromagnétique et corpusculaire émis par le Soleil rencontre les éléments du champ géomagnétique. Les effets sont impressionnants mais néanmoins anodins.

En revanche, dans l’espace, ces écrans protecteurs naturels n'existent pas

et le corps est soumis directement à des effets d’ionisation provoqués par les radiations. Cette action consiste au bombardement par des protons de forte énergie émis par le Soleil et des ions lourds émis par l'explosion d'étoiles lointaines en supernovae. Certaines de ces radiations favorisent l'apparition de radicaux libres capables de briser localement l'ADN tandis que les ions lourds et les rayons X peuvent en théorie provoquer des mutations génétiques.

Pour éviter ce genre d'exposition aux radiations, les sorties

extravéhiculaires sont interdites parfois durant plusieurs jours lorsqu'une éjection de matière coronale par le Soleil (une énorme explosion à la surface du Soleil) est annoncée ou lors des tempêtes géomagnétiques importantes. Pour réduire encore un peu plus les risques d'irradiation pour l'équipage, la navette spatiale fait le gros dos et présente sa meilleure protection face au Soleil. Cela dit, il ne s'écoule pas un jour où les satellites ne sont pas bombardés par des

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protons rapides ou par des électrons, ce qui entraîne régulièrement des anomalies pouvant aller jusqu'à la panne totale ou la perte des instruments.

Malheureusement la protection qu'offre la navette spatiale est bien peu de

chose contre les radiations cosmiques issues de la Voie lactée ou des supernovae extragalactiques face auxquelles aucun bouclier n'est vraiment efficace. Que faire en effet lorsque des ions de fer traversent le système solaire à près de 300 000 km/s... S'ils sont capables de traverser les blindages de la navette spatiale, ils peuvent facilement traverser les tissus, déchirer les cellules et fracasser les chaînes d'ADN, provoquant des mutations cellulaires et génétiques, quand ils ne détruisent pas ses composants, leur portant un coup fatal en développant des cancers.

Si nous prenons la dose de rayonnement reçue annuellement sur Terre

pour unité (1 mSv), un séjour de 10 jours dans la navette spatiale expose les astronautes à une dose de radiations 5 fois plus importante et un séjour de 3 mois à bord d'une station spatiale comme ISS expose son équipage à une dose 70 fois supérieure ! Heureusement, en temps normal, cela ne représente jamais que la dose de rayonnement de quelques radiographies. Mais là où la situation s'aggrave serait lors d'un voyage vers Mars ou vers les astéroïdes, qui durerait plusieurs années durant lesquelles les astronautes devraient subir des doses de radiations 1000 fois plus importantes que sur Terre.

Pour l’instant, seul le port d'une combinaison spatiale antiradiation, mais

jamais étanche à 100%, et le confinement dans des pièces blindées permet de protéger les astronautes

Mais un autre risque était jusqu'ici totalement ignoré, celui des "flashes"

que perçoivent les astronautes en orbite. Des particules rapides frappent en effet régulièrement la rétine des astronautes, produisant de faux signaux qui se manifestent comme autant de flashes dans leurs yeux. A priori inoffensifs, pendant plus de 30 ans personne ne s'en est vraiment inquiété jusqu'au jour où le Dr. Francis A. Cucinotta du Radiation Health Office du centre spatial Johnson de la NASA étudia les dossiers médicaux de 295 astronautes. A défaut de données épidémiologiques, jusqu'en 2001 on ignorait quels étaient les effets des radiations sur le développement des cancers ou des cataractes (opacification progressive du cristallin).

Le Dr Cucinotta démontra qu'il existait un lien entre l'augmentation de la

dose de radiation (plus de 8 mSv) et le risque de cataracte, phénomène qui n'apparaissait pas chez les astronautes ayant été exposé à des doses inférieures. Aujourd'hui 48 astronautes retraités sont concernés par cette maladie,

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principalement ceux ayant participés aux missions lunaires et aux activités extravéhiculaires.

Le retour sur Terre

Si aucune maladie, infection ou accident ne survient en apesanteur, les astronautes peuvent y demeurer certainement aussi longtemps que leurs stocks de nourriture et d'oxygène leur permettent et que leur soif de vivre cette situation extraordinaire les soutient. Mais un jour, le contrôle au sol leur donnera l'ordre de revenir sur Terre, au sens propre comme au figuré ...

Pour préparer leur retour, les astronautes doivent augmenter leur

fréquence d’exercices physiques. Cela dit, il n'y a pas de contrainte et chacun est libre d'exécuter ces exercices. Aussi, du temps de la station Mir, on voyait au retour de missions prolongées des cosmonautes russes plus ou moins prêts à faire face à l'effet de la gravité en fonction de leur préparation physique. N’étant pas exposé à la gravité terrestre pendant parfois plus d’un an, les astronautes se sentent d’un coup plus lourd quand ils reviennent sur leur planète natale.

Les disques intervertébraux sont comprimés pour la première fois depuis

le début du voyage spatial et de ce fait certains astronautes doivent être portés et ne peuvent pas tenir debout. De plus le système cardio-vasculaire, qui, comme nous l’avons vu, a fonctionné dans des conditions anormales durant tout le séjour dans l’espace, met quelques heures à retrouver son équilibre. Ainsi à leur retour, les astronautes se trouvent en général faibles rien qu’en restant debout. Il arrive aussi que des astronautes s’évanouissent à cause de la remontée tardive du sang vers la tête. C’est le même effet qui peut apparaitre lorsque l’on reste longtemps allongé et qu’on se relève brutalement : un voile blanc vient perturber notre champ visuel.

Si tous les astronautes finissent par retrouver au bout d'un certain temps

leur train de vie d’avant le vol, on peut tout de même voir des astronautes comme Youri V. Romanenko qui après être resté plus d'un an à bord de Mir prouva sa bonne forme aux journalistes en se mettant en équilibre sur un seul bras peu après son arrivée.

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Conclusion

Bien que des visionnaires comme Jules Verne aient imaginé une possible évasion de l’Homme hors de sa planète Terre, l’attraction que cette dernière exerce sur tout objet au sol semblait trop importante pour mener à bien une quelconque aventure vers cet autre monde qu’est l’espace. Mais le 12 avril 1961, un jeune russe du nom de Youri Gagarine à bord d’une fusée détrône l’imagination et le rêve : le voyage dans l’espace devient une réalité.

Dès lors les vols spatiaux s’enchainent annonçant à chaque fois un progrès

technologique conséquent comme notamment l’assemblage de vaisseaux dans l’espace, les sorties d'hommes hors des fusées spatiales... Cependant, très rapidement de nombreuses contraintes inattendues au niveau de l’organisme humain durent être prises en compte. A l’aide de moyens médicaux très développés, les astronautes sont suivis par une quarantaine de médecins et durant tout le vol spatial leur état de santé est contrôlé. Cette pratique a permis de comprendre quels étaient les effets néfastes de l’apesanteur sur l’organisme humain.

A partir de ces données, les scientifiques ont constaté que pour lutter

efficacement contre ces effets, il fallait fournir à l’astronaute un régime riche en calcium et un programme sportif intensif, afin de le garder en bonne santé et pour qu'il puisse reprendre un train de vie normal à son retour sur Terre.

De nos jours, le mal de l’espace, qui rend environ deux astronautes sur

trois incapables de remplir leur mission pendant plus de 2 jours malgré une sélection des plus soignées, est le malaise le moins prévisible. Il y a actuellement des tentatives de mise au point d’un système de détection des sujets susceptibles d’être touchés par le mal de l’espace une fois en apesanteur, car la centrifugeuse et le fauteuil tournant n’arrive pas à le prévoir.

Ce mal n'agit qu'au début de la mission et constitue donc un souci

moindre pour un séjour spatial de longue durée. En dehors de ce problème, l’Homme s’adapte assez bien à l’espace pour pouvoir y voyager : des moyens efficaces ont été mis en place aussi bien pendant la durée de la mission qu'au retour des astronautes, pour assurer un fonctionnement normal du système cardio-vasculaire, une conservation des masses osseuse et musculaire, et une hygiène de vie convenable. De plus des expériences scientifiques sur des animaux ont prouvé que la reproduction et la croissance dans l’espace sont envisageables.

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La durée du vol spatial ne semble plus être une réelle limite pour la conquête de l’espace. Ainsi le prochain objectif est Mars. La distance Terre-Mars varie entre 56 et 400 millions de kilomètres, ce serait donc le plus long voyage spatial habité jamais accompli. La durée de ce dernier serait d’environ 1 an pour l’aller-retour. Au delà des aspects scientifiques comme la recherche géologique et la question de l'existence d’eau liquide, qui sont déjà étudiés grâce aux robots Spirit et Opportunity, une mission humaine sur Mars est motivée par des raisons politiques : raviver l’esprit pionnier américain.

Aujourd’hui la question reste ouverte : pourquoi chercher à envoyer des

hommes dans l’espace alors que des robots peuvent être spécialement programmés pour les missions spatiales ? Il est vrai que les machines sont plus simples à emmener dans l’espace car nous avons vu que conserver en bonne santé des hommes dans l'espace pour une longue durée implique des contraintes sévères et dispendieuses sur le voyage spatial. Cependant l'intelligence artificielle des robots n’est pas encore assez développée pour remplir automatiquement des tâches qui nous paraissent banales, comme par exemple franchir des montagnes, éviter des obstacles, ou décider quelle roche est intéressante à étudier. De plus, la prévision d'évènements catastrophiques pousse les hommes à vouloir perfectionner les vols habités : avant même l’explosion de notre système solaire dans 5 milliards d’année, on peut craindre la destruction de notre planète par nous-mêmes avant cette date. L’humanité doit donc pouvoir quitter son berceau.

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Glossaire

La microgravité ou l’état d’apesanteur

La gravitation est une force qui s’exerce entre tout objet ayant une masse. C’est par cette force d’attraction que la Terre nous maintient à son sol et que la lune reste en orbite autour de celle-ci. On a établi la référence 1G qui représente la valeur de l’accélération d’un objet soumis à cette force appelée la gravitation terrestre, mais sa valeur réelle en unité internationale est de environ 9,8 m/s. On pourrait croire qu’une fois que l’astronaute est dans l’espace, son corps n’est plus soumis à la gravitation terrestre. Cependant il faut savoir que dans la station spatiale internationale, cette force attractive garde 89% de son intensité, mais elle est compensée par la force d'inertie centrifuge. Donc si un astronaute à bord de cette station laisse tomber une pomme, elle chute, comme sur Terre, mais en réalité ils chutent ensemble. En effet, ils sont tous les deux en chute libre autour de la Terre. Les objets qui se trouvent dans cet état de chute sont dits en apesanteur ou en état de microgravité.

Cosmonautes, astronautes, spationautes

On remarque que les termes cosmonautes, astronautes et spationautes ont non seulement une racine très proche mais en plus sont tous trois employés pour désigner la même chose : les hommes allant dans l’espace. En fait un spationaute est un membre de l’équipage d’un spationef, c'est-à-dire d’un vaisseau spatial. Le terme cosmonaute a la même signification mais, il est la traduction de l’appellation russe qui vient du grec kosmos, l’univers, et nautes, le navigateur. Le terme astronaute vient du mot grec astron qui désigne une étoile ; c’est l’appellation utilisée par les américains et les européens. Ces trois mots veulent donc dire la même chose, mais si l’on est en Russie le mot n’aura pas la même signification originelle que si on se situe en Europe ou en Amérique.

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Références Sites web : www.doctissimo.fr www.utc.fr/~gapenne/Projets/P99/P99pr03.html www.busoc.be/fr/microgravity.fr.htm www.space.gc.ca www.interstars.net www.gsbms.ups-tlse.fr www.futura-sciences.com www.nasa.gov www.esa.int Livre : Carnet de bord d’un cosmonaute écrit par Jean-Pierre Haigneré et Simon Allix et édité chez Flammarion. Films : Apollo 13 de Ron Howard avec Tom Hanks, Kevin Bacon, Bill Paxton, Gary Sinise et Ed Harris Objectif Mars à la géode