Depuis que les astronautes ont commencé à aller dans l'espace pendant de longues périodes, on sait que l'exposition à long terme à la gravité zéro ou à la microgravité s'accompagne de sa part d'effets sur la santé. Ceux-ci comprennent l'atrophie musculaire et la perte de densité osseuse, mais s'étendent également à d'autres zones du corps, entraînant une diminution de la fonction organique, de la circulation et même des modifications génétiques.
Pour cette raison, de nombreuses études ont été menées à bord de la Station spatiale internationale (ISS) pour déterminer l'étendue de ces effets et quelles stratégies peuvent être utilisées pour les atténuer. Selon une nouvelle étude récemment publiée dans le Journal international des sciences moléculaires, une équipe de chercheurs financés par la NASA et la JAXA a montré comment la gravité artificielle devrait être un élément clé de tout futur plan à long terme dans l'espace.
Comme indiqué, une quantité considérable de recherches a été menée pour identifier et quantifier les effets de la microgravité sur le corps humain. Un bon exemple de cela est l'étude Twins menée par le programme de recherche humaine (HRP) de la NASA, qui a étudié les effets sur le corps de l'astronaute Scott Kelly après avoir passé un an à bord de la Station spatiale internationale - en utilisant son frère jumeau, Mark Kelly, comme contrôle .
Ces études et d'autres ont confirmé que l'exposition à la microgravité peut non seulement affecter la densité osseuse et la masse musculaire, mais également la fonction immunitaire, l'oxygénation du sang, la santé cardiovasculaire et même d'éventuels changements génomiques et cognitifs. En outre, la vue est également quelque chose qui peut être affectée par le temps passé dans l'espace, qui est le résultat de moins de circulation et d'oxygène dans le tissu oculaire.
En fait, environ 30% des astronautes effectuant des vols de courte durée dans la navette spatiale (environ deux semaines) et 60% en mission de longue durée vers l'ISS ont signalé une altération de leur vision. En réponse, le professeur Michael Delp - le doyen du College of Human Sciences de la Florida State University (FSU) et co-auteur du document - et ses collègues recommandent que la gravité artificielle soit incorporée dans les futures missions.
Depuis des années, et avec le soutien de la NASA, Delps étudie l'effet de la microgravité sur la vue des astronautes. Comme il l'a dit dans un récent communiqué de presse de la FSU:
«Le problème est que plus les astronautes restent longtemps dans l'espace, plus ils sont susceptibles de souffrir d'une déficience visuelle. Certains astronautes se remettront des changements de vision, mais pas tous. Il s'agit donc d'une priorité élevée pour la NASA et les agences spatiales du monde entier. Avec cette application de la gravité artificielle, nous avons constaté qu'elle n'empêchait pas totalement les changements oculaires, mais nous n'avons pas vu les pires résultats. »
Pour déterminer si la gravité artificielle atténuerait ces effets, Delp s'est associé à des chercheurs de la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) dans une toute première collaboration. Ils étaient rejoints par le professeur Xiao Wen Mao (auteur principal de l'étude) de l'Université Linda Loma, ainsi que par des membres de l'Université d'Arkansas pour les sciences médicales, de l'Arkansas Children’s Research Institute et de l'Université de Tsukuba.
L'équipe a ensuite examiné les changements dans les tissus oculaires des souris après avoir passé 35 jours à bord de l'ISS. Les sujets d'essai étaient constitués de 12 souris mâles de neuf semaines qui ont été transportées par avion depuis le Kennedy Space Center et hébergées dans l'unité de cage d'habitat de souris (HCU) du laboratoire «Kibo» de la JAXA sur l'ISS. Au cours de leur séjour, les souris ont été divisées en deux groupes.
Alors qu'un groupe vivait dans des conditions de microgravité ambiante, l'autre vivait dans une unité d'habitat centrifuge qui produisait 1 g de gravité artificielle (l'équivalent de la gravité terrestre). À partir de cela, l'équipe de recherche a constaté que l'ancien groupe avait subi des dommages aux vaisseaux sanguins qui sont importants pour la régulation de la pression des fluides dans les yeux.
"Lorsque nous sommes sur Terre, la gravité tire le fluide vers nos pieds", a déclaré Phelps. «Lorsque vous perdez la gravité, le fluide se déplace vers la tête. Ce changement de liquide affecte le système vasculaire dans tout le corps, et maintenant nous savons qu'il affecte également les vaisseaux sanguins de l'œil. »
De plus, l'équipe a noté que les profils d'expression des protéines avaient également changé dans les yeux des souris en raison de la microgravité. En comparaison, les souris qui ont passé leur temps dans la centrifugeuse n'ont pas subi autant de dommages à leurs tissus oculaires. Ces résultats indiquent que la gravité artificielle, probablement sous la forme de sections rotatives ou de centrifugeuses, sera un élément nécessaire pour les missions spatiales de longue durée.
Selon les concepts, l'utilisation de la gravité artificielle dans l'espace n'est pas quelque chose de nouveau. En plus d'être un concept bien exploré en science-fiction, les agences spatiales l'ont étudié comme un moyen possible d'établir une présence humaine permanente dans l'espace. Un exemple brillant de ceci est le Stanford Torus Space Settlement, une conception principale qui a été examinée par la NASA Summer Study de 1975.
En tant qu'effort de collaboration entre le centre de recherche Ames de la NASA et l'université de Stanford, ce programme de dix semaines a consisté en professeurs, directeurs techniques et étudiants se réunissant pour construire une vision de la façon dont les gens pourraient un jour vivre dans une grande colonie spatiale. Le résultat de ceci était un concept pour une station spatiale en forme de roue qui tournerait pour fournir la sensation de la gravité normale à la Terre ou partielle.
De plus, des tores en rotation ont été envisagés pour les engins spatiaux afin de garantir que les astronautes en mission de longue durée puissent limiter leur temps en microgravité. Un bon exemple de cela est le transport universel non atmosphérique destiné à une longue exploration aux États-Unis (Nautilus-X), un concept de vaisseau spatial multi-missions qui a été développé en 2011 par les ingénieurs Mark Holderman et Edward Henderson de l'équipe d'évaluation des applications technologiques de la NASA.
Comme pour les recherches précédentes, cette étude souligne l'importance de maintenir la santé des astronautes lors de missions à long terme dans l'espace, ainsi que de voyages de longue durée. Cependant, cette étude se distingue en ce qu'elle est la première d'une série conçue pour mieux comprendre la déficience visuelle chez les astronautes.
«Nous espérons que la poursuite d'une solide collaboration scientifique nous aidera à accumuler les résultats expérimentaux nécessaires pour préparer la future exploration habitée dans l'espace lointain», a déclaré Dai Shiba, chercheur principal pour la JAXA et co-auteur de l'article. Mao, l'auteur principal de l'étude, a également indiqué qu'elle espérait que cette recherche irait au-delà de l'exploration spatiale et aurait des applications ici sur Terre:
«Nous espérons que nos résultats non seulement caractériseront l'impact de l'environnement des vols spatiaux sur les yeux, mais contribueront à de nouveaux traitements ou traitements pour les problèmes de vision induits par les vols spatiaux ainsi que davantage de troubles liés à la Terre, tels que la dégénérescence maculaire liée à l'âge et la rétinopathie.»
Il ne fait aucun doute qu'en ce qui concerne l'avenir de l'exploration spatiale, de nombreux défis nous attendent. Non seulement devons-nous développer des engins spatiaux qui peuvent combiner efficacité énergétique et puissance, nous devons réduire le coût des lancements individuels et trouver des moyens d'atténuer les risques pour la santé des missions à long terme. Au-delà des effets de la microgravité, il y a aussi le problème de l'exposition prolongée au rayonnement solaire et cosmique.
Et n'oublions pas que les missions sur la surface lunaire et sur Mars devront faire face à une exposition à long terme à une gravité plus faible, en particulier en ce qui concerne les avant-postes. En tant que tel, il ne serait pas farfelu d'imaginer que les tores et les centrifugeuses pourraient devenir une partie régulière de l'exploration spatiale dans un avenir proche!
