Download_on_the_App_Store_Badge_FR_RGB_blk_100517

Voici les effets d'un vol spatial sur le corps et l'esprit humains

  • Recevoir tous les articles sur ce sujet.

    Vous suivez désormais les articles en lien avec ce sujet.

    Ce thème a bien été retiré de votre compte

Voici les effets d'un vol spatial sur le corps et l'esprit humains
L'astronaute français Thomas Pesquet, en haut à gauche, a effectué une première mission spatiale baptisée "Proxima" à bord de l'ISS entre novembre 2016 et juin 2017. © ESA/NASA

Les astronautes qui ont séjourné à bord des navettes américaines, de la station spatiale russe Mir ou sur la Station spatiale internationale (ISS) savent très bien qu'un voyage dans l'espace n'est pas sans conséquence pour le corps et l'esprit humains, habitués aux conditions de vie sur Terre. En cause : la microgravité, les radiations cosmiques, le confinement et l'isolement... Les agences spatiales comme la NASA, Roscosmos et l'Agence spatiale européenne (ESA) mènent de nombreuses études sur ces questions pour que les astronautes restent en forme pendant le voyage et à leur retour sur Terre.

Il existe différents effets secondaires provoqués par un vol spatial : "ceux de très courte durée comme la désorientation neurovestibulaire (pouvant provoquant des nausées) pendant les premiers jours après le lancement et l'atterrissage", tandis que "d'autres problèmes surviennent au cours des semaines et des mois de vol spatial, comme la perte de la densité minérale osseuse et la fonte musculaire", a expliqué à Business Insider France le Pr Virginia Wotring, chercheuse à l'International Space University basée à Strasbourg.

A lire aussi — 9 choses du quotidien que les astronautes ne peuvent pas faire dans l'espace

L'astronaute français Jean-François Clervoy, qui a effectué trois vols à bord des navettes spatiales américaines Atlantis en 1994 et en 1997, puis à bord de Discovery en 1999, a relaté à Business Insider France une anecdote à ce sujet : "si l'on amène un-e astronaute qui vient de rentrer d'une longue mission spatiale à l'hôpital sans révéler son métier, les médecins lui diront qu'il ou elle a de l'ostéoporose, des problèmes cardiovasculaires, des troubles de l'équilibre, peut-être même le Sida en raison d'une baisse du système immunitaire". Après un voyage spatial, "on devient extraterrestre sur le plan physiologique", a-t-il résumé.

Toutefois, Jean-François Clervoy fait remarquer que "la capacité de l'être humain à s'adapter à l'espace est extraordinaire. On s'adapte plus rapidement aux conditions de l'espace qu'au retour à la gravité. Une fois de retour sur Terre, il faut plusieurs semaines, plusieurs mois, si ce n'est un an", tout en rappelant les premiers mots du Russe Youri Gagarine le 12 avril 1961, lorsqu'il est devenu le premier homme dans l'espace : "je me sens bien".

Voici les différents effets d'un voyage spatial sur le corps et l'esprit humains.

Comme le mal de mer, il existe un mal de l'espace, ce qui peut provoquer des nausées, des étourdissements et des maux de tête.

L'astronaute américaine Peggy Whitson en train de flotter dans l'ISS le 22 juin 2017. NASA

Le mal de l'espace fait partie de "l'une des sensations les plus impressionnantes et des facteurs les plus affectants" causés par un vol spatial de courte ou plus longue durée, a estimé l'astronaute Jean-François Clervoy. Un astronaute sur deux le ressent pendant les premiers jours après l'arrivée en apesanteur : il s'agit du mal de l'espace que l'on peut comparer au mal de mer. "Les astronautes peuvent alors ressentir des nausées et des étourdissements et avoir des maux de tête. Nous pouvons traiter les symptômes ou simplement donner aux gens des tâches légères pendant quelques jours le temps qu'ils s'adaptent naturellement à leur nouvel environnement", a expliqué Virginia Wotring.

D'où vient ce mal de l'espace ? Le cerveau est en fait perturbé par la contradiction entre l'information reçue par les yeux et l'information donnée par le vestibule, l'organe de l'équilibre situé dans l'oreille interne. Car le cerveau "pilote" les yeux en fonction des informations reçues par l'oreille interne laquelle a perdu le sens de la verticale. Il s'agit d'un véritable déboussolement au sens propre.

A leur retour sur Terre, une réadaptation à la gravité est aussi nécessaire et c'est pourquoi certains astronautes sont incapables de se tenir debout après l'atterrissage, notamment après des vols de longue durée et n'ont pas le droit de pratiquer du vélo par exemple. Jean-François Clervoy raconte son expérience du mal de l'espace en ces mots : "la première fois, je me sentais un peu mal à l'aise comme aux premiers stades d'un mal de mer. Mais de vol en vol, on est moins malade, comme si le corps se souvenait de son travail d'adaptation précédent, aussi bien en arrivant en orbite qu'après l'atterrissage".

Gonflement du visage, diminution du volume des jambes... Ces effets sont causés par la réaction du système cardiovasculaire lors du passage de la pesanteur à l'apesanteur.

L'astronaute de la NASA Christina Koch en sortie extravéhiculaire. NASA

C'est le deuxième facteur le plus affectant provoqué par un vol spatial. Sur Terre, la gravité exerce une force descendante. Ainsi, quand on est debout, un certain "excès" de fluides se trouve dans les vaisseaux sanguins et les tissus des jambes. Cet "excès" est régulé à l'aide d'un gradient de pression hydrostatique qui empêche le sang de s’accumuler dans le bas du corps. Quand on s'allonge, le sang, au contraire, a tendance à s'accumuler dans le haut du corps. La veine jugulaire interne, qui part du crâne pour descendre jusqu'à la clavicule, s'affaisse pour contrebalancer cet effet.

Dans l'espace, en l'absence de gravité, cet équilibre n'existe plus, ce qui entraîne le redistribution des liquides vers le haut du corps et le cerveau. Ceci est perçu comme une "surcharge" du volume sanguin circulant. Nouvellement détecté, cet excès apparent de liquides est expulsé dans les tissus et les cellules, et en urinant plus que la normale, provoquant une réduction de 12 à 15% en volume, tandis que les globules rouges sont aussi ajustés à la baisse pour maintenir une concentration normale.

Ainsi, on peut observer chez les astronautes une diminution du volume des jambes, d'un litre par jambe environ, qui ont alors un aspect parfois appelé "jambes de poulet", un gonflement du visage avec un épaississement d'environ 7% des tissus frontaux par rapport aux mesures faites en position couchée avant le vol.

De retour sur Terre, la gravité fait à nouveau son effet. Mais il y a désormais un déficit au niveau du volume de sang en circulation. Jean-François Clervoy indique qu'il faut donc "reconstituer" ce volume sanguin, "en absorbant de l'eau salée. La NASA a aussi développé une boisson minéralisée qui a les mêmes effets. Les cellules retiennent le liquide, et pour preuve, après l'absorption d'un litre et demi de ce liquide, je n'ai uriné que l’équivalent d'un verre en 24 heures."

L'apesanteur peut provoquer des problèmes de transit chez certains astronautes.

Toilettes dans l'ISS.  NASA/Jack Fischer

"Un autre sujet un peu tabou", selon Jean-François Clervoy : les problèmes de transit peuvent affecter une partie des astronautes. L'absence de gravité en est encore une fois la cause : les viscères ne pèsent plus et flottent plus haut dans l'abdomen, ce qui perturbe le transit, mais il ne s'agit pas de constipation.

"On est prêt à aller à la selle, mais seul du gaz sort et cela peut durer deux trois jours". Ça s'explique non seulement par la perturbation temporaire du transit mais aussi par l'apesanteur. Les gaz de digestion ne remontent plus vers l'œsophage mais restent piégés dans le magma digestif jusqu'à la 'sortie'. Résultat, on pète plus fréquemment dans l'espace que sur Terre et au début, on peut mettre plus longtemps pour faire son gros besoin. Afin d'éviter ce problème au début de leur vol spatial, avant leur décollage, certains astronautes procèdent à un lavement du gros intestin, ce qui donne le temps au transit de s'adapter.

Les astronautes font l'objet d'une perte de la masse musculaire et d'une perte de la densité minérale osseuse.

L'astronaute Mark Vande Hei de l'Expedition 53 sur l'ISS s'exerce sur le tapis roulant COLBERT. NASA

La perte de la densité minérale osseuse et la fonte musculaire font partie des problèmes qui surviennent au cours des semaines et des mois de vol spatial. A quoi sont-elles dues ? L'apesanteur encore une fois. Dans l'espace, les os et les muscles sont moins sollicités, car ils n'ont plus besoin de travailler pour "supporter" le poids du corps.

Sur Terre, "nous utilisons constamment certains muscles pour contrer les effets de la pesanteur. Ces muscles sont les gastrocnémiens (muscles des mollets), les quadriceps et les muscles du dos et du cou. Comme les astronautes travaillent en microgravité, une très faible contraction musculaire suffit pour que les muscles soutiennent leurs corps et leur permettent de se déplacer", explique l'Agence spatiale canadienne sur son site. Et d'ajouter : "nos muscles s'affaiblissent et se détériorent lorsqu'on ne les utilise pas régulièrement ou qu'on ne fait pas suffisamment d'exercice. Ce processus s'appelle l'atrophie musculaire. Des études ont révélé que la masse musculaire des astronautes qui participent à un vol spatial d'une durée de cinq à onze jours diminue dans une proportion pouvant atteindre 20%."

De la même manière, en apesanteur, le corps ne pèse plus autant sur le squelette : celui-ci s'affaiblit donc, car moins sollicité. "Dans les conditions de microgravité de l'espace, la teneur minérale du squelette des astronautes diminue en moyenne de 1 ou 2 pour 100 par mois. Lorsque le vol est de courte durée, la perte osseuse est d'une importance relativement minime", précise l'Agence spatiale canadienne sur son site. Des problèmes secondaires potentiels liés à la perte de la densité osseuse peuvent alors survenir : calculs rénaux, altération du métabolisme du calcium, fractures...

Pour contrebalancer ces phénomènes, les astronautes à bord de l'ISS doivent pratiquer 2,5 heures d'exercice physique par jour. "Après des années de recherche, la NASA et d'autres agences spatiales ont découvert qu'une bonne alimentation et de l'exercice physique peuvent prévenir ces deux problèmes. Au moins pour les missions en orbite basse terrestre d'une durée maximale de six mois", a souligné Virginia Wotring. Ces contre-mesures sont efficaces mais ne constituent pas une solution complète, puisque la plupart des astronautes ne trouvent pas la même densité minérale osseuse et la masse musculaire qu'avant leur départ.

La colonne vertébrale s'allonge car elle n'est plus tassée sous l'effet de la gravité terrestre.

L'astronaute américaine Jessica Meir dans la Cupola de l'ISS. NASA

C'est un phénomène connu depuis longtemps : les astronautes "grandissent" dans l'espace. L'astronaute américain Scott Kelly avait grandi de 5 cm environ après avoir passé près d'une année entière à bord de l'ISS en 2015-2016. La gravité a pour conséquence de tasser nos vertèbres. C'est à l'aide de nos muscles, qui luttent contre les forces de gravité, que nous arrivons à rester debout. En orbite, la colonne vertébrale s'allonge. Selon des études de la NASA, la taille des astronautes peut augmenter de 3%, soit entre 3 à 5 cm. Mais forcément, de retour sur Terre, la gravité est à nouveau présente et les astronautes retrouvent donc leur taille initiale au bout de quelques jours.

De nombreux astronautes qui passent plus d'un mois dans l'espace développent le Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS), qui touche principalement les nerfs optiques et provoque des problèmes de vision.

Cette maladie de la vision entraîne une importante déformation du globe oculaire et des plis se forment sur la rétine, et donc des problèmes de vision. Elle surviendrait en partie en raison de l'absence de gravité chez des astronautes en mission relativement longue (plus de six mois), comme l'avait expliqué Thomas Pesquet pendant son séjour à bord de l'ISS de novembre 2016 à juin 2017 : "l'absence de gravité augmente le flux sanguin à l'intérieur du crâne. Cela crée une pression qui affecte les yeux." Mais ce n'est pas tout. Une étude présentée en novembre 2016 au congrès de la Société radiologique d'Amérique du Nord montrait, d'une part, que le volume de fluide cérébro-spinal contenu dans les orbites et le crâne de sept astronautes ayant connu des problèmes de vision pendant leur séjour à bord de l'ISS était plus important que ceux d'autres confrères ayant effectué un vol de courte durée, et que d'autre part, leur globe oculaire s'était légèrement aplati sur l'arrière.

De retour sur Terre, certains astronautes guérissent en quelques semaines ou mois, alors que d’autres ont des problèmes de vision pendant des années ou pour toujours. Bernard Comet, ancien médecin des astronautes français de 1982 à 2001 raconte le cas d'un astronaute "qui a perdu plus de 30% de son champ visuel sur un œil". Les médecins sont loin de savoir tout sur cette maladie, loin de là. C'est pourquoi des études continuent d'être menées parmi lesquelles une méthode pour mesurer les propriétés mécaniques de l'œil afin de prédire les maladies et d'identifier les astronautes à risque. Cette étude est menée par des chercheurs québécois de l'Université de Montréal et du Centre de recherche de l'Hôpital Maisonneuve-Rosemont, en collaboration avec l'Agence spatiale canadienne et la NASA.

On observe chez les astronautes qui effectuent des séjours de longue durée des dérèglements de leur système immunitaire.

Photo de l'ISS prise le 4 octobre 2018.  NASA/Roscosmos

La microgravité, l'exposition accrue aux rayonnements, l'augmentation du stress, la perturbation des cycles de sommeil... peuvent expliquer des dérèglements du système immunitaire chez les astronautes dans l'espace. Un système immunitaire efficace est primordial pour se protéger des virus, bactéries et autres microbes, mais s'il est trop actif, il peut aussi entraîner l'émergence de maladies.

Une étude sur les dérèglements du système immunitaire constatés pendant les vols spatiaux d'au moins six mois publiée en juin 2018 souligne que "certains aspects de l'immunité adaptative sont déréglés pendant le vol, alors que certains aspects de l'immunité innée sont, au contraire, renforcés. L'interaction entre l'immunité adaptative et l'immunité innée semble également être altérée. Certains équipages connaissent des réactions d'hypersensibilité persistantes pendant le vol." Et d'ajouter : "ce phénomène peut, en synergie avec une exposition prolongée aux rayonnements galactiques, augmenter les risques cliniques spécifiques des équipages lors des missions d'exploration de l'espace lointain."

Dans un article publié dans la revue Frontiers in Microbiology en février 2019, les chercheurs ont noté que certains virus latents se sont réactivés chez des astronautes ayant séjourné à bord de l'ISS. Il s'avère que 53% des astronautes des vols navettes et 61% des astronautes ayant effectué une mission à bord de l'ISS présentaient un ou plusieurs types de virus de l'herpès réactivés dans leur salive ou leur urine. D'autres virus sont aussi concernés comme le virus Epstein-Barr, le virus varicelle-zona et le cytomégalovirus (CMV).

Les astronautes peuvent expérimenter des changements d'humeur.

Les astronautes Peggy Whitson et Thomas Pesquet à bord de l'ISS.  ESA/NASA

Fatigue, irritabilité et baisse des performances ont pu être constatées notamment lors des tout premiers vols spatiaux. Ces symptômes peuvent être causés par le confinement à bord de l'ISS ou autre navette spatiale, le fait d'être loin de sa famille et ses proches et de vivre 24h/24h avec d'autres astronautes, le nouvel environnement sensoriel (bruit, odeurs, température...), sans oublier le manque de sommeil. En effet, le manque de sommeil constitue le premier facteur d'irritabilité et de changement d'humeur.

Mais les agences spatiales préparent leurs astronautes à cela : être vigilant à son cycle de sommeil, garder contact avec la famille... Cela se passe aussi en amont, lors de la sélection même des astronautes. Pour constituer les groupes d'astronautes qui partent en mission ensemble, "on regarde déjà les capacités psychométriques, le comportement du candidat en groupe et on sélectionne des personnalités médianes, pas de grand émotifs par exemple", a expliqué Bernard Comet, qui travaille aujourd'hui à l'Institut de médecine et physiologie spatiales (Medes) à Toulouse, une filiale du Centre national d’études spatiales (CNES).

Le fameux 'overview effect' (ou l'impression que fait la vision de la Terre dans son intégralité depuis l'espace) provoque une prise de conscience.

L'une des images les plus détaillées de la Terre. NASA

La première fois que les astronautes ont vu la Terre depuis l'espace, ils ont été hypnotisés par sa beauté et par sa grandeur. Cette prise de conscience choc causée par le fait de voir de la Terre dans son intégralité depuis l'espace est appelé "overview effect". L'astronaute américain Michael Collins de la mission Apollo 11 l'avait décrit ainsi : "ce qui m'a vraiment surpris, c'est que la Terre renvoyait un air de fragilité. Et pourquoi, je ne sais pas. Je ne sais pas encore aujourd'hui. J'avais l'impression qu'elle était minuscule, brillante, belle, que c'est notre maison et qu'elle était fragile."

L'astronaute français Thomas Pesquet, qui a effectué une mission à bord de l'ISS entre novembre 2016 et juin 2017, avait confié avoir pris encore plus conscience de la nécessité de protéger la planète, des conséquences du réchauffement climatique et de la pollution humaine. Lors d'une interview filmée de Sciences et Avenir, son confrère Jean-François Clervoy en a quant à lui parlé de l'"overview effect" en ces termes : "c'est extrêmement émouvant. C'est une expérience sensorielle, émotionnelle, intellectuelle et même presque je dirais spirituelle, extraordinaire, qui nous bouleverse à vie."

Et qu'en est-il des effets secondaires pour un voyage plus lointain, vers Mars par exemple ?

NASA

C'est une question à laquelle les scientifiques aimeraient pouvoir répondre avant d'entreprendre toute mission habitée vers la planète rouge. "On sait que les effets des radiations spatiales seront plus importants lorsque les missions quitteront l'orbite terrestre basse pour explorer des endroits comme la Lune ou Mars, car la Terre offre une certaine protection contre les radiations spatiales", a indiqué Virginia Wotring. En effet, le champ magnétique terrestre nous protège des radiations jusqu'à une certaine distance de la Terre, mais si l'on s'en éloigne trop pour voyager vers des planètes lointaines, notre corps y sera nécessairement exposées.

"Actuellement, les astronautes qui séjournent à bord de l'ISS reçoivent de faibles doses de radiations, elles ont peu d'effet sur leur santé. Il est probable que les astronautes qui font des voyages de plus longue durée subissent des changements plus importants dans leur métabolisme ou dans leurs systèmes naturels de réparation de l'ADN, mais nous n'en sommes pas encore sûrs", a ajouté la chercheuse, sachant qu'une exposition prolongée et plus forte aux radiations peut endommager l'ADN et augmenter les risques de cancer. "La durée de vol spatial que l'on sait maîtriser aujourd'hui en apesanteur continue est de deux ans environ. Et un voyage vers Mars durerait huit mois" avec les technologies actuelles, a rappelé Jean-François Clervoy. Mais la mission totale serait de 2 ans et demi en apesanteur si elle ne comprenait pas d'atterrissage.

Par ailleurs, selon des experts de médecine spatiale dont Bernard Comet, le simple fait de ne plus avoir un contact visuel quotidien avec la Terre pourrait constituer un facteur de stress pour les astronautes qui iraient sur Mars — ce serait l'une des différences majeures entre un voyage sur la planète rouge et une mission à bord de l'ISS ou sur la Lune. "La perte de vision directe de la Terre pourrait en effet changer l'état d'esprit des astronautes", a ainsi estimé Bernard Comet.

A lire aussi — 4 astronautes révèlent leurs secrets pour supporter des mois d'isolement avec d'autres personnes

Découvrir plus d'articles sur :