Biologie humaine en microgravitéLe corps face au voyage martien

01Un corps réglé pour la gravité

Tout, dans notre organisme, a été façonné par un champ de pesanteur constant. Le cœur pompe contre une colonne de sang d'un mètre et demi. Les os se renforcent là où ils portent du poids. L'oreille interne se sert de la direction du « bas » pour nous tenir debout. Retirer la gravité, c'est retirer une référence dont chaque système s'est servi depuis la naissance.

Dans un vaisseau en orbite ou en route vers Mars, la gravité n'a pas disparu : l'équipage et le vaisseau tombent ensemble, si bien que rien ne pèse plus sur rien. C'est l'impesanteur. Les biologistes parlent de microgravité, parce que de petites accélérations résiduelles subsistent, environ un millionième de la pesanteur terrestre.

Le corps réagit en quelques heures pour certains systèmes, en plusieurs mois pour d'autres. Ces adaptations ne sont pas des maladies : elles sont logiques dans l'espace. Elles deviennent un problème au moment de revenir sous une gravité, qu'il s'agisse de poser le pied sur Mars ou de rentrer sur Terre.

Une mission martienne ajoute deux difficultés que l'orbite terrestre ne pose pas. La première est la durée : la mission est sans retour, contre six mois pour une mission orbitale classique. La seconde est l'éloignement : aucune évacuation n'est possible, et un message met jusqu'à vingt minutes pour arriver. L'équipage devra se soigner seul.

02Le corps au fil de la mission

Les effets ne se présentent pas tous en même temps. Choisissez une étape de la mission pour voir comment évolue chacun des six grands systèmes, du départ à la vie durable sur Mars.

Le moment le plus délicat est le changement de gravité à l'arrivée sur Mars. Ensuite, le corps doit trouver un nouvel équilibre et le tenir pendant des années : personne ne sait encore s'il se stabilise ou s'use lentement.

03Fluides et cœur : le sang monte à la tête

Sur Terre, la gravité tire le sang et les liquides des tissus vers les jambes. Le cœur et les vaisseaux compensent en permanence. En impesanteur, cette traction disparaît : dès les premières heures, environ deux litres de fluides se déplacent des membres inférieurs vers le thorax et la tête. Le visage gonfle, les jambes s'affinent, le nez se bouche. Les astronautes décrivent une sensation de rhume permanent.

Le corps interprète cet afflux comme un excès de liquide. Il élimine davantage d'eau et de sel, et le volume de plasma baisse de 10 à 15 % en quelques jours. Le cœur, qui travaille moins, perd un peu de masse au fil des mois. Rien de tout cela n'est gênant en vol.

La difficulté survient à l'arrivée sous gravité. Avec moins de sang et des vaisseaux déshabitués à se contracter, le sang retombe vers les jambes et le cerveau en manque : c'est l'intolérance orthostatique. Sur Terre, près des deux tiers des astronautes de longue durée ont du mal à rester debout dix minutes à leur retour. Sur Mars, l'équipage devra pourtant sortir du véhicule, vérifier l'habitat et travailler sans aide extérieure.

04Os et muscles : ce qui ne porte plus s'affaiblit

L'os est un tissu vivant, sans cesse détruit et reconstruit. Les contraintes mécaniques lui indiquent où se renforcer. Privé de charge, il se résorbe plus vite qu'il ne se reforme. En impesanteur, les zones qui portent le poids du corps sur Terre, hanches, col du fémur et colonne lombaire, perdent 1 à 1,5 % de leur densité minérale par mois en l'absence de protection. Le calcium libéré est éliminé par les reins, avec un risque accru de calculs rénaux.

Les muscles suivent le même chemin. Ceux qui nous maintiennent debout, les mollets, les cuisses et les muscles du dos, fondent les premiers. Sans entraînement, un astronaute peut perdre jusqu'à 20 % du volume de ses mollets en quelques mois, et davantage encore de sa force.

La figure résume l'enjeu. Avec les contre-mesures actuelles, un équipage en orbite perd peu de masse osseuse sur six mois. Mais personne ne sait ce que fait une gravité partielle sur plusieurs années. Si 0,38 g protège bien l'os, la perte se stabilisera après l'arrivée. S'il protège mal, elle se poursuivra et pourrait dépasser le seuil au-delà duquel le risque de fracture augmente nettement.

Sur Terre, la récupération est lente : il faut en général deux à trois ans pour que l'os retrouve sa densité après une mission de six mois. Sur Mars, il n'y aura jamais de retour sous 1 g pour la favoriser. Le suivi médical de l'équipage d'ARTEMIS-9 se fera donc sur place, toute sa vie, par les médecins de la colonie et en télémédecine avec l'IFRAS.

05Vision et équilibre : le cerveau réapprend

C'est l'effet le plus récemment découvert, et l'un des moins bien compris. Chez une majorité d'astronautes restés plusieurs mois en orbite, l'examen des yeux montre des changements : léger aplatissement de l'arrière du globe oculaire, plis de la membrane qui tapisse le fond de l'œil, gonflement du nerf optique. On regroupe ces signes sous le nom de syndrome neuro-oculaire du vol spatial.

La cause la plus probable est la remontée des fluides décrite plus haut : une pression légèrement plus élevée autour du cerveau et du nerf optique, jour et nuit, pendant des mois. La vue de près baisse souvent un peu. Certains signes disparaissent au retour, d'autres persistent des années. Sur une mission sans retour, ce syndrome est aujourd'hui l'un des risques médicaux les plus surveillés.

L'équilibre pose un problème différent. L'oreille interne détecte les accélérations et la direction de la gravité. En impesanteur, ses signaux ne correspondent plus à ce que voient les yeux. Pendant les deux à quatre premiers jours, 60 à 70 % des voyageurs souffrent du mal de l'espace : nausées, maux de tête, désorientation. Puis le cerveau apprend à se fier davantage à la vue.

Ce réapprentissage doit se refaire dans l'autre sens à chaque changement de gravité. À l'arrivée sur Mars, les premiers pas seront hésitants et les mouvements de tête pourront provoquer des vertiges. Les équipes de l'Unité Neurosciences et Comportement du DSVT conçoivent un entraînement de quelques minutes par jour, en fin de transit, pour raccourcir cette phase.

06Immunité et rayonnements : deux menaces discrètes

Le système immunitaire des astronautes change en vol. Certaines défenses s'affaiblissent, d'autres s'emballent. Des virus dormants, comme celui de la varicelle, se réactivent sans forcément rendre malade. Le stress, le sommeil perturbé et le confinement jouent sans doute autant que l'impesanteur. Dans un habitat fermé, les microbes évoluent eux aussi : le DSVT étudie comment ils se comportent en conditions martiennes simulées.

Au-delà du champ magnétique terrestre, l'équipage n'est plus protégé des rayons cosmiques. Ces particules très énergétiques traversent les parois et peuvent endommager l'ADN des cellules. La dose attendue pour ARTEMIS-9 est d'environ 0,3 sievert pendant le transit, puis de 0,2 à 0,25 sievert par an à la surface, où le sol et l'habitat protègent en partie : de l'ordre d'un sievert en quatre ans.

Cette dose ne provoque pas de symptômes immédiats. Elle augmente le risque de cancer sur le reste de la vie, de quelques points de pourcentage selon l'âge et le sexe, et pourrait affecter le système nerveux et le cœur à long terme. Les éruptions solaires, plus rares, sont plus brutales : l'habitat et le vaisseau disposeront d'un abri renforcé où l'équipage pourra se réfugier quelques heures.

07Les contre-mesures

Aucune solution ne protège de tout. La stratégie d'ARTEMIS-9 combine plusieurs protections, chacune ciblant un ou deux systèmes. Certaines ont fait leurs preuves en orbite ; d'autres n'existent encore que dans les laboratoires.

L'exercice reste la protection de base : environ deux heures par jour, sept jours sur sept. Sur un vaisseau où chaque kilo compte, les appareils doivent être compacts et ne pas faire vibrer la structure. L'habitat martien, plus spacieux, pourra accueillir un équipement plus complet.

Pour étudier ces effets sans quitter le sol, l'IFRAS lance cette année deux campagnes sur son site de Toulouse. La première est une étude d'alitement tête déclive : vingt-quatre volontaires resteront allongés soixante jours, la tête légèrement plus basse que les pieds, ce qui reproduit bien la remontée des fluides et la perte osseuse. La seconde, plus courte, utilise l'immersion sèche pour étudier les premiers jours d'adaptation.

08Entretien avec Anne Rotassin

Qu'est-ce qui vous inquiète le plus pour l'équipage ?

Pas un effet en particulier, mais leur combinaison. On connaît assez bien chaque problème pris isolément, grâce aux missions en orbite. On connaît beaucoup moins ce qui se passe quand on cumule des années d'isolement, une gravité partielle, des rayonnements et un sommeil décalé. Nos études au sol servent d'abord à cela : observer les interactions.

Pourquoi ne pas simplement créer une gravité artificielle ?

C'est une piste sérieuse, et nous l'étudions. Mais un vaisseau entier en rotation est un défi d'ingénierie considérable. Une petite centrifugeuse à bord est plus réaliste ; il faut encore savoir combien de temps par jour, à quelle vitesse, et si l'oreille interne le tolère. Nous n'aurons pas toutes les réponses avant le départ, en juillet. Nous préparons donc l'équipage à s'en passer.

Que retiendra-t-on de cette mission pour la médecine sur Terre ?

Beaucoup. La perte osseuse des astronautes ressemble à une ostéoporose accélérée ; la perte musculaire, à celle des patients alités ou des personnes âgées. Chaque contre-mesure que nous validons pour l'espace peut servir à l'hôpital. C'est aussi pour cela que nous publierons tous nos résultats.

09Questions ouvertes

Ce hors-série fait le point sur ce que l'on sait. Il serait incomplet sans ce que l'on ignore. Quatre questions orienteront les travaux du DSVT jusqu'au lancement.

1. La gravité martienne suffit-elle ?0,38 g ralentit-il les pertes osseuses et musculaires, et dans quelle proportion ? Aucune mesure humaine n'existe entre 0 et 1 g.
2. Les effets s'additionnent-ils ?Rayonnements, confinement et impesanteur pourraient se renforcer mutuellement, notamment sur le système nerveux.
3. Pourquoi sommes-nous inégaux ?Certains astronautes perdent deux fois plus d'os que d'autres. Comprendre pourquoi aiderait à adapter les protections à chacun.
4. Peut-on vivre toute une vie sous 0,38 g ?Aucune donnée n'existe au-delà de quelques mois en gravité réduite. La médecine de la colonie devra être inventée sur place.