Lors des voyages spatiaux, du problème de gravité aux problèmes de rayonnement, les corps des astronautes sont soumis à des problèmes inconnus sur Terre.

1. Absence de gravité

1.1. Les muscles

Tout d’abord, même s'il est mentalement difficile de vivre et de travailler dans l’espace, physiquement, il est plus facile de travailler dans l'espace. Car sur Terre, nous utilisons certains muscles presque constamment (les muscles antigravifiques), tels que les muscles des mollets ( muscles gastrocnémiens ), le cou, les muscles du dos pour rivaliser face aux effets de la pesanteur. Mais dans l’espace, la gravité présente est beaucoup moins forte que l’attraction terrestre. On appelle le phénomène de quasi absence de gravité la “microgravité”. La microgravité ne peut donc se produire à proximité de la Terre ou de quelconque objet céleste massif. Avec la microgravité, les astronautes n’ont besoin que de peu de force musculaire pour se déplacer ou travailler. Le manque d’exercice dans l’espace atteint les muscles en les détériorant et en les affaiblissant: c’est l’atrophie musculaire. L’atrophie fait perdre en moyenne jusqu'à 20% de la masse musculaire de l’astronaute pour un vol de 5 à 15 jours (20 à 30 % de masse musculaire perdue pour plusieurs mois de mission) ce qui devient un réel problème si une manœuvre urgente est à effectuer. Le seul moyen de contrer cette atrophie est de faire des exercices très intensifs et plusieurs heures par jour (astronaute ISS 2h30 par jour) mais cela impacte le déroulement de la mission et la force disponible des astronautes .                                           

Des coupes transversales de muscle de rats montrent les effets de l'espace sur les muscles. 

À gauche, les muscles sur Terre, à droite, les muscles dans l'espace. (Source : NASA)

• http://tpe-gravitation-artificielle.e-monsite.com/pages/partie-2.html
• http://www.asc-csa.gc.ca/fra/sciences/mso/muscles.asp

1.2. Les os

Les os sont aussi touchés lors des voyages spatiaux, c’est même un problème majeur pour le corps des astronautes dans les voyages de longue durée. Les effets de la perte osseuse ne se ressentent pas lors des voyages spatiaux mais le risque de fracture devient important lors du retour des astronautes sur Terre. La perte osseuse peut être comparée à la perte de la masse musculaire lorsque ces derniers ne sont pas sollicités. En effet, dans un cas où le corps est en apesanteur, les os perdent leur fonction première qui est d’assurer le maintien du corps sur Terre. De longs voyages spatiaux provoquent donc une détérioration importante des os comme l'ostéoporose. Aujourd’hui, une activité sportive des astronautes telle que la course ou la marche ( qui sont difficiles à mettre en place en apesanteur)  permet de ralentir ce phénomène mais pas de l'éviter.

Différence entre les os sur Terre ( à gauche) et dans l'espace ( à droite )

• http://www.asc-csa.gc.ca/fra/sciences/mso/os.asp
• http://tpe-gravitation-artificielle.e-monsite.com/pages/partie-2.html

2. Variations de pression

Un autre problème dans l’espace est la maladie des caissons (mal de décompression). Cela revient à exposer son corps à une forte diminution de la pression atmosphérique (décompression). Cette baisse de pression est aussi connue sur terre mais seulement par les plongeurs qui remontent à la surface trop rapidement. La maladie des caissons correspond à la transformation de l’azote présent dans le sang ou les tissus de l'organisme, en bulles. Ces bulles présentent dans l’organisme peuvent engendrer des malaises allant d’une sensation d'engourdissement à la douleur articulaire voire la mort. Ils ne peuvent que surveiller la présence de bulles d'azote dans le sang en soumettant le cœur à un examen avec un dispositif à effet Doppler (décalage de fréquence d'une onde observée entre les mesures à l'émission et à la réception, quand la distance entre l'émetteur et le récepteur varie au cours du temps).

Symptôme de la maladie des caissons

• http://effetdoppler.linkfanel.net/imgmedic.html
• http://www.asc-csa.gc.ca/fra/sciences/mso/decomp.asp

Nous pouvons rapprocher ce phénomène de baisse de pression avec le “syndrome Leonov”. En 1965, Alexei Leonov allait effectuer sa deuxième sortie extra-véhiculaire quand son scaphandre dit “souple” (casque rigide, combinaison souple) s’est mis a gonfler à cause d’une baisse de pression rapide. Il a créé un dépressurisation de sa combinaison puis est rentré dans le sas en forçant. Ce problème a vite été pris en compte car l’astronaute aurait pu mourir. Même si les risques sont toujours présents, une solution à ce syndrome a été trouvée. La multiplication des couches de scaphandre permet à la combinaison d'être plus rigide. De plus, la diminution de la pression dans le scaphandre ( elle est maintenant plus faible que la station:  0.3 bar) aide à éviter le syndrôme Leonov.

3. Rayonnements

Durant le voyage spatial, les astronautes seront confrontés à des rayonnements absents sur la Terre. Un rayonnement est un flux d'énergie (grande quantité d'énergie) traversant l’espace (ou la matière) sous forme d’onde ou de particule. Les astronautes sont donc exposés à des rayonnements inconnus sur Terre. On compte 3 types de rayonnement dans l’espace: les Rayons Cosmiques Galactiques (RCG) qui proviennent de l'extérieur du système solaire, les particules solaires éjectées lors des éruptions solaires et les rayons piégés par le champ magnétique terrestre. L'exposition à ces rayonnements dépend de l'altitude de l'engin spatial,du degré de protection offert par l'engin spatial ou la combinaison spatiale, de la durée et de l’intensité de l'exposition et du type de rayonnement. Sur Terre, l'atmosphère et le champ magnétique nous protègent de tous ces rayonnements : ils ne sont donc pas nocifs pour la santé. Mais dans l’espace, ces problèmes deviennent donc importants et même le principal problème des astronautes pour aller sur Mars. Les rayonnements émettent suffisamment d'énergie pour modifier une cellule ou même la détruire ce qui entraîne sur le corps des répercussions aiguës sur la santé  et parfois à long terme. Des problèmes aigus sont anodins et guérissables, ils apparaissent seulement après une forte exposition aux rayonnements. Ces problèmes sont du type diarrhées, vomissements, nausées ou encore changements sanguins. Mais certains sont plus sévères et peuvent endommager le système nerveux central ou même causer la mort. Les effets à long terme augmentent la possibilité de cancer et de stérilité peut-être même sur plusieurs générations. Heureusement pour l’avenir de la conquête de l’espace, des moyens de prévention sont mis en place. Les astronautes sont surveillés 24h/24 pour veiller à ce que le degré d'exposition ne dépasse pas les limites ci-dessous.

Limite d’exposition pour les principaux organes exposés aux radiations (Sv)

Tout au long de sa carrière, un astronaute ne peut être exposé que durant une certaine durée variable selon l’intensité et la durée d'exposition à ces radiations. 

Impact des radiations sur Terre et dans l'espace

Même mineures, les météorites sont aussi un danger, car elles sont imprévisibles et les dégâts d’une collision entre une météorite et un vaisseau seraient dévastateurs.

• http://www.astrosurf.com/luxorion/astronautique-malespace2.htm
• http://www.asc-csa.gc.ca/fra/sciences/mso/rayonnements.asp

Tous les problèmes physiologiques évoqués précédemment pourront potentiellement être réglés relativement rapidement grâce des technologies permettant d’y répondre. Mais il y a bien un aspect du voyage qui reste à envisager et auquel il faut prévoir des solutions fiables: les problèmes liés à la psychologie des passagers du vaisseau. En effet, ces derniers seront confrontés à un voyage de longue durée dont la quasi totalité se déroulera dans le vide spatial, sans aucun repère si ce n’est le Soleil.

1. Les risques psychologiques

1.1. Tensions et conflits

Pour les chercheurs qui se sont penchés sur le sujet, l’équipage sera confronté à des tensions et à des conflits au sein de ce dernier en plus de l’éventuel ennui que pourrait provoquer ce long voyage. Pour répondre à ces problèmes, ces mêmes chercheurs ont pensé à déclencher des pannes peu graves à distance afin de ressouder les membres de l'équipage.

1.2. Enfermement et isolement

L’autre facette importante va être également l’enfermement qui peut créer une sorte de stress. Le manque des proches et de la Terre peuvent également déstabiliser les passagers dans ce long voyage pour la conquête de Mars. En effet, l'astronaute s'adaptera à la vie dans le vaisseau  et à la routine de la vie dans l'espace au bout de quelques semaines. Ce n'est que vers 6 semaines que ce dernier va ressentir un manque d'activité et va commencer à être moins apte à la vie dans le vaisseau.

Ainsi, il faudrait que le vaisseau puisse arriver en vue de Mars en moins de 6 semaines afin de minimiser tous les problèmes énoncés ici.

• http://salotti.pagesperso-orange.fr/humanfactors.htm 
• https://www.youtube.com/watch?v=G3DSQIBuTIo
• https://www.youtube.com/watch?v=bdSgnYSWeHc

2. Les expériences menées sur Terre

2.1. Expérience russe

Le programme expérimental russe Mars 500 a consisté à reproduire les conditions d'un voyage aller-retour de 520 jours vers Mars pour un équipage de 6 personnes. L'étude cherchait notamment à déterminer les effets physiologiques et psychologiques sur les membres d'un équipage confiné dans un environnement restreint pendant une longue période. Les effets du stress, la régulation hormonale, les réponses immunitaires, la qualité du sommeil ou bien l'humeur ont par exemple été des caractéristiques évaluées. Cette expérience a pris fin le 4 novembre 2011.

L'expérience Mars 500

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Mars500
• https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronautique-mars-500-astronaute-romain-charles-raconte-520-jours-experience-36881/
• http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Mars500

2.2. Expérience américaine

Les américains ont également mené une expérience de confinement. Cette fois-ci en enfermant 6 volontaires durant un an dans un dôme à Hawaï. L'expérience a pris fin le 29 août 2016. En plus de l'enfermement, les membres de cet "équipage" ont dû se nourrir exclusivement de nourriture déshydratée et étaient fortement rationnés en eau, que ce soit pour boire ou pour se laver. L'objectif de cette expérience était de comprendre comment l'isolation et le manque de "vie privée" affectait la vie sociale du groupe. A l'heure actuelle, les résultats de ces recherches ne sont pas encore publiés.

Le dôme à Hawaï

• https://www.nasa.gov/feature/hi-seas-team-completes-8-month-isolation-mission
• http://www.leparisien.fr/sciences/simulation-de-vie-sur-mars-fin-de-l-experience-des-volontaires-de-la-nasa-29-08-2016-6077219.php