III Expériences en impesanteur et incidences notamment sur l'être vivant
L'espace et l'impesanteur ont, comme tout milieu, leurs avantages et leurs inconvénients. L'impesanteur force l'Homme à s'adapter pour pouvoir palier aux carences qu'elle engendre. Mais elle permet aussi à l'Homme de découvrir un milieu où la matière réagit différemment, où des choses considérées comme étant improbables sur Terre peuvent se produirent. Un monde dans lequel l'Homme a tout simplement tout à redécouvrir, où les certitudes terrestres sont à remettre en cause.
1-Expériences sur l'être vivant
a-Sur les animaux
Avant que l’Homme ne mette les pieds dans l’espace, des essais ont été effectués avec des animaux, pour ne pas mettre la vie de l'Homme en danger.
Le premier animal envoyé dans l’espace à bord d’une fusée fut un singe nommé Albert, qui décéda dans l’espace par manque d’oxygène au moment de sa re-descente sur Terre. Quelques années plus tard, en 1951, un singe et des souris sont envoyés et reviennent sains et saufs sur la Terre. Au cours de la même année, la chienne Tzigane et son copain Tezi reviennent sur Terre après un séjour dans l'espace. Seul Tezi a survécu.
En 1957, Laika, la petite chienne la plus célèbre de tous, fait 132 fois le tour de la terre. Son alimentation était programmée par l’ouverture automatique d’une porte lui donnant accès à une portion de nourriture. Elle meurt ensuite dans l’espace par empoisonnement volontaire afin d’abréger ses souffrances, sept jours après son départ.
La célèbre chienne Laika
Quelques années plus tard, deux chiennes, des rats et des souris furent envoyés dans l’espace et firent 18 fois le tour de la terre. La capsule retomba sur terre sans dommage.
D'autres part, des expériences sur des animaux en impesanteur ont été et continuent d'être menées encore aujourd'hui, pour mieux comprendre le comportement humain en impesanteur. Les escargots sont par exemples utilisés dans le cadre d’expériences portant sur le comportement de l’appareil vestibulaire humain en impesanteur. Il y a en effet une similitude entre les cellules du système de l’équilibre humain et celui des escargots, ce qui en fait un sujet de choix parfait pour ce type d’expériences médicales. Les expériences livrées sur les escargots sont capitales pour mieux interpréter les troubles de l'équilibre dont souffrent certains astronautes (ce que nous développerons par la suite).
b-Sur les végétaux
Les humains qui voyageront dans l'espace pour une longue période de temps auront besoin de cultiver des plantes comme sources de nourriture renouvelables. C'est pourquoi l'étude du comportement des plantes est primordial.
Le laboratoire européen Columbus vient de lancer la première expérience consistant à déterminer si les plantes peuvent se développer dans l'espace. L'expérience, intitulée WAICO, étudiera notamment l'impact de l'impesanteur sur la croissance des racines végétales. Une variante sauvage et une génétiquement modifiée de la plante Arabidopsis a été sélectionnée pour cette expérience. Ces semences seront cultivées dans des conditions contrôlées de température, de lumière et d’humidité à différents niveaux de gravité pendant une période de 10 à 15 jours. L'effet de la gravité sur la spire et l'enroulement au cours de la croissance de la racine sera particulièrement intéressant; ce phénomène est caractéristique des plantes se développant sur Terre. Les résultats devraient offrir des informations sur la possibilité de développer des cultures dans l'espace; ces dernières pourraient se révéler bénéfiques d'un point de vue nutritionnel pour les astronautes au cours de leurs longs voyages, comme on l'a déjà signalé, mais également à la réalisation d'une vie future à long terme dans l'espace. Par ailleurs, l'expérience nous permettra également de mieux comprendre les processus de la croissance végétale afin d'améliorer l'efficacité des cultures agricoles sur Terre.
c-Sur l'homme
Chirurgie
Une opération chirurgicale courante et simple sur Terre peut s'avérer difficile voir dangereuse en impesanteur. En France, une intervention chirurgicale manuelle en impesanteur avait déjà été tentée dans l'Airbus A300 Zéro-G de Novespace (voir grand I). Les astronautes sont certes formés à faire des gestes simples en matière chirurgicale, mais ne sauront que faire face à une opération complexe. Pour régler ce problème majeur, le robot chirurgical s'avère être une des meilleures solutions, si ce n'est la meilleure.
Le robot chirurgien M7
Dans ce domaine de la robotique, la société SRI avait déjà marqué un point en 2006, avec la mission Neemo9 (NASA Extreme Environment Mission Operations). Un chirurgien installé à la console de commande était alors parvenu avec facilité à suturer des vaisseaux sur un patient situé à 2500 km de distance devant le robot chirurgical M7. Début 2007, un pas de plus a été fait durant la mission Neemo 12 avec une opération à distance effectuée à bord d'un laboratoire sous-marin. La prochaine étape est pour bientôt, et cette fois, ce qui devient intéressant pour nous, avec une opération en milieu d'impesanteur! L'impesanteur sera instaurée grâce à un avion de la Nasa réalisant 160 paraboles réparties en quatre vols au-dessus du Golfe du Mexique, assurant chacune de 18 à 25 secondes d'impesanteur. Ces conditions particulières permettront aussi de prouver l'efficacité d'un logiciel de contrôle et de correction automatique des mouvements. En effet, la phase de transition pesanteur/impesanteur et les turbulences provoquent des secousses nuisibles au bon déroulement des opérations. L'expérience consistera à effectuer des incisions sur un modèle de tissu et accomplir des sutures Elle sera conduite simultanément par deux équipes, l'une opérant au moyen du robot, d'autres directement au sol, dans une salle opératoire normale. Au terme de chaque série d'essais, la précision et la vitesse des procédures seront évaluées et ensuite comparées, entre celles effectuées par le robot et celles effectuées par l'Homme.
Neemo 9 : LaVersion transportable du robot chirurgien ainsi que Le robot chirurgien M7 au travail durant la mission.
Expérimentation
La seconde campagne de l'étude d'alitement WISE (Women's International Space Simulation for Exploration) est une expérimentation visant à observer les effet d'un alitement longue durée sur le corps humain. Pour ce faire, douze femmes volontaires restent allongées pendant 60 jours sur des lits inclinés à six degrés, de telle sorte que leurs pieds soient légèrement surélevés par rapport à leur tête. Quelque soit leur activité, elles ne quittent pas cette position. Vous allez vous demander, mais quelle est la relation avec le sujet? Et bien les changements physiologiques entraînés par cette posture sont similaires à ceux observés sur les spationautes pendant les vols spatiaux, et donc en impesanteur. L'expérience a pour but de montrer l'importance de l'alimentation et de l'exercice physique en tant que palliatifs aux effets néfastes de l'absence prolongée de gravité, absence simulée donc ici par l'alitement.
Déjeuner au lit...
Comme prévu, douze femmes ont été sélectionnées : sept Françaises, trois Finlandaises, une Suisse et une Britannique. Les 12 ont été réparties en trois groupes de quatre. Le premier groupe est laissé tel quel, c'est à dire sans aucune aide extérieure. Un deuxième a poursuivi un programme d'activités physiques tout en restant alité, tandis qu'un troisième a reçu des compléments nutritionnels. Les deux types de mesures palliatives testées ont mis en évidence une diminution de la résistance à l'insuline. De plus, les compléments nutritionnels ont apparemment protégé le système cardiovasculaire.
Les vingt jours suivant l'alitement ont été consacrés à la réhabilitation. Les volontaires ont subi, à titre de comparaison, des tests semblables à ceux de la période d'observation préliminaire, ce qui a permi d'en savoir plus au sujet de la fonction musculaire par exemple, des paramètres sanguins du système cardiovasculaire, de la coordination des mouvements, de la formation osseuse et ou bien encore du bien-être psychologique. Les effets du manque d'activité sont par exemple visibles au niveau moléculaire, ils permettent de montrer l'importance de l'exercice physique régulier pour la prévention de maladies comme le diabète de type 2 et l'hypertension artérielle. Enfin, de nombreuses informations très utiles à la préparation des vols spatiaux longue durée ont été collectées.
Pour encore plus de renseignements sur le sujet, voilà une page internet très complète : http://www.asc-csa.gc.ca/fra/sciences/wise.asp
2-Expériences sur les éléments
Le feu : Sur Terre, à cause de la gravité, l'air chaud, plus léger, s'élève alors que l'air froid a plutôt tendance à rester au ras du sol. C'est ce qu'on appelle le phénomène de convection. Pour cette raison, une flamme prend naturellement une forme allongée vers le haut. En impesanteur, le phénomène de convection ne se produit pas, car aucune force de gravité n'est là pour attirer l'air froid, plus lourd, vers le bas. La chaleur ne se dissipe donc pas vers le haut, mais forme plutôt une espèce de cocon autour de sa source. De même, une flamme forme un "petit nuage" qui enveloppe plus ou moins l'objet qui brûle.
A gauche, une flamme sur Terre, à droite, une flamme en impesanteur
L'eau :
La sédimentation (ce qui sépare l'eau et l'huile sur Terre en deux couches par exemple), n'est pas observable en impesanteur. Si l’on mélange des particules solides à de l’eau dans l'espace, les deux ne se séparent pas. Si vous mélangiez ensemble du sable et de l’eau par exemple, il n’y aurait pas de sédimentation, puisque le sable et l’eau tomberaient à la même vitesse dans le véhicule en orbite.
Sur Terre, lorsqu’on met une casserole d’eau sur une cuisinière en marche, le fond de la casserole agit comme conducteur de chaleur entre l’élément chauffant de la cuisinière et l’eau dans la casserole. L’eau plus chaude au fond de la casserole augmente de volume et devient moins dense que l’eau froide qui est au dessus. L’eau plus froide et plus dense est attirée vers le bas par la pesanteur et l’eau chaude se déplace vers le haut. Bientôt, un mouvement circulaire de l’eau se forme. L’eau froide descend et l’eau chaude s’élève. Ce mouvement est appelé convection. En fin de compte, l’eau devient si chaude qu’elle se met à bouillir; elle commence alors à devenir gazeuse, c’est-à-dire à se transformer en vapeur. En impesanteur, il est impossible de faire bouillir l’eau de cette façon. L’eau chaude au fond de la casserole ne s’élève pas, même si elle est moins dense que l’eau froide qui est au-dessus, car l’eau froide et l’eau chaude tombent à la même vitesse. Il n’y a donc pas de convection. Si l'on continue de chauffer le fond de la casserole, l’eau au fond de celle-ci pourrait se transformer en vapeur, mais c’est tout. L’eau dans le reste de la casserole serait toujours froide.
D'autre part, l'eau en impesanteur agit totalement différemment par rapport à la façon dont elle le fait sur Terre. Les deux images suivantes proviennent en fait de deux vidéos. La première montre des ballons d'eau qui explosent en impesanteur. La deuxième montre dans un premier temps des vagues en impesanteur, dans un deuxième temps la réaction d'une bulle d'air à l'intérieur de l'eau, et dans un troisième temps l'insertion d'une pastille efervescente. (cliquez sur les images pour voir les vidéos).
3-Les incidences sur l'organisme humain
Voici un schéma résumant toutes les répercutions notoires de l'impesanteur sur l'organisme humain. Pour chaque catégories, vous pouvez cliquer sur les cases et ainsi accéder aux explications.
