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    Pour éviter les problèmes de vision dans l'espace, les astronautes auront besoin d'une sorte de gravité artificielle

    L'astronaute de la NASA Nicole Stott, mécanicien navigant Expédition 20/21, est photographié près du système Mice Drawer (MDS) dans le laboratoire Kibo de la Station spatiale internationale. Crédit :NASA

    Depuis que les astronautes ont commencé à aller dans l'espace pendant de longues périodes, il est connu que l'exposition à long terme à l'apesanteur ou à la microgravité s'accompagne de son lot d'effets sur la santé. Ceux-ci incluent 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 des organes, circulation, et même des changements génétiques.

    Pour cette raison, de nombreuses études ont été menées à bord de la Station spatiale internationale (ISS) pour déterminer l'ampleur de ces effets, et quelles stratégies peuvent être utilisées pour les atténuer. Selon une nouvelle étude parue récemment dans le Revue internationale 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, un nombre considérable de recherches ont été menées pour identifier et quantifier les effets de la microgravité sur le corps humain. Un bon exemple de ceci est l'étude Twins menée par le programme de recherche humaine de la NASA (HRP), 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, Marc 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 aussi la fonction immunitaire, oxygénation du sang, santé cardiovasculaire, et même d'éventuels changements génomiques et cognitifs. En outre, la vue est aussi quelque chose qui peut être affecté par le temps passé dans l'espace, qui est le résultat de moins de circulation et d'oxygène se rendant au tissu oculaire.

    Vue extérieure d'un tore de Stanford. En bas au centre se trouve le miroir solaire primaire non rotatif, qui réfléchit la lumière du soleil sur l'anneau incliné des miroirs secondaires autour du moyeu. Crédit :Peinture de Donald E. Davis

    En réalité, environ 30% des astronautes sur des vols de navette spatiale à court terme (environ deux semaines) et 60% sur des missions de longue durée vers l'ISS ont signalé une déficience visuelle. En réponse, Le professeur Michael Delp – doyen du Collège des sciences humaines de la Florida State University (FSU) et co-auteur de l'article – et ses collègues recommandent que la gravité artificielle soit incorporée dans les futures missions.

    Pendant des années, et avec le soutien de la NASA, Delps a étudié l'effet de la microgravité sur la vue des astronautes. Comme il l'a dit dans un récent communiqué de FSU News :

    "Le problème, c'est que plus les astronautes restent longtemps dans l'espace, plus ils sont susceptibles d'avoir une déficience visuelle. Certains astronautes se remettront des changements de vision, mais certains ne le font pas. C'est donc une priorité élevée pour la NASA et les agences spatiales du monde entier. Avec cette application de la gravité artificielle, nous avons trouvé que cela n'empêchait pas totalement les changements de l'œil, 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 l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) dans une toute première collaboration. Ils ont été rejoints par le professeur Xiao Wen Mao (auteur principal de l'étude) de l'Université Linda Loma, ainsi que des membres de l'Université de l'Arkansas pour les sciences médicales, l'Institut de recherche pour les enfants de l'Arkansas, et l'Université de Tsukuba.

    Vue en coupe de Stanford Torus. La rotation du tore fournit une gravité normale à la Terre à l'intérieur. Crédit :Rick Guidice/NASA

    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 de test étaient constitués de 12 souris mâles âgées de neuf semaines qui ont été transportées par avion depuis le Centre spatial Kennedy et hébergées dans l'unité de cage d'habitat pour souris (HCU) du laboratoire JAXA "Kibo" de 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). De là, l'équipe de recherche a découvert que le premier groupe a subi des dommages aux vaisseaux sanguins qui sont importants pour la régulation de la pression des fluides dans les yeux.

    "Quand nous sommes sur Terre, la gravité tire le fluide vers nos pieds, " dit Phelps. " Quand vous perdez la gravité, le fluide se déplace vers la tête. Ce changement de fluide affecte le système vasculaire dans tout le corps, et maintenant nous savons qu'il affecte également les vaisseaux sanguins de l'œil."

    En outre, l'équipe a noté que les profils d'expression des protéines avaient également changé dans les yeux des souris en raison de la microgravité. Par 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, vraisemblablement sous forme de sections tournantes ou de centrifugeuses, sera un élément nécessaire pour les missions spatiales de longue durée.

    Une vue globale du véhicule d'exploration spatiale multimission Nautilus-X conçu par la NASA. Crédit :Mark L Holderman – Équipe d'évaluation des applications technologiques de la NASA

    Au fur et à mesure des 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 dans la science-fiction, les agences spatiales y ont pensé comme un moyen possible d'établir une présence humaine permanente dans l'espace. Un brillant exemple de ceci est le Stanford Torus Space Settlement, une conception principale qui a été considérée par l'étude d'été de 1975 de la NASA.

    Dans le cadre d'un effort de collaboration entre le centre de recherche Ames de la NASA et l'université de Stanford, ce programme de dix semaines était composé de 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 gravité terrestre ou partielle.

    En outre, des tores rotatifs 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 en est le transport universel non atmosphérique destiné à une longue exploration aux États-Unis (Nautilus-X), un concept de vaisseau spatial multimission 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 met en évidence l'importance de maintenir la santé des astronautes lors de missions à long terme dans l'espace, ainsi que les 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 collaboration scientifique solide nous aidera à accumuler les résultats expérimentaux nécessaires pour préparer la future exploration habitée de l'espace lointain, " dit Dai Shiba, chercheur principal pour JAXA et co-auteur de l'article. Mao, l'auteur principal de l'étude, a également indiqué qu'elle espère que cette recherche ira au-delà de l'exploration spatiale et aura des applications ici sur Terre :

    "Nous espérons que nos découvertes caractériseront non seulement l'impact de l'environnement des vols spatiaux sur les yeux, mais contribueront à de nouveaux remèdes ou traitements pour les problèmes de vision induits par les vols spatiaux ainsi que pour davantage de troubles liés à la Terre, comme 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 la question 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 inférieure, surtout en ce qui concerne les avant-postes. En tant que tel, il ne serait pas exagéré d'imaginer que les tores et les centrifugeuses pourraient faire partie intégrante de l'exploration spatiale dans un proche avenir.


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