Hiberner pour un voyage sur Mars, comme le font les ours
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L’astronaute de l’ESA Paolo Nespoli dans son sac de couchage dans le module Node 2 de fabrication italienne. Également connu sous le nom d’Harmony, le nœud 2 a été livré à la Station spatiale internationale lors de la mission Esperia de Nespoli, à bord du vol STS-120 avec la navette spatiale Discovery. Crédit : NASA
L’hibernation des astronautes pourrait être le meilleur moyen de réduire les coûts de mission, de réduire d’un tiers la taille des engins spatiaux et de maintenir l’équipage en bonne santé sur le chemin de Mars. Une enquête menée par l’ESA suggère que l’hibernation humaine dépasse le domaine de la science-fiction et pourrait devenir une technique révolutionnaire pour les voyages spatiaux.
Lors de l’emballage pour un vol de retour vers la planète rouge, les ingénieurs spatiaux doivent compter environ deux ans de nourriture et d’eau pour l’équipage.
« Nous parlons d’environ 30 kg par astronaute par semaine, et en plus de cela, nous devons tenir compte des radiations ainsi que des défis mentaux et physiologiques », explique Jennifer Ngo-Anh, coordinatrice de la recherche et de la charge utile de l’exploration humaine et robotique à l’ESA et l’une des les auteurs de l’article qui relie la biologie à l’ingénierie.
La torpeur pendant l’hibernation est un état induit qui réduit le taux métabolique d’un organisme. Cette « animation suspendue » est un mécanisme courant chez les animaux qui souhaitent conserver leur énergie.
Réduire le taux métabolique d’un équipage en route vers Mars à 25% de l’état normal réduirait considérablement la quantité de fournitures et la taille de l’habitat, rendant l’exploration de longue durée plus faisable.
« Là où il y a de la vie, il y a du stress », observe Jennifer Ngo-Anh. « La stratégie minimiserait l’ennui, la solitude et les niveaux d’agressivité liés au confinement dans un vaisseau spatial », ajoute-t-elle.
Mimer la torpeur thérapeutique, l’idée de mettre l’humain dans un état d’hibernation, existe dans les hôpitaux depuis les années 1980 – les médecins peuvent induire une hypothermie pour réduire le métabolisme lors d’interventions chirurgicales longues et complexes. Cependant, il ne s’agit pas d’une réduction active d’énergie. Des études sur l’hibernation nécessaires pour visiter d’autres planètes pourraient offrir de nouvelles applications potentielles pour les soins aux patients sur Terre.
L’astronaute de la NASA Kayla Barron rouvre la porte du module Columbus de l’ESA, après deux jours et deux nuits de fermeture des modules latéraux de la Station spatiale par mesure de précaution contre les débris spatiaux. Matthias a publié cette image sur les réseaux sociaux le 18 novembre 2021 avec la légende : « L’astronaute de la NASA Kayla Barron rouvre l’écoutille du laboratoire scientifique de l’ESA Columbus après deux jours et deux nuits de fermeture des modules latéraux par mesure de précaution contre les débris spatiaux. Cela a également marqué le fin de notre soirée pyjama au nœud 2, alors que je retourne dormir dans mes quartiers d’équipage CASA à Columbus Sur la deuxième photo, vous pouvez voir les quatre quartiers d’équipage de mes collègues astronautes de la NASA au premier plan, avec mon « lit » temporaire en diagonale à l’arrière. L’orientation n’a pas d’importance dans l’espace – j’ai bien dormi. » Crédit : ESA/NASA
Ne réveille pas l’ours
Les animaux hibernent pour survivre aux périodes de froid et de pénurie de nourriture ou d’eau, réduisant leur fréquence cardiaque, leur respiration et d’autres fonctions vitales à une fraction de leur durée de vie normale, tandis que la température corporelle s’abaisse près de la température ambiante. Les tardigrades, les grenouilles et les reptiles y sont très doués.
Les ours semblent être le meilleur modèle pour l’hibernation humaine dans l’espace. Ils ont une masse corporelle similaire à la nôtre et ne réduisent leur température corporelle que de quelques degrés, une limite considérée comme sûre pour les humains. Comme les ours, les astronautes auraient besoin d’acquérir un surplus de graisse corporelle avant de s’endormir.
Pendant l’hibernation, les ours bruns et noirs se retirent dans leurs tanières et vivent six mois de jeûne et d’immobilisation. Si une personne passe six mois au lit, il y a une perte importante de muscles, de force osseuse et un risque accru d’insuffisance cardiaque.
« Cependant, la recherche montre que les ours sortent sainement de leur tanière au printemps avec seulement une perte marginale de masse musculaire. Il ne leur faut qu’environ 20 jours pour revenir à la normale. Cela nous enseigne que l’hibernation prévient l’atrophie par inactivité des muscles et des os, et protège contre lésions tissulaires », explique Alexander Choukér, professeur de médecine à l’Université Ludwig Maximilians de Munich, en Allemagne.
Ours endormi. Crédit : MJ Boswell/Creative Commons Attribution 2.0 Licence générique
Des niveaux de testostérone plus bas semblent favoriser une longue hibernation chez les mammifères; les œstrogènes chez l’homme régulent fortement le métabolisme énergétique.
« L’équilibre très spécifique et différent des hormones chez les femmes ou les hommes et leur rôle dans la régulation du métabolisme suggèrent que les femmes pourraient être des candidates préférées », ajoute Alexander.
Profitez de votre dosette
Les scientifiques suggèrent aux ingénieurs de construire des nacelles à coque souple avec des paramètres affinés pour une hibernation douce : un environnement calme avec des lumières faibles, une température basse (moins de 10 °C) et une humidité élevée.
Les astronautes bougeraient très peu, mais ne seraient pas retenus, et porteraient des vêtements qui éviteraient la surchauffe. Des capteurs portables mesureraient leur posture, leur température et leur fréquence cardiaque.
Chaque capsule doit être entourée de récipients d’eau qui agissent comme bouclier contre les radiations. « L’hibernation aidera en fait à protéger les gens des effets nocifs des radiations pendant les voyages dans l’espace lointain. Loin du champ magnétique terrestre, les dommages causés par les particules à haute énergie peuvent entraîner la mort cellulaire, la maladie des radiations ou le cancer », déclare Alexander.
L’hibernation humaine a été recommandée comme une « technologie habilitante » clé pour l’espace. Autrefois l’apanage de la science-fiction, l’hibernation ou «l’animation suspendue» pourrait un jour devenir un important catalyseur du voyage dans l’espace lointain. L’hibernation aurait lieu dans de petites nacelles individuelles qui serviraient de cabines pendant que l’équipage est éveillé. L’hypothèse est qu’un médicament serait administré pour induire la « torpeur » – le terme désignant l’état d’hibernation. Comme les animaux en hibernation, les astronautes devraient acquérir un surplus de graisse corporelle avant la torpeur. Leurs cosses à coque souple seraient assombries et leur température considérablement réduite pour refroidir leurs occupants au cours d’une croisière Terre-Mars prévue de 180 jours. L’exposition aux rayonnements des particules à haute énergie est un danger majeur des voyages dans l’espace lointain, mais comme l’équipage en hibernation passera tellement de temps dans ses nacelles d’hibernation, le blindage – comme les réservoirs d’eau – pourrait être concentré autour d’eux. Crédit : Agence spatiale européenne
Avec l’équipage au repos pendant de longues périodes, l’intelligence artificielle entrera en jeu lors d’anomalies et d’urgences.
« En plus de surveiller la consommation d’énergie et les opérations autonomes, les ordinateurs à bord maintiendront les performances optimales du vaisseau spatial jusqu’à ce que l’équipage puisse être réveillé », explique Alexander.
Les astronautes en hibernation auraient besoin de vaisseaux spatiaux plus petits
Citation: Hibernant pour un voyage sur Mars, comme le font les ours (2022, 31 janvier) récupéré le 16 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-01-hibernate-mars.html
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