Pour vivre sur Mars, la faiblesse du gradient hydrostatique interne résultant d’une gravité de 0,38 g posera problème
Nous avons vu sur ce blog les problèmes posés par les radiations et ceux posés par la gravité pendant le voyage. Je vais aborder aujourd’hui celui de la gravité pendant le séjour sur Mars. La réalité, qu’il faut bien regarder en face, est que ce séjour sera possible pour une période synodique (18 mois sur place) et peut-être deux (44 mois sur place – soit 18 + 26), mais que, dans le cadre technologique actuel, il sera probablement impossible pour une durée illimitée en raison de propriétés physiologiques fondamentales du corps humain. Je vous laisserai cependant entrevoir une solution.
Le problème
La gravité sur Mars (générée par la masse de la planète, donc non modifiable) est de 0,38g contre 1g pour la Terre. On sera donc plus léger sur Mars. Cela ne sera pas forcément un inconvénient, d’autant que l’on devra y porter, en plus d’un scaphandre, une protection contre les radiations (masse 22 à 27 kg pour un gilet Astrorad selon la corpulence, 1 kg pour un bonnet de même nature) et que, compte tenu du danger de décompression (causée par un astéroïde ou un disfonctionnement du système de support vie) on aura toujours intérêt à porter sur soi, une petite bouteille d’oxygène et un masque.
Le vrai problème est que la réduction du poids d’une personne n’est pas la seule conséquence d’une gravité plus faible. En effet, le gradient de pression interne du corps n’est absolument pas modifié par la charge que l’on peut porter, ou plus précisément alourdir un astronaute n’entraîne pas une gravité plus forte pour ses fluides corporels.
A 0,38g, le cœur travaille moins et en même temps le gradient hydrostatique (expression de l’équilibre hydrostatique) est réduit de 62% par rapport à celui que l’on avait sur Terre. Le retour veineux est donc réduit, et le muscle cardiaque s’atrophie progressivement. Le résultat est un « shift céphalique chronique » (faible retour lymphatique et veineux du crâne vers le cœur causant un excès de liquide dans le cerveau,). C’est ce trouble physiologique qui est à l’origine du syndrome « SANS » (Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome). Sur Mars, il sera moins brutal qu’en apesanteur totale (0g) comme dans l’ISS, mais continu et potentiellement cumulatif sur des mois ou des années.
Les composantes principales du SANS
(1) Aplatissement du pôle postérieur du globe oculaire — le fond de l’œil se déforme sous la pression ; (2) Œdème de la papille (papilledème) — gonflement de la zone où le nerf optique entre dans l’œil ; (3) Plis choroïdiens — ondulations anormales des couches profondes de la rétine ; (4) Hypertension intracrânienne — élévation de la pression du liquide céphalo-rachidien, qui comprime le nerf optique dans sa gaine ; (5) Troubles visuels allant de légers flous à des pertes de champ visuel dans les cas sévères.
NB : Le SANS n’a été formellement identifié et nommé qu’en 2017, malgré des décennies de vols spatiaux préalables. Les astronautes signalaient des troubles visuels depuis les années 2000, mais c’est l’imagerie systématique par OCT (tomographie par cohérence optique) embarquée sur l’ISS qui a permis d’objectiver les lésions structurelles.
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Avant d’aller plus loin, il faut dire que nous n’avons aucune expérience de la vie en gravité martienne. Nous n’avons que l’expérience de la vie en apesanteur dans l’ISS. On ne peut donc que la déduire, en sachant qu’elle sera moins pire.
Les pistes correctives
(1) Faire tous les jours une séance dans un caisson LBNP, « Lower Body Negative Pressure » (pression négative sur le bas du corps) : Le caisson crée une dépression autour des jambes, qui attire mécaniquement le sang vers le bas. Des études dans l’ISS ont montré son efficacité. (2) Porter des combinaisons compressives graduées (type bas de contention adapté) : elles effectuent une compression mécanique des membres inférieurs pour favoriser le retour veineux, comme sur Terre les bas antivarices. Effet réel mais modeste. (3) Faire des séances de centrifugation de courte durée : une centrifugeuse compacte soumet l’astronaute à 1g pendant 30 min/jour et peut théoriquement recréer un gradient hydrostatique de type terrestre. Son application dans la réalité est en cours d’étude ; (4) faire tous les jours de l’exercice physique en position verticale : la contraction musculaire des jambes agit comme une « pompe » sur les veines, favorisant le retour veineux mais il reste toujours limité par le faible g. (5) Utiliser la pharmacologie : des vasoconstricteurs ou des modulateurs de pression peuvent être envisagés, mais avec des effets-secondaires systémiques importants sur le long terme.
Dans la pratique
LBNP
L’idéal serait de porter des scaphandres LBNP mais on ne sait pas comment les réaliser. Le caisson (volumineux et immobile) reste un appareil incontournable pour créer une dépression autour des jambes mais son utilisation ne peut être que ponctuelle dans la journée.
Les combinaisons compressives
Elles constituent un « second best ». La recherche dans ce domaine s’appuie sur deux héritages distincts :
1. Les combinaisons russes Penguin. Développées dès les années 1970 pour les cosmonautes de Mir, ce sont des combinaisons élastiques intégrales qui créent une charge axiale sur tout le corps — elles simulent une légère résistance à la station debout. Elles sont portées plusieurs heures par jour sur l’ISS encore aujourd’hui. Elles agissent surtout sur les muscles posturaux et le squelette et elles n’ont qu’un effet secondaire, favorable, sur le retour veineux.
2. Les bas de contention médicaux graduels. Ils sont très bien documentés en médecine terrestre (insuffisance veineuse, prévention de la thrombose en avion). Ils exercent une pression décroissante de la cheville vers le genou ou la cuisse : typiquement 30-40 mmHg à la cheville, 15-20 mmHg* au genou. Leur effet interne est toutefois encore plus limité que celui des combinaisons pressurisées. Leur adaptation au contexte spatial est conceptuellement faisable mais le calibrage pour 0,38g reste à établir.
*Le nombre de mmHg (millimètres de mercure) expriment la tension artérielle.
Des institutions travaillent sur les deux types de correctifs :
Colorado Uni, Boulder / NASA sur un LBNP portatif. Des chercheurs travaillent sur des versions légères de LBNP intégrables dans une combinaison, combinant compression des membres inférieurs et légère dépression autour du bassin. Il n’y a pas encore de prototype opérationnel.
MIT Media Lab / MIT AeroAstro sur un BioSuit. C’est le programme le plus avancé sur les combinaisons à pression mécanique (mechanical counterpressure). Le Dr. Dava Newman (directrice de MIT Media Lab) y travaille depuis deux décennies. Le principe est de remplacer la pressurisation gazeuse (les combinaisons actuelles gonflées) par une compression mécanique des tissus via des fibres à mémoire de forme. Pour la circulation, l’intérêt est double : pression uniforme et graduable selon les zones du corps.
Utilisation
Malheureusement, une combinaison couvrant les jambes, les cuisses et potentiellement l’abdomen avec une compression graduée efficace, pose plusieurs problèmes :
(1) Enfilage : une compression efficace (~30-50 mmHg) nécessite un effort important, surtout en combinaison intégrale. (2) Durée de port : Pour être efficace, elle doit être portée la majeure partie de la journée, donc être suffisamment confortable. (3) Chaleur : La compression réduit la transpiration et la thermorégulation cutanée. (4) Hygiène : Le port quotidien prolongé implique une contrainte de lavage fréquent. (5) Calibrage individuel : La morphologie des personnes varie avec le temps et la compression doit être ajustée très précisément par zone. (6) Mouvements : une compression trop rigide gêne la marche, l’accroupissement, le travail manuel.
Les matériaux à mémoire de forme thermique (qui s’enfilent chauds et se resserrent en refroidissant) sont une piste prometteuse pour résoudre le problème d’enfilage ; c’est ce que le BioSuit du MIT explore. Mais la durabilité de ces matériaux sur plusieurs années reste un obstacle.
Pratiquement, pour un séjour multi-synodique (3 à 5 ans), il faut envisager une solution combinée : Combinaison compressive légère (type legging + chaussettes + ceinture abdominale) portée en permanence à l’intérieur de la base ; sessions LBNP de 30 minutes, 1 à 2 fois par jour, couplées à du vélo allongé ; Monitoring ophtalmologique régulier (OCT de la papille) comme marqueur précoce du SANS ; une centrifugation courte par jour.
Environnement
Sur Terre, dans son « paradis terrestre », l’homme vit avec d’autres formes de vie et il s’en nourrit. On sait que l’on pourra cultiver des végétaux sur Mars mais l’on sait aussi que les animaux seront soumis aux mêmes problèmes que l’homme en termes de gravité et on ne va pas les faire vivre à l’intérieur de combinaison BioSuit ou de LBNP portatifs. Les poissons aussi auraient beaucoup de mal à vivre sur Mars car la faiblesse de la densité de l’eau leur ferait perdre leurs repères ‘haut’ et ‘bas’. Reste quelques crustacés ou des moules. Mais pourrait-on ne se nourrir que d’eux ?
Conclusion
On voit bien que dans ces conditions, on peut concevoir une mission habitée sur Mars sur une période synodique ou deux mais pas une vie continue de la naissance à la mort. De plus, imagine-t-on ce qu’on pourrait faire des enfants ?
L’homme est un animal terrestre. Il est le fruit d’une évolution dans le cadre de la planète Terre. Il faudra un temps indéterminé pour en changer les paramètres physiologiques. Nous savons bien sûr que l’évolution peut le permettre mais nous savons aussi qu’il n’y a aucun automatisme dans ce domaine. Il faudra qu’une réplication génétique imparfaite permette une meilleure adaptation mais il est impossible de vivre comme si de rien n’était en attendant qu’elle se présente.
J’en conclus que dans la controverse qui oppose Elon Musk à Jeff Bezos, vivre sur Mars ou dans une station spatiale rotative comme en imaginait Gerard O’Neil après Hermann Oberth, c’est Jeff Bezos qui a raison. Les astres qui ne nous ont pas formés en leur sein ne sont pas le nôtre. Il nous faut recréer notre environnement terrestre pour vivre ailleurs.
Cependant, ce n’est pas totalement impossible.
On peut imaginer une station spatiale rotative, du genre ‘2001 Odyssée de l’espace’, ou des couples de cylindres Island-3 tournant en sens contraires, recréant une gravité 1g à l’intérieur du tore ou sur la paroi intérieure des cylindres. Ils seraient positionnés en orbite géostationnaire de la planète. De là les occupants humains se procureraient au sol toute matière dont ils auraient besoin pour entretenir la structure de la station, et obtiendraient leur énergie par de grands panneaux éclairés par le Soleil en permanence. Ils agiraient en temps réel par l’intermédiaire de robots téléopérés, humanoïdes et autres. La station serait protégée des radiations par une couche épaisse de roches et régolithe envoyés de la planète en L4/L5, à l’aide de rampes électromagnétiques. Et de temps en temps les Iliens se « dégourdiraient » les jambes en menant une expédition sur le sol de Mars (avec chacun, son compteur Geiger dans la poche pour ne pas dépasser sa dose de radiations ALARA).
L’établissement de l’homme en dehors de la Terre ne sera pas facile. Il faut admettre qu’une phase d’étude sur les conséquences à long terme de la faible gravité sur nos fluides internes, et sur les contre-mesures, doit précéder toute tentative sérieuse d’établissement pérenne sur Mars.
Copyright Pierre Brisson
Liens :
https://www.academie-medecine.fr/modifications-physiologiques-en-microgravite
LBNP : https://link.springer.com/rwe/10.1007/978-3-319-10152-1_138-1
Illustration de titre: Iles de L’Espace 3, imaginée par Gerard O’Neill
Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :
Index L’appel de Mars 26 02 06Télécharger
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6 réponses
Bonjour Pierre Brisson excellent excellent ! rien a ajouter !
Bonjour,
On a seulement une connaissance des effets de l’absence de pesanteur. Le reste n’est pas une certitude.
Certains astronautes sur l’ISS ont passé une année en apesanteur, et revenus sur Terre, ils ne semblent pas avoir de séquelles: ça laisser penser que plusieurs années sur Mars ne seraient pas si debilitantes.
Mais si cela se révèle exact alors c’est la fin de la possibilité d’une seconde humanité sur Mars, sauf à trouver des gens qui s’adapteraient à ce problème, ce qui n’est pas impossible avec plus de 7 milliards d’êtres humains.
Ce serait la fin du projet de Musk d’envoyer des milliers de gens sur Mars pour s’y installer pour la vie.
Si c’est vrai alors on pourrait seulement réaliser des bases lunaires mais avec une rotation du personnel, ce serait faisable pour des bases lunaires car « proches » mais plus difficiles sur des mondes et lunes éloignées.
Pour la Lune et Mars, il y aurait bien une possibilité avec ce concept japonais d’une station rotative sur la Lune:
https://trustmyscience.com/japon-presente-station-gravite-artificielle-lune-mars/
En effet si on peut faire une gravité par rotation d’un corps dans l’espace, à l’intérieur, alors une station en rotation, ce serait faisable à moindre coût directement sur la Lune, ce serait un peu plus complexe sur Mars où il y a une atmosphère très tenue.
Et sinon il y a Vénus où la pesanteur est proche de la nôtre, mais il faudrait y vivre en altitude, là où la pression est comparable, et sous abris avec de l’air et sous ou dans des ballons géants.
Et en partir serait comme décoller d’ici …
Faire des élevages de rongeurs sur la Lune et sur Mars, sur plusieurs générations, nous permettrait de mieux cerner les problèmes et ouvrirait une nouvelle branche de la biologie, surtout si on le fait également pour diverses espèces animales et végétales.
S’établir sur des mondes à gravités différentes c’est un saut adaptatif qui se compare à celui des organismes marins qui sont sortis de la mer et sont venus vivre et se reproduire sur la terre.
La seule possibilité d’expansion dans le système solaire de l’humanité serait effectivement de grandes « oasis de l’espace » mais cela va demander des technologies encore à développer et beaucoup de matériaux à extraire de la Lune, d’astéroïdes, voire de Mars…
Un futur encore lointain…
Ou alors rester ici sur Terre…Et finir un jour comme les dinosaures…
Quoique : notre progrès technologique exponentiel va offrir toujours plus de possibilités et de facilités, aux dictatures ou à des groupes extrémistes, même très minoritaires, de faire disparaître l’espèce humaine.
Ce problème de l’effet de la gravité sur les fluides internes de notre corps est un vrai problème. On ne peut le négliger.
Il est possible que cela nous empêche de vivre sur Mars. Mais cela n’empêchera pas les missions de 18 ou de 18+26 mois. Ces missions peuvent suffire pour installer une infrastructure où l’on ira ensuite comme on va en Antarctique sur Terre.
Pour moi, ensuite, la solution serait de s’installer dans une station rotative, aussi grande que possible à proximité de Mars (problème de la latence temporelle). On pourrait à partir de cette station, descendre sur Mars quand on le voudrait (et, bien sûr, téléopérer les robots que l’on voudrait).
Mais la planète Mars pourrait ne jamais être un monde où les humains mettront au monde des enfants et les élèveront, donc être « une autre Terre ».
Bonjour : alors ces donnees proviennent de l ISS ou les astronautes sont en gravite « zero »; on ne sait pas en outre si tous les passgers de l ISS ont ete touches par ce phenomene et si celui ci est lie a la duree…Sur MARS ils vont bouger , marcher , travailler et effectuer des seances regulieres de centrifugeuse ou meme de » trepolin »(sur terre on prend 4 a 5 g) et de plus on ne sait pas si des processus de compensation se mettent en oeuvre…et sur Mars l on subit une gravite un peu superieure au 1/3 de ce qu elle represente sur Terre …. donc assez difficile de dire qu il est impossible de vivre sur cette planete ? non ou je me trompe ?
Bien sûr, il faudra faire des tests. Les missions ponctuelles sur Mars (dont celle de 2033) serviront à connaître notre degré de tolérance et notre capacité d’adaptabilité.
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Ma position n’est pas celle d’un rejet définitif mais celle d’une mise en garde très sérieuse.
Imaginez des enfants, de tout âge, auxquels on imposerait le port de combinaisons LBNP (qui d’ailleurs n’existent pas encore!).
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Il est possible qu’un pourcentage de « g » inférieur à 1g soit acceptable par un corps humain. Mais pour le moment on ne peut rien dire et seulement 0,38% est très improbable à cause du SANS. Il faut attendre et ne pas sous-estimer ce vrai problème.
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Je continue à me renseigner sur le sujet auprès de médecins spécialistes du domaine spatial. Faites de même.
sur TERRE le fait de marcher fait que nous supportons environ 1.3 a 1.5 g et sur MARS cela ferait de l ordre de 0.5 g . meme effet avec le trempolin 5 a 6 g sur Terre et pres de 1g sur Mars ; certains astronautes ne sont quasiment pas touches par le SANS et dans un certain nombre de mois le SANS est plutot reversible ; il existe des susceptibilites individuelles liees a differents parametres qui nous permettront peut etre de selectionner les astronautes etc etc ; mais il semble en particulier que l ESA ne divulgue pas correctement les donnees ce qui est un comble si l on considere ce que ces missions nous coutent!