Cinq résultats scientifiques pour la Station spatiale internationale

Gareth Dorrian, Lancaster University

La Station spatiale internationale (SSI ou ISS en anglais) est notre avant-poste spatial le plus longuement habité. L’an dernier, on en a célébré le quinzième anniversaire. Comme la station tourne autour de la Terre, elle est en état de chute libre, ce qui neutralise la gravité terrestre et offre une plate-forme idéale pour la science de l’espace.

Cette science à bord de la station est clairement interdisciplinaire et inclut des domaines aussi divers que la microbiologie, la science de l’espace, la physique fondamentale, la biologie humaine, l’astronomie, la météorologie et l’observation de la Terre, pour n’en nommer que quelques-uns. Mais examinons quelques découvertes parmi les plus importantes.

 

1. La fragilité du corps humain

Les effets de l’environnement spatial sur le corps humain pendant des vols de longue durée revêtent un grand intérêt si l’on veut un jour s’aventurer bien au-delà de la Terre. Pour un équipage, le voyage vers Mars par exemple, peut durer un an à l’aller et le même temps au retour.

La recherche sur la microgravité à bord de la SSI a démontré que le corps humain perdait une masse considérable d’os et de muscles pendant une telle mission. Pour réduire cet effet, il existe des dispositifs d’exercice physique permettant de résister. Grâce à quoi, il est possible d’alléger d’une façon substantielle la perte d’os et de muscles.

Couplées à d’autres travaux portant sur une nutrition appropriée et l’utilisation de médicaments, ces recherches peuvent conduire à de meilleurs traitements contre l’ostéoporose, une pathologie dont souffrent des millions de personnes à travers le monde.

 

2. La contamination interplanétaire

Plusieurs agences spatiales visent un but à long terme : envoyer des spationautes sur Mars. La Planète rouge est particulièrement intéressante du fait qu’elle est l’une des planètes des plus accessibles où pourrait exister une vie extraterrestre, passée ou présente.

Il est donc impératif de ne pas, par inadvertance, contaminer Mars avec des germes terrestres. De la même façon, nous devons nous montrer attentifs, au retour d’une mission de collecte d’échantillons, à ne pas contaminer la Terre avec de quelconques formes de vie provenant de Mars.

Certaines spores bactériennes résistantes comme le Bacillus subtilis (ci-contre), exposées à l’espace à bord de la SSI mais à l’abri des radiations du Soleil ont montré une capacité élevée de survie. Le vide spatial et les températures extrêmes, à eux seuls, n’ont pas suffi à les anéantir. Ces microbes remarquables seraient capables de survivre lors d’un vol vers Mars et, sous une fine couche de terre, de continuer leur existence sur cette planète, dans le cas où ils y auraient été accidentellement déposés par un vaisseau spatial.

Cette découverte entraîne d’énormes implications : si les micro-organismes – ou leur ADN – sont capables de survivre lors d’un vol interplanétaire, cela ouvre la possibilité que la vie du Terre puisse, à l’origine, provenir de Mars ou d’ailleurs.

 

3. La culture de cristaux pour la médecine

Un défi majeur pour développer des médecines efficaces, c’est de comprendre la forme des molécules de protéines dans le corps humain. Les protéines sont à l’origine de toute une gamme de fonctions biologiques, y compris la réplication de l’ADN et son assimilation, et la cristallographie des protéines est un outil indispensable pour comprendre leur structure. La croissance du cristal à l’intérieur d’un fluide sur la Terre est quelque peu inhibée par la convection due à la gravité et à la formation d’un dépôt de particules plus denses au fond du récipient contenant le fluide.

Les cristaux, dans un environnement de microgravité, peuvent atteindre des tailles beaucoup plus importantes que sur la Terre, permettant une analyse plus facile de leur microstructure. On utilise les cristaux de protéines cultivés dans la SSI pour développer de nouveaux médicaments pour traiter la dystrophie musculaire ou le cancer.

 

4. Rayons cosmiques et matière noire

L’espace est pénétré par un flux constant de particules chargées d’énergie, appelées rayons cosmiques. Quand ces rayons cosmiques entrent en contact avec l’atmosphère terrestre, ils se désintègrent en produisant une pluie de particules secondaires qu’on peut détecter au niveau du sol. Quelques rayons cosmiques proviennent parfois d’évènements explosifs comme les supernovae ou, plus proche de nous, des éruptions solaires. Mais dans de nombreux cas, leur origine est inconnue.

Pour mieux comprendre ces particules énigmatiques, il nous faut les attraper avant qu’elles entrent dans l’atmosphère. On a fixé sur la SSI le spectromètre Alpha Magnetic Spectrometer, ou AMS, le détecteur de particules le plus sensible jamais lancé dans l’espace. Cet appareil collecte les rayons cosmiques et mesure à la fois leur énergie et leur provenance.

En 2013, les premiers résultats ont montré que les électrons de rayons cosmiques et leur contreparties d’antimatière, les positrons, émanaient de tous les horizons de l’espace et non d’endroits précis.

On pense qu’un quart environ de la masse-énergie de l’Univers est constituée de matière noire, une substance à la composition inconnue qui pourrait être à l’origine des rayons cosmiques. La théorie de la matière noire envisage l’existence d’un halo de matière entourant la Voie lactée (et d’autres galaxies) ; une telle hypothèse est cohérente avec la nature isotropique des électrons et positions des rayons cosmiques détectée par l’AMS, arrivant vers nous de toutes les directions de l’espace.

Cela n’a jamais été découvert directement et la vraie nature de tout cela constitue, pour l’astrophysique moderne, l’une des grandes questions restées sans réponse.

 

5. Une combustion efficace

Provoquer délibérément un incendie dans une station orbitale dans l’espace ne paraît pas, a priori, une bonne idée. Pourtant, la physique des flammes en microgravité s’avère tout à fait intéressante. L’étude menée sur l’extinction des flammes a été rendue possible grâce à une installation, soigneusement conçue bien entendu, où l’on enflamme de petites gouttes de carburant qui se transforment en sphères sous l’effet de la microgravité.

Sur la Terre, les flammes prennent la forme qui nous est familière parce que la convection, sous l’effet de la gravité, aboutit à un courant d’air ascendant qui tire vers le haut le mélange brûlant de gaz et de carburant. Sans la microgravité, il n’y a pas de courant ascendant, donc une flamme adopte la forme d’une sphère diffuse autour de la source de combustion. De plus, la couleur jaune d’une flamme est due à l’incandescence de fines particules de suie. Cette suie provient d’une combustion incomplète du carburant et c’est un polluant.

En microgravité, la combustion d’un carburant est plus aboutie et, de là, plus efficace. Une flamme de bougie qui sur la Terre apparaîtrait de couleur jaune, se consume en fait avec une couleur bleue en microgravité et produit beaucoup moins de fumée.

Grâce à ce type de recherche, on peut étudier le processus de formation de la suie qui a des effets néfastes sur l’environnement et la santé humaine. Elle permet aussi de voir comment, lors de leur combustion dans un moteur, les gouttes de carburant passent de l’état de liquide à celui de gaz. Cela peut, un jour, amener à concevoir, sur notre Terre de meilleurs systèmes pour les moteurs à combustion.

Gareth Dorrian, Post Doctoral Research Associate in Space Science, Lancaster University

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.