L’astronaute Scott Kelly a passé une année entière à résider à bord de la Station spatiale internationale (ISS), à environ 400 kilomètres au-dessus de la Terre, et sa collègue de la NASA, Christina Koch, ont passé presque aussi longtemps « en station ». Chacun est revenu sur Terre avec des muscles légèrement atrophiés et d’autres effets physiologiques délétères de leur séjour prolongé dans une gravité proche de zéro. Mais un autre danger, plus insidieux, menace les astronautes, en particulier ceux qui s’aventurent au-delà de l’orbite terrestre basse.
L’espace est rempli de radiations invisibles mais nocives, provenant pour la plupart de particules énergétiques éjectées par le soleil ou de rayons cosmiques créés lors d’événements astrophysiques extrêmes à travers l’univers. Un tel rayonnement peut endommager l’ADN d’un organisme et d’autres machines cellulaires délicates. Et les dommages augmentent proportionnellement à l’exposition, qui est considérablement plus élevée au-delà du cocon protecteur de l’atmosphère terrestre et du champ magnétique (comme lors de voyages fictifs vers la lune ou Mars). Au fil du temps, les dommages cellulaires accumulés augmentent considérablement le risque de développer un cancer.
Pour remédier à la situation, à la demande de la NASA, une équipe de scientifiques de haut niveau organisée par les National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine a publié en juin un rapport recommandant à l’agence spatiale d’adopter une limite maximale de 600 millisieverts pour le rayonnement spatial. les astronautes peuvent recevoir. Le sievert est une unité qui mesure la quantité de rayonnement absorbée par une personne – tout en tenant compte du type de rayonnement et de son impact sur des organes et des tissus particuliers du corps – et équivaut à un joule d’énergie par kilogramme de masse. Les scientifiques utilisent généralement la plus petite (mais toujours assez importante) quantité de millisievert, ou 0,001 sievert. Les bananes, par exemple, contiennent des quantités infimes d’isotopes radioactifs naturels, mais pour ingérer l’équivalent d’un millisievert, il faudrait manger 10 000 bananes en quelques heures.
Chaque membre actuel du corps des astronautes de la NASA a reçu moins de 600 millisieverts au cours de ses séjours en orbite, et la plupart, y compris Koch, en ont reçu beaucoup moins et peuvent donc retourner dans l’espace en toute sécurité. Mais un an sur l’ISS les expose toujours à plus de radiations que celles vécues par les résidents du Japon qui vivaient à proximité des accidents nucléaires de Fukushima Daiichi en 2011.
« Tout le monde prévoit des voyages sur la Lune et sur Mars », et ces missions pourraient avoir une forte exposition aux rayonnements, explique Hedvig Hricak, auteur principal du rapport et radiologue au Memorial Sloan Kettering Cancer Center à New York. En utilisant les technologies actuelles éprouvées par les vols spatiaux, les voyages longue distance, en particulier vers la planète rouge, dépasseraient le seuil proposé, dit-elle.
Cela pourrait être un gros problème pour le programme Artemis de la NASA, qui cherche à envoyer des astronautes sur la Lune en vue de futurs voyages sur Mars. Un autre problème pour l’agence spatiale est que les données épidémiologiques qu’elle utilise proviennent principalement d’une étude de longévité des survivants japonais des explosions de bombes atomiques, ainsi que de la poignée d’astronautes et de cosmonautes qui ont enduré de nombreux mois voire des années en orbite terrestre basse. . La limite de rayonnement spatial actuelle de la NASA, qui a été développée en 2014, implique une évaluation compliquée des risques de mortalité par cancer qui dépend de l’âge et du sexe, mais des données plus pertinentes sont nécessaires, affirme Hricak. Dans l’étude sur les survivants de la bombe atomique, par exemple, les femmes étaient plus susceptibles de développer un cancer du poumon que les hommes, ce qui suggère une plus grande vulnérabilité fondée sur le sexe aux rayonnements nocifs. “Mais avec les connaissances dont nous disposons actuellement, nous savons que nous ne pouvons pas faire de comparaison entre une exposition élevée et une exposition chronique”, a déclaré Hricak. « L’environnement est différent. Il y a tellement de facteurs qui sont différents.
La NASA veut mettre à jour ses normes maintenant, car l’agence est sur le point d’envoyer autant d’astronautes bien au-delà de l’orbite terrestre basse, où de plus grandes quantités de rayonnement spatial semblent destinées à dépasser les limites d’exposition précédemment prescrites. En outre, dit Hricak, avoir une seule limite de rayonnement universelle pour tous les voyageurs de l’espace est avantageuse sur le plan opérationnel en raison de sa simplicité. Une limite universelle pourrait également être considérée comme une aubaine pour les femmes astronautes, qui avaient une limite inférieure à celle des hommes dans l’ancien système et ne pouvaient donc pas passer autant de jours dans l’espace que leurs homologues masculins.
La nouvelle limite de rayonnement proposée par Hricak et son équipe est liée aux risques pour tous les organes d’une femme de 35 ans – un groupe démographique considéré comme le plus vulnérable à la lumière des différences entre les sexes dans les données sur les survivants de la bombe atomique et le fait que les plus jeunes ont des risques d’irradiation plus élevés, en partie parce qu’ils ont plus de temps pour que les cancers se développent. L’objectif du maximum de rayonnement est de maintenir un individu en dessous d’un risque de mortalité par cancer de 3% : en d’autres termes, avec cette limite de rayonnement, au plus trois astronautes sur 100 devraient mourir d’un cancer radio-induit au cours de leur vie.
“La NASA utilise des normes pour définir des limites d’exposition aux vols spatiaux afin de protéger la santé et les performances des astronautes de la NASA, à la fois pendant et après la mission”, a déclaré Dave Francisco du bureau du médecin-chef de la NASA. Il reconnaît que, alors que les astronautes en mission sur Mars bénéficieraient de la mince atmosphère martienne qui offre une protection limitée, “le transit dans l’espace lointain a les niveaux d’exposition les plus élevés”.
Cela signifie que les voyages spatiaux long-courriers comportent les plus grands risques. Un séjour sur la surface lunaire pendant six mois ou plus – en supposant, bien sûr, que les astronautes y soient éventuellement présents et ne passent pas la plupart de leur temps dans des habitats souterrains – impliquerait près de 200 millisieverts d’exposition, une quantité plus élevée qu’un séjour prolongé visite de l’ISS. Et un astronaute voyageant vers Mars serait exposé à encore plus de rayonnement. Qu’ils aient atteint la planète rouge lors d’une escale lunaire ou lors d’un vol spatial direct, ils auraient pu être exposés à des radiations importantes en cours de route. Avant même d’entreprendre le voyage de retour, ils auraient déjà pu dépasser la limite des 600 millisieverts. L’ensemble du voyage, qui durerait probablement quelques années, pourrait impliquer bien plus de 1 000 millisieverts. Donc, si des astronautes – et pas seulement des robots – sont envoyés sur Mars, la NASA devra probablement demander des dérogations pour eux, dit Hricak, bien que le processus exact pour obtenir une dérogation n’ait pas encore été défini.
La proposition du rapport pour un nouveau maximum de rayonnement n’est pas sans critiques. « Pour une mission sur Mars, une femme de 35 ans à cette limite pourrait avoir plus de 10 % de chances de mourir dans 15 à 20 ans. Pour moi, c’est comme jouer à la roulette russe avec l’équipage », explique Francis Cucinotta, physicien à l’Université du Nevada à Las Vegas et ancien responsable de la radioprotection à la NASA. Malgré les avantages supposés que les nouvelles limites auraient pour les femmes astronautes, il craint que les risques ne soient particulièrement prononcés pour les jeunes femmes dans l’espace.
Au contraire, dit Hricak, dans sa demande de nouvelles limites, la NASA a cherché à être conservatrice. Les agences spatiales européenne, canadienne et russe ont toutes actuellement une dose maximale autorisée plus élevée de 1 000 millisieverts, tandis que la limite du Japon dépend de l’âge et du sexe comme celle actuelle de la NASA, principalement en raison d’une dépendance partagée vis-à-vis des données des survivants de la bombe atomique.
Mais contrairement à quelqu’un à proximité d’une explosion nucléaire, le risque pour un astronaute exposé au rayonnement spatial est à long terme plutôt qu’immédiat. Sans un blindage approprié (qui a tendance à être assez lourd et donc d’un coût prohibitif à lancer), leurs chances de développer un cancer, ainsi que des maladies cardiovasculaires, des cataractes et des dommages au système nerveux central, augmentent légèrement chaque jour où ils sont dans l’espace. Dans les cellules d’une personne, le rayonnement spatial peut rompre les deux brins de la double hélice d’une molécule d’ADN. Et bien que quelques cas de ce type puissent comporter des risques très limités, chaque indemnité supplémentaire augmente les chances de développer une mutation nocive qui pourrait provoquer le cancer.
Heureusement, cependant, le corps a des moyens de réparer certains types de dommages à l’ADN, et il est possible d’étudier cette réparation de l’ADN dans l’espace, comme l’a démontré une nouvelle étude publiée dans le journal. PLOS UN fin juin.
“Cette expérience a mis en place un tas de techniques qui n’ont jamais été mises en œuvre auparavant dans l’environnement très complexe de la Station spatiale internationale”, explique Sebastian Kraves, co-fondateur du concours étudiant Genes in Space, qui a produit l’enquête, et un co-auteur de l’étude. En utilisant des cellules de levure à bord de l’ISS, Koch a elle-même réalisé l’expérience, qui pourrait devenir un précurseur de futures tentatives de surveiller attentivement les dommages à l’ADN et la réparation cellulaire chez les astronautes.
En plus des technologies médicales, les systèmes de propulsion et les blindages de protection contre les rayonnements spatiaux progresseront probablement également. Les particules expulsées du soleil, par exemple, pourraient être bloquées avec quelques centimètres d’aluminium ou d’autres matériaux, bien que les astronautes à l’extérieur de leur vaisseau spatial ou à l’extérieur de futures structures lunaires ou martiennes seraient vulnérables. Et ils ne peuvent pas être aussi facilement protégés des sources de rayonnement cosmique plus énergétiques, telles que les ions lourds provenant d’étoiles explosées lointaines.
Dans tous les cas, compte tenu du peu d’informations disponibles sur les divers risques pour la santé liés aux différents types de rayonnements spatiaux, par rapport aux rayonnements que nous connaissons sur Terre, les chercheurs continueront sûrement d’autres études comme celles-ci pour protéger autant que possible les astronautes. “Je peux vous dire exactement combien d’exposition vous allez obtenir à partir d’un scanner”, dit Hricak, “mais il existe de nombreuses incertitudes avec le rayonnement spatial.”
