La recherche en microgravité

01-01-2017 Philippe VOLVERT

Les sciences spatiales

La recherche en microgravité représente une panoplie riche et variée d'expérimentations qui trouvent leur application dans la vie de tous les jours. Pour mieux appréhender un phénomène, il faut tenter de comprendre le mécanisme de son fonctionnement dans diverses conditions. La gravité terrestre met en évidence des spécifications mais pas toutes. Réaliser une même expérience dans des conditions d'apesanteur peut donner des résultats bien différents. L'exemple d'une flamme est révélateur des différences entre la gravité terrestre et sans cette gravité. Si sur Terre, la flamme monte, en gravité 0, elle reste autour de sa mèche.

L'espace et plus généralement la gravité 0 devient un terrain d'expérimentation qui ouvre des perspectives bien au-delà ce que soupçonne l'homme de la rue.

Comportement d'une flamme en gravité 0
Comportement d'une flamme en gravité terrestre et sur la droite en gravité 0 - Photo NASA/LRC (Agrandir)

Les vols automatiques

Le principal inconvénient de la recherche en microgravité ce sont les turbulences qui peuvent fausser les résultats obtenus. L'incidence de l'homme sur les expériences a poussé les agences spatiales à développer des missions automatiques à bord de vaisseaux récupérables. Le plus connu est sans conteste le Foton russe directement dérivé du Vostok dans lequel Youri Gagarine a pris place en ce 12 avril 1961. Le vaisseau est lancé avec une fusée Soyuz et reste de 12 à 15 jours dans l'espace durant lesquels les expériences embarquées se déroulent de manière entièrement automatiques. En fin de mission, la partie récupérable se détache du module de propulsion et rentre dans l'atmosphère avant d'atterrir, suspendue au sommet d'un parachute. La première mission Foton remonte à avril 1985. Depuis, plusieurs missions ont été réalisées, pour la plupart dans le cadre d'opérations internationales, notamment avec l'agence spatiale européenne.

Vaisseau automatique Foton
Illustration du vaisseau Foton M-3 - Photo ESA (Agrandir)

Les vols habités

La station spatiale est un laboratoire multidisciplinaire qui offre l’opportunité d’étudier les effets de l’apesanteur sur le long terme ou de réaliser des expériences qui se prolongent dans le temps. L’équipage participe activement à certaines d’entre elles, tandis que d’autres ne demandent qu’une surveillance ponctuelle.

Un équipage réside en moyenne 6 mois à bord de l’ISS. Ces six mois sont mis à contribution pour réaliser une panoplie d’expériences couvrant de très nombreux domaines, allant de la biologie, à la physiologie humaine, en passant par les sciences des matériaux ou encore l'observation de la Terre.

Certains astronautes ont séjourné plus longtemps à bord de la station spatiale, notamment pour étudier les effets de l’apesanteur sur l’organisme humain. En effet, si un jour l’Homme souhaite aller sur Mars, il doit être en mesure de connaître les problèmes inhérents à un long séjour dans l’espace. Il ne peut partir sur un coup de tête pour un vol qui va durer deux ans, dont un à la surface de la planète. Le record actuel est détenu par le Russe Valeri Poliakov. Entre janvier 1994 et mars 1995, le cosmonaute aura séjourné 437 jours dans la station Mir.

Les retombées des vols habités

Pour marquer le vingtième anniversaire de la présence d’un équipage à bord de l’ISS, la NASA a listé une série de percées issues des missions réalisées à bord du complexe orbital. En voici quelques unes:

  • Recherche fondamentale sur les maladies: Maladie d'Alzheimer, maladie de Parkinson, cancer, l'asthme, les maladies cardiaques.
  • Découverte de flammes froides à combustion constante: Lorsque les scientifiques ont brûlé des gouttelettes de carburant dans le cadre de l'étude FLEX (Flame Extinguishing Experiment), un phénomène inattendu s'est produit. La gouttelette d'heptane semblait s'éteindre, mais continuait en fait à brûler sans flamme visible à des températures deux fois et demie inférieures à celles d'une bougie typique.
  • Nouveaux systèmes de purification de l'eau: De nombreuses personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau potable. La NASA a mis au point un système capable de recycler 93 % de l'eau grâce à des systèmes de filtration et de purification avancés
  • Développement de médicaments à l'aide de cristaux de protéines: Les expériences de croissance de cristaux de protéines menées à bord de la station spatiale ont permis de mieux comprendre le traitement de nombreuses maladies, du cancer aux maladies des gencives en passant par la dystrophie musculaire de Duchenne.
  • Méthodes pour lutter contre l'atrophie musculaire et la perte osseuse: Méthode qui pourrait être utilisée pour les personnes qui souffrent de maladies telles que l'ostéoporose.
  • Explorer le cinquième état de la matière (condensat de Bose-Einstein): Découvert à la fin des années 90, cet état de la matière pourrait permettre de mieux comprendre les lois fondamentales de la mécanique quantique.
  • Ouvrir le champ de la recherche sur les colloïdes: Le dentifrice, l'impression 3D, les produits pharmaceutiques et la détection des sables mouvants sur Mars peuvent sembler n'avoir aucun rapport entre eux, mais chacun d'entre eux pourrait bénéficier des améliorations apportées par la recherche sur les colloïdes à bord de la station spatiale.
  • L'évolution de la recherche en physique des fluides: L'étude des fluides dans l'espace est passée de la recherche fondamentale à l'essai d'applications technologiques allant des dispositifs médicaux avancés aux systèmes de transfert de chaleur.
Expérience à bord de l'ISS
L'astronaute Karen Nyberg travaillant sur l'expérience INSpace 3 à bord de l'ISS - Photo NASA (Agrandir)

Sources

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