Cerveau miniature, réalité virtuelle, blob… : ce qui va occuper Thomas Pesquet pendant six mois

L’astronaute Thomas Pesquet. © ESA et Cnes
L’astronaute de l’ESA décolle pour la station spatiale internationale le 22 avril 2021. Il y mènera une centaine d’expériences scientifiques, dont une douzaine sont françaises. En ligne de mire : les missions de très longue durée vers la Lune et Mars

Santé, technologie, éducation : tels seront les objectifs de Thomas Pesquet à bord de la station spatiale internationale (ISS) en tant qu’expérimentateur. Pendant les six mois de la mission Alpha, qui débute le 22 avril, le Français se consacrera à la mise en œuvre d’expériences soigneusement préparées et répétées au sol. L’ISS est en effet un laboratoire où règne une micropesanteur permanente impossible à obtenir sur Terre, ce qui permet d’y étudier nombre de phénomènes en physique, sciences de la matière ou de la vie.

Ceci dans un objectif de connaissance, mais aussi afin d’améliorer la vie des astronautes lors de futures missions de longue, voire très longue durée. De fait, il semble que les expériences de science fondamentale ne sont plus une priorité à bord de l’ISS. « Depuis quelques années, c’est réellement l’aspect exploration qui est privilégié. Il s’agit de préparer le retour vers la Lune vers Mars », note Sébastien Barde, responsable du Cadmos (Centre d’aide au développement des activités en micropesanteur et des opérations spatiales), qui dépend du Cnes. Sur une centaine d’expériences à bord de l’ISS, 50 sont européennes, dont une trentaine est suivie par le Cadmos.

Dormir, rêver peut-être… avec Dreams

Micropesanteur, radiations, stress… Dans l’espace, le corps est soumis à rude épreuve. Le sommeil en particulier est perturbé, « plus court, plus fragmenté, avec une baisse du sommeil paradoxal, la phase pendant laquelle on rêve », souligne Rachel Debs, qui dirige l’unité de sommeil du CHU de Toulouse, associée à l’expérience Dreams. Auparavant, pour étudier la qualité de leur sommeil, les astronautes devaient s’installer une batterie d’électrodes sur le crâne. Plutôt fastidieux… Thomas Pesquet coiffera une sorte de diadème léger muni de capteurs, un dispositif du commerce déjà distribué sur Terre par la société Dreem. Trois cycles de mesures — avant, pendant et après le vol — seront effectués et les données de l’électroencéphalogramme analysées pour comprendre l’évolution du sommeil dans l’espace afin de l’améliorer, et d’en tirer des enseignements pour notre sommeil terrestre.

Des années de vol habité ont aussi révélé que l’organisme des astronautes subit une sorte de vieillissement accéléré, qui semble cependant en grande partie réversible. L’expérience Cerebral Ageing exploite ce phénomène pour étudier le vieillissement du cerveau, à un niveau très fin, voire moléculaire. Pas sur un cerveau humain, mais sur des « organoïdes » : des cerveaux miniatures de quelques millimètres, fabriqués dans les laboratoires de Supbiotech à Paris, à partir de cellules de peau humaine « reprogrammées » pour reproduire les différentes structures cérébrales. Plusieurs lots d’organoïdes seront envoyés à bord de l’ISS pour cette expérience qui se veut d’abord une première démonstration technologique. « Leur développement sera bloqué à différents stades de la mission, puis ils seront renvoyés vers la Terre où ils seront analysés », souligne Didier Chaput, chef de projet au Cnes pour Cerebral Ageing. Enjeu à plus long terme : comprendre certaines maladies génétiques, comme la Progeria, qui provoque un vieillissement accéléré chez les enfants, mais aussi savoir quel serait l’impact sur le cerveau de futures missions lunaires ou martiennes.

À lire notre interview : Thomas Pesquet : « Je compte être prêt pour le premier vol d’un Européen vers la Lune »

Plus classique, mais essentiel : faciliter les opérations à bord, notamment quand il s’agit de piloter le bras robot de la station. « Ce n’est pas simple, les astronautes se plaignent souvent de devoir utiliser deux joysticks », remarque Michele Tagliabue, du Centre de neurophysique, physiologie et pathologie de l’université Paris-Descartes. Pour l’expérience Pilote, un casque de réalité virtuelle Oculus du commerce a été adapté à la situation de micropesanteur, puis a été combiné à une manette à retour d’effort, qui simule les sensations de pression et de toucher, importantes pour un pilotage fin. Thomas Pesquet s’exercera à diriger un drone dans un environnement virtuel, ou à actionner un bras robotisé. Objectif : une ergonomie améliorée pour des missions lunaires ou martiennes qui nécessiteront sans doute beaucoup de manipulations complexes.

Expérience Télémaque
Ce bel ojet n'est ni un sèche-cheveux ni une pommeau de douche. Mais il pourrait un jour servir à déplacer des calculs rénaux par ultrasons ! © Cnes/T. De Prada

L’expérience Télémaque, avec son allure de pommeau de douche, constitue quant à elle une véritable innovation. Ce dispositif permet de saisir et de déplacer un petit objet, grâce à des ultrasons exerçant une force sur celui-ci. La disposition des émetteurs dans le pommeau fait que l’objet reste immobilisé au centre. À bord de l’ISS, Thomas Pesquet manipulera ainsi de petites billes de matière plastique ou de verre de quelques millimètres. « Sur Terre, il est très compliqué de tester et modéliser un tel instrument à cause du poids. Dans l’ISS, on va s’affranchir de ce facteur », explique Régis Marchiano, chercheur en acoustique à l’Institut Jean Le Rond d’Alembert à Paris.

Applications futures possibles : manipuler des échantillons biologiques « sans contact » afin de ne pas les contaminer, isoler des gouttes de produits dangereux et même, en médecine, pouvoir emporter un médicament vers une cible donnée ou encore déplacer des calculs rénaux.

Mesurer les radiations lors des séjours spatiaux

Deuxième innovation, qui concerne les radiations auxquelles les astronautes sont soumis à bord — protons, neutrons et autres particules arrivant de toutes les directions de l’espace. Des radiations potentiellement dangereuses sur le long terme, dont il faudra se protéger au mieux dans les futures bases habitées. Jusqu’à présent, elles sont mesurées grâce à des dosimètres classiques, mais ceux-ci présentent une sensibilité aux écarts de température. L’expérience Lumina testera une nouvelle technique de dosimétrie par fibres optiques. En effet, ces dernières ont pour propriété de noircir lorsqu’elles sont exposées aux radiations. « Nous pouvons ainsi mesurer précisément le phénomène, et ce sur une grande longueur de fibre. L’objectif est de concevoir un système de mesure très stable, qui pourrait par exemple être installé dans les habitats lunaires », explique Sylvain Girard, du Laboratoire Hubert Curien à l’université Saint-Étienne. Lumina devrait fonctionner jusqu’à cinq ans à bord de la station.

Blob. © CNES/T. De Prada
À bord de l’ISS, Thomas Pesquet aura un petit animal (à moins que ce soit un végétal) de compagnie : le blob ! © Cnes/T. De Prada

Adopte un blob…

Côté éducation, deux expériences étudiantes embarquent dans l’ISS : Eklo, éclosion poétique d’une fleur dans l’espace, et Tetr'ISS, une expérience de physique (à lire dans Ciel & espace n° 576). Et pour les juniors, l’inévitable « blob » s’invite à bord. Cette créature unicellulaire, qui forme des tapis colorés dans les sous-bois, est devenue ces dernières années un instrument de médiation scientifique très populaire. Plusieurs blobs placés dans des boîtes transparentes avec ou sans nourriture seront envoyés vers l’espace. Thomas Pesquet observera leur croissance, alors qu’au sol, près de 2 000 établissements scolaires français feront de même.

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