Comment gâcher un party d’astronautes

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «La NASA doit résoudre plusieurs problèmes avant de pouvoir envoyer des humains sur la planète Mars, dont l’épineuse question : comment protéger les astronautes des radiations solaires et des rayons cosmiques ? Sur Terre, nous sommes protégés des radiations solaires et des rayons cosmiques par le champ magnétique terrestre. Alors pourquoi ne pas induire un champs magnétique autour du vaisseau spatial équivalent au champs magnétique terrestre ? Est-ce parce que la demande en énergie électrique serait trop grande ?», demande Jacques Blouin, de Québec.

La Terre reçoit un flux continuel de rayonnement provenant en partie du Soleil (le «vent» et les «tempêtes» solaires), et en partie des confins de l’Univers (le rayonnement cosmique). À certains égards, ces radiations ressemblent à de la radioactivité, au sens où ce sont des ondes électromagnétiques ou des particules (électrons, protons, etc.) qui sont tellement énergétiques qu’elles peuvent arracher des électrons à des molécules ou même briser des molécules — voire carrément briser le noyau des atomes.

Quand quelqu’un est exposé à ce «rayonnement ionisant», comme on l’appelle, il peut arriver que la molécule brisée s’adonne à être un brin d’ADN. Nos cellules ont les outils qu’il faut pour «réparer» ces bris, mais ces réparations viennent toujours avec un risque d’erreur qui peut, dans certains cas, transformer la cellule saine en cellule cancéreuse. Sur le plancher des vaches, l’atmosphère et la magnétosphère terrestre bloquent ce rayonnement, mais la première n’a qu’une centaine de kilomètres d’épaisseur et la seconde n’agit que sur quelques dizaines de milliers de kilomètres. Voilà pourquoi on doit protéger les astronautes des radiations.

Mais ce n’est pas une mince tâche. C’est surtout le rayonnement cosmique qui est problématique, parce que les protons qui viennent du Soleil, moins énergétiques, sont dangereux mais plus faciles à arrêter. La manière la plus simple de procéder serait de construire un vaisseau aux parois très épaisses — autour de 1 mètre —, mais le tout serait évidemment beaucoup trop lourd pour un voyage spatial.

C’est en partie à cause de cela qu’il y a maintenant un bon demi-siècle que l’on évoque l’idée de générer un champ magnétique. Historiquement, le principal obstacle était que pour imiter l’effet du champ magnétique terrestre, on devait soit générer des champs magnétiques à des échelles impossibles sur un vaisseau spatial — de l’ordre de 100 km —, soit avoir des champs si intenses qu’ils demandaient trop d’énergie à maintenir, plus que ce qu’on pouvait stocker sur un vaisseau.

Ces problèmes semblent avoir en partie résolus grâce à de nouvelles technologies d’aimant, mais les mots-clefs, ici, sont vraiment «en partie». D’après une revue des différentes alternatives publiée en 2016 dans la revue savante Frontiers in Oncology [http://bit.ly/2TTC2Ko], la technologie la plus efficace avait une masse de… 137 tonnes. Et encore, elle laissait passer des doses de radiation d’environ 100 milliSievert par année (mSv/an, le Sievert étant une unité de rayonnement ajusté pour tenir compte de la dangerosité des différents types de rayonnement et de la sensibilité variables des organes touchés). Il s’agit d’une dose de radiation très élevée, et même inacceptable. Par comparaison, la norme canadienne pour les travailleurs de l’industrie du nucléaire est de 50 mSv/an — et encore seulement pour une année, la dose sur 5 ans ne devant pas dépasser 100 mSv.

Parmi les autres possibilités analysées dans l’article, la technologie la plus légère pesait «seulement» 35 tonnes, mais celle-là laissait passer des doses de radiation de 240 mSv/an. Loin d’être idéal…

Hormis l’ajout de blindage et d’une magnétosphère artificielle, une autre possibilité est d’essayer de réduire le temps de vol, mais augmenter la vitesse demande plus de carburant et donc de masse au lancement.

Pour les enthousiastes des voyages interplanétaires, cela vient d’autant plus gâcher le party que c’est aussi une forme de radiation dont on connaît mal l’impact biologique. Contrairement aux formes de radiation qu’on connaît bien parce qu’on s’en sert en médecine, soit principalement les rayons X et les électrons, ces radiations-là sont surtout faites de protons et de noyaux d’atomes. Ce qui les rend difficile à étudier parce qu’il faut des machines énormes et dispendieuses pour accélérer ces particules à des énergies comparables à ce qu’on voit dans l’espace. De plus, les rats étant plus petits que les humains, les radiations les plus énergétiques leur passent carrément au travers sans trop faire de dommage — donc on ne peut pas s’en servir pour étudier l’effet de ces radiations.

Bref, en un mot comme en cent : la protection des «marsonautes» contre les radiations est encore un point de blocage majeur.

Autres sources :

- s.a., The radiation showstoppe for Mars exploration, Agence spatiale européenne, 2019, http://bit.ly/2RMpphy

- s.a., How NASA Will Protect Astronauts From Space Radiation at the Moon, 2019, https://go.nasa.gov/3aEgMye

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