Quelle science à bord de l’ISS ?

Quelle science à bord de l’ISS ?

La Station Spatiale Internationale est à la fois une prouesse technologique et un laboratoire sur orbite qui permet des expériences scientifiques impossibles à réaliser sur Terre. Tour d’horizon de la recherche accomplie là-haut.

Le 2 juin, l’astronaute français de l’Agence Spatiale Européenne Thomas Pesquet est revenu sur Terre au terme d’une mission de 196 jours. Avec ses collègues, il a battu un record : celui de la semaine la plus productive en matière scientifique à bord de la Station Spatiale Internationale. En effet, durant la semaine du 6 mars, l’équipage (ils étaient alors 6) a cumulé 99 heures d’expériences !

Notez que la science à bord de l’ISS, et plus généralement la science menée lors des vols habités, fera l’objet d’une conférence à la Cité de l’espace le 14 juin prochain à 18h30 (accès libre). Intitulée «Les vols habités et la science», elle sera présentée par Patrice Benarroche, Chef du Service « Exploitation des Missions micropesanteur et vols habités » et Remi Canton, responsable du pôle sciences de la matière au CADMOS (voir plus bas).

L’ISS : un laboratoire de classe mondiale

La Station Spatiale Internationale associe 5 agences spatiales : NASA (États-Unis), Roscosmos (Russie), ESA (Europe), ASC (Canada) et JAXA (Japon). La plus grande structure assemblée sur orbite, un peu plus de 400 tonnes, a été pensée pour héberger des astronautes lors de vols de plusieurs mois, mais surtout pour accueillir des expériences scientifiques au sein de plusieurs modules laboratoires. Celui des Américains est baptisé Destiny. Côté européen, il s’agit de Columbus (fabriqué par Airbus avec la partie pressurisée fournie par Thales Alenia Space). Les Russes disposent des 2 mini-modules Poisk et Rassvet (respectivement Mini-Research Module 1 et 2) tandis que le Japon exploite là-haut avec Kibo le plus grand laboratoire.

C’est ce qui faisait dire à Thomas Pesquet dans cette interview, réalisée avant son départ, que l’ISS est «un laboratoire de classe mondiale».

L’ISS étant une sorte de «copropriété», la recherche s’effectue en coopération. Ainsi, lors de sa mission Proxima de 196 jours, Thomas Pesquet a mené 60 expériences : 30 pour le compte de la NASA, 20 pour l’ESA (Agence Spatiale Européenne) et le CNES (agence spatiale française), 6 pour la JAXA japonaise et 4 pour l’ASC canadienne.

On remarquera que l’interview ci-dessus évoque aussi le CADMOS, le Centre d’Aide au Développement des activités en Micropesanteur et des Opérations Spatiales du CNES à Toulouse. Il s’agit là d’un organisme qui tient un rôle essentiel souvent oublié. Fort de son expertise, le personnel du CADMOS transforme le projet de recherche des scientifiques en une expérience qui répondra aux sévères critères de l’ISS, notamment ceux liés à la sécurité des équipages. Le suivi opérationnel est également mené par le CADMOS qui fait partie des 9 centres européens retenus par l’ESA pour aider les utilisateurs de l’ISS à en exploiter les équipements.

Dans la vidéo ci-dessous, Thomas Pesquet vous fait visiter la Station Spatiale Internationale.

Du voyage vers Mars à la science fondamentale

Il est souvent dit que les astronautes sont eux-mêmes des cobayes. En effet, en permettant des missions de longue durée, une station spatiale est l’endroit idéal pour étudier les effets subis par le corps humain dans la perspective d’une future mission habitée vers Mars. De plus, on évalue aussi l’efficacité de contre-mesures (sport, alimentation, etc.) en vue de diminuer les pertes de masses musculaire et osseuse, les problèmes de vision, les changements au niveau cardio-vasculaire, etc. À ce titre, la Station Spatiale Internationale continue, avec des moyens plus pointus, ce qui avait été commencé à bord des stations soviétiques (série Saliout puis Mir) ou du Skylab américain.

Dans la vidéo en timelapse ci-dessous, Thomas Pesquet met en place l’expérience MARES (Muscle Atrophy Research and Exercise System) qui mesure la performance de groupes musculaires.

Le corps humain confronté au spatial n’est cependant pas la seule recherche accomplie là-haut. L’impesanteur autorise des expériences impossibles à réaliser sur Terre sur des durées de plus de quelques secondes. Il s’agit là de science fondamentale et le plus souvent de comprendre le comportement de la matière. Sur notre planète, on étudie en fait la matière soumise à une pesanteur, conséquence de la gravité terrestre. Pour ainsi dire, les résultats scientifiques sont «écrasés» par la gravité… Certes, des tours d’impesanteur (on lâche une expérience du haut d’une tour) et des vols dits Zero-g fournissent quelques secondes d’impesanteur (jusqu’à une vingtaine de secondes pour l’avion). Mais les scientifiques ont souvent besoin de collecter des données sur des durées beaucoup plus longues. Perchée sur orbite à 400 km, l’ISS offre une impesanteur de «qualité» (très peu de variations) et quasiment ininterrompue. Du coup les chercheurs documentent le comportement de la matière privée du facteur pesanteur. En comparant les résultats avec ceux au sol, ils affinent (ou remettront peut-être en cause) des modèles théoriques fondamentaux. Il ne s’agit certes pas d’une science qui donne rapidement des applications concrètes.

Les liquides ont des comportements très différents en impesanteur comme le montre cette vidéo avec Thomas Pesquet et une expérience dans le module japonais Kibo.

En revanche, cette science fondamentale est le socle sur lequel se basent nos connaissances pour du concret ! Prenons ici un exemple. À bord de l’ISS, on conduit différents types de combustion. Pour résumer, la matière ne brûle pas de la même façon en impesanteur (l’air chaud ne monte pas !). Les spécialistes de la question espèrent en déduire des pistes pour mettre au point des moteurs plus propres à l’avenir.

Les bactéries de demain ou la matière noire

La biologie et la médecine sont aussi des sujets courants sur orbite. Certes, une partie vise les effets des voyages spatiaux sur le corps humain (voir plus haut), mais tout un pan de ces disciplines rend service aux terriens. On a ainsi constaté que les 2 heures et demie d’exercices physiques imposés aux astronautes permettaient de réduire leur perte de masse musculaire, mais aussi de masse osseuse. Un résultat qui intéresse les médecins qui luttent contre l’ostéoporose, une maladie qui entraîne une diminution de la masse osseuse au point de favoriser grandement les fractures et qui touche de nombreuses personnes.

Autre piste : les bactéries. On sait déjà qu’elles ont tendance à muter plus vite en impesanteur. Récemment, la NASA a envoyé à bord de l’ISS une bactérie virulente (avec toutes les précautions nécessaires) afin que ses mutations soient observées. L’idée : la bactérie devrait ainsi «dévoiler» plus vite ses possibles prochaines mutations facilitant la mise au point de nouveaux antibiotiques pour l’éradiquer. Une recherche importante à l’heure où de nombreuses bactéries mutent en développant une résistance accrue aux antibiotiques.

Les astronautes se conduisent pour ce type d’expériences comme des laborantins. En appliquant des procédures précises (et pour lesquelles ils ont été entraînés) ils rendent possible une science qui ne peut être automatisée, soit parce que ce serait trop complexe, soit car cela exigerait un matériel trop lourd à emporter.

La vidéo en timelapse ci-dessous est un exemple de cet aspect «laborantin» des astronautes. ici Thomas Pesquet installe l’expérience ENERGY (besoins énergétiques des astronautes).

L’ISS n’est toutefois pas réfractaire à la science automatisée. À l’extérieur, elle héberge l’imposant AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) de 8,5 tonnes capable de détecter les particules et antiparticules des rayonnements cosmiques. Les données cumulées par ce détecteur hors du commun (fruit d’une collaboration internationale) semblent pour le moment confirmer la réalité de la matière noire, cette matière qu’on ne voit pas, mais dont on constate les effets gravitationnels. Il s’agit là ni plus ni moins que de l’une des clés de voûte de l’astrophysique.

La Station Spatiale Internationale est aussi bardée de détecteurs et instruments dont certains sont tournés vers notre planète.

L’ISS : une expérience en elle-même

Enfin, à la frontière entre la science, la technologie et la diplomatie, l’ISS est en elle-même une expérience. Ce gigantesque puzzle réunit des éléments russes, américains, européens, japonais et canadiens dans un environnement hostile, celui du vide spatial. Et ça marche !

Dans la vidéo timelapse ci-dessous, Thomas Pesquet et Andrei Borisenko surveillent les deux droites SPHERES (Synchronised Position Hold, Engage, Reorient, Experimental Satellites) qui servent à tester des automatisations d’approche et d’amarrage pour des satellites.

Avec l’ISS, des ingénieurs de plusieurs pays travaillent ensemble en dépit de leurs différences culturelles et parfois de tensions diplomatiques entre leurs pays. Il en est de même pour la gestion logistique de la Station qui rassemble au total 100 000 personnes au sol. Les ambitieux projets futurs, qu’il s’agisse d’observatoires spatiaux de nouvelle génération, d’un retour vers la Lune ou de missions habitées vers Mars, bénéficieront de tout ce qui a été appris et continu d’être appris au niveau de la coopération internationale avec l’ISS.

Ultime précision en guise de conclusion : les expériences citées en exemple dans cet article sont très loin de constituer un panorama exhaustif de la science menée à bord de l’ISS. Fin 2015, la Station célébrait ses 15 années d’occupation habitée permanente et totalisait alors 1760 expériences scientifiques menées à bord issus de 83 pays différents et ayant donné 1200 publications.