L’espace peut sembler vide, mais il contient des températures extrêmes, des niveaux élevés de rayonnement de fond, des micrométéoroïdes et l’éblouissement non filtré du soleil. De plus, les matériaux et équipements à l’extérieur de la Station spatiale internationale sont exposés à l’oxygène atomique (AO) et à d’autres particules chargées lorsqu’elle orbite autour de la Terre à la limite de notre atmosphère. Seuls les matériaux, équipements et organismes les plus résistants peuvent résister à cet environnement hostile, et les scientifiques menant des recherches sur le laboratoire en orbite ont identifié certains d’entre eux pour une variété d’utilisations potentielles.
« Il existe des moyens de tester les différents composants de l’exposition à l’espace individuellement au sol, mais le seul moyen d’obtenir l’effet combiné de tous en même temps est en orbite », explique Mark Shumbera d’Aegis Aerospace, qui possède et exploite le MISSE Flight Facility (MISSE-FF), une plateforme d’études d’exposition spatiale sur la station. « C’est important car les effets combinés peuvent être très différents des effets individuels. »
Les missions sont lancées environ tous les six mois vers MISSE-FF, qui est parrainé par l’ISS National Lab. Les expériences ont commencé lorsque la plate-forme a été installée en 2018 et se poursuivront pendant toute la durée de vie de la station spatiale, a déclaré Shumbera. Une ancienne installation MISSE en activité de 2001 à 2016 a accueilli les premières expériences d’exposition en station.
Certaines de ces missions aident les chercheurs à comprendre comment les nouvelles technologies réagissent à l’environnement spatial. « Avant d’utiliser une technologie sur un satellite ou un véhicule opérationnel, vous voulez être sûr qu’il fonctionnera comme vous le pensez dans l’environnement spatial », dit-il.
MISSE-FF dispose de caméras haute définition qui prennent des photos périodiques de tous les éléments de ses ponts d’exposition et de ses capteurs pour enregistrer les conditions environnementales telles que la température, le rayonnement et l’exposition aux UV et à l’AO. Tous les articles de test sont également ramenés au sol pour une analyse après le vol.
Les scientifiques de la NASA ont effectué plusieurs missions sur le MISSE-FF pour analyser les effets de l’oxygène atomique et des radiations sur des centaines d’échantillons et d’appareils.
MISSE-9, par exemple, a évalué comment les polymères, les composites et les revêtements gèrent l’exposition à l’espace. Pour cette mission et d’autres missions MISSE, Kim de Groh, ingénieur principal de recherche sur les matériaux au Glenn Research Center de la NASA à Cleveland, teste deux principaux effets de dégradation de l’environnement. Le premier est la rapidité avec laquelle un matériau s’érode en raison de l’interaction AO. Elle mesure la perte de masse dans les matériaux exposés à l’espace et utilise cette information pour calculer les valeurs de rendement d’érosion AO. Ces valeurs aident les concepteurs d’engins spatiaux à déterminer si des matériaux spécifiques conviennent à l’utilisation et quelle épaisseur ces matériaux doivent avoir.
Les matériaux utilisés pour l’isolation des engins spatiaux peuvent devenir cassants dans l’espace en raison des cycles de rayonnement et de température en orbite. Cette fragilisation peut créer des fissures et causer des problèmes tels que la surchauffe d’un composant de l’engin spatial. De Groh teste également la durabilité de différents matériaux pour trouver ceux qui résistent à la fragilité.
« La situation idéale est d’exposer réellement des échantillons à l’espace, de faire l’expérience de toutes les conditions environnementales difficiles en même temps », explique de Groh.
L’installation EXPOSE-R-2 de l’ESA (Agence spatiale européenne) est une autre plate-forme qui offre aux scientifiques la possibilité de tester des échantillons dans l’espace. Les enquêtes de l’ESA qui ont utilisé l’installation incluent BOSS et BIOMEX, qui ont exposé des biofilms, des biomolécules et des extrêmophiles à des conditions spatiales et martiennes. Les extrêmophiles sont des organismes qui peuvent vivre dans des conditions intolérables voire mortelles pour la plupart des formes de vie.
L’augmentation de l’autonomie est essentielle pour les futures missions qui voyagent plus loin de la Terre et ne peuvent pas compter sur des missions de réapprovisionnement. Selon Daniela Billi, professeur au département de biologie de l’Université de Rome Tor Vergata et chercheuse pour BOSS et BIOMEX, les micro-organismes qui tolèrent des conditions extrêmes ont des utilisations potentielles dans les systèmes de survie pour de telles missions. Par exemple, les cyanobactéries peuvent utiliser les ressources disponibles pour fixer le carbone (convertir le dioxyde de carbone atmosphérique en glucides) et produire de l’oxygène.
Lors de l’exposition sur la station spatiale, les cellules séchées de Chroococcidiopsis ont reçu une dose de rayonnement ionisant équivalente à un voyage vers Mars. Leur réponse suggère que les bactéries pourraient être transportées sur la planète et réhydratées à la demande. Les cellules séchées ont également été mélangées avec un simulant de régolithe ou de poussière martienne et ont reçu une dose d’UV correspondant à environ 4 heures d’exposition sur la surface martienne.
« Le but de cette étude était de vérifier si cette cyanobactérie pouvait réparer les dommages à l’ADN accumulés lors du voyage vers Mars et de l’exposition à des conditions martiennes non atténuées », explique Billi.
Récemment publié résultats suggèrent qu’ils peuvent : Le séquençage de l’ADN des cellules réhydratées après exposition n’a montré aucune augmentation du taux de mutation par rapport aux témoins cultivés dans des conditions terrestres. Ce résultat augmente le potentiel d’utilisation de cet organisme pour utiliser les ressources disponibles sur place pour soutenir les établissements humains.
Une autre enquête utilisant l’installation EXPOSE-R-2 trouvé signes de vie chez les champignons contenant de la mélanine après 16 mois d’exposition à l’espace. Le pigment de mélanine fongique semble jouer un rôle dans la résistance cellulaire aux conditions extrêmes, y compris les radiations, et pourrait avoir un potentiel d’utilisation comme radioprotection lors de futures missions dans l’espace lointain. Dans l’expérience, une fine couche d’une souche de champignon mélanisé a réduit les niveaux de rayonnement de près de 2 % et potentiellement jusqu’à 5 %.
En plus des champignons, les chercheurs ont utilisé la plate-forme de l’ESA pour exposer les stades de repos de quelque 40 espèces d’animaux et de plantes multicellulaires dans l’espace pour l’enquête EXPOSE-R IBMP. Résultats montré que bon nombre de ces organismes sont restés viables et ont même achevé des cycles de vie et de reproduction pendant plusieurs générations, suggérant que de futurs voyages vers d’autres planètes pourraient emmener des formes de vie terrestres à utiliser dans des systèmes de support de vie écologiques et pour créer des écosystèmes artificiels.
Alors que les humains explorent plus loin dans l’espace et y restent plus longtemps, les tests effectués sur les plates-formes d’exposition de la station spatiale permettent de s’assurer que les matériaux et les systèmes qu’ils emportent sont prêts pour le voyage.