Dans une salle de sport à 250 milles au-dessus de la Terre, les astronautes transpirent pour la science
Lorsque vous pensez à ce que signifie vivre dans l'espace, vous imaginez peut-être les vues imprenables sur la Terre ou l'émerveillement existentiel d'être parmi les étoiles. Ce que vous ne considérez peut-être pas, ce sont certains aspects pratiques, comme l’entraînement. Nous savons tous que nous sommes censés aller régulièrement à la salle de sport, mais c'est plus facile à dire qu'à faire lorsque l'on vit dans une station spatiale.
Et l’exercice est important – encore plus pour les astronautes que pour le reste d’entre nous. En effet, le plus grand défi pour la santé humaine dans l’espace est sans doute quelque chose qui manque : la gravité. La Station spatiale internationale (ISS) possède ce qu'on appelle un environnement de microgravité (car ce n'est pas tout à fait techniquement une apesanteur, même si en pratique, c'est assez proche). Sans la force de gravité agissant sur leur corps, les astronautes peuvent flotter et tourner dans les airs, mais cela signifie que leurs muscles ne fonctionnent pas pour les maintenir comme ils le feraient habituellement sur Terre.
Au fil du temps, ce manque de gravité peut avoir de graves conséquences sur la santé. La masse musculaire et osseuse diminue en raison d'un manque d'utilisation, ce qui pourrait être désastreux lorsque les astronautes reviendront sur Terre et devront à nouveau faire face à des conditions de gravité normales. La microgravité peut également avoir d’autres effets, notamment sur le système cardiovasculaire.
Il est donc d’une importance vitale que les astronautes fassent régulièrement de l’exercice pour lutter contre les effets de la microgravité. Vous avez peut-être entendu dire que les astronautes passent plus de deux heures par jour à faire de l'exercice, et c'est pourquoi : ils doivent faire tout le travail sur leurs muscles que la plupart d'entre nous font tout au long de la journée simplement en étant debout, ainsi que rester en forme et sain pour les travaux exigeants comme les sorties dans l’espace.
Aller à la salle de sport sur la Station spatiale
Trois principaux équipements d'exercice sont actuellement utilisés à bord de l'ISS : un tapis roulant, un vélo stationnaire et un appareil de musculation. D’une certaine manière, les exercices que font les astronautes ne sont pas si différents de ceux que l’on trouve dans n’importe quel gymnase sur Terre : ils courent, font du vélo, soulèvent des poids.
Mais certains défis techniques entrent en jeu lorsque vous devez soulever des poids en l’absence de gravité.
Une machine appelée ARED, ou Advanced Resistive Exercise Device, possède une barre fixe qui peut être déplacée de différentes manières, un peu comme une Smith Machine ou un rack de squat. Mais au lieu d’utiliser des poids pour la résistance, on utilise des cylindres à vide. Les astronautes doivent travailler contre la traction de ce vide pour déplacer la barre, et ils peuvent faire varier le degré de résistance pour simuler en utilisant des poids plus lourds.
Même si le tapis roulant et le vélo stationnaire fonctionnent à peu près comme ils le feraient sur Terre, ils présentent également un défi : comment empêcher les astronautes de s'envoler lorsqu'ils courent ou appuient sur les pédales. Pour éviter cela, ils utilisent des harnais pour les maintenir attachés à l'équipement, bien que l'équipement doive également être soigneusement conçu pour empêcher les astronautes de produire des vibrations pendant qu'ils s'entraînent, ce qui pourrait endommager la Station spatiale.
Prendre le temps de faire de l'exercice
Bruce Nieschwitz, spécialiste du groupe Force, conditionnement et réadaptation des astronautes au Johnson Space Center de la NASA, affirme que l'exercice n'est pas seulement important pour la santé physique des astronautes.
« Les bienfaits de l’exercice ne concernent pas seulement l’entraînement osseux, musculaire ou même cardiovasculaire. C'est vraiment un avantage pour tout le corps et tout le système », a déclaré Nieschwitz à Digital Trends. « Grâce à des études sur le terrain, nous savons que l'exercice améliore l'humeur, tout en favorisant le sommeil et d'autres problèmes de ce genre. Ce ne sont pas seulement la force et la taille musculaire qui nous inquiètent. Nous voulons absolument encourager les membres d’équipage à se sentir comme des personnes 100 % normales, même dans un environnement très étrange et non naturel.
Comme le savent tous ceux qui vont au gymnase depuis un certain temps, même le meilleur équipement au monde ne vous aidera pas si vous n’avez pas un bon programme. Les programmes d'exercices destinés aux astronautes de la NASA sont spécialement conçus pour se concentrer sur la manière la plus efficace de surmonter les déficits qu'ils subiront lors de leur séjour dans l'espace et d'éviter les blessures. C'est particulièrement important lorsque les astronautes rentrent chez eux sur Terre, afin qu'ils soient mieux à même de s'adapter à la vie avec la gravité.
"L'exercice est la contre-mesure au monde en microgravité dans lequel ils vivent", a expliqué Nieschwitz. « Nous essayons d'éviter les déficits qui vont être causés par l'environnement de microgravité. Nous voulons donc stimuler le muscle, stimuler les os, le garder le plus sain possible. La santé est donc vraiment l’objectif principal de la prescription d’exercices.
Programmation pour l'espace
L’équipe conçoit un programme d’exercices de cardio et de résistance que la plupart des astronautes effectuent six jours par semaine. Vous entendrez souvent dire que les astronautes passent deux heures et demie chaque jour à faire de l'exercice, mais ce n'est pas tout à fait vrai : ils ont autant de temps qui leur est alloué pour faire de l'exercice, mais cela inclut l'installation, la préparation et le rangement.
En règle générale, chaque astronaute effectuera environ une heure d’exercices à l’aide de la machine ARED, puis 30 à 40 minutes supplémentaires de cardio. Il reste encore beaucoup de temps à travailler, mais Nieschwitz affirme que motiver les astronautes ne pose pas de problème.
"La plupart des membres d'équipage sont très protecteurs quant au temps d'exercice qu'ils effectuent en orbite", a déclaré Nieschwitz.
Même ceux qui ne sont pas de fervents adeptes de gym connaissent toujours les bienfaits de l’exercice physique, tant pour leur corps que pour leur esprit. "J'ai entendu différentes personnes décrire que le moment où elles se sentent le plus normales, c'est lorsqu'elles font de l'exercice", a déclaré Nieschwitz, ajoutant que c'est encore plus vrai que lorsqu'elles dorment ou mangent. "Ils peuvent s'éloigner des autres aspects de leur vie sur la station spatiale qui sont liés au travail."
L'équipe programme de nombreux exercices composés à articulations multiples comme les squats et les développé couchés, car ils constituent un moyen efficace de travailler plusieurs gros muscles en même temps. Ils utilisent également une variété de plages de répétitions, allant du travail axé sur la force à faible répétition au travail axé sur l'endurance à répétition plus élevée. Le cardio peut également varier, avec des séances plus courtes de plus haute intensité ou des séances plus longues de moindre intensité.
Les astronautes prennent également en compte les effets d'un travail physiquement exigeant comme les sorties dans l'espace, certains membres d'équipage choisissant de s'absenter de l'exercice quelques jours avant ou après les sorties dans l'espace pour donner une pause à leur corps, et d'autres choisissant de faire un travail supplémentaire pour améliorer la force de préhension, ce qui peut les aider. effectuer des opérations délicates avec des gants encombrants.
Les astronautes ont la liberté de choisir les exercices qu’ils souhaitent réaliser, mais ils suivent généralement le programme. "Ils sont capables de changer complètement les choses indépendamment de nous, mais pour la plupart, ils suivent exactement ce que nous voulons parce qu'ils font confiance à notre équipe et nous le faisons depuis longtemps et nous avons eu beaucoup de succès avec cela », a déclaré Nieschwitz.
L'avenir de l'exercice dans l'espace
Les appareils d'exercice sur l'ISS ont été assez bien optimisés à ce stade, et les améliorations ont tendance à être progressives, comme la récente mise à niveau d'un vélo de 350 watts vers un vélo de 500 watts.
En ce qui concerne les améliorations futures de la santé des astronautes, les chercheurs se tournent vers des projets qui pourraient améliorer la santé par d’autres moyens, par exemple par le biais du rétablissement. Un nouveau projet de l'Agence spatiale européenne (ESA), par exemple, examinera l'utilisation de la stimulation musculaire électrique sur les astronautes de la station spatiale.
La stimulation électrique neuromusculaire (NMES) est principalement utilisée sur Terre pour aider les patients à se rétablir après des événements comme un accident vasculaire cérébral, et a été testée sur certains sportifs professionnels comme aide à la récupération. Cela ne remplace pas l'exercice, mais cela pourrait être utile pour aider à soulager les douleurs une fois l'exercice terminé.
Lorsqu’il s’agit d’appliquer le NMES dans l’espace, « [l]e principe est exactement le même » que sur le terrain, a déclaré la directrice du projet de recherche, Alessandra Bosutti de l’Université de Trieste en Italie. "Mais la différence réside dans la manière dont nous appliquons les protocoles aux astronautes, car les astronautes flottent."
Le projet de Bosutti utilise un petit appareil que les astronautes attachent à leur corps après un exercice pour voir s'il facilite leur récupération. Au cours des cinq à six prochaines années, ils recueilleront les données des astronautes avant, pendant et après leur séjour dans l'espace et les compareront aux données des astronautes qui n'utilisent pas l'appareil.
"L'idée est que ce système pourrait aider à accélérer la récupération lorsque les astronautes reviendront sur Terre après la mission", a expliqué Bosutti.
Ils sont particulièrement intéressés par les périodes ultérieures que les astronautes passent sur la station, lorsqu'ils y sont depuis un certain temps et qu'ils ont probablement perdu un peu de muscle. Les chercheurs veulent vérifier si des interventions telles que NMES peuvent aider les astronautes à maintenir leur force et leur masse musculaire, ce qui est particulièrement important pour les missions à long terme.
Une vision à long terme
Dans la perspective de missions plus longues, comme les missions théoriques en équipage sur Mars, les astronautes seront loin de la Terre plus longtemps que jamais. Et ils disposeront d’un espace très limité pour s’entraîner, avec seulement un petit poids pouvant être transporté avec eux.
"Nous avons besoin d'équipements plus petits, plus légers, faciles à utiliser et efficaces", a déclaré Inês Antunes, responsable de la recherche humaine à Telespazio pour l'Agence spatiale européenne (ESA). "Quelque chose comme la stimulation musculaire est passif et s'intégrerait dans une petite mission confinée."
L'ESA étudie des interventions aussi variées que de demander aux participants de s'entraîner dans des machines à gravité artificielle de type centrifugeuse ou d'utiliser des enregistrements audio de type méditation pour aider les astronautes à se détendre, le tout dans l'espoir de réduire les effets pénibles des vols spatiaux sur le corps humain.
Et au-delà du corps humain, les chercheurs cherchent à optimiser les environnements dans lesquels évolueront les astronautes, au nom de la santé. "Même des choses simples comme aider les astronautes à avoir faim, afin qu'ils ne subissent pas de perte d'énergie", a déclaré Antunes. « Des choses comme avoir des aliments plus croquants ou avoir un cadre plus agréable pour manger les aideront à mieux manger. »
Une grande partie de ces recherches portent non seulement sur l’exercice, mais également sur la nutrition, les suppléments et les interventions passives comme la stimulation musculaire – et sur la manière dont ces différentes interventions interagissent les unes avec les autres.
"Nous ne pouvons jamais étudier un système corporel individuellement", a déclaré Antunes, car toute recherche approfondie doit considérer le corps dans son ensemble, y compris tout, des systèmes cardiovasculaires à la nutrition en passant par la santé mentale. « Tout cela fonctionne ensemble. Si quelqu’un ne va pas bien mentalement, cela affectera son système immunitaire. Et si leur système immunitaire ne va pas bien, cela affectera les muscles.