20 ans de science révolutionnaire sur la Station spatiale internationale

Depuis deux décennies, les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) mènent des recherches scientifiques impossibles ailleurs. En orbite à environ 400 km au-dessus de la Terre, l'ISS est le seul laboratoire disponible pour la recherche de longue durée en microgravité.

Au cours de ces 20 ans, la station a soutenu de nombreuses découvertes, innovations scientifiques, opportunités uniques et percées historiques. Cette recherche aide non seulement à explorer plus loin dans l'espace, mais bénéficie aussi à la vie sur Terre.

Voici les principales percées scientifiques réalisées pendant 20 ans de présence humaine sur l'ISS.

Recherche fondamentale sur les maladies

Maladie d'Alzheimer, de Parkinson, cancer, asthme, maladies cardiaques — si l'une de ces affections a touché votre vie, la recherche sur la station spatiale vous a aussi concerné. La recherche en microgravité a apporté de nouveaux éclairages aux scientifiques étudiant ces maladies. Sans l'interférence de la gravité terrestre, les chercheurs sur Alzheimer ont étudié les agrégats protéiques causant les maladies neurodégénératives. Les chercheurs sur le cancer ont étudié la croissance des cellules endothéliales qui alimentent les tumeurs en sang — les cellules cultivées sur l'ISS se développent mieux que sur Terre et aident à tester de nouveaux traitements. La recherche de l'Agence spatiale européenne a aidé au développement d'outils diagnostiques quantifiant l'inflammation des voies respiratoires — outils utiles pour le diagnostic en vol spatial mais aussi sur Terre pour l'asthme.

Découverte de flammes froides à combustion stable

Lorsque les scientifiques ont brûlé des gouttelettes de carburant dans l'expérience FLEX (Flame Extinguishing Experiment), quelque chose d'inattendu s'est produit. Une gouttelette d'heptane semblait s'éteindre mais continuait à brûler sans flamme visible. Le feu s'est éteint deux fois — une fois avec, une fois sans flamme visible. C'est la première observation de grosses gouttelettes d'heptane à double mode de combustion et d'extinction. Le second stade était soutenu par ce qu'on appelle la libération de chaleur chimique de flamme froide. Quand on pense au feu, on pense à la chaleur, mais les flammes spéciales créées à bord de l'ISS restent plus fraîches.

Retirer la gravité des études de combustion permet d'explorer les principes de base des flammes. Les flammes froides ont été produites sur Terre mais s'éteignent vite. Sur l'ISS, elles brûlent pendant minutes, donnant aux scientifiques une meilleure opportunité d'étude. Les flammes typiques produisent suie, CO2 et eau. Les flammes froides produisent monoxyde de carbone et formaldéhyde. Mieux comprendre le comportement de ces flammes chimiquement différentes pourrait mener à des véhicules plus efficaces et moins polluants, et orienter les tests d'extinction d'incendie à grande échelle et le choix d'extincteurs pour les véhicules d'exploration d'équipage de nouvelle génération.

Nouveaux systèmes de purification d'eau

Recycler efficacement les eaux usées sur la station réduit le besoin de réapprovisionnement en eau par missions de ravitaillement. Pour les voyages plus loin dans l'espace, le ravitaillement serait impossible, rendant ces systèmes nécessaires. Le système JEM Water Recovery System (JWRS) génère de l'eau potable à partir d'urine. Autrefois sur les vaisseaux habités, l'urine et eaux usées étaient collectées et stockées, ou évacuées par-dessus bord. Pour les missions spatiales de longue durée, l'approvisionnement en eau pourrait devenir un facteur limitant.

De plus, de nombreuses personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau propre. Les zones à risque peuvent accéder à des systèmes de filtration et purification avancés grâce à la technologie développée pour l'ISS. Le système de récupération d'eau de la station purifie et filtre l'eau, récupérant et recyclant 93 % de l'eau utilisée par les astronautes dans l'espace.

Développement de médicaments

Les expériences de croissance de cristaux de protéines menées à bord de l'ISS ont apporté des éclairages sur de nombreux traitements, du cancer à la maladie des gencives. Étudier les protéines humaines en les cristallisant aide à mieux comprendre notre corps et les traitements potentiels. L'un des résultats les plus prometteurs vient de l'étude d'une protéine associée à la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), trouble génétique incurable. Un traitement basé sur cette recherche est en essais cliniques. Une autre investigation, PCG-5, visait à cultiver l'anticorps thérapeutique Keytruda® sous forme cristalline plus uniforme pour permettre une administration par injection plutôt que par perfusion intraveineuse.

Lutter contre l'atrophie musculaire et la perte osseuse

Les études spatiales ont grandement contribué à notre connaissance de la perte osseuse et musculaire chez les astronautes — et comment atténuer ces effets. Ces connaissances s'appliquent aussi aux personnes sur Terre souffrant d'ostéoporose. L'effet de la microgravité sur os et muscles offre des opportunités uniques de recherche. Les scientifiques ont développé une routine d'exercice et un régime alimentaire réduisant significativement la perte osseuse et musculaire que les astronautes subiraient autrement lors de leurs séjours.

Comprendre comment atténuer les effets de la microgravité sur os et muscles est important pour l'exploration future dans les environnements à gravité partielle de la Lune et Mars. Sur Terre, l'atrophie osseuse et musculaire survient du vieillissement normal, modes de vie sédentaires, maladies. Étudier ces pertes en microgravité aide à mieux les comprendre et potentiellement créer des traitements pour les Terriens.

Comprendre comment le corps change en microgravité

Quand les humains iront sur Mars, nous devons connaître les défis. Les séjours de longue durée sur la station ont révélé des façons inattendues dont le corps humain change en microgravité. Certains astronautes ont développé des changements de vision, maintenant connus sous le nom de Syndrome neuro-oculaire associé au vol spatial (SANS). Après avoir aidé à découvrir le problème, la recherche sur la station a servi de plateforme pour mieux comprendre le SANS.

L'étude des jumeaux de la NASA a comparé l'astronaute Scott Kelly pendant son année dans l'espace avec son frère jumeau Mark Kelly resté sur Terre. Elle a apporté des éclairages sur les nombreuses façons dont un vol spatial de longue durée affecte le corps humain. Les résultats ont montré que l'expression génique de Scott a changé et que son corps a réagi appropriément aux vaccins dans l'espace.

Cultiver de la nourriture en microgravité

La capacité de cultiver de la nourriture supplémentaire aide les humains à explorer plus loin de la Terre. De nombreuses techniques de culture de plantes ont été explorées à bord de la station pour préparer ces missions. Le 10 août 2015, les astronautes ont goûté leur première salade cultivée dans l'espace et cultivent maintenant des radis. Huit types de légumes à feuilles ont été cultivés dans l'installation Veggie pour la consommation des astronautes, affinant les meilleures techniques.

De nouvelles solutions pour l'arrosage, l'éclairage et la culture doivent être testées pour créer une culture alimentaire en microgravité. L'ISS a servi de plateforme pour ces tests et vérifier quelles conditions permettent la croissance la plus efficace.

Impression 3D en microgravité

Le premier objet a été imprimé en 3D sur l'ISS en 2014. Développée par Made in Space, l'imprimante a produit des douzaines de pièces analysées et comparées à celles faites au sol. L'analyse a révélé que la microgravité n'avait pas d'effets significatifs sur le processus, démontrant qu'une imprimante 3D fonctionne normalement dans l'espace. D'autres expériences ont utilisé du plastique recyclé pour imprimer des objets. Le BioFabrication Facility a fait de petits pas vers l'impression d'organes et tissus humains en microgravité, utilisant des couches ultra-fines de bio-encre.

Tester les imprimantes sur l'ISS ouvre la voie à des futures missions spatiales plus indépendantes de la Terre. Les articles nécessaires pourraient être imprimés en 3D plutôt qu'envoyés de Terre et transportés tout le voyage. Utiliser du matériau recyclé pour l'impression pourrait exploiter du matériau qui occuperait sinon l'espace de stockage limité sur les missions de longue durée.

Réponse aux catastrophes naturelles

Avec l'imagerie par caméra tenue par l'équipage comme composant principal, la station est devenue un participant actif dans la collecte de données orbitales pour soutenir les activités de réponse aux catastrophes aux États-Unis et à l'étranger. Les astronautes photographient des catastrophes comme tempêtes et incendies tout au long de leur progression, documentant la couverture nuageuse, les inondations, les changements du terrain. Le capteur Lightning Imaging Sensor monté sur l'ISS détecte aussi la distribution et la variabilité de la foudre pour améliorer la prévision météorologique sévère. Ces données permettent des réponses plus éclairées aux catastrophes depuis une perspective impossible à obtenir sur Terre.

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