Problème des radiations

On entend par radiation toute particule énergétique d'origine spatiale qui parvient jusqu'à nous. Il s'agit notamment d'ions chargés positivement, de protons, mais aussi de neutrons et de photons de courte longueur d'onde, tels les rayons X ou les rayons gamma. Les radiations représentent un danger potentiellement important pour les voyages dans l'espace. Il existe de nombreux documents sur les radiations, qui peuvent être récupérés sur le serveur de la NASA :

1. Radiations les plus dangereuses

On peut globalement distinguer 2 types de radiations dangereuses :

D'autres types de radiations existent, mais leur dangerosité est négligeable relativement aux ions lourds galactiques et aux protons solaires.

2. Travaux préliminaires de 1995

En décembre 1995 a eu lieu un Workshop sur les radiations à Houston au Texas. La référence des actes de la conférence est : "Shielding Strategies for Human Space Exploration, Edité par J. W. Wilson, J. Miller, A. Konradi, and F. A. Cucinotta, NASA Conference Publication 3360, Décembre 1997". Voici ci-dessous un tableau qui résume les principaux résultats, il est intéressant de les comparer à des résultats plus récents (voir ci-après).

Estimation en millisieverts des radiations reçues pendant le voyage et sur Mars
par les organes vitaux de notre corps
Dose maximale mensuelle autorisée en orbite (seuil susceptible d'être revu à la baisse) Dose maximale annuelle autorisée en orbite (seuil susceptible d'être revu à la baisse) Dose reçue pendant un voyage aller-retour de 12 mois Dose reçue sur Mars sans autre protection qu'une combinaison pendant une durée de 600 jours
250 mSv (mSv) 500 mSv 400 mSv 200 mSv

3. Etude de Cucinotta et al, 2005

Dans le rapport de la DRA 5.0, la NASA fait le point sur le problème des radiations. Nous avons déjà présenté par ailleurs une comparaison entre les doses reçues lors d'une mission de type conjonction et une mission de type opposition. Voici ci-dessous un autre tableau (simplifié par nos soins) qui précise encore un peu plus les doses de radiations reçues en fonction de différents paramètres. La NASA précise qu'il est tiré de la référence suivante : Cucinotta, F.A.; Kim, M.H.; and Ren, L.; “Managing Lunar and Mars Mission Radiation Risks: Part I: Cancer Risks, Uncertainties, and Shielding Effectiveness". July 2005.

Commentaires : cette étude suppose une durée de voyage de 200 jours pour l'aller, un séjour sur Mars de 600 jours et 200 jours pour le voyage retour (donc 400 jours dans l'espace profond ("deep space"). C'est un scénario classique de conjonction. Ensuite, les 2 paramètres fondamentaux sont l'activité solaire "min" pour minimum ou "max" pour maximum (voir chapitre suivant pour ce que cela signifie). "Aug 72" fait référence à une éruption solaire qui a eu lieu en 1972 et dont les propriétés sont bien connues. On suppose donc qu'une éruption solaire équivalente a lieu lors de l'activité solaire maximum. Ensuite, le paramètre suivant indique l'importance de la protection. Prenons un exemple simple. Si la protection consiste en une épaisseur d'eau de 20 cm, elle vaut 20 g/cm2. Si la protection consiste en une épaisseur de cloison de 10 cm dont la masse volumique est de 2 g/cm3, cela vaut encore 20 g/cm2 (10x2). La colonne "% Fatal Risk" exprime le pourcentage des personnes qui mourraient d'un cancer ou d'une maladie grave dont la cause serait l'exposition aux radiations du voyage martien. Entendons-nous bien, cette mort ne serait pas immédiate. C'est un peu comme pour les fumeurs qui ne meurent jamais d'une cigatte en particulier, mais de l'effet long terme de la détérioration de certains tissus cellulaires, qui ne remplissent plus correctement leur rôle vital. Entre crochets figure l'intervalle des valeurs possibles pour ce pourcentage compte tenu des incertitudes, avec un indice de confiance de 95%. Sur Terre, le risque maximal autorisé est de 3% avec le même indice de confiance. Enfin, la dernière colonne indique l'exposition en millisiverts. On peut noter que ces valeurs sont du même ordre que celles de 1995.

4. Activité solaire

Qu'est-ce que l'activité solaire maximum et minimum ? L'activité solaire est très irrégulière mais suit néanmoins un cycle régulier d'environ 11 ans. Comme on peut le voir ci-dessous, le dernier pic était à peu près en 2000. En 2009, il y a avait une activité minimum mais en 2011, l'activité a subitement repris et les spécialistes attendent un maximum pour 2012. En période d'activité solaire, les éruptions sont beaucoup plus fréquentes et des flux de protons sont éjectés dans tout le système solaire. Ces éjections sont relativement directionnelles, ce qui fait que leur impact sur la Terre ou sur un vaisseau spatial dépend fortement des conditions initiales de l'éruption. En général, il est possible de prédire l'arrivée de ce "vent solaire" en observant le soleil au télescope. Les éruptions sont en effet gigantesques et on perçoit nettement les panaches qui dépassent de la couronne solaire.

5. Impact des radiations

Examinons la littérature concernant l'épidémiologie et les effets cliniques des radiations (synthèse effectuée à partir de ce site ). Il faut distinguer les irradiations soudaines des irradiations longues à faible dose. On utilise également 2 types d'unité, le Gray et le Sievert qui sont homogènes mais pas tout à fait équivalentes. Voir à ce sujet l'excellent article de Wikipédia. Pour faire simple, on utilise généralement le Gray pour des expositions courtes et intenses et le Sievert pour des expositions longues et faibles.

6. Solutions et contre-mesures

Il est théoriquement possible de créer un champ magnétique puissant et constant. Les radiations étant essentiellement constituées d'ions chargés positivement, le champ les dévierait. Cette solution reste toutefois difficile à mettre en oeuvre car pour produire ce champ, il faudrait une grande quantité d'énergie et donc une grande pénalité de masse.

Dans le rapport de référence de la NASA, une liste de solutions est proposée :

Rappelons également qu'il y a eu ces dernières années de nombreuses avancées concernant la lutte contre le cancer. Les remèdes sont d'autant plus efficaces que la détection est précoce. Un suivi médical adapté aux astronautes faciliterait la précocité de la détection et augmenterait ainsi la probabilité de guérison.

Conclusion

Selon les données actuelles, il est possible que les doses reçues lors d'un voyage aller-retour vers Mars soient supérieures à ce qui est aujourd'hui admissible. Toutefois, les limites imposées sur Terre sont extrêmement strictes. Si l'exposition spatiale est à la limite de l'admissibilité, les risques sont très faibles. Si les estimations sont correctes et que le vaisseau est aménagé pour la circonstance, les doses reçues conduiraient à un risque de développer un cancer fatal inférieur à 5% et qui ne surviendrait que 10 à 15 ans plus tard, alors que les astronautes seraient sur Terre et pourraient être suivis de près médicalement. De tels risques sont-ils éthiquement inacceptables ? S'il y avait un appel à volontaires pour un tel voyage avec une information complète et sans ambiguïté des risques, y aurait-il des difficultés à trouver des candidats ? Assurément non. Soyons donc pragmatiques, les radiations ne sont pas assez fortes pour nous dissuader de tenter les voyages vers Mars !

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