Guillaume Néry, en costume de plongeur, expérimente l'apesanteur dans l'Airbus 0G de Novespace, avant de jouer au cobaye pour expérimenter la différence entre les effets de l'immersion et ceux de l'absence de gravité. © Alexis Rosenfeld

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Les scaphandres spatiaux du futur s’inventent aujourd’hui

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En avril 2017 se terminait la deuxième phase d'une étrange expérience dans l'Airbus A310 dit « Zéro G ». Conduite par des spécialistes de l'étude du contrôle des mouvements de l'Homme, elle vise à optimiser les essais en piscine des tenues spatiales qui, un jour, serviront à explorer la Lune, Mars ou des astéroïdes. Plongez dans cette histoire, passionnante, avec un apnéiste, un astronaute, un ancien plongeur et le responsable scientifique. Attachez vos ceintures...

  • L’expérience Simexplor vise à valider les essais en immersion pour des études sur des tenues à utiliser en milieu spatial.
  • L’expérience Flexmove, elle aussi dans l’avion 0 G de Novespace, a affiné les résultats pour les gestes « imprévus ».
  • Historiquement, ces travaux français poursuivent des projets menés depuis 30 ans et le début du programme Hermès, abandonné.
  • Les tenues que porteront les astronautes en missions longues et lointaines diffèreront de celles utilisées aujourd’hui pour les sorties dans l’espace autour de l’ISS.

Le champion d'apnée Guillaume Néry, en 0 G pour la science spatiale  Guillaume Néry, champion de plongée en apnée, se prête à une expérience dans l'Airbus A310 de Novespace qui effectue des paraboles simulant l'absence de gravité (« 0 G »). Le but est d'étudier comment reproduire au mieux la gestualité en apesanteur (on le voit toucher une cible du bout du doigt), en particulier en comparant avec les résultats obtenus en piscine, mode d'entraînement classique des astronautes. Ces études permettront ensuite de perfectionner les scaphandres utilisés aujourd'hui sur la Station spatiale et, demain, lors de longs voyages vers la Lune, Mars ou un astéroïde. 

Article publié le 9 mai 2017

Cette vidéo a été filmée par Alexis Rosenfeld, qui a pour métier, et pour vocation, d'être « photographe sous-marin » (voir ses pages Facebook et Instagram), et dont Futura présentera d'autres aventures océaniques dans les mois à venir. L'homme vêtu de bleu qui tente d'appuyer du doigt sur un petit panneau coloré est Guillaume Néry, champion du monde de plongée en apnée. Et tout cela se passe dans l'Airbus A310 de Novespace, dédié aux « vols 0 G ». De quoi s'agit-il ? C'est l'une des phases d'un travail expérimental qui dure depuis plusieurs décennies, visant à améliorer les tenues spatiales. Une longue histoire.

On peut la faire commencer dans les années 1980 quand le Cnes, puis l'Agence spatiale européenne (ESA), se sont lancés dans le programme de navette spatiale Hermès. Les essais de scaphandre commencent avec un modèle russe et en milieu aquatique. « Cela permettait, avec peu de moyens, de s'entraîner aux EVA [sorties dans l'espace, NDLR] » se souvient aujourd'hui l'astronaute de l'ESA Jean-François Clervoy, devenu aussi président de Novespace. Avec l'aide de Dassault et de la Comex du regretté Henri-Germain Delauze, ce scaphandre d'essai et d'entraînement, baptisé Gandolfi, effectuera plusieurs plongées à partir de 1988.

Un essai en piscine du scaphandre de test Gandolfi, en 1988. Jean-François Clervoy, à droite, reproduit un travail dans l’espace. Il baigne dans l’eau, en tenue de plongée, et respire dans un détendeur. Cette situation simule mieux les effets de l’apesanteur sur la réorganisation sensorimotrice des mouvements. En revanche, pour l’entraînement à une EVA et la répétition des gestes, un scaphandre semblable à celui utilisé dans l’espace est préférable. © Alain Tocco

Les scaphandres en piscine : bons pour l’entraînement mais mauvais pour la recherche

Des astronautes s'y succéderont, comme Jean-François Clervoy, Jean-Pierre Haignéré et Michel Tognini, sous l'eau mais aussi dans la Caravelle 0 G, qui a précédé l'Airbus A300 et l'actuel Airbus A310« Une idée géniale est le fait qu'il n'est pas étanche, nous explique le premier. Le corps flotte donc à l'intérieur, comme dans l'espace. » Une qualité qui, aujourd'hui, manque encore aux essais en piscine, comme nous allons le voir. « Actuellement, pour simuler une EVA, il n'est plus question de mettre l'astronaute lui-même dans l'eau. Il s'agit de reproduire l'encombrement du scaphandre, le champ de vision, les limitations de liberté de mouvement... »

Ces conditions sont idéales pour s'entraîner en piscine, de nombreuses fois, aux opérations qui seront à exécuter dans l'espace, à l'extérieur de la Station spatiale internationale. Mais pour imaginer des modèles de scaphandres plus efficaces, cela ne suffit pas. « En immersion, le corps est plaqué au fond du scaphandre. Les contraintes sont très différentes. » L'homme qui parle ainsi est Lionel Bringoux, de l'Institut des Sciences du Mouvement Étienne-Jules Marey (Aix-Marseille Université et CNRS). Son équipe s'est mise au service du Cnes pour les expériences « Simexplor », qui devaient valider les essais en piscine avec Gandolfi 2, deuxième du nom, assez différent et lui aussi mis au point à la Comex par l'équipe de Peter Weiss, lancée dans le projet Moonwalk. Comme le premier, ce modèle bis comporte un « exosquelette » réglable pour ajuster les efforts sur les quatre membres.

Le scaphandre Gandolfi 2, de la Comex, à l’essai pour le programme Moonwalk. Ce n’est pas un prototype de tenue d’explorateur de la Lune ou de Mars mais un appareil pour expérimenter les solutions possibles, avec un exosquelette à contraintes réglables, qui peut être utilisé sur la terre ferme ou en piscine. © Comex

Les essais en apesanteur indispensables

Ces spécialistes marseillais du mouvement ont étudié très finement comment les gestes se modifient, consciemment ou non, lorsque la personne passe en « 0 G », c'est-à-dire en apesanteur. Le cerveau est à la manœuvre et parvient à s'adapter, mais, finalement, on ne sait pas trop comment. Alors l'équipe de Lionel Bringoux a fait appel à des cobayes, dont des plongeurs et même le champion du monde d'apnée, multirécidiviste, Guillaume Néry (voir sa page Facebook). « Il est très habitué à la flottabilité neutre et l'intérêt pour nous était qu'il pouvait faire la différence avec les sensations en immersion, où il y a tout de même un appui, et verbaliser ses impressions. »

Les expériences, vues de loin, ne sont pas impressionnantes : le cobaye doit pointer une cible avec le doigt. Un enfant de deux ans pourrait y parvenir. Mais les multiples mesures, avec des caméras filmant à 200 images par seconde, ont permis à l'équipe de comprendre la réorganisation sensorimotrice mise en place par le cerveau pour s'adapter. Les chercheurs observent par exemple un allongement de la phase de décélération à la fin du mouvement.

L’apnéiste Guillaume Néry dans l’Airbus A310 de Novespace, en octobre 2016, pour des expériences de pointage lors de l’étude Simexplor, sous l’œil de Lionel Bringoux, responsable scientifique (à droite). Au passage, on reconnaît, à gauche en combinaison orange, le docteur Frank Lehot, médecin de bord, et auteur, pour Futura, d’un dossier sur le tourisme suborbital. © Alexis Rosenfeld

Flexmove, pour apprendre à gérer l’imprévu

« Cette expérience a été pour moi un choc bouleversant, témoigne Guillaume Néry. Je pensais qu'en tant que plongeur, je connaissais ces sensations. Mais non ! C'est un autre rapport au corps, absolument incroyable. Quand on se laisse flotter, on a l'impression que le corps disparaît. » Par exemple, les impulsions sont trop fortes, explique-t-il, car le bras n'a plus de poids.

Il a toutefois le sentiment que son expérience de plongeur lui a servi. Malgré la résistance de l'eau, l'absence apparente de pesanteur reproduit plutôt bien la microgravité, estime l'apnéiste. L'équipe de Lionel Bringoux est allée plus loin avec l'étude suivante, Flexmove, réalisée en avril 2017, et dont l'analyse des résultats ne fait que commencer.

On a l’impression que le corps disparaît

Toujours rien de spectaculaire : l'expérience est similaire mais, cette fois, la cible visée par le doigt (un point lumineux) n'est pas toujours fixe. Parfois, elle se déplace inopinément, sans anticipation possible de la part du cobaye. Le sujet devait donc, alors qu'il tendait le doigt vers la cible, modifier son geste pour aller la toucher. Neuf personnes se sont succédé, dont Jean-François Clervoy. « Il était pour nous un standard d'adaptation, pour une sorte de calibration du test » explique Lionel Bringoux. Quels enseignements tirer d'une telle expérience, qui se penche sur un geste durant quelques fractions de seconde et qui semble si naturel ?

Le 4 avril 2017, dans l’Airbus 0G de Novespace, Jean-François Clervoy joue le rôle du cobaye pour l’étude Flexmove dirigée par Lionel Bringoux, à gauche sur l’image. Durant la parabole qui reproduit l’apesanteur, l’astronaute doit pointer du doigt une cible qui, parfois, sans anticipation possible, va bouger alors que le mouvement du bras est déjà initié. © Lionel Bringoux

« Il s'agit de comprendre comment s'adapte le contrôle moteur, en deçà de la conscience. Quand vous montez sur un tapis roulant, votre corps change légèrement de posture. C'est tout à fait inconscient. Vous n'y réfléchissez pas. » Les astronautes, quand ils répètent une tâche à accomplir lors d'une sortie dans l’espace, exécutent toujours les mêmes gestes. Tout est minutieusement programmé, jusqu'au nombre de tours pour dévisser un écrou. Mais comment se préparer à gérer l'imprévu, quand un outil s'échappe ou quand un boulon résiste ? Faut-il un entraînement spécifique pour faire face à ces situations ? Quelles caractéristiques doivent avoir le gant ou le vêtement pour faciliter au mieux le travail de l'astronaute ?

Ces questions intéressent aussi la médecine. « L'adaptation des astronautes à leur environnement est un sujet instructif pour les études sur la rééducation, après un AVC ou un traumatisme grave » conclut Lionel Bringoux. Comme souvent, les recherches sur la vie des humains dans l'espace promettent des usages bien terrestres...