Décembre 2003

Pendant les phases interplanétaires de la mission martienne, les rayons cosmiques vont soumettre les astronautes à un flux de rayonnements ionisants environ 2,5 fois supérieur à celui qu'ils reçoivent dans la Station Spatiale Internationale (sur Mars, ce niveau relativement important sera réduit d'un facteur estimé à 4 ou 5, du fait de la présence du sol et de l'atmosphère).

S'il est relativement facile de se protéger des " tempêtes " solaires, peu fréquentes, de faible durée (heures) et dont les particules ont une énergie relativement limitée (dizaines, centaines de MeV maximum), il en va autrement des rayons cosmiques, dont le flux continu de particules hautement énergétiques (milliers de MeV, exceptionnellement jusqu'à 20 000 MeV) est beaucoup plus difficile à arrêter. Un simple écran métallique, comme la paroi du vaisseau par exemple, n'est pas efficace. En effet, les particules cosmiques, en frappant les noyaux du matériau, peuvent décomposer ces derniers et créer une cascade de particules secondaires néfastes ! En réalité, le matériau-roi, le plus efficace pour une masse donnée par unité de surface d'écran, c'est l'hydrogène. Pourquoi ? Parce que son noyau, particulièrement léger, est constitué d'une seule particule, un proton, qui ne peut donc se décomposer.

Dans ce projet utilisant le moteur à plasma d'hydrogène VASIMR, les réservoirs d'hydrogène sont disposés autour du vaisseau : un excellent écran (sauf, il est vrai, en fin de mission, quand ils sont presque vides !) (doc. NASA)		Dose (rapportée à un an) pour un voyage de 6 mois derrière différents matériaux, pour des conditions d'activité solaire extrêmes (l'activité maximale est la plus favorable, car alors l'héliosphère dévie plus efficacement les ions cosmiques) (doc. NASA)

C'est pourquoi les recherches sur les matériaux de protection anti-radiations sont orientées vers tout ce qui contient beaucoup d'hydrogène. L'hydrogène lui-même, bien sûr, les réservoirs d'hydrogène liquide constituant des écrans idéals ; l'eau (deux atomes d'hydrogène pour un atome d'oxygène), très intéressante également ; le polyéthylène (CH₂)_n , la meilleure matière plastique pour cet emploi et, plus généralement, toute matière organique : vivres, déchets biologiques… On a calculé qu'une épaisseur de 30 cm d'eau permettait de diviser la dose reçue au cours du voyage interplanétaire par deux. C'est bien, mais le problème, c'est que cela correspond à 300 kg d'eau par m² de paroi ; s'il fallait couvrir les 200 m² de l'enveloppe du module d'habitation, cela ferait 60 tonnes d'eau : beaucoup trop lourd, et supérieur aux besoins en eau de l'équipage, même pour une mission de 900 jours (car on aura un taux de recyclage de 90 à 95 %). La seule chose raisonnablement envisageable est de capitonner de réserves d'eau les endroits où séjourneront le plus les astronautes (couchettes, lieu de réunion et de repas).

Mais la technologie n'a pas dit son dernier mot ! Des chercheurs du Centre National de Science et Technologie Spatiale et du Marshall Space Flight Center de la NASA (à Huntsville) travaillent en effet sur un matériau original très prometteur. L'idée est de le charger au maximum en hydrogène, tout en pouvant l'utiliser dans une autre fonction, par exemple comme paroi de vaisseau, c'est-à-dire de ne pas en faire un poids mort. Le matériau en expérimentation est composé de plusieurs couches de polyéthylène fortement chargées en hydrogène. Il s'avère à la fois flexible et suffisamment résistant pour être utilisé dans la construction de vaisseaux ou de modules de stations. Autre avantage : il procure aussi une protection contre les micrométéorites. Il reste néanmoins beaucoup de travail à accomplir pour l'améliorer et le caractériser, en particulier pour mesurer les effets protecteurs effectifs sur les organismes vivants. C'est ce qui va être entrepris dans les prochaines années, à Huntsville, mais aussi au laboratoire de Brookhaven, où existent des générateurs de particules.

A noter les travaux sur un autre matériau, les nanofibres de carbone chargées en hydrogène. Ce type de matériau, initialement étudié pour le stockage de ce gaz, utilisé dans les piles à combustible par exemple, est maintenant examiné comme écran anti-radiations.

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