Exercices physiques dans l'espace

Toujours dans le but de diminuer l’atrophie musculaire dans l’espace, l’ESA a réalisé une expérience pour observer l’évolution des muscles des spationautes lors de missions longues durée dans l’ISS.

Ils ont réalisé une multitude de mesures sur des spationautes effectuant des programmes d’entraînements différents, pour voir lequel serait le plus efficace pour conserver un maximum de masse maigre. Cette expérience consiste à augmenter/diminuer le ratio d’un certain exercice (tapis de course, abdos etc…) au sein d’un programme d’entraînement, ainsi qu’à augmenter/diminuer le temps total du programme.

Successivement dans l'ordre : un tapis de course, un ergocycle, puis squats et développé-couchés avec ARED (sources des photos : www.ladepeche.fr, www.alamyimages.fr et www.esa.int)

Ayant introduit un appareil d'exercice résistif avancé (ARED) à bord de l’ISS en 2009, la contribution relative des exercices résistifs au temps total d’entraînement pendant le voyage a augmenté (de 33 à 46%), alors que le temps de tapis de course a diminué (de 42 à 33%) ainsi que le temps d’ergocycle de 26 à 20% (l’ergocycle est destiné à apprécier la puissance aérobie maximale de l'organisme, c'est-à-dire celle qui est fondée sur la capacité maximale de l'organisme à prélever, au niveau des poumons, l'oxygène qui est ensuite transporté par la circulation jusqu'aux muscles actifs).

Les 8 membres ESA participant à l’expérience ont augmenté leur temps total d’entraînement pendant le vol au profit des exercices de résistance musculaire et au détriment du tapis de course, alors que le temps d’ergocycle n’a pas changé.

Après analyse des résultats, l’ESA a pu constater que lors d’un vol spatial, augmenter le temps d'entraînement ne permet pas de diminuer l’atrophie musculaire. En effet, en commençant avec des exercices qui vont de 50 à 60% de la capacité physique totale de l’individu (le temps qu’il s’habitue à la microgravité) puis en les augmentant peu à peu, ils ont observé que les capacités physiques pendant le vol augmentaient au cours des 6 mois, jusqu'à 80% de la capacité totale du spationaute. À partir de ce seuil de 80%, aucune amélioration n’est possible : augmenter le temps total d'entraînement (en gardant le même t=0 pour débuter les exercices, c’est-à-dire tôt après être arrivé dans l’ISS pour permettre une adaptation aux exercices en microgravité plus rapide) ne permettra pas de diminuer l’atrophie musculaire subie par les spationautes, car leur entraînement actuel leur permet déjà d’atteindre ce maximum de 80% de leurs capacités physiques.

De plus, l’irrégularité du matériel et surtout les effets dans le temps qui sont différents selon les individus, limitent la comparaison des résultats entre différents spationautes. Des recherches pour optimiser leur entraînement physique pendant un vol sont toujours en cours. Affaire à suivre...

Caractéristiques physiques des astronautes partis en voyage longue durée à bord de l'ISS. Âge moyen de sélection : 36 ans. Âge moyen lors de la première mission spatiale : 40 ans. Âge moyen lors du séjour dans l'ISS : 45 ans. Temps de latence moyen entre la sélection et la mission dans l'ISS : 7 ans. Taille moyenne des astronautes : 1,80m. Poids moyen des astronautes : 80,5kg. Durée moyenne du séjour dans l'ISS : 163 jours. Temps moyen passé dans l'espace dans toute leur carrière : 191 jours.

Les trois phases communes aux entraînements personnalisés des astronautes lors d'un voyage longue durée à bord de l'ISS. Phase 1 : phase d'adaptation, les astronautes se familiarisent avec les différents exercices en micropesanteur (dure du premier à environ 20 jours). Phase 2 : phase de maintien, adaptation physiologique à la micropesanteur (dure entre 130 et 150 jours). Phase 3 : phase de préparation au retour sur Terre et aux différentes situations possibles lors de l'aterrissage (les derniers 15/30 jours avant la fin de la mission).

Programme d'entraînement classique et adaptable selon l'inidividu, lors d'un voyage longue durée à bord de l'ISS. Exercices résistifs : charge variable, de 6 à 15 répétitions avec 3 à 5 pauses ; augmentation de la difficulté de 3 à 5% par semaine ; phase 1, les astronautes débutent à 50/60% de leur capacités totales ; phase 2, augmentation progressive basée sur les résultats de la phase 1 ; phase 3, maintien de la charge maximale supportée par l'individu. Tapis roulant (treadmill) et ergocycle : en continu ou en intervalles réguliers ; alternance journalière des charges, entre 60%, 75% et 85% des capacités totales de l'individu ; phase 1, charge à 60%, les astronautes augmentent peu à peu la charge selon leur ressentis ; phase 2, augmentation personnelle de la charge, de la vitesse, et du temps de course ; phase 3, augmentation de la charge si possible ; vitesse entre 0 et 5km/h pour le tapis roulant.

Les différentes mesures réalisées par l'ESA sur les astronautes lors d'un voyage longue durée à bord de l'ISS : taille, poids, composition biomoléculaire du corps, flexibilité, stabilité posturale, force de poigne, puissance et force des muscles, force des principaux muscles, endurance cardiaque, capacité cardiovasculaire, capacité respiratoire (par spirométrie)

La phase 2 correspond à la phase principale de l'entraînement physique. La phase 3 correspond à la phase de préparation au retour sur Terre. Le graphique de gauche montre l'augmentation de la tension exercée sur la ceinture de l'astronaute lorsque celui-ci s'entraîne au tapis roulant (l'astronaute exerce plus de force lorsqu'il court). Le graphe de droite montre l'augmentation de leur vitesse de course.

Graphique montrant l'augmentation de la charge de travail sur l'ergocycle entre la phase principale (2) et la phase de préparation au retour sur Terre (3) : les astronautes ont augmenté leur puissance aérobie.

Graphique montrant l'augmentation du temps passé à faire des exercices de type résistifs après la mise en place de l'appareil ARED à bord de l'ISS

Graphiques montrant l'augmentation de la charge utilisée par les astronautes sur différents types d'excercices : squat, montée de talons (heel raise), saut (deadlift), développé-couché (bench press)