Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d’émission ou de transmission d’énergie impliquant une particule porteuse.
Le problème majeur que l’on retrouve lors des missions spatiales est l’exposition à des rayonnements très dangereux. Ils peuvent être corpusculaires (composés d’électrons, de protons et de noyaux lourds), ou photoniques (comme les rayons gamma, X, ultraviolets, visibles ou radio). Les sources principales de ses radiations sont les ceintures de Van Allen, entourant la Terre, du Soleil et des rayons cosmiques. Ces rayonnements sont la source de risques : lésions, cataractes ou encore mutations (qui peuvent générer des cancers ou un raccourcissement de la durée de vie de l’individu irradié).
• Les ceintures de Van Allen
Les ceintures de Van Allen sont deux zones entourant l’équateur magnétique de la Terre. Elles contiennent des particules énergétiques, en grande densité. Ces deux zones sont la ceinture interne, située entre 700 et 10000 kilomètres d’altitude, et la ceinture extérieure, qui s’étend de 13000 à 65000 kilomètres. La première est constituée de protons à haute énergie, qui proviennent du vent solaire, et la seconde d’électrons également à haute énergie. Ces ceintures, très dangereuses pour l'Homme, doivent pourtant être traversées afin de quitter la magnétosphère et aller dans l'espace. Or, une exposition même de courte durée aux parties très intenses de ces zones est fatale. Pour éviter cela, la combinaison des astronautes ainsi que le vaisseau spatial sont protégés par un blindage, et un calcul de la trajectoire permet de minimiser le temps d’exposition. Cependant, l’équipage subit leur radiations (en plus faible quantité) même après les avoir franchit.
Les rayonnements cosmiques
Les radiations, ou rayonnements cosmiques, sont composées de particules (85% de protons, 11% de noyaux d’Hélium, ainsi que d’autres atomes lourds) et d’ondes : les radiations cosmiques (rayons alpha et beta) et les radiations solaires (rayons gamma et X). En effet, les radiations cosmiques sont constituées de particules chargées (protons et électrons) et de noyaux d’Hélium, ainsi qu’une infime partie d’antimatière (positons), issues des radioactivités alpha et beta. Possédant un faible pouvoir pénétrant, ces radiations sont peu nocives. Les radiations solaires sont au contraire beaucoup plus dangereuses, car plus énergétiques. Elles sont beaucoup plus pénétrantes, et l’exposition des astronautes à ces rayons est donc inévitable. Elles sont plus rares également, ne se produisant environ qu’une fois par an (vent solaire). Les radiations sont dites ionisantes, produisant des ions par modifications du nombre d’électrons d’un atome ou même par division d’une molécule. Ainsi, elles peuvent modifier des constituants des cellules en pénétrant l’organisme, et même modifier l’ADN, support de l’information génétique, ce qui entraîne des mutations ou bien la mort de cellules. Le taux de radiations absorbées par le corps se mesure en Sievert, noté Sv. Dans le système international d’unité, on l’exprime :
La santé des personnes sur Terre ou des astronautes en orbite n’est pas menacée, protégée par le champ magnétique terrestre : en effet, l'ISS est à 350km environ de la Terre, donc en dessous des ceintures de Van Allen, qui s'étendent de 700km à 65000km d'altitude.
La dose annuelle moyenne reçue en France est d’environ 2,4 mSv par personne. Le rayonnement terrestre provient également de la radioactivité des roches et de particules issues de l’interaction entre les radiations et la matière. Un spationaute s’expose continuellement et fortement aux radiations cosmiques, et reçoit une dose d’environ 0,3 mSv par jour, soit l’équivalent de trois radiographies. Ainsi, il reçoit une dose de 109,5 mSv par an, soit quasiment quarante six fois plus grande que celle d’un Français. Cette dose reste faible, et on ne distingue pas encore de troubles réels de santé. Mais elle varie en fonction de l’éloignement à la Terre, comme le montre le graphique suivant :
En effet, la magnétosphère nous protège de ce rayonnement cosmique. Plus les astronautes s’en éloignent, plus l’exposition est élevée. Le graphique met en avant cette augmentation de la dose de rayons reçue, notamment entre la zone proche de la Terre (et même en orbite basse) et l’espace interstellaire. Les risques sur leur santé sont également accrus, et ils se retrouvent confrontés à certains dérèglements de l’organisme, qui sont vraiment dangereux pour les spationautes.
Attention ! Éruption solaire en l’approche
Les radiations cosmiques sont émises en continu. Le corps est toujours soumis à ces rayons, et les risques sont toujours bien présents, même si l’on ne sait pas réellement quel est leur niveau de dangerosité. Au contraire, les éruptions solaires sont des événements ponctuels, et beaucoup plus dangereux. Elles sont beaucoup plus pénétrantes, et s’en protéger est particulièrement difficile.
Une éruption solaire est une projection soudaine d’énergie à la surface du Soleil, pendant plusieurs minutes, voire même plusieurs dizaines de minutes. Cette énergie libérée est composée d’ondes électromagnétiques, allant des ondes radios aux rayons gamma, comprenant les rayons X, ainsi que de particules énergétiques (en particulier de protons, mais aussi d’électrons, ainsi que des ions).
Vue d'une éruption solaire
En quelques heures, ce « bombardement » d’énergie extrêmement dangereux peut provoquer la mort des astronautes, s’ils ne se protègent pas. Mais cet événement occasionnel peut être détecté, et les astronautes doivent être prévenus. Ils peuvent alors se mettre en sûreté dans une des zones mieux protégées de la navette, et limiter l’irradiation. Ainsi, si l’Homme décide d’aller vivre dans l’espace, il devra se méfier de ces éruptions solaires, et s’équiper de télescopes X, afin d’observer le Soleil, ainsi que de satellites, pour se préparer à un tel événement.
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