Par Clara Laforet^1,2

¹École Nationale Supérieure de Cognitique, Bordeaux INP

²LUNEX EuroMoonMars

1. Artemis III

Artemis III, prévu au plus tôt pour septembre 2026, marquera le retour des humains sur la Lune, plus de cinquante ans après la dernière mission habitée. Pendant cette mission d’environ 30 jours, les astronautes voyageront jusqu’à l’orbite lunaire, où deux membres de l’équipage – la première femme et le premier homme de couleur – descendront sur la surface de la Lune. Ils passeront environ 6,5 jours à proximité du Pôle Sud avant de remonter en orbite pour retrouver leurs coéquipiers et entamer leur voyage de retour vers la Terre [1].

Cette mission a pour ambition de renforcer notre compréhension scientifique de l’environnement lunaire tout en posant les bases d’une présence humaine durable sur la Lune d’ici la fin de la décennie. Pour cela, des bases lunaires seront installées sur le Pôle Sud, un endroit particulièrement intéressant pour l’exploration en raison de la présence potentielle d’eau sous forme de glace dans les cratères ombragés [1]. Ces bases serviront à tester et à développer des technologies pour des missions humaines futures, non seulement sur la Lune, mais aussi pour des missions vers Mars.

2. Missions d’astronautes analogues

Étant donné que les missions spatiales coûtent très cher, les agences spatiales les préparent soigneusement sur Terre, notamment dans des répliques d’environnements lunaires ou martiens. Pour ce faire, elles font appel à des volontaires prêts à s’isoler pendant de longs mois, dans des conditions proches de celles qu’affronteront les astronautes lors de missions réelles. Ces simulations, appelées missions analogues, visent à reproduire les défis de l’exploration spatiale pour mieux les anticiper et garantir le succès des futures missions sur la Lune ou sur Mars.

Ces missions analogues se déroulent dans des lieux choisis pour leur ressemblance avec les environnements lunaires ou martiens, tels que des déserts arides, des régions volcaniques, des grottes profondes ou des habitats artificiels isolés. Un exemple notable est la Mars Desert Research Station (MDRS), située dans le désert de l’Utah, qui est détenue et exploitée par la Mars Society [2]. Cet environnement, reproduisant les conditions de la planète Mars, permet aux chercheurs et volontaires de tester des protocoles scientifiques dans un milieu hostile.

Certaines missions analogues vont encore plus loin en simulant des bases lunaires totalement fermées, où les participants vivent dans un habitat sans fenêtre, coupés de tout contact visuel avec l’extérieur. Contrairement aux simulations menées dans des environnements naturels rappelant la Lune ou Mars, ces missions se concentrent sur les effets psychologiques et comportementaux de l’isolement complet, ainsi que sur la gestion des ressources et des activités dans un espace entièrement confiné.

3. 4Artemis3

3.1 Introduction

La société Analog Astronaut Training Center (AATC) géré par Agata Kołodziejczyk à Cracovie, en Pologne, détient l’un de ses habitats artificiels conçus pour simuler les conditions d’une base lunaire ou martienne, offrant un environnement complètement isolé et dépourvu de fenêtres [3].

Chaque année, LUNEX EuroMoonMars dirigé par Bernard Foing, organise des missions analogues en collaboration avec l’AATC [2]. En mai 2024, la 20^ème campagne (EMMPOL20, pour EuroMoonMars POLand 20), intitulée 4Artemis3 s’inscrit dans les préparatifs pour Artemis III [4, 5]. Le nom « 4Artemis3 » repose sur un jeu de mots : le chiffre « 4 » (phonétiquement « for » en anglais) souligne son rôle de mission préparatoire pour Artemis III.

Durant cette simulation, une femme et un homme ont été isolés dans l’habitat lunaire analogue de l’AATC recréant les conditions d’Artemis III où deux astronautes descendront sur la surface de la Lune. En parallèle, deux autres membres jouaient le rôle des astronautes restés en orbite, opérant depuis le centre de contrôle de l’AATC [4, 5]. Ce centre simulait l’orbite rétrograde lunaire, où l’équipage restant à bord de l’Orion accompagnera à distance les opérations sur la surface [1].

3.2 Présentation de l’équipage

L’équipage de la mission 4Artemis3 était composé de deux membres, chacun assumant des rôles bien précis pour le succès de la mission (voir figure 1). Clara Laforet, la Commandante et Officier des Données supervisait les objectifs de la mission, assurait le suivi des expériences et garantissait la qualité des données collectées. Matthew Harvey, l’Officier des Communications et Médecin assurait la liaison avec le Centre de Contrôle de Mission et surveillait la santé de l’équipage, intervenant en cas de besoin médical. Tout au long de la mission, l’équipage portait une montre connectée et un capteur électrocardiographique (ECG) placé sous la poitrine pour surveiller en continu leurs données physiologiques.

3.3 Description de l’habitat

Pendant sept jours, l’équipage de la mission 4Artemis3 a été confiné dans un habitat de 52,7 m², sans fenêtres, composé de six modules distincts : une chambre (16,2 m²) avec trois lits superposés, un géolab (12,8 m²) conçu pour réaliser diverses expériences, une salle de sport (4 m²) composée d’un tapis de course, d’un vélo d’appartement, de poids …, une pièce principale (15,3 m²) servant à la fois de cuisine et de laboratoire, des toilettes (2 m²) et un abri (2,2 m²) offrant un espace sécurisé en cas d’urgence. L’équipage type étant généralement composé de six astronautes analogues, l’espace pour deux personnes était donc confortable.

Des systèmes de ventilation installés dans l’habitat assuraient une circulation d’air adéquate pour maintenir un environnement sain pour l’équipage.

3.4 Déroulement d’une journée

Lors de la mission, l’équipage ne disposait pas de l’heure terrestre. Les journées étaient organisées en cycles horaires de H0, l’heure du lever à H16, l’heure du coucher.

H0 était consacrée au réveil et aux tests matinaux. Lors de ces tests, les membres de l’équipage remplissaient des fiches de données en y inscrivant les informations de sommeil obtenues via la montre connectée, ainsi que les résultats des tests de bio-impédance. Des tests de temps de réaction et de perception du temps étaient également effectués. Des tests urinaires étaient réalisés tous les trois jours le matin pour vérifier la bonne santé de l’équipage.

Le petit-déjeuner avait lieu à H1 selon un régime spécifique (classique, végétarien ou sans gluten, comme c’était le cas pour l’équipage). Chaque calorie consommée pendant les repas, ainsi que le volume de liquides ingérés était enregistré sur la fiche de données. L’équipage mesurait et enregistrait également l’utilisation de l’eau, répartie en différentes catégories : eau verte (aquaponie), eau grise (technique et hygiénique), eau jaune (urine) et eau brune (selles).

À H2, l’équipage tenait un briefing avec le centre de contrôle pour communiquer leurs ressentis et discuter du programme de la journée.

Entre H3 et H7, l’équipage disposait de temps libre pour mener des expériences personnelles ou collectives avec une heure dédiée à l’exercice physique en salle de sport, programmée à des moments différents pour chaque membre de l’équipage : course sur tapis, vélo d’appartement, musculation et yoga.

Les métriques corporelles comme la température, le rythme cardiaque et la fréquence respiratoire étaient enregistrées avant et après les séances d’entraînement, avec des données sur la durée de l’exercice, la distance parcourue et les calories brûlées. En l’absence de douche, l’équipage utilisait des lingettes pour l’hygiène quotidienne.

Le déjeuner était prévu à H8, suivi de nouveau de temps libre pour des expériences entre H9 et H11. Le dîner avait lieu à H12.

À H13, l’équipage rédigeait un rapport quotidien résumant les activités réalisées et listant la consommation alimentaire du jour (boisson comprise). Après cela, l’équipage faisait un debriefing avec le centre de contrôle.

H14 était réservée aux expériences supplémentaires et H15 aux interactions sociales entre membres de l’équipage. H16 était consacrée aux tests du soir, similaires à ceux du matin, avant de démarrer la phase de sommeil.

Toutes les deux heures, les membres de l’équipage devaient enregistrer leur température, leur poids, leur fréquence respiratoire et décrire leur humeur.

Par ailleurs, tous les appels effectués, les médicaments pris et les problèmes rencontrés dans l’habitat durant la journée devaient être consignés sur la fiche de données.

Afin de simuler les effets d’une tempête solaire qui surviendrait pendant une mission, l’équipage a connu une période de panne électrique où il a été plongé dans l’obscurité totale pendant trois jours. Cet événement imprévu a nécessité des ajustements importants à sa routine car l’absence de lumière a affecté non seulement sa capacité à réaliser certaines activités quotidiennes (expérimentations, exercices physiques…) mais aussi son équilibre psychologique.

3.5 Expériences scientifiques

Pendant la mission, plusieurs expériences ont été réalisées, à la fois individuelles et collectives, afin d’évaluer le bien-être mental et physique de l’équipage [4, 5].

Expérience psychologique et physiologique

Le bien-être mental de l’équipage a fait l’objet d’un suivi rigoureux tout au long de la mission, grâce à une collecte quotidienne de données et à un suivi continu de l’électrocardiogramme (ECG). Dès le début, les membres de l’équipage ont dû s’adapter à une routine exigeante, marquée par une charge cognitive importante liée aux tests quotidiens et par un manque de sommeil, aggravé par le stress initial de la mission, le bruit constant de la ventilation et l’absence de lumière naturelle. La privation totale de lumière durant la période de blackout a encore intensifié les perturbations des rythmes circadiens, avec des effets physiologiques notables, comme une dilatation pupillaire.

Cependant, l’équipage a progressivement trouvé un équilibre, notamment grâce à l’exercice physique. Outre les activités traditionnelles comme la course, l’équipage a expérimenté l’utilisation du casque de réalité virtuelle MetaQuest 2 avec le jeu Beat Saber pendant la période de blackout en tant qu’alternative aux exercices traditionnels [6]. Cette activité a été réalisée en deux sessions d’une heure répartie sur deux jours, avec des pauses régulières pour surveiller la pression artérielle et le rythme cardiaque. Bien qu’elle ait eu un effet bénéfique sur le moral en fournissant une distraction mentale face à l’isolement, cette méthode s’est révélée moins efficace physiquement que les exercices traditionnels et une utilisation prolongée du casque a entraîné des douleurs oculaires.

Ensuite, l’équipage n’étant composé que de 2 personnes, la bonne dynamique de groupe permettant de préserver un état d’esprit positif s’installait rapidement. Par ailleurs, lorsque l’équipage consommait un aliment très apprécié, cela avait un impact direct sur leur moral en apportant une sensation de plaisir et de réconfort.

L’équipage a également trouvé un réconfort dans la culture de plantes. Le soin apporté à ces plantes, ainsi que leur évolution jour après jour, a permis de créer un lien symbolique avec la Terre, offrant aux membres de l’équipage un sentiment de responsabilité et d’accomplissement [7]. Une caméra, installée sur un rover, permettait également d’observer les plantes depuis les postes de travail.

Cette expérience a mis en évidence l’importance d’une routine bien structurée, d’un environnement stable, d’une cohésion d’équipe forte et de l’intégration d’éléments naturels pour préserver le bien-être des astronautes dans des conditions d’isolement extrême.

Expérience physique

Toutes les huit heures, l’équipage mesurait les niveaux de radiations et les champs électromagnétiques dans chaque module de l’habitat à l’aide de dosimètres. Ces relevés étaient systématiquement corrélés avec l’activité solaire pour analyser l’exposition des astronautes analogues aux radiations et identifier les appareils électroniques émettant d’importants champs électriques et magnétiques.

Certaines données collectées ont démontré que l’activité solaire exerçait une influence sur les niveaux de radiation ainsi que sur les champs électromagnétiques au sein de l’habitat. Ces résultats mettent en lumière l’importance d’intégrer la surveillance de l’activité solaire dans la gestion des risques associés aux radiations et aux interférences électromagnétiques. Une telle surveillance est essentielle pour garantir le bon fonctionnement des équipements électroniques critiques, protéger la santé des astronautes face à une exposition prolongée aux radiations et orienter la conception de futurs habitats spatiaux mieux protégés [8].

Conclusion

La mission analogue 4Artemis3 a fourni des données précieuses directement applicables à Artemis III en simulant les conditions extrêmes d’un habitat lunaire pour analyser les impacts psychologiques, physiologiques et physiques sur l’équipage. Ces enseignements permettent non seulement de réduire les risques d’une mission spatiale et de garantir le bien-être des astronautes, mais aussi de contribuer à la réussite d’une installation humaine sur la Lune, étape essentielle pour préparer l’exploration de Mars.

Les défis d’isolement rencontrés pendant la mission sont bien évidemment utilisés pour anticiper les obstacles futurs sur la planète rouge, plaçant chaque étape d’Artemis III dans une perspective plus large d’exploration humaine au-delà de la Lune.

Remerciements

Je tiens à remercier l’Analog Astronaut Training Center, et tout particulièrement Agata Kolodziejczyk ainsi que son équipe, pour l’organisation de la mission 4Artemis3. Je souhaite également exprimer ma gratitude à ILEWG LUNEX EuroMoonMars et EuroSpaceHub, notamment Bernard Foing, pour le co-financement de cette mission, ainsi qu’à Matthew Harvey pour sa collaboration tout au long de celle-ci.

Références

[1] Smith M., et al. The Artemis program: an overview of NASA’s activities to return humans to the moon. 2020 IEEE aerospace conference, 2020. p. 1-10.

[2] Foing, B. H., Stoker, C., Zavaleta, J., Ehrenfreund, P., Thiel, C., Sarrazin, P., … & EuroGeoMars, I. L. E. W. G. (2011). Field astrobiology research in Moon–Mars analogue environments: instruments and methods. International Journal of Astrobiology, 10(3), 141-160.

[3] Analog Astronaut Training Center. 2024. From https://www.astronaut.center/.

[4] Laforet, C., Harvey, M., Foing, B., Kołodziejczyk, A. (2024). Simulating the 6.5 days surface Artemis 3 mission with a first woman and man: EMMPOL20 4Artemis3 EuroMoonMarsPoland May 2024 Analog Astronaut Campaign. In Europlanet Science Congress 2024.

[5] Laforet, C., Harvey, M., Foing, B., Kołodziejczyk, A. (2024). EuroMoonMarsPOLand Space Analog Simulation Campaign 2024: studies on human behaviour combined with human-system interaction. In International Astronautical Congress 2024.

[6] Thomas, L. J. (2023). The future potential of virtual reality countermeasures for maintaining behavioural health during long duration space exploration. Frontiers in Virtual Reality, 4, 1180165.

[7] Schlacht, I. L., Kolrep, H., Daniel, S., & Musso, G. (2020). Impact of plants in isolation: The EDEN-ISS human factors investigation in Antarctica. In Advances in Human Factors of Transportation: Proceedings of the AHFE 2019 International Conference on Human Factors in Transportation, July 24-28, 2019, Washington DC, USA 10 (pp. 794-806). Springer International Publishing.

[8] Dobney, W., Mols, L., Mistry, D., Tabury, K., Baselet, B., & Baatout, S. (2023). Evaluation of deep space exploration risks and mitigations against radiation and microgravity. Frontiers in Nuclear Medicine, 3, 1225034.