Ressources pédagogiques  Les participants du challenge

Vêtements de radioprotection à bord de la Station spatiale internationale

Vêtements de radioprotection à bord de la Station spatiale internationale (NASA)

Les STIM en contexte

L’exploration spatiale et le rayonnement

Parlons sciences

Résumé

Un des plus grands dangers pour les êtres humains dans l’espace est le rayonnement cosmique. Nous expliquons pourquoi et examinons les moyens de protection envisagés.

D’Où provient le rayonnement?

Le rayonnement (ou la radiation) est présent partout sur la Terre. Il y en a dans l’air, dans l’eau, dans les aliments, dans le sol et dans tous les organismes vivants. Le Soleil et d’autres étoiles émettent aussi des radiations. On les appelle rayonnement cosmique.

Le rayonnement cosmique comprend deux types de rayonnement. Le rayonnement électromagnétique est constitué de rayons comme les rayons gamma ou les rayons X. Quant au rayonnement de particules, il peut inclure les neutrons, les particules alpha et les particules bêta. Ces particules proviennent des noyaux d’atomes lourds comme ceux du fer.

Fort heureusement, l’atmosphère et la magnétosphère (le champ magnétique) de la Terre absorbent et filtrent ce rayonnement. Certaines formes de rayonnement parviennent à traverser ces barrières protectrices. Toutefois, nous sommes protégés des fortes doses de rayonnement cosmique.

Quels sont les dangers du rayonnement pour les voyageurs dans l’espace?

Le rayonnement cosmique constitue un des pires dangers pour les voyageurs dans l’espace. Les rayons cosmiques sont formés de particules chargées très énergétiques. Il s’agit en fait d’un type de rayonnement ionisant. Ce rayonnement est dangereux pour les personnes et pour les appareils dans l’espace. Lorsque ces particules entrent en collision avec celles d’autres objets, elles peuvent fractionner leurs molécules. Cela peut entraîner la formation de particules secondaires, par exemple des neutrons et d’autres particules subatomiques.

Comme nous l’avons vu, le rayonnement peut provenir des neutrons, des particules alpha, des particules bêta et des rayons gamma. Cependant, les neutrons peuvent pénétrer plus profondément dans la matière que d’autres formes de rayonnement. Chez les êtres humains, les radiations neutroniques peuvent endommager les cellules ou provoquer leur mutation. Ces cellules peuvent alors devenir cancéreuses ou mourir.

Capacité de pénétration de différentes formes de rayonnement
Capacité de pénétration de différentes formes de rayonnement (© 2019 Parlons sciences).

En raison des dangers que pose le rayonnement cosmique, les scientifiques se préoccupent de ses effets sur les êtres humains. Ils sont particulièrement inquiets pour les astronautes et pour les cosmonautes qui passent de longues périodes de temps dans l’espace.

Les engins spatiaux sont munis de boucliers, c’est-à-dire d’un blindage qui contribue à empêcher le rayonnement cosmique de pénétrer à l’intérieur. Les combinaisons spatiales sont conçues pour assurer la même protection. Ces combinaisons spatiales sont particulièrement importantes pour les astronautes durant leur séjour sur la Lune, et éventuellement sur Mars ou sur des astéroïdes.

Bien que nous disposions de ces éléments de protection, les scientifiques ne savent pas encore dans quelle mesure une exposition prolongée au rayonnement cosmique peut affecter les astronautes et les cosmonautes. Ils pensent qu’une exposition prolongée au rayonnement cosmique pourrait causer un cancer ou une maladie du cœur. Toutefois, selon une étude menée en 2019, les gens qui ont voyagé dans l’espace jusqu’à maintenant ne sont pas plus à risque de mourir du cancer ou d’une maladie cardiaque que ceux qui n’y sont jamais allés. Ce serait attribuable au fait que les astronautes et les cosmonautes ont été envoyés en orbite terrestre basse, où le champ magnétique de la Terre les protège encore. En outre, les astronautes et les cosmonautes ne passent généralement pas plus de quelques mois consécutifs dans l’espace. Mais les scientifiques s’inquiètent des effets de plus longs séjours dans l’espace lointain sur les voyageurs spatiaux. Par exemple, quelle sera l’incidence du rayonnement cosmique sur les gens qui visiteront la planète Mars?

Le savais-tu? 

Le record du nombre de jours consécutifs passés dans l’espace est détenu par le cosmonaute russe Valeri Vladimirovitch Poliakov. La durée de son vol à bord de la station spatiale Mir de 1994 à 1995 s’est élevée à 438 jours, soit environ 15 mois.

Nous avons encore beaucoup à apprendre sur les effets à long terme du rayonnement cosmique sur les êtres humains dans l’espace. Les scientifiques font sans cesse des découvertes à ce sujet. Ils mènent des expériences au Laboratoire des radiations spatiales de la NASA à Brookhaven, dans l’État de New York, et à bord de la Station spatiale internationale.

Les rayonnements cosmiques (2013) par l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire - IRSN (9 min 16 sec).

Points de départ

Connecter et Relier
  • Accepterais-tu de voyager dans l’espace malgré le risque d’exposition au rayonnement cosmique? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • As-tu déjà passé une radiographie dans le bureau de ton dentiste? Pourquoi le dentiste place-t-il un lourd tablier sur ton corps et sur ton cou quand il prend une radiographie? Quel matériau de protection ce tablier contient-il?
Connecter et Relier
  • Accepterais-tu de voyager dans l’espace malgré le risque d’exposition au rayonnement cosmique? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • As-tu déjà passé une radiographie dans le bureau de ton dentiste? Pourquoi le dentiste place-t-il un lourd tablier sur ton corps et sur ton cou quand il prend une radiographie? Quel matériau de protection ce tablier contient-il?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Pourquoi est-il nécessaire de faire davantage de recherche sur les effets du rayonnement dans l’espace? 
  • Comment l’environnement terrestre protège-t-il les êtres humains du rayonnement cosmique?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Pourquoi est-il nécessaire de faire davantage de recherche sur les effets du rayonnement dans l’espace? 
  • Comment l’environnement terrestre protège-t-il les êtres humains du rayonnement cosmique?
Explorer les Concepts
  • Qu’est-ce que le rayonnement cosmique et quelles formes de rayonnement inclut-il? 
  • Pourquoi le rayonnement ionisant a-t-il un effet destructeur dans le corps humain? 
  • Quelle forme de rayonnement ionisant est la plus dangereuse pour la santé?
  • Explique comment le rayonnement ionisant peut affecter le corps humain.
  • Comment les astronautes sont-ils physiquement protégés du rayonnement cosmique durant leurs voyages dans l’espace ou lors de leurs séjours de travail à bord de la Station spatiale internationale? Quelles autres méthodes de protection étudie-t-on en ce moment?
Explorer les Concepts
  • Qu’est-ce que le rayonnement cosmique et quelles formes de rayonnement inclut-il? 
  • Pourquoi le rayonnement ionisant a-t-il un effet destructeur dans le corps humain? 
  • Quelle forme de rayonnement ionisant est la plus dangereuse pour la santé?
  • Explique comment le rayonnement ionisant peut affecter le corps humain.
  • Comment les astronautes sont-ils physiquement protégés du rayonnement cosmique durant leurs voyages dans l’espace ou lors de leurs séjours de travail à bord de la Station spatiale internationale? Quelles autres méthodes de protection étudie-t-on en ce moment?
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Pourquoi les effets de l’exposition au rayonnement sur les êtres humains dans l’espace font-ils toujours l’objet d’expériences?
  • Comment les innovations en science et en technologie permettraient-elles de créer un environnement de travail dans l’espace où les astronautes seraient exposés à un rayonnement cosmique plus faible?
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Pourquoi les effets de l’exposition au rayonnement sur les êtres humains dans l’espace font-ils toujours l’objet d’expériences?
  • Comment les innovations en science et en technologie permettraient-elles de créer un environnement de travail dans l’espace où les astronautes seraient exposés à un rayonnement cosmique plus faible?
Suggestions d'enseignement
  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés pour soutenir l’enseignement et l’apprentissage dans les domaines Science spatiale, Espace, Physique, Santé, Ondes, Son, Lumière, Exploration spatiale ainsi que Chaleur et Énergie relativement au rayonnement, à la physique des particules et aux vols spatiaux habités. Les concepts présentés incluent le rayonnement, le rayonnement cosmique, le rayonnement électromagnétique, le rayonnement de particules, la magnétosphère, le rayonnement ionisant, les neutrons et les mutations.
  • Avant le visionnement de la vidéo et la lecture de l’article, les enseignants peuvent demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire pour les aider à faire appel à leurs connaissances antérieures et pour introduire la nouvelle terminologie. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Aperçu du vocabulaire sont disponibles dans les formats [Document Google] et [PDF]. 
  • Pendant et après le visionnement de la vidéo et la lecture de l’article, les enseignants peuvent demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Diagramme de Venn – Texte et vidéo pour les aider à organiser et à comparer l’information présentée dans ces deux ressources. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Diagramme de Venn – Texte et vidéo sont disponibles dans les formats [Document Google] et [PDF]. 
  • Pour explorer plus avant ce sujet, les élèves peuvent aussi lire les documents d’information Les effets du rayonnement sur le corps et Les effets du rayonnement sur les cellules et sur l’ADN.
Suggestions d'enseignement
  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés pour soutenir l’enseignement et l’apprentissage dans les domaines Science spatiale, Espace, Physique, Santé, Ondes, Son, Lumière, Exploration spatiale ainsi que Chaleur et Énergie relativement au rayonnement, à la physique des particules et aux vols spatiaux habités. Les concepts présentés incluent le rayonnement, le rayonnement cosmique, le rayonnement électromagnétique, le rayonnement de particules, la magnétosphère, le rayonnement ionisant, les neutrons et les mutations.
  • Avant le visionnement de la vidéo et la lecture de l’article, les enseignants peuvent demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire pour les aider à faire appel à leurs connaissances antérieures et pour introduire la nouvelle terminologie. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Aperçu du vocabulaire sont disponibles dans les formats [Document Google] et [PDF]. 
  • Pendant et après le visionnement de la vidéo et la lecture de l’article, les enseignants peuvent demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Diagramme de Venn – Texte et vidéo pour les aider à organiser et à comparer l’information présentée dans ces deux ressources. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Diagramme de Venn – Texte et vidéo sont disponibles dans les formats [Document Google] et [PDF]. 
  • Pour explorer plus avant ce sujet, les élèves peuvent aussi lire les documents d’information Les effets du rayonnement sur le corps et Les effets du rayonnement sur les cellules et sur l’ADN.

En savoir plus

 

Peut-on envisager une solution technologique au problème de l’exposition aux radiations lors de voyages interplanétaires ? (2018) Dr. Pierre-André Haldi, Ingénieur.-physicien EPFL retraité, suggère que nous pourrions même avoir besoin de créer une sorte de champ de force. 

Impact des rayonnements ionisants sur les missions d'exploration spatiale habitées (2014) L'Association Aéronautique et Astronautique de France (3AF) discute plus en détail des rayonnements ionisants sur la terre et dans l'espace.

Nasa : la santé des astronautes ne semble pas affectée par les radiations (2019) Futura Sciences Les résultats d'une étude sur les astronautes - mais une mission sur Mars pourrait donner des doses de rayonnement 50-100 fois plus élevées.

Références

Dunbar, B. (2018, juin 11). Why space radiation matters. NASA.

Howell, E. (2018, mai 11). What are cosmic rays? Space.com.

Mirion Technologies. (2015, avril 3). Types of ionizing radiation.

Wall, M. (2019, avril 23). The most extreme human spaceflight records. Space.com.