On le sait, l'exposition à la poussière sur la Lune a provoqué des troubles pulmonaires considérables chez les astronautes lors des missions Apollo. Mais qu’en est-il des effets de la poussière sur Mars ? Des chercheurs se sont penchés sur la question et le résultat n’est pas réjouissant pour ceux qui croient encore que l’Homme pourra gambader sur la planète rouge…
Justin Wang (university of South California) et ses collaborateurs ont examiné comment des substances analogues aux composants dangereux de la poussière martienne ont provoqué des maladies chez l’Homme. En raison de la petite taille de ses grains, la poussière martienne est plus susceptible de provoquer une irritation des poumons, d'être absorbée dans le sang et de provoquer des maladies chez les astronautes. Les composants toxiques de la poussière martienne comprennent des perchlorates, de la silice, des oxydes de fer nanophasés et du gypse, ainsi que des traces de métaux toxiques dont l'abondance est débattue : chrome, béryllium, arsenic et cadmium. Les effets prévus de l'exposition aux poussières vont de l'asymptomatique au mortel, de nombreuses substances étant cancérigènes et la plupart des dommages affectant le système pulmonaire.
Depuis plus de 20 ans, on sait que la vie dans l’espace est plus que compliquée : l'absence de contraintes normales dues à la gravité entraîne une perte musculaireet une perte osseuse. Cette perte osseuse peut entraîner une augmentation du calcium dans l'urine, ce qui peut précipiter la formation de calculs rénaux. En outre, la microgravité entraîne une réduction de 11 % du volume sanguin total, une atrophie cardiaque et des arythmies. Ce déplacement de liquide dans le corps provoque également des changements dans le système vestibulaire, tels qu'une réduction de l'équilibre et le mal des transports. Des changements immunologiques ont également été évalués, notamment la réactivation de virus latents et l'affaiblissement de l'immunité acquise. Et évidemment, un autre risque particulièrement important est celui des rayonnements ionisants nocifs provenant du soleil sous la forme de particules énergétiques (SEP) et des rayons cosmiques galactiques (GCR). La magnétosphère terrestre protège un peu les astronautes en orbite terrestre basse à bord de l'ISS et, dans une certaine mesure, sur la surface lunaire lorsque la Lune se trouve dans la queue magnétique de la Terre. Mais une mission humaine sur Mars ne bénéficierait pas de la même protection, et les problèmes de santé potentiels comprennent le développement de la cataracte, le cancer, la fibrose pulmonaire et les dommages au système nerveux central.
Et une fois posé sur la surface d’un astre, et sortis de leur Starship de merde sans espoir de redécoller, une autre source de risque sanitaire apparaît pour les astronautes : la poussière. Cela avait été une surprise pour les premiers équipages des missions Apollo. En raison de l'absence d'érosion sur la Lune, la poussière était abrasive et nocive pour les astronautes d'Apollo. Les réactions avec le rayonnement galactique et solaire conduisent en effet au développement de fer nanophasé, qui rend la poussière magnétique, électrostatique et toxique en raison de la formation d'espèces réactives à l'oxygène lorsqu'elle entre en contact avec les tissus humains. En outre, cette charge électrostatique a permis à la poussière d'adhérer facilement aux combinaisons spatiales des astronautes, qui l'ont ensuite introduite dans l'habitat lunaire. Les symptômes les plus signalés à l’époque, après seulement quelques jours in situ, étaient la toux, l'irritation de la gorge et les yeux érythémateux et larmoyants accompagnés d'une baisse de la vision.
Les échantillons de sol ramenés de la Lune par Apollo ont été étudiés en laboratoire pour évaluer les risques encourus par les astronautes et en 2014, le Lunar Airborne Dust Toxicity Advisory Group (LADTAG) a fixé une limite d'exposition admissible de 0,3 mg/m3 pour une mission lunaire de six mois avec huit heures d'exposition à la poussière lunaire pendant cinq jours par semaine (James et al., 2014). Bien que les astronautes d'Apollo n'aient présenté que des symptômes à court terme, les résultats de plusieurs études suggèrent qu'une exposition prolongée peut avoir des effets chroniques. Pohlen et al. (2022) ont proposé des contre-mesures potentielles pour lutter contre la toxicité de la poussière lunaire, telles que les technologies de dépoussiérage, les filtres HEPA, les moniteurs de qualité de l'air et les scaphandres, qui sont également tous pertinents pour limiter l'exposition à la poussière sur Mars.
Bien que la poussière martienne ne soit pas aussi abrasive que la poussière lunaire en raison de l'érosion accrue à la surface de la planète rouge, Wang et ses collaborateurs expliquent qu’elle partage de nombreuses propriétés avec la poussière lunaire et constitue un réél risque pour des astronautes. La poussière sur Mars est électrostatique, magnétique, abrasive, hautement oxydante, chimiquement réactive, de forme irrégulière avec des bords arrondis, et a un diamètre de 2 μm jusqu'à 8 µm pendant les tempêtes de poussière, avec un diamètre moyen de ∼3 μm (Lemmon et al., 2019 ; Ming & Morris, 2017 ; National Research Council, 2002).
Malgré les efforts sur les barrières physiques, combinaisons et autres filtres, les qualités électrostatiques, magnétiques et la finesse des grains de poussière rendent la contamination inévitable selon les chercheurs.
Aucun échantillon de poussière martienne n'a été analysé dans les laboratoires terrestres et, bien que la télédétection et la modélisation aient révélé une distribution bimodale probable de la taille des particules de poussière (Esposito et al., 2011 ; Määttänen et al., 2024), sa composition spécifique, sa forme, sa taille et son uniformité à la surface de la planète restent pour l'instant incertaines. Plusieurs études réalisées à partir d'expériences de rovers et de données d'orbiteurs ont toutefois identifié des minéraux et des produits chimiques potentiellement toxiques dans la poussière martienne (National Research Council, 2002). La croûte de Mars est principalement composée de roches ignées mafiques à ultramafiques, typiquement classées comme basaltes. La composition élémentaire de la croûte est similaire à celle de la Lune, avec Si > Mg > Fe. Mais Mars a des quantités plus élevées de Fe et de S (et d'autres volatiles) par rapport à la Lune. Contrairement à la Lune, Mars a connu des conditions humides prolongées (des millions d'années) à la surface qui ont conduit à une altération chimique généralisée de la croûte basaltique, ainsi qu'à l'altération et à la concentration de minéraux secondaires. Les roches d'origine ont été transformées en divers produits d'altération, dont d'abondants minéraux sulfatés, des minéraux argileux (phyllosilicates), des chlorures/chlorates et des carbonates occasionnels. Certains de ces produits altérés en milieu aqueux, qui n'ont pas de contrepartie lunaire, ainsi que les minéraux/éléments primaires en vrac dans la croûte, peuvent présenter des risques importants pour la santé humaine, pour Wang et ses collaborateurs.
L'exposition à la poussière martienne peut se faire par voie cutanée, par contact oculaire, par ingestion ou par inhalation dans les cavités buccales et nasales. La gravité des maladies pulmonaires fait de l'inhalation de poussières la préoccupation majeure pour la santé des astronautes. Avec un diamètre moyen de ∼3 μm, la majorité de cette poussière pénétrera probablement les défenses immunitaires physiques des voies respiratoires, car le mucus des poumons n'est pas en mesure d'expulser les particules de poussière dont le diamètre est inférieur à 5 μm. Ainsi, la poussière sur Mars est plus susceptible de provoquer une irritation des poumons, d'être absorbée dans la circulation sanguine et d'entraîner des maladies.
Les chercheurs précisent que les astronautes étant déjà médicalement prédisposés à certaines maladies dues aux vols spatiaux et à une exposition accrue aux rayonnements, les risques géologiques pour la santé sur Mars doivent être pris en compte dans le contexte global de l'altération du corps humain au cours d'un voyage dans l'espace. Selon eux, le paysage géologique unique de Mars et la composition de la poussière qui en découle introduisent une série de risques sanitaires difficiles, selon eux. Ils en font la liste :
- Particules de poussière en aérosol : Les poussières d'un diamètre <5 μm ne peuvent pas être expulsées par le mucus pulmonaire et sont absorbées dans la circulation sanguine
- Perchlorates : Impacts sur la thyroïde provoquant une anémie aplastique.
- Silice : Maladie pulmonaire (silicose) ; effets rénaux ; effets immunologiques.
- Basalte et pyrite : Maladie pulmonaire
- Oxydes de fer nanophasés : Maladie pulmonaire ; susceptibilité aux infections
- Gypse : Blocage gastro-intestinal (absorption) ; maladie pulmonaire fibrotique (inhalation)
- Chrome (VI) : Maladie pulmonaire fibrotique ; gastro-entérite hémorragique ; ulcération de la cloison nasale
- Béryllium : Maladie pulmonaire (bérylliose)
- Cadmium : Pneumonie interstitielle ; maladie rénale ; ostéoporose et ostéomalacie
- Arsenic : Neuropathie ; cancer.
La petite taille de la poussière martienne fait que la plupart des particules de poussière sont des précipitateurs plus puissants de maladies humaines. Bon nombre des toxines identifiées sont largement répandues sur la planète rouge, et leurs effets doivent être bien étudiés avant une éventuelle occupation humaine de Mars, selon les chercheurs. La prévention et l'élimination de l'exposition à la poussière restent les contre-mesures les plus efficaces. Les technologies d'atténuation des poussières mises au point pour l'exploration lunaire devront peut-être être modifiées pour mieux répondre aux besoins des missions martiennes. Sur Mars, les technologies de filtration doivent également éliminer les oxydants particulaires et être efficaces pendant les tempêtes de poussière martiennes. Ces systèmes doivent également être conçus dans l'optique d'un réapprovisionnement limité. Pour Wang et ses collaborateurs, une atténuation efficace des poussières nécessitera une combinaison de stratégies, notamment une planification opérationnelle, des contrôles passifs et des technologies d'atténuation actives.
Wang et ses collègues précisent qu’il serait nécessaire de prévenir les maladies dues à une exposition chronique légère. Ils proposent par exemple une supplémentation en iode contre les effets du perchlorate et en vitamine C pour l'exposition au Chrome. Les suppléments et les médicaments destinés aux astronautes doivent cependant être administrés avec prudence, car les conséquences des effets secondaires sont plus préoccupantes dans ce contexte. Par exemple, un excès de vitamine C peut précipiter la formation de calculs rénaux, qui constituent déjà un risque accru pour les astronautes vivant dans un environnement de microgravité.
En ce qui concerne la présentation d'une maladie aiguë, la chirurgie n’est pas envisageable sur place, mais des traitements et médicaments pourraient être utilisés pour une thérapie de multiples symptômes aigus, comme des bronchodilatateurs pour les bronchospasmes, le lavage gastrique et le charbon actif pour l'ingestion de toxines, et les rinçages pour les expositions cutanées et oculaires.
Les chercheurs précisent que si nombre de ces risques ne sont pas susceptibles de provoquer à eux seuls des maladies graves, des expositions combinées peuvent amplifier leurs effets délétères. La majorité de ces risques géologiques martiens provoquent des maladies pulmonaires restrictives et fibrotiques (silice, basalte, gypse, chrome hexavalent et béryllium). En outre, comme les astronautes sont exposés à des quantités plus importantes de rayonnements, ils sont susceptibles de développer une fibrose pulmonaire radio-induite (Christofidou-Solomidou et al., 2015), l'impact combiné sur les poumons des astronautes pourrait être bien plus qu'additif, mais synergique. Evidemment, le développement de tout type de fibrose pulmonaire chronique au cours d'une mission d'exploration de longue durée serait préjudiciable à la mission et potentiellement fatal pour les astronautes.
La toxicité de la poussière lunaire était un risque sanitaire imprévu lors des missions Apollo. Une mission vers Mars n'a pas le luxe d'un retour rapide sur Terre pour un traitement, et ne peut pas non plus compter sur le soutien à distance des chirurgiens, en raison des délais de communication pouvant aller jusqu'à 40 minutes aller-retour. L'exposition prolongée à la poussière par rapport aux missions lunaires et la capacité réduite à lutter contre les maladies après une longue période d'adaptation à la microgravité et à une exposition accrue aux radiations, rendent le risque géologique liés à la poussière un problème critique à résoudre pour une éventuelle exploration humaine de Mars.
Wang et ses collaborateurs insistent sur le fait que la limitation de l'exposition à la poussière est le principal moyen, et le plus efficace, de prévenir les maladies chez les astronautes. En guise de conclusion, ils encouragent les scientifiques, les ingénieurs et les médecins de différentes disciplines à travailler ensemble à la recherche d'une solution.
Et si la meilleure solution était simplement de rester sur la planète pour laquelle on est adapté depuis plusieurs millions d’années ?
Source
Potential Health Impacts, Treatments, and Countermeasures of Martian Dust on Future Human Space Exploration
Justin L. Wang et al.
GeoHealth (12 February 2025)
https://doi.org/10.1029/
Illustration
Une tempête de poussière sur Mars (artiste) (MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY )