Après des mois de voyage vers Mars, ce n’est pas l’apesanteur qui menace les astronautes : la gravité martienne suffit à faire fondre leurs muscles

Des travaux menés à bord de la Station spatiale internationale montrent qu’une gravité intermédiaire, comme sur Mars, ne protège pas assez les muscles des astronautes partis depuis la Terre.

Ces résultats, mis en avant par le site d’actualités scientifiques Science Alert à partir d’une étude publiée dans la revue Science Advances, redéfinissent les conditions nécessaires à un voyage habité vers Mars. Car ce n’est pas seulement l’apesanteur du trajet qui inquiète les chercheurs, mais aussi la gravité martienne elle-même, trop faible pour remettre en état un organisme humain fragilisé par des mois dans l’espace.

Ce que l’apesanteur fait déjà subir au corps humain

Sur Terre, la pesanteur agit en permanence sur les muscles. Chaque pas, chaque station debout impose une charge mécanique qui stimule la fabrication de protéines, entretient les fibres et règle le métabolisme musculaire. Dans l’espace, cette contrainte disparaît presque totalement.

En microgravité, les muscles des astronautes se transforment rapidement : ils perdent de la masse, de la force et changent même de mode de fonctionnement. Les fibres deviennent plus fines et moins adaptées à l’effort prolongé. Au niveau cellulaire, plusieurs grands systèmes de dégradation des protéines, comme ceux associés à l’ubiquitine-protéasome ou à l’autophagie-lysosome, s’activent fortement.

Les chercheurs cités par Science Alert ont aussi observé, chez les animaux modèles, une baisse de l’activité de voies de signalisation clés comme PI3K-Akt-mTOR, essentielles à la synthèse protéique, ainsi qu’une modification de l’oxydation des acides gras. Le muscle n’est plus configuré pour lutter contre le poids du corps. Il adopte un profil plus économe en énergie, mais nettement moins performant.

En microgravité prolongée, le muscle se réorganise en profondeur : il ne s’agit pas seulement d’un amaigrissement, mais d’un véritable changement de nature.

Cette fragilisation ne concerne pas que les jambes. Les muscles posturaux, qui nous permettent de maintenir la tête, le tronc et la colonne vertébrale alignés, sont particulièrement affectés. À l’atterrissage, les astronautes peinent à se tenir debout et à marcher sans assistance. Un tel tableau, transposé à Mars, poserait des problèmes évidents pour un équipage chargé de travailler dès son arrivée sur le sol martien.

Une expérience en orbite pour tester différentes gravités

Pour savoir si une gravité réduite suffit à freiner cette dégradation, les chercheurs se sont appuyés sur un dispositif installé dans le module japonais Kibo de la Station spatiale internationale : le système MARS. Grâce à une centrifugeuse, cet appareil permet de soumettre des souris à différents niveaux de gravité, depuis la microgravité jusqu’à l’équivalent de la gravité terrestre (1 g), en passant par des valeurs intermédiaires comme 0,33 g et 0,67 g.

L’idée n’était pas de comparer simplement « zéro gravité » et « gravité normale », mais de trouver un seuil à partir duquel les muscles se maintiennent correctement. Les rongeurs ont été étudiés par analyses histologiques (structure des fibres) et moléculaires (expression des gènes, profils métaboliques).

Les résultats sont clairs : la gravité martienne, environ 0,38 g, a été approchée expérimentalement par un niveau de 0,33 g. À cette intensité, l’atrophie musculaire est limitée, mais persiste. En revanche, à 0,67 g, la masse et la performance musculaires sont bien mieux préservées.

À une gravité proche de celle de Mars, les muscles continuent de fondre. Un niveau voisin des deux tiers de la gravité terrestre semble nécessaire pour conserver les capacités physiques.

Les chercheurs ont aussi identifié onze métabolites circulants dans le sang dont la concentration varie selon le niveau de gravité. Ces molécules deviennent des sortes de « thermomètres » biologiques de l’adaptation musculaire et générale. Elles pourraient servir, à terme, à suivre en temps réel l’état physiologique des astronautes, sans examens invasifs.

La limite martienne : un seuil insuffisant pour les missions habitées

Ces observations posent un problème très concret pour un voyage vers Mars. Le trajet, réalisé avec les technologies actuelles, durerait environ huit à neuf mois. Pendant tout ce temps, l’équipage vivrait en quasi-apesanteur, malgré des programmes de sport intensifs à bord.

Or, en arrivant sur Mars, les astronautes ne retrouveraient pas la gravité terrestre, mais seulement un tiers environ de celle-ci. Les données rassemblées sur la Station spatiale internationale montrent que ce niveau ne suffit pas à restaurer une masse et une puissance musculaires normales. Autrement dit, les astronautes risquent de poser le pied sur Mars déjà affaiblis, et de rester loin de leurs capacités optimales tout au long de leur séjour.

Dans un environnement où les tâches exigent de transporter du matériel, d’installer des habitats, d’effectuer des sorties en combinaison, ou encore de réagir vite en cas de problème technique, ce déficit n’a rien d’anodin.

• Moins de force pour manipuler des équipements lourds.
• Moins d’endurance pour parcourir le terrain martien en scaphandre.
• Risque accru de chutes, de blessures et de retard sur les opérations prévues.

Pourquoi la gravité artificielle devient un élément central des vaisseaux vers Mars

Science Alert insiste sur un point : l’étude ne décrit pas une opposition binaire entre l’espace et la Terre, mais un « continuum d’adaptation » à la gravité. Chaque niveau de pesanteur entraîne une réponse physiologique spécifique, avec ses propres seuils pour les muscles, les os, le système cardiovasculaire ou encore l’équilibre.

Pour la conception des futures missions interplanétaires, la gravité doit donc devenir un paramètre d’ingénierie à part entière. Une piste évoquée depuis longtemps est celle des modules rotatifs capables de créer une gravité artificielle grâce à la force centripète.

Les résultats suggèrent qu’un vaisseau habité vers Mars devrait intégrer des zones de gravité artificielle proches de 0,67 g pour préserver au mieux la condition physique des astronautes.

Ces modules pourraient fonctionner comme des anneaux en rotation, où les astronautes passeraient plusieurs heures par jour. La mise en œuvre pose de nombreux défis techniques : masse supplémentaire, contraintes mécaniques, gestion des vibrations, adaptation des systèmes de vie à bord. Mais ne pas traiter la question de la gravité reviendrait à accepter un déclin marqué des performances physiques, incompatible avec une présence humaine durable sur Mars.

Un nouveau cadre pour les agences spatiales

Les agences comme la NASA, l’Agence spatiale européenne ou les acteurs privés devront intégrer ces contraintes dans leurs scénarios de mission. L’entraînement physique à bord, qui occupe déjà une bonne partie du temps des astronautes de la Station spatiale internationale, restera nécessaire, mais semble insuffisant à lui seul pour contrer la fonte musculaire en gravité réduite.

Les marqueurs sanguins identifiés par l’équipe de recherche peuvent aussi servir d’outils de suivi pour adapter les programmes de sport, la nutrition ou l’usage de médicaments visant à limiter la perte musculaire. Chaque équipage pourrait bénéficier d’un suivi personnalisé, avec ajustement des contre-mesures selon la réponse biologique réelle de chacun.

Ce que cela évoque pour la France et les futurs astronautes européens

Pour un lecteur français, ces travaux concernent directement les futurs astronautes sélectionnés dans le cadre des programmes de l’Agence spatiale européenne. Les centres d’entraînement comme celui de Cologne, où passent les astronautes européens, travaillent déjà sur la préparation musculaire et osseuse en vue de séjours prolongés en orbite.

Les principes restent les mêmes pour un futur voyage vers Mars : travail de résistance, renforcement de la chaîne musculaire posturale, optimisation de la nutrition protéique et de l’apport en micronutriments impliqués dans la santé musculaire et osseuse. Les résultats de cette étude devraient conduire ces centres à se pencher plus finement sur les niveaux de charge simulés lors des entraînements, et sur les durées d’exposition nécessaires pour préparer un corps humain à une gravité partielle.

En France, le Centre national d’études spatiales suit de près ces recherches internationales, car elles conditionnent la participation future d’astronautes français ou européens à des missions martiennes. Sans gravité artificielle crédible, les exigences physiques à l’arrivée sur Mars resteraient très élevées, au risque de limiter le profil des candidats ou de réduire drastiquement les ambitions sur place.

Une nouvelle façon de penser la « charge mécanique »

Le terme de « charge mécanique » revient fréquemment dans ces travaux. Il désigne la force exercée sur les tissus — ici les muscles et les os — par la gravité et par les mouvements. Sur Terre, cette charge est fournie naturellement par le poids du corps et les activités quotidiennes. Dans l’espace, il faut la recréer artificiellement.

On peut imaginer l’effet cumulatif d’une gravité artificielle modérée, combinée à des exercices ciblés de musculation et d’endurance. Une gravité proche de 0,67 g offrirait un socle permanent de stimulation, complété par des séances spécifiques adaptées à chaque astronaute. À l’inverse, rester des mois entiers entre 0 g et 0,33 g, même avec du sport, impose au corps un stress auquel il ne semble pas s’adapter pleinement.

Ces résultats montrent enfin que le défi martien n’est pas seulement une question de moteurs ou de carburant. C’est aussi un défi de physiologie humaine à long terme. Pour qu’un équipage puisse travailler et vivre sur Mars, il faudra transporter avec lui, d’une certaine manière, une part de la gravité terrestre. Sans ce retour de pesanteur, les muscles continueront, littéralement, à fondre au fil des millions de kilomètres parcourus vers la planète rouge.