Une lumière dans l'espace
Dans l’espace, on a besoin de bien voir.
Pour vivre, dormir et se déplacer dans les 400m3 de la station spatiale internationale, la lumière est un enjeu très important.
L’espace de vie, qui est aussi l’espace de travail doit être bien éclairé.
En 2008, lors de l’expédition 18 vers l’ISS, la NASA testait un premier prototype LED mis au point par Robert SOLER pour Bionetics un fournisseur de la NASA.
A la suite de cet essai, en 2016, les expéditions 49 à 58 installaient une version plus complète de modules de lumière à semi-conducteur (SSLM).
Ces remplacements se sont fait par échanges standards entre les anciens modules fluorescents et les nouveaux panneaux à LED.
La NASA ne voulait pas de nouveaux outils, ni de nouvelles procédures, la manière de procéder aux échanges a donc été simplifiée à l’extrême.
Pourquoi changer les luminaires.
Il y a plusieurs raisons pour justifier l’échange des vieux luminaires fluorescents généraux (GLA) qui étaient installés à l’origine, contre des modules de lumière à semi-connecteur (SSLM).
La première est d’ordre technique, les premières lampes ont une chromacité qui est
médiocre et l’intensité lumineuse n’est pas variable (gradable) en l’état, de plus, il n’y a pas grand interêt à moderniser cette technologie déjà ancienne.
Il y a aussi la relative fragilité des tubes et le risque de voir se disperser, dans la station, des résidus de verre, de poudre luminophore et de mercure, s’ensuit une maintenance assez lourde et chère liée à la durée de vie des tubes fluos, ainsi, que leur transport jusqu’a la station.
Il est aussi nécessaire de tester la longévité de ces nouveaux éclairages pour valider leur utilisation lors de missions plus longues, l'objectif de la Nasa étant …Mars.
La seconde raison est que dans l’ISS les astronautes dorment et travaillent dans un espace très exigu et sont confrontés à des conditions d’apesanteur parfois perturbantes.
Les missions durent trois à six mois voir un an pour les plus longues. A environ 400 kilomètres de la terre, en orbite à défilement, pour une vitesse de 27600 kilomètres par heure, les occupants subissent 16 levés et couchés de soleil par 24 heures contre un cycle à la surface de notre planète
Le sommeil de ces hommes et ces femmes est une préoccupation pour l’agence spatiale car 78% d’entre eux soufrent, la-haut, de troubles du sommeil et ne dorment que 6 heures en moyenne par« nuit ». alors que 8 heures sont préconisées lors des missions.
Il s’avère que 50% de la pharmacie de la station est composée d’hypnotiques.
Au cours de la journée, l’attention est soutenue par la consommation de caféine sous différentes formes.
Les astronautes sont soumis ainsi à différents stress. En effet ils subissent un calendrier d’expériences extrêmement chargé et les enjeux de chacune de leurs tâches génèrent un grand état de fatigue. Les conditions d’exécution de ces missions se font dans un environnement inhabituel.
La moindre erreur peut avoir des conséquences dramatiques et onéreuses.
Sur terre ,les normes garantissent un éclairage adapté à l'objectif assigné et les manufacturiers offrent un grand choix de luminaires adaptés.
A 400 km, dans l’espace, tout est différent.
On l’a vu plus haut, dans l’espace, les cycles jour et nuit sont tellement rapides que, très vite, cela agit sur le repos et le moral des occupants.
Les préoccupations de la NASA sont technologiques concernant le point de vue l’équipement des
véhicules spatiaux et humaines concernant la qualité de vie dans les boyaux étroits que sont ces vaisseaux.
A la suite des essais effectués en laboratoire dans une reproduction de l’ISS au sol, ces nouveaux modules sont en cours d'évaluation, en conditions réelles, dans l’ISS, pour en confirmer l’efficacité.
Comment la lumière peut réguler le sommeil et l'activité diurne.
Pour cela, il est nécessaire d’aborder, un peu la chronobiologie et plus particulièrement les rythmes circadiens qui ont une période d’approximativement 24 heures.
Nos cycles biologiques sont à 80% endogènes et les 20% restants sont liés à des facteurs externes que l’on appelle synchronisateurs circadiens et parmi eux, le plus important, la lumière, qui est composée de différentes longueurs d’ondes.
Nos yeux, disposent de trois types de photorécepteurs pour fournir des informations au cerveau:
-Trois types de cônes pour les couleurs et la netteté.
-Des bâtonnets pour percevoir la luminosité.
-Une glande, la mélanopsine, est sensible à la lumiere bleue turquoise.
Cette mélanopsine est réactive surtout aux longueurs d’ondes d’environ 480 nm et c’est en grande partie elle qui synchronise nos cycles circadiens. Selon l’exposition à cette longueur d’onde, le sommeil peut être décalé d’une heure et plus.
Les yeux envoient donc ces informations a notre cerveau, dans une region de l’hypothalamus qui va commander la sécrétion de différentes hormones:
- Des hormones nocturnes telles que la mélanine, l’adénosine et les orexines
- Des hormones diurnes, comme la sérotonine, l’adrénaline et le cortisol
La gestion du spectre de la lumière peut selon les besoins, favoriser le sommeil ou faciliter l’activité diurne en limitant la prise de médicaments .
C’est la raison de l’installation de ces nouveaux luminaires LED. Il est maintenant possible de moduler la lumière pour s’approcher des caractéristiques photométriques que l’on a sur terre. Les astronautes alternent ainsi de manière plus douce les différentes alternances entre les expériences, la maintenance et le repos indispensable.
Des LED pour être plus efficace.
Les caractéristiques des luminaires testées pour l’ISS.
Matériel de composants éprouvé: ce concept utilise des composants propres à d'autres matériels développés par Kennedy Space Center.
-Plaque thermique "heat path": la chaleur du réseau LED est transférée de la carte de circuit imprimé par un tampon en silicone, ce qui supprime le besoin d'un ventilateur de refroidissement.
-Colorimétrie variable, la couleur de la lumière de sortie peut être modifiée en insérant différentes combinaisons de diodes.
-La gestion des températures de couleurs et de l’intensité sont programmées pour correspondre aux besoins circadiens des astronautes, mais ces fonctions peuvent être paramètrées manuellement.
En conclusion,
La préservation des rythmes biologiques commence a être une préoccupation dans notre environnement terrestre.
Des dispositifs tels que les modes nuit (night shift) de nos smartphones ou les éclairag spécifiques sont proposés par les professionnels de l’éclairage dans les maisons de retraites, les hôpitaux et les bureaux,.
Ils permettent de faciliter la resynchronisation de nos horloges internes et d’améliorer à terme les performances cognitives des usagers tout en facilitant leurs périodes de repos.
L’étude faite par les scientifiques de la NASA semble confirmer (on attend encore la publication des résultats définitifs) les résultats d’autres travaux faits ici, sur terre sur les avantages d’un éclairage dynamique.
Ces technologies sont proposées par CVD LIGHTING CONNECT pour vous permettre de vivre au plus près de vos besoins physiologiques fondamentaux.
Les sources et la bibliographie de cet article sont disponibles sur simple demande via le formulaire de contact
Les photos de l'ISS copyright NASA et KSC
