Le Dr Ronan Lordan de l'Université de médecine et des sciences de la santé RCSI discute des effets des vols spatiaux sur les rythmes circadiens et de ce que cela peut nous apprendre sur le sommeil.
Une version de cet article a été initialement publiée par The Conversation (CC BY-ND 4.0)
Sur Terre, la plupart d’entre nous doivent rarement penser aux signaux qui maintiennent nos horloges internes alignées. Le soleil se lève, la lumière du jour change, l'obscurité arrive et le matin revient.
Notre corps a évolué parallèlement à ce cycle d’environ 24 heures. La lumière est l’un des signaux les plus puissants que notre corps utilise pour synchroniser l’horloge circadienne. Mais que se passe-t-il lorsque le soleil ne fournit plus d’horaire fiable ?
Un vaisseau spatial tourne autour de la Terre environ toutes les 90 minutes, de sorte que les astronautes assistent à environ 16 levers et couchers de soleil toutes les 24 heures. Ils ne peuvent pas s’endormir à chaque fois que le soleil disparaît – mais leur corps a quand même besoin de savoir quand il est temps de dormir, de se réveiller, de manger, de faire de l’exercice et de travailler.
Cela fait des vols spatiaux plus qu’un simple défi d’ingénierie. Il s’agit d’une expérience extraordinaire en biologie humaine, capable de révéler ce qui se passe lorsque les signaux environnementaux qui régulent normalement notre sommeil disparaissent.
On pense que le sommeil est contrôlé par deux systèmes biologiques en interaction. L’une d’elles est l’horloge circadienne, qui aide à déterminer le moment où le cerveau s’attend à dormir et à se réveiller. L’autre est la pression du sommeil, qui augmente progressivement au fur et à mesure que nous restons éveillés et se dissipe pendant que nous dormons. Habituellement, ces systèmes fonctionnent ensemble. Mais le décalage horaire, le travail posté et les vols spatiaux peuvent les séparer.
Un astronaute peut être épuisé après de nombreuses heures d’éveil, mais avoir du mal à dormir car son système circadien lui signale qu’il fait jour. Se sentir fatigué et être biologiquement prêt à dormir ne sont pas toujours la même chose. Cette distinction est l’une des leçons les plus importantes que les vols spatiaux peuvent nous apprendre sur le sommeil.
Des recherches en chronobiologie et en science du sommeil ont démontré que guider soigneusement les horaires des astronautes en matière d’exercice, de repas, d’éclairage adapté et d’horaires de travail peut aider à compenser certains des effets négatifs de la perte de sommeil et des perturbations circadiennes. L’éclairage artificiel peut également être contrôlé pour fournir des signaux environnementaux plus appropriés.
Mais il y a un piège : donner aux astronautes le temps de dormir ne signifie pas nécessairement qu’ils dormiront. Les astronautes disposent traditionnellement d’environ huit heures et demie de sommeil par jour de vol spatial. Mais les recherches portant sur différents types de missions suggèrent qu’elles ne durent souvent que six à six heures et demie environ.
Répété nuit après nuit, cet écart devient une restriction chronique du sommeil. Les recherches menées à bord de la Station spatiale internationale ont établi un lien entre des habitudes de sommeil quotidiennes de six heures ou moins et des réductions mesurables de l'attention vigilante – la capacité de remarquer et de répondre de manière fiable à des informations importantes. Dans un environnement où un signal manqué pourrait avoir de graves conséquences, le sommeil n’est pas simplement une question de confort : il fait partie de la sécurité des missions.
Dans quelle mesure le sommeil dépend-il du moment choisi ?
Ce que j'ai préféré lors de la mission de survol lunaire Artemis II de la NASA en avril 2026, c'était lorsque les membres de l'équipage étaient réveillés chaque jour par la musique choisie par les astronautes et leurs familles. Un matin, l'astronaute américaine Christina Hammock Koch a interpellé la NASA pour avoir coupé le Pink Pony Club de Chappell Roan avant le refrain.
La musique était une tradition remontant le moral plutôt qu’un traitement circadien. Mais les astronautes portaient également des moniteurs de mouvement et de sommeil au poignet dans le cadre de l'étude Artemis Research for Crew Health and Readiness de la NASA avant, pendant et après la mission. Ceux-ci ont permis aux chercheurs d’examiner l’évolution du sommeil et de l’activité au cours de l’entraînement, du vol dans l’espace lointain et de la récupération sur Terre, ainsi que des mesures de la cognition, du comportement et des performances de l’équipe.
Des missions telles qu'Artemis II, ainsi que les simulations martiennes en cours par la NASA, offrent aux scientifiques une fenêtre inhabituelle sur le sommeil humain. Plutôt que de considérer cela comme quelque chose qui se produit simplement lorsque nous sommes fatigués, la recherche spatiale met en évidence à quel point la quantité de sommeil dépend du moment choisi.
La NASA n’observe pas seulement les perturbations du sommeil. Il teste également des moyens de le prévenir, par exemple si la diffusion de bruit rose (un signal audio contenant toutes les fréquences que les humains peuvent entendre, mais avec des fréquences plus basses sonnant plus fort et des fréquences plus élevées plus douces) à travers un bandeau pendant une opportunité de sommeil diurne de quatre heures peut améliorer la vigilance ultérieure.
L'étude préliminaire, impliquant 14 adultes en bonne santé, n'a trouvé aucune différence dans l'inertie du sommeil ou l'attention vigilante entre les conditions de bruit rose et les conditions de contrôle au cours des 40 premières minutes après le réveil.
Compromis en matière de sommeil spatial
Dans les vaisseaux spatiaux, la lumière est traitée comme un élément du système biologique de survie. La lumière blanche enrichie en bleu peut favoriser la vigilance et aider à synchroniser l’horloge circadienne pendant les heures d’éveil programmées, tandis qu’une lumière plus faible et appauvrie en bleu peut aider à préparer le cerveau au sommeil.
Mais cela crée un compromis technique inattendu. Des tests récents soutenus par la NASA ont révélé que l'éclairage avant le sommeil permettait une plus grande production de mélatonine, mais nuisait à la discrimination des couleurs. Un réglage d’éclairage bénéfique au système circadien peut donc ne pas convenir lorsque les astronautes doivent identifier des commandes, des équipements ou des signaux d’avertissement à code couleur.
La caféine peut protéger certains aspects de la performance lorsque les astronautes privés de sommeil doivent rester alertes, mais il a également été démontré qu'elle interfère avec le sommeil dont ils ont besoin pour bien performer le lendemain.
Dans l’espace comme sur Terre, la caféine peut résoudre temporairement un problème tout en contribuant discrètement à en créer un autre.
Jours au-delà de la Terre
Le prochain défi est encore plus fondamental : que se passe-t-il lorsque les humains cessent complètement de vivre selon un jour terrestre ? Un « sol » martien dure environ 24 heures et 40 minutes. Ces 40 minutes supplémentaires peuvent sembler insignifiantes, mais pour le système circadien humain, cela pose un problème de planification persistant.
Fin septembre 2026, l'équipage de quatre personnes de la dernière simulation Chapea Mars de la NASA, d'une durée d'un an, devait passer d'un horaire de 24 heures basé sur la Terre à cette journée martienne plus longue. L’équipage devrait désormais rester à l’heure martienne jusqu’à la fin de la mission, basée au Johnson Space Center à Houston, au Texas, le 31 octobre.
40 minutes peuvent sembler triviales, mais retarder de manière répétée les heures de sommeil et de réveil signifie demander continuellement au système circadien de s'ajuster. Les futurs explorateurs de Mars pourraient connaître la forme la plus littérale de décalage horaire imaginable – non seulement en traversant des fuseaux horaires, mais en voyageant entre des jours planétaires.
Par Ronan Lordan
Le Dr Ronan Lordan est un chercheur spécialisé en biologie circadienne, vieillissement, métabolisme et pharmacologie nutritionnelle. Il dirige une bourse postdoctorale NeuroAdapt Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) avec le FutureNeuro Research Ireland Centre for Translational Brain Science et l’École de pharmacie et des sciences biomoléculaires de l’Université de médecine et des sciences de la santé RCSI.
Sa bourse se concentre sur la découverte de la manière dont les rythmes circadiens contribuent au trouble bipolaire, en collaboration avec le professeur Annie Curtis et le Dr Cristina R Reschke.
