Sur Terre, l'atmosphère et la magnétosphère nous protègent en grande partie des rayonnements cosmiques, mais cette protection diminue fortement dès que l'on s'aventure au-delà de l'orbite terrestre basse. Les astronautes qui voyageront vers la Lune, voire vers Mars, seront donc exposés à deux principales sources de rayonnement : les rayons cosmiques galactiques, présents en permanence, et les particules énergétiques solaires, qui peuvent brutalement augmenter lors d'épisodes d'éruptions et de tempêtes solaires.

Cette exposition accroît notamment le risque de cancer et de lésions cellulaires, mais le problème est d'autant plus difficile à résoudre que le blindage a un poids important :  recouvrir entièrement un vaisseau spatial d'une épaisse couche de matériau protecteur serait extrêmement coûteux en masse. Une solution consiste donc à concentrer le blindage autour des organes les plus sensibles. C'est le principe d'un gilet conçu pour protéger les astronautes contre les radiations, dont l'efficacité vient pour la première fois d'être évaluée à partir d'une expérience menée dans l'espace profond.

L’expérience de rayonnement Matroshka AstroRad (MARE). Illustration (A) et photographie avant le vol (B) du dispositif MARE à l’intérieur de la capsule Orion d’Artemis I. © Nasa, Lockheed Martin, DLR

Un gilet anti-radiations testé autour de la Lune

L'expérience a été réalisée dans le cadre de la mission Artemis I, qui a envoyé en 2022 la capsule Orion autour de la Lune.

Deux mannequins de forme humaine, Helga et Zohar, avaient pris place à bord. Équipés de nombreux détecteurs, ils permettaient de mesurer la dose reçue dans différentes parties du corps.

Zohar portait l'AstroRad, un gilet de protection constitué notamment de polyéthylène haute densité (HDPE), un matériau riche en hydrogène intéressant pour ralentir les particules énergétiques. Son épaisseur varie selon les régions du corps : le blindage est renforcé devant certains organes particulièrement sensibles, comme les poumons, les seins ou la moelle osseuse. Helga, elle, ne portait pas de gilet et servait de référence.

Artemis I n'ayant toutefois pas rencontré de tempête solaire suffisamment importante pour tester directement l'AstroRad dans ces conditions, les chercheurs ont procédé en deux étapes. Ils ont d'abord simulé les conditions radiatives rencontrées par les deux mannequins lors de la traversée des ceintures de Van Allen, où le champ magnétique terrestre piège des particules chargées, et ont ensuite utilisé ce modèle pour simuler l'exposition d'Orion à deux puissantes tempêtes solaires historiques, celles d'août 1972 et d'octobre 1989.

Cartographies de la dose avec et sans AstroRad lors de simulations de tempêtes solaires. Coupes des doses reçues par Helga (à gauche) et Zohar (à droite) lors des événements solaires de 1972 (A) et 1989 (B). © Houri et al., 2026

Jusqu’à 60 % de rayonnement en moins

Les résultats sont particulièrement encourageants. Pour un événement comparable à celui d'août 1972, les simulations indiquent que l'AstroRad aurait réduit la dose de radiation de plus de 60 %. Pour l'événement d'octobre 1989, plus énergétique, la dose était réduite de près de 40 %. Des simulations réalisées avec un modèle numérique représentant un corps entier aboutissent à des résultats similaires. La protection n'est en revanche pas identique pour tous les organes. Dans le scénario de 1972, la dose reçue par les seins serait réduite d'environ 75 %, contre environ 61 % pour les poumons et 64 % pour le côlon.

L'intérêt du concept tient surtout à cette répartition ciblée du matériau. Les chercheurs ont comparé l'AstroRad à une combinaison recouvrant uniformément le corps avec la même masse totale de HDPE. Le gilet ciblé permettrait une réduction des expositions nocives environ 30 % supérieure à celle du blindage uniforme.

Ces résultats doivent toutefois être nuancés : les performances lors des tempêtes solaires sont issues de simulations, et non d'une mesure directe réalisée pendant Artemis I. Le modèle de la capsule comporte également certaines simplifications et les événements solaires futurs pourraient présenter des caractéristiques différentes de celles des deux tempêtes historiques étudiées.

Impression d'artiste d'astronautes travaillant sur la surface lunaire. Les missions Artemis de la Nasa ont pour objectif d’établir une présence humaine durable sur et autour de la Lune. Les technologies de protection sanitaire, de communication et de navigation seront essentielles pour assurer la sécurité des astronautes. © Nasa

L'AstroRad ne constitue donc pas un bouclier miracle contre les radiations, mais en permettant de concentrer une masse limitée de matériau autour des organes les plus vulnérables, il pourrait offrir une protection complémentaire au blindage des futurs vaisseaux spatiaux. Une approche qui pourrait s'avérer particulièrement précieuse pour les astronautes appelés à passer plusieurs mois en route vers Mars.