Objectif Mars - Des expérimentations... renversantes !

Publié par Claude Rochette - Université de Lorraine - DN / SDUN, le 7 décembre 2023   500

En décembre 2010, la Direction du Numérique de l’Université de Lorraine tournait le dixième épisode de la série Profession Chercheur, sur le tarmac de l’aéroport de Bordeaux-Mérignac.

Ce film réalisé par Philippe Thomine s’attachait à décrire les expériences scientifiques menées par une équipe de chercheurs spécialisés dans les observations et les mesures des changements psychologiques, physiologiques et comportementaux engendrés par les émotions, en conditions extrêmes. Des expériences effectuées en apesanteur, à bord de l'Airbus A310 Zero G de la société Novespace.

L’objectif premier de cette démarche était d’anticiper les effets des émotions des astronautes sur leur comportement, en apesanteur et en milieu confiné sur une longue durée. C’est une situation délicate qu’ils connaîtront à l’horizon de 2030, lors de leur voyage vers Mars, puis lors de leur retour sur notre chère planète Terre.

Qu'en est-il aujourd'hui de cette préparation aux voyages spatiaux ?

Nous retrouvons Benoît Bolmont, Professeur des universités en STAPS, Directeur Adjoint du Laboratoire Lorrain de Psychologie et Neurosciences de la Dynamique des Comportements (2LPN) et coanimateur avec Stéphanie Caharel de l’équipe CEmA (Cognition, Emotion, Action) rassemblant des enseignants-chercheurs dans les champs de la psychologie cognitive, des neurosciences de la psychologie différentielle et de la neuropsychologie, pour un état des lieux de cette aventure scientifique.

> Benoît Bolmont, comment l’équipe de recherche a pu exploiter les données recueillies lors de la campagne de vols paraboliques de l'avion A310 Zero G que nous avons filmée il y a maintenant treize ans ?

Nous sommes très satisfaits de ce que cela a produit. Ces données ont été traitées, analysées au regard de la littérature scientifique. Nous les avons ensuite présentées dans différents articles publiés dans différentes revues.

Aujourd’hui encore, il reste quelques données de cette campagne de vols qui vont être publiées très prochainement, plus de dix ans après. Oui, encore dix ans après… Parce qu’il y a eu des traitements qui ont été très, très longs, car ils se font « à l’œil », comme on dit. C'est à dire que, malgré tout ce que permettent les machines aujourd’hui, elles ne nous permettent pas de traiter certaines données, notamment certaines données d'activité électromyographique [EMG]. Et c’est l’œil, l'expertise et la répétition qui nous permettent de traiter ces données-là. Par conséquent, ce sont des centaines et des centaines d'heures de travail qu'on ne peut pas compacter sur une courte période, parce qu’en tant qu’enseignants-chercheurs nous avons aussi notre enseignement à assurer auprès des étudiants et des charges administratives. Aussi, cette analyse s’est étalée dans le temps. Et c’est seulement aujourd’hui que nous arrivons au bout de l’exploitation de chacune des données.

Airbus A310 Zero G - © Université de Lorraine, décembre 2010

> On ressent bien dans le film quel est l’engagement des sujets et des chercheurs dans cette expérimentation en apesanteur. Quels sont les paramètres techniques qu'il a fallu prendre en compte pour ce type de vols, non seulement au regard du cahier des charges de Novespace, mais aussi selon vos objectifs scientifiques ?

Concernant l'engagement des personnes ou des sujets, il faut comprendre que ce sont des expérimentations exceptionnelles. Ce ne sont pas des expérimentations qu'on réalise en laboratoire classique où l’on peut refaire l'expérimentation le lendemain si un problème survient, comme par exemple un fil qui s'est débranché ou un enregistrement de mauvaise qualité. Là, c'est tout à fait exceptionnel, à la fois dans ce que les sujets vivent, mais également sur le plan expérimental.

C’est tellement exceptionnel que c'est complexe à gérer sur le plan technique, parce qu'on est dans un avion. Nous ne sommes pas au sol avec des appareils branchés sur une ligne de courant électrique avec terre. Donc, nos instruments subissent des phénomènes jamais rencontrés par ailleurs. Nous avons endommagé certains modules de notre appareillage à plusieurs reprises, jusqu'à ce que l’on comprenne qu'il fallait mettre les sujets à la masse quand ils arrivent dans l'avion, afin de les décharger de leur propre charge électrostatique due au frottements d’habits synthétiques, de plastiques et aux conditions météorologiques. Après coup, cela parait évident. Mais il nous a fallu subir plusieurs dommages avant de découvrir d’où venait notre problème et après avoir incriminé une foule d’autres causes possibles ! Nous avons donc appris à gérer ces problèmes-là sur le tas. Et malheureusement d'autres phénomènes nous ont fait rater certaines mesures. Ainsi, il est important dans l’analyse des résultats de tenir compte de la manière dont ces données ont été acquises pour ne pas fausser les interprétations.

A bord de l'avion : dernier contrôle des installations - © Université de Lorraine, décembre 2010

En amont des campagnes de vols paraboliques, nous avons énormément d'adaptation matérielle à réaliser. En effet, les conditions sont très spéciales. Un avion qui décrit des trajectoires paraboliques pour nous permettre d’obtenir une vingtaine de secondes de microgravité à chaque parabole... ce n’est pas très habituel ! C’est une aventure humaine mais également matérielle ! Chaque élément d’équipement doit fonctionner pour l’enregistrement de nos mesures et ne doit pas poser de soucis dans un environnement où alternent des phases d’hypergravité et de microgravité.

> Comment s’est poursuivie cette recherche à partir des données recueillies fin 2010 ?

Décembre 2010 faisait déjà suite à plusieurs campagnes de vols paraboliques auxquelles nous avions participé. Nous avons donc bénéficié d’une quantité de données suffisante qui nous a permis d'analyser certains phénomènes, dans des modalités sensorielles différentes : auditives, visuelles, tactiles. Ceci, en condition de microgravité, avec l'effet des états émotionnels qui influent sur notre capacité à traiter ces modalités-là : réagir au son, à un signal visuel, etc. Ça nous a permis de démontrer que la situation de microgravité et le stress qu’elle génère, influent sur nos réactions. Sur Terre, une émotion se traduit sur les plans psychologique, physiologique, expressif, etc. Mais, en microgravité, tous ces systèmes-là sont modifiés. Nous avons donc les premiers résultats sur la manière de mesurer un état émotionnel dans un environnement qui n'est pas la Terre.

Depuis une dizaine d'années, notre recherche scientifique s'est donc davantage orientée vers ces aspects émotionnels. Parce que nous savons que c'est une des limites des voyages spatiaux de longue durée.

> Dans le film, une séquence est consacrée à votre embarras suite à l’avènement d’une panne sur l'avion A310 Zero G. Un appareil de vol était défectueux. Novespace a donc préféré reporter les vols paraboliques du matin à l’après-midi de la même journée. Ce qui vous a posé un problème de taille. Vous vous êtes posé la question sur la manière dont vous alliez pouvoir exploiter des données recueillies l’après-midi plutôt que celles qui auraient dû l’être tôt le matin. Est-ce que vous pourriez nous en dire plus sur cet événement ?

Absolument. En fait, il faut comprendre que l'Airbus A310 Zéro G est une sorte de laboratoire destiné à mesurer différentes expérimentations en même temps. En tout cas, celles qui s’attachent aux conditions de microgravité et qui testent les effets de cette microgravité.

Donc, on retrouve dans cet avion des expérimentations de physique, de chimie, de biologie, de facteurs humains, etc. Et quand on a un problème de panne technique comme celui-ci, on ne peut pas prendre le risque d'emmener dans les airs une quarantaine de personnes et de les mettre en danger. Donc logiquement Novespace a choisi de faire les réparations nécessaires avant d'effectuer le vol.

Dans l'attente de la réparation : rester concentré - © Université de Lorraine, décembre 2010

Nous nous sommes alors posé la question sur la pertinence de faire nos mesures au cours de l’après-midi. Il fallait choisir entre l'opportunité de participer à ce vol-là ou de ne pas y participer, au risque de gaspiller une séance d’expérimentation complète. Nous avons choisi de continuer. Par contre, nous n'avons pas intégré ces données-là à celles que nous avons utilisées pour la rédaction des articles scientifiques sur cette expérience, parce qu'elles nous semblaient biaiser l’ensemble des résultats.

N’oublions pas que nous travaillons sur l'émotion. Prenons un exemple tout simple : le taux de cortisol, qui est une hormone associée au stress… On ne peut pas imaginer comparer des données qui ont été mesurées le matin, où il y a un pic de cortisol plus élevé, avec celles recueillies en début d’après-midi, lorsqu’on est plus détendu, après le repas, et de plus en pleine digestion. Même s'il y avait autant de microgravité, nous n’étions plus dans les mêmes conditions d’expérimentation.

Rappelons que les résultats de notre recherche doivent s’appliquer aux vols spatiaux. Donc, la moindre valeur a son importance pour des applications dans le domaine spatial. Il faut recueillir les données les plus fiables possibles.

> Comment cette recherche s'est-elle développée depuis plus de dix ans ?

Elle s'est bien développée. Même si le travail de recherche dans les environnements extrêmes est toujours soumis à des facteurs aléatoires et à de nombreuses difficultés. C'est toujours très compliqué. C’est une recherche au long cours. Notre objectif est d’affiner encore nos moyens de mesurer les états émotionnels et de pouvoir aider les spationautes impliqués dans des voyages spatiaux de longues durées.

Les sujets en action - © Université de Lorraine, décembre 2010

En effet, les voyages vers Mars vont durer beaucoup plus d'une année. Nous allons donc proposer d'intégrer nos méthodes de mesure de l'état émotionnel pour que les astronautes en bénéficient. Ceci, afin de les aider à réguler leur état émotionnel et à ne pas craquer au cours de ce long voyage. Il faut bien souligner que les conditions environnementales sont complexes puisque qu’ils vont être confinés, avec les risques et les dangers inhérents à ce type d’aventure… Les astronautes vont vivre une expérience absolument inédite : celle de s'éloigner de la Terre comme ça n'a jamais été fait auparavant. La seule fois que l’on s'est éloigné de la Terre comme ça, c'était pour aller marcher sur la Lune, en 1969. Depuis cinquante-quatre ans, il n'y a pas eu beaucoup d'expéditions lunaires ! Et là, ils vont se retrouver dans une situation très particulière : ils vont perdre la Terre de vue ! Ça, c'est la grande inconnue psychologique ! Aujourd’hui, quand les astronautes sont sur l’ISS, ils sont en orbite autour de la Terre, à une distance moyenne de 400 kilomètres. Ils voient la planète Terre. Il y a un lien entre eux et nous qui existe encore visuellement. Ils peuvent se dire : « c'est là où j'habite, où vivent mes proches, ma famille », etc. Mais quand ils ne verront plus où ils sont, sans aucun repère, quand ils ne verront plus leur planète… Comment les astronautes vont vivre ce moment-là ? C'est difficilement prévisible. Donc, il faut s'entourer d'un maximum de garde-fous et essentiellement dans le domaine de la psychologie (sans jeux de mots).

Ainsi, les travaux scientifiques d’une partie de notre équipe Cognition-Émotion-Action tente de faire progresser la recherche sur le suivi des états émotionnels en apesanteur. Ceci, pour essayer de détecter chez les spationautes, des moments, des comportements, des émotions qui deviendraient complexes à gérer au cours d’un vol de longue durée.

Mars, c'est 2030, environ. L'idée serait d'installer une base lunaire en 2025 ou 2026. Elle serait le point de départ de l'aventure pour Mars.

> Y-a-t-il des prévisions d'expérimentations sur cette vie lunaire pour préparer ce grand voyage vers Mars ? N’est-ce pas là une possibilité d'application de la recherche de votre équipe ?

Oui, l'idée est d'installer sur la Lune des structures pour y accueillir des personnes qui y travailleront régulièrement. C’est un autre contexte d’expérimentation qui mélangera confinement et gravité différente, avec une population un peu plus nombreuse que quelques personnes comme c’est le cas dans la station spatiale internationale [ISS].

Depuis 2019, nous participons à une série d’expérimentations en confinement, dont l'objectif est de simuler des missions lunaires sur de la longue durée.

Pour le moment, nous avons participé à deux campagnes : un confinement de quatre mois et un autre de huit mois, où des personnes sont placées dans des modules qui pourraient être ceux que l’on retrouvera sur la Lune, dans le cadre de la mise en place d’une base expérimentale en prévision des voyages sur Mars. L’intérêt de simuler de telles situations de confinement, c'est que l’on enferme un certain nombre de personnes dans un espace réduit. Cela permet d'isoler d'autres dangers potentiels, liés aux dangers physiques de l’environnement ou au voyage. Un tel environnement nous permet de mesurer en particulier l’impact des stresseurs psychosociaux sur l’état émotionnel en détectant les moments de tension liés aux conditions de vie. Ce type d’expérimentation présente également l’intérêt de recueillir des données permettant d’apprendre à constituer les équipages. Plusieurs paramètres doivent pouvoir être pris en compte : mélanger plusieurs cultures, des hommes, des femmes, combien ? Et quelle est la position d'un leader, par exemple. Comment pourrait-il se distinguer des autres membres de l’équipage ? Ce type d’expérimentation et les résultats qui en découlent nous permettent d’anticiper ou d'évaluer les difficultés relationnelles potentielles et les dangers psychosociaux.

> Comment cette expérimentation s’inscrit aujourd’hui dans les projets de vols spatiaux ?

Nous ne sommes pas restés figés sur notre protocole initial. Ce protocole a évolué, Il fonctionne, il a fonctionné dans les deux derniers confinements réalisés à Moscou et nous traitons actuellement toutes ces données. Réaliser des expérimentations est une des phases de la recherche. Mais, à un moment donné, il faut être capable de diffuser les résultats de cette recherche. Nous sommes actuellement dans une grande phase de publications scientifiques et nous allons probablement participer encore à d’autres vols paraboliques pour répondre à d’autres questions qui restent en suspens suite aux résultats obtenus lors des mesures précédentes.

> Comment cette recherche Cognition-Émotion-Action a évolué depuis plus de dix ans, sur le plan technologique et méthodologique ?

Ça évolue très, très vite ! Nous vivons une révolution numérique et technologique. Certains problèmes techniques que nous vivions il y a dix ans, n’en sont plus du tout aujourd'hui.

A l’époque du film Profession chercheur, nous faisions partie des premiers laboratoires à synchroniser des données psychologiques, cognitives avec des paramètres physiologiques, quasiment à la milliseconde. Aujourd'hui, des entreprises créent des modules qui nous permettent de faire très facilement cette synchronisation de données. Les dispositifs se sont de plus en plus allégés, améliorés, avec le développement d’applications sur téléphone mobile ou sur tablette. A l’époque de l’épisode de la série Profession chercheur, il fallait embarquer un ordinateur et son moniteur de contrôle. Désormais, avec un simple smartphone, nous pouvons visualiser et enregistrer la variabilité cardiaque, qui est un indicateur de la régulation des émotions.

C’est énorme ! Ça nous pousse et ça nous aide dans notre recherche. Il existe désormais des outils portables et plus performants, alors que ça n'était pas envisageable il y a quinze ans. Ces nouvelles technologies ouvrent à d’autres possibilités de recherche et donc fait évoluer notre méthodologie, notre réflexion sur la meilleure méthode à adopter pour mener nos recherches.

Une mise en œuvre technique complexe - © Université de Lorraine, décembre 2010

> Quelles évolutions la recherche Cognition-Emotions-Actions a connu en termes de financement ?

Nous avons évoqué l’évolution technologique de certains appareils… C'est bien, mais ça coûte. Actuellement, nos financements proviennent essentiellement du Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). Il faut mentionner aussi les aides de l’Université de Lorraine, de la région Grand Est, du Conseil départemental de la Moselle et de l’Eurométropole de Metz qui nous ont aidés et nous aident encore.

Malgré tout, nous n'avons toujours pas assez de financements pour mener nos recherches comme nous l’entendons. Mais grâce à ces différentes structures, nous avons pu continuer à expérimenter, dans des conditions qui ont été et qui restent aujourd’hui coûteuses sur le plan technologique et matériel.

> Comment votre équipe de recherche est-elle sollicitée aujourd’hui ?

Cela ne se fait pas par sollicitation. C’est à l’équipe de recherche de répondre à des appels d'offres qui semblent correspondre à la fois à ses propres compétences et à la fois aux questions qui l’animent. Nous sommes prêts à réaliser différentes expérimentations en environnements extrêmes, en fonction de l'obtention ou pas des crédits nécessaires.

> Y-a-t-il d'autres paramètres qui ont fait évoluer vos recherches ?

Cela fait presque dix-huit ans que nous travaillons dans le contexte spatial. Nous avons donc acquis de la reconnaissance et de la visibilité sur ces questions des émotions, du comportement ou de la contre-performance humaine, après avoir mené nos expérimentations dans d'autres environnements extrêmes. Donc aujourd’hui nous sommes un peu plus visibles qu’il y a dix ans.

> Quelles sont les perspectives aujourd'hui de ce type d’expérimentation, de cette recherche, sur d'autres applications ?

Avec ces compétences acquises lors de nos expérimentations dans des contextes difficiles, nous avons développé une expertise fine pour mesurer les états émotionnels des personnes sur Terre. Donc, l’objectif est de pouvoir appliquer cette expertise auprès d’autres personnes, dans d’autres circonstances et situations complexes.

On pourrait, par exemple citer le cas de personnes atteintes de maladies graves et qui vivent des états émotionnels qui enrayent ou ralentissent leur guérison. Si on parvient à détecter des moments de frustration, de stress, nous pourrions leur proposer des solutions de régulation de ces états émotionnels, afin d’améliorer leur bien-être.

Je pense également aux pompiers ou à des gens qui vivent des situations d'urgence. Nous pourrions les aider à mieux réguler leur état émotionnel, avec moins d'impact sur leur vie quotidienne.  Ce sont des exemples d'applications sociétales de notre recherche.

Retrouvez Benoît Bolmont dans son article co-écrit avec Michel Nicolas (Université de Bourgogne - UBFC) à propos de l'adaptation de l'être humain aux conditions extrêmes, publié sur The Conversation.

Propos recueillis le 4 octobre 2023 par Claude Rochette - Chargé de la Valorisation du patrimoine numérique de l’Université de Lorraine.