Le 3 novembre 1957, la chienne Laïka est le premier être vivant à être envoyé en orbite autour de la Terre. Officiellement, la chienne a survécu entre 8 et 10 jours puis a été empoisonnée avec sa nourriture pour lui éviter de trop souffrir. Mais dans les années 80, cette version est abandonnée au profit de la version réelle sur la fin de vie de Laïka, morte après quelques heures de voyage de chaleur et de déshydratation, la chienne ayant été soumise à une température supérieure à 40˚C car le spoutnik 2 ne disposait pas de protection suffisante pour atténuer le rayonnement solaire.
Avant ce voyage, les allemands avaient envoyé, en 1947, des mouches drosophiles dans une fusée V2 et elles avaient pu être ramenées vivantes sur Terre après un voyage en haute altitude ; puis dans les années 50, des rats, des souris et des lapins ont voyagé en ballon à haute altitude.
Dés 1951, les soviétiques choisissent deux chiens pour atteindre une altitude de 100 km, tandis que les États-Unis préfèrent utiliser six singes rhésus entre 1948 et 1951, en raison de leur similitude avec l’homme. Le premier singe, Albert I, meurt de suffocation pendant le voyage et le deuxième, Albert II, meurt à son retour sur Terre dans le crash de la capsule spatiale. Albert VI est le premier singe à survire après un séjour à une altitude de 72 km mais il mourra aussi peu de temps après son retour, probablement en raison d’un choc thermique.
Les premiers animaux à revenir vivant sur Terre après un voyage orbital sont les chiens Belka et Strelka en août 1960, quelques mois avant le premier vol habité dans l’espace, effectué le 12 avril 1961 par le soviétique Youri Gagarine. Parallèlement, les États-Unis continuent d’utiliser des singes, comme Miss Baker qui est la première à survivre à un vol spatial puis le singe Ham qui atteint 250 km d’altitude avec la navette Mercury en 1961 et Enos qui sera le premier à réaliser un voyage orbital en faisant deux fois le tour de la Terre.
Le conditionnement des singes se fondait, à l’origine des tests, sur le principe de la punition et les animaux recevaient des décharges en cas de mauvaise réponse ou de problèmes techniques, comme ce fût le cas pour Enos qui, en raison d’un dysfonctionnement électrique, avait reçu plus ieurs décharges alors qu’il répondait correctement aux questions lors de son voyage. A partir de 1985, la logique des tests a été inversé et les singes ont commencé à recevoir des récompenses en cas de bonnes réponses.
Les animaux sont utilisés comme cobayes par la plupart des pays avant d’effectuer un vol spatial avec un être humain. La France par exemple a privilégié les rats et en 1961, le rat Hector a été envoyé à bord de la fusée Véronique, des électrodes plantés dans le cerveau, avant de revenir vivant après cinq minutes d’apesanteur à 250 km d’altitude. En 1963, La France envoie une chatte effectuer un voyage suborbital de dix minutes et l’animal ne sera baptisé Félicette qu’à son retour, les équipes n’étant pas autorisées à développer une quelconque affection pour les animaux utilisés.
En mémoire du seul chat à être parti dans l’espace, une statue a été érigée en mémoire de Félicette grâce à une cagnotte mise en ligne par un anglais. En se multipliant, les voyages spatiaux ont permis d’observer des modifications physiologiques chez les astronautes mais, comme le rappelle le scientifique Michel Viso, l’être humain ne pouvant faire l’objet d’examens trop approfondis, il ne constitue pas le cobaye idéal, contrairement aux animaux qui ont continué à être envoyés dans l’espace.
En 1973, un poisson est envoyé avec la mission Spacelab pour savoir si les poissons peuvent être désorientés dans l’espace alors qu’ils nagent déjà en trois dimensions dans l’eau. L’étude a constaté qu’il a fallu quatre jours d’adaptation au poisson pour s’habituer aux sources lumineuses, différentes de celles du soleil sur Terre, présent uniquement au-dessus de l’eau.
Pour d’autres animaux, une phase d’adaptation est aussi nécessaire, comme pour des araignées afin qu’elles arrivent à tisser leur toile dans l’espace. Le plus long séjour d’animaux dans l’espace, d’une durée de 90 jours, a été effectué par des tortues et faisait suite à une précédente étude soviétique réalisée en 1968 au cours de laquelle il avait été observée que les tortues avaient perdu 10% de leur masse corporelle tout en conservant leur appétit.
Le nombre de pays développant des programmes spatiaux et la durée des voyages augmentant, l’utilisation d’animaux comme cobayes permet notamment d’étudier les capacités de reproduction dans l’espace. En 1996 et 1998, une variété de salamandre a donné naissance dans la station spatiale internationale et les spécimens nés dans l’espace ont survécu et pu donner naissance à leur retour sur Terre.
En 2013, l’institut des problèmes biomédicaux de Moscou a par exemple envoyé dans l’espace, 45 souris, 8 gerbilles de Mongolie, 15 lézards et 20 escargots, pour étudier les conséquences des longs séjours sur l’organisme. En 2015, la NASA a quant à elle envoyé 20 souris pour étudier les effets de l’atrophie musculaire et la perte osseuse chez les astronautes.
Le scientifique Michel Viso explique cependant que ces expériences ne sont pas très fréquentes car la station spatiale internationale ne dispose pas des infrastructures nécessaires pour conserver longtemps des animaux embarqués. Pour autant, le progrès technique permet désormais de conserver du matériel génétique dans l’espace puis de l’utiliser ultérieurement pour donner naissance en laboratoire, la station spatiale devenant ainsi une sorte d’Arche de Noé en cas de cataclysme sur Terre.
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