Horloge biologique et séjours en milieu polaire

Publié le 17.10.2012

Comment réagit l’organisme humain à une exposition prolongée à l’obscurité, durant l’hiver polaire ? Inversement, comment s’adapte-il l’été à la présence permanente du soleil ? Une chercheuse britannique passe en revue les articles scientifiques abordant cette question.

Cette problématique n’a pas été la préoccupation majeure des premières équipes qui ont séjourné en milieu polaire. L’adaptation au froid, ainsi que les troubles psychologiques dus à l’isolement et au confinement ont été les sujets étudiés en priorité. Plus tard il est apparu que le manque de lumière naturelle en hiver sur de longs mois pouvait nuire à la santé des résidents temporaires en Arctique ou en Antarctique.

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Au cap Nord, l’été à minuit, le soleil frôle l’horizon sans se coucher
Crédit photo : Drdoht
Domaine public - Source : Wikimedia commons

En effet, au-delà du cercle polaire, c’est-à-dire aux latitudes supérieures à 66°33’, le soleil est au-dessus de l’horizon pendant 24 heures, au moins un jour par an (soleil de minuit) et réciproquement au-dessous de l’horizon pendant 24 heures, au moins un jour par an. Par exemple, à la base britannique de Halley située en Antarctique à 75° de latitude, lieu où l’auteure a fait de nombreuses observations, le soleil ne se lève pas l’hiver pendant 100 jours, et ne se couche pas l’été pendant 110 jours.

Outre les résultats de ses investigations personnelles à Halley, la scientifique a rassemblé toutes les études traitant le sujet, en interrogeant quatre grandes bases de données internationales. [1]

Horloge biologique et latitudes extrêmes

Que se passe-t-il quand un individu est totalement privé de stimuli externes, appelés « synchroniseurs » (alternance lumière-obscurité, chaud-froid, horaire des repas,…) ? De telles conditions sont retrouvées dans les expériences dites « hors du temps » réalisées soit dans des laboratoires spécialement aménagés, soit en milieu spéléologique, ou encore lors de l’hivernage vécu par quatre volontaires de Greenpeace à la base de Cape Evans en 1990. Au bout de quelques jours, l’horloge biologique de chaque individu a adopté une périodicité qui lui est propre, le plus souvent légèrement supérieure à 24 heures. Ces rythmes sont appelés rythmes en libre cours.

L’absence d’alternance lumière/obscurité peut entraîner une « désynchronisation », phénomène qui se produit lorsque deux (ou plus) paramètres biologiques, physiologiques ou comportementaux antérieurement synchronisés, cessent de présenter les mêmes relations de fréquence ou de phase. Parmi les paramètres on peut citer la sécrétion d’hormones, la régulation de la température corporelle, la pression sanguine, la fréquence cardiaque, les performances intellectuelles et sportives, la vigilance, la capacité de concentration,…

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La station britannique de Halley l’hiver
Crédit photo : Mtpaley
Domaine public - Source : Wikimedia commons

Conséquences sur la santé

Parmi les publications analysées, ce sont les troubles du sommeil, essentiellement durant l’hiver, qui sont le plus fréquemment évoqués. Ils se traduisent par un temps d’endormissement plus long, une durée moindre du sommeil et une mauvaise qualité de celui-ci. Ceci pourrait être en rapport avec un délai de la sécrétion de mélatonine et un retard du rythme de la température corporelle par rapport à l’été, comme mesuré au dôme Fuji (base japonaise) en 1999.

La vraie dépression saisonnière n’a été que peu fréquemment observée dans ces milieux extrêmes, peut-être parce que les personnels civils ou militaires appelés à séjourner dans les bases sont soigneusement sélectionnés et soumis à des tests médicaux et psychologiques rigoureux. Cependant des dépressions peu symptomatiques ont été rapportées.

Il a été démontré que des repas pris à une phase inappropriée du rythme circadien perturbent le métabolisme postprandial avec apparition de résistance à l’insuline et augmentation des triglycérides, qui sont des facteurs de risque de troubles cardiaques.

Des travaux qui rejoignent ceux réalisés sur les travailleurs postés [2] suggèrent qu’à long terme la désynchronisation pourrait être responsable de cancers.

Les remèdes

Il est important d’établir des horaires fixes pour le lever, le travail, les repas…

En Arctique et en Antarctique, tous les fuseaux horaires convergent, chaque base scientifique peut ainsi choisir celui sur lequel elle va se régler. Pour des raisons pratiques de facilités de communication, la station de Halley s’aligne de mars à septembre sur le méridien de Greenwich et le reste de l’année se met à l’heure de Rothera, une autre station britannique en Antarctique avec laquelle elle a trois heures de décalage l’été. Il n’y a pas eu d’étude sur l’impact de ce décalage qui se produit à l’intersaison, moment où les jours rallongent ou diminuent le plus rapidement.

L’idéal pour réintégrer des horaires fixes est de restaurer artificiellement l’alternance lumière/obscurité, cette solution étant préférable aux traitements médicamenteux : hypnotiques, antidépresseurs.

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Scientifiques travaillant au soleil de minuit
Crédit photo : Jeremy Potter - US NOAA photo library
Domaine public - Source : Wikimedia Commons

Cependant un apport en mélatonine peut être intéressant.

  • En été
    Il est assez facile de recréer à l’intérieur des bâtiments le cycle jour/nuit en obturant à heures fixes les fenêtres par des rideaux opaques ou en portant des masques pour dormir. Attention à la tentation d’aller skier au soleil de minuit !
    Une inconnue subsiste : l’impact du port prolongé de lunettes sombres, indispensables lors des activités hors de la base pour se protéger des rayons UV réfléchis par la glace.
  • L’hiver
    L’éclairage artificiel doit être optimisé au maximum, non seulement pour le respect des rythmes biologiques, mais aussi pour éviter de consommer trop de carburant précieux à un moment ou le ravitaillement est problématique.
    Différentes études laissent à penser qu’une exposition journalière à une lumière blanche à large spectre et de forte intensité, pendant 30 minutes à une heure, serait suffisante pour maintenir un taux de mélatonine approprié. Une lumière enrichie en bleu semble être plus efficace que la lumière blanche standard.
    En pratique, il est possible de dresser un algorithme optimal pour l’éclairage, avec une intensité lumineuse élevée le matin au réveil, plus réduite durant la matinée, à nouveau forte après le déjeuner (pour combattre la somnolence postprandiale), puis décroissante progressivement jusqu’à la fin du « jour ».

Ces résultats sont utiles non seulement pour améliorer le séjour des scientifiques ou des militaires en mission aux pôles, mais aussi pour le personnel des plates-formes pétrolières en mer du Nord (et au-delà). Pour ces derniers s’ajoute le problème du travail posté. Paradoxalement celui-ci s’y avère plus facilement supporté qu’aux latitudes plus basses, sans doute grâce à l’environnement particulier des installations de forage (espaces de repos spécialement conçus, calmes et sombres).

Enfin les recherches menées sur ce thème concernent toutes les personnes des zones plus tempérées susceptibles d’être perturbées par les variations saisonnières de la durée du jour et de la nuit.

Marie-Pierre Verdier, INIST-CNRS

[1]Elle a utilisé les mots-clefs suivants : "circadien" (rythme dont la périodicité correspond approximativement à la durée d’une journée), "mélatonine", "sommeil", "hormone", "cardiovasculaire", qu’elle a ensuite croisés avec "homme" et "Arctique" ou "Antarctique". Les publications concernant les habitants permanents natifs de l’Arctique ont été exclues, des travaux antérieurs ayant montré que du point de vue des rythmes biologiques ceux-ci constituaient par rapport aux résidents temporaires (militaires, membres des missions scientifiques, travailleurs sur plates-formes offshore en Arctique…) une population à part. Au final elle a obtenu 250 articles dont elle n’a retenu que les plus pertinents pour rédiger sa synthèse.

[2]Travail posté : mode d’organisation du travail où des équipes se relaient au même poste nuit et jour.

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