Que devient le corps dans l’espace : l’apesanteur

Imaginez que vous flottez

Imaginez que vous êtes dans la Station spatiale internationale et que vous lâchez un stylo : il reste en l’air. Beaucoup de gens pensent qu’il n’y a pas de gravité là-haut. En fait, à 400 kilomètres, la gravité vaut encore environ 90 % de sa force au sol. La station et tous ceux qui s’y trouvent tombent autour de la Terre, et ils n’atterrissent jamais parce qu’ils avancent aussi de côté à environ 7,66 kilomètres par seconde. Tomber ensemble donne la sensation d’apesanteur. Ouvrez le bac à sable sous l’image et changez l’orbite : une station plus basse doit aller plus vite.

Vitesse, période et levers de soleil

La vitesse d’une orbite circulaire est v = √(GM/r), où GM vaut 3,986 × 10^14 pour la Terre et r est la distance à son centre. Pour l’ISS, r = 6 371 + 400 = 6 771 km, ce qui donne v d’environ 7,7 km/s, soit à peu près 27 600 km/h. Un tour dure 2π r / v, environ 92 minutes. Une journée compte 1 440 minutes, donc l’équipage voit 1 440 / 92, soit environ 16 levers et 16 couchers de soleil chaque jour. Réglez le curseur sur 2 000 km et le tour s’allonge jusqu’à environ 127 minutes.

Liquides, colonne et os

Sans poids, le corps change en quelques jours. Le sang et les autres liquides se déplacent vers la tête, ce qui donne aux astronautes un visage gonflé et des jambes fines. La colonne vertébrale n’est plus comprimée et s’allonge de quelques centimètres ; elle raccourcit de nouveau au retour. Les os et les muscles n’ont rien à porter, donc sans exercice les os perdent environ 1 à 1,5 % de leur masse chaque mois. C’est pourquoi chaque astronaute s’entraîne environ deux heures par jour sur un tapis de course, un vélo et une machine de résistance.

Un petit vaisseau que l’on porte

À l’extérieur de la station, il n’y a pas du tout d’air, donc aucune pression pour faire fonctionner le corps. Un scaphandre est donc un vaisseau spatial personnel. Il garde de l’air à une pression sûre, fournit de l’oxygène, retire le dioxyde de carbone et protège contre de minuscules grains de poussière lancés à grande vitesse. Il doit aussi gérer la température : à découvert, une surface au soleil chauffe jusqu’à environ +120 degrés Celsius, et à l’ombre elle tombe à environ −150. Le scaphandre comporte des couches d’isolation et de l’eau de refroidissement qui circule dans un sous-vêtement ajusté.

Plus de rayonnement

Au sol, nous sommes protégés par une couverture d’air. Son poids au-dessus de chaque centimètre carré équivaut à celui de 10 mètres d’eau, la même atmosphère que vous avez rencontrée dans le chapitre sur la mer. Le champ magnétique de la Terre aide aussi. En orbite, l’air se trouve sous la station, donc les astronautes reçoivent beaucoup plus de rayonnement que les gens restés chez eux. Les agences spatiales mesurent la dose de chaque personne et fixent des limites sur toute une carrière. Pour les vols vers la Lune et Mars, le rayonnement est l’un des principaux problèmes à résoudre.

Le feu de la rentrée

Pour revenir, une capsule doit quitter son orbite et rencontrer l’air à environ 7,7 kilomètres par seconde. L’air devant elle est comprimé si fort qu’il devient incandescent. Le bouclier thermique, conçu pour brûler lentement, peut atteindre environ 1 600 degrés Celsius sur sa face extérieure alors que l’équipage à l’intérieur reste à l’aise. Des parachutes ralentissent la capsule, et de petits moteurs adoucissent le contact final. Après des mois en orbite, un membre d’équipage atterrit avec des jambes qui semblent lourdes et une oreille interne qui doit réapprendre le haut et le bas.

En orbite