Pourquoi les astronautes flottent-ils dans l’Espace ?

L’exploration spatiale nous fascine depuis des décennies.

Les images d’astronautes flottant dans l’Espace, s’éloignant de leur vaisseau spatial, sont gravées dans notre mémoire collective.

Pourtant, la question se pose : pourquoi les astronautes flottent-ils dans l’Espace ?

Quels sont les mécanismes à l’œuvre pour créer cette sensation d’apesanteur ?

Approfondissons ensemble les fondamentaux de la physique, tenter de comprendre les forces qui s’exercent sur un astronaute hors de notre planète et démystifier les idées reçues sur la gravité dans l’Espace.

Alors, prêts à embarquer pour un voyage dans l’infini et au-delà ?

La gravité : un mystère pas si mystérieux

Avant de nous plonger dans l’explication de la flottaison des astronautes, il nous faut d’abord comprendre ce qu’est la gravité.

La gravité, ou force de gravitation, est une force d’attraction qui s’exerce entre tous les objets ayant une masse. Elle a été décrite pour la première fois par Isaac Newton au XVIIe siècle. Plus précisément, la gravité est proportionnelle au produit des masses des deux objets et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Autrement dit, plus les objets sont massifs et proches l’un de l’autre, plus la force de gravitation qui les unit est importante.

C’est cette force de gravitation qui maintient les objets au sol et qui nous donne notre sensation de poids sur Terre. En effet, la masse de notre planète exerce une force d’attraction sur notre propre masse, nous maintenant fermement sur le sol. La gravité est responsable de la formation des systèmes solaires, des galaxies et de la structure de l’univers tout entier.

Alors, comment se fait-il que les astronautes flottent dans l’Espace, si la gravité est partout ? La réponse réside dans la notion de chute libre.

La chute libre : un état de flottaison permanent

La chute libre est un concept bien connu en physique. Il s’agit d’un état dans lequel un objet, soumis uniquement à la force de gravitation, se déplace librement sans aucun autre support ou force extérieure. Sur Terre, nous expérimentons la chute libre lorsque nous sautons d’un avion en parachute, par exemple. Pendant un court instant, nous sommes soumis uniquement à la gravité et nous avons la sensation de flotter.

1. La Terre et la chute libre : En réalité, la Terre elle-même est en chute libre permanente autour du Soleil. Elle est soumise à la force de gravitation du Soleil, qui l’attire vers lui, mais elle se déplace sur une trajectoire tangentielle, ce qui lui permet de rester en orbite. Ainsi, la Terre est constamment en train de tomber vers le Soleil, tout en s’éloignant de lui, créant un équilibre dynamique.
2. Les objets en orbite : De la même manière, les objets en orbite autour de la Terre, comme les satellites et les vaisseaux spatiaux, sont en chute libre permanente. Ils sont soumis à la gravité terrestre, qui les attire vers la planète, mais leur vitesse tangentielle les éloigne continuellement de la Terre. C’est cet équilibre qui permet à ces objets de rester en orbite.
3. Les astronautes et la chute libre : Enfin, les astronautes à bord de ces vaisseaux spatiaux et stations orbitales sont eux-mêmes en chute libre, tout comme les objets qui les entourent. Ils sont soumis à la gravité terrestre et tombent vers la Terre en même temps que leur vaisseau, mais leur vitesse les maintient en orbite. Ainsi, ils ont la sensation de flotter à l’intérieur de leur vaisseau, car ils sont en chute libre permanente.

A noter que même lorsque les astronautes sont en sortie extravéhiculaire (c’est-à-dire lorsqu’ils sont hors de leur vaisseau), ils restent en chute libre et continuent de flotter. En effet, leur combinaison spatiale et les objets qu’ils manipulent sont en chute libre autour de la Terre, soumis à la gravité de notre planète.

Les effets de l’apesanteur sur le corps humain

Flotter dans l’Espace est certainement une expérience incroyable, mais l’apesanteur a des effets sur le corps humain à court et long terme. En effet, notre organisme est adapté à la vie sur Terre et à la force de gravité qui s’y exerce. Lorsque cette force disparaît, de nombreux systèmes de notre corps doivent s’adapter à ces nouvelles conditions.

• Le système musculaire : Sans la nécessité de soutenir le poids du corps, les muscles s’affaiblissent progressivement dans l’Espace. Les astronautes doivent donc suivre un programme d’exercices physiques réguliers pour prévenir la fonte musculaire.
• Le système osseux : De la même manière, l’absence de contraintes mécaniques sur les os due à la gravité entraîne une décalcification et une diminution de la densité osseuse. Les astronautes sont donc plus susceptibles de souffrir de fractures et d’ostéoporose.
• Le système cardiovasculaire : En apesanteur, le sang a tendance à se répartir différemment dans le corps, avec une accumulation dans la partie supérieure. Le cœur doit alors s’adapter pour pomper le sang plus efficacement. De plus, le retour veineux est moins efficace, ce qui peut provoquer des œdèmes et des troubles circulatoires.
• Le système vestibulaire : Le système vestibulaire, situé dans l’oreille interne, est responsable de notre sens de l’équilibre et de notre orientation dans l’espace. En l’absence de gravité, ce système est perturbé, ce qui peut provoquer des troubles de l’équilibre, des vertiges et des nausées, surtout lors des premiers jours en apesanteur.
• Le système immunitaire : Des études ont montré que l’apesanteur peut avoir un impact négatif sur le système immunitaire des astronautes, les rendant plus vulnérables aux infections. Les mécanismes exacts de cette réduction de l’immunité ne sont pas encore totalement compris, mais pourraient être liés au stress et aux modifications du fonctionnement des cellules immunitaires.
• La vision : Enfin, l’absence de gravité peut affecter la vision des astronautes. Les changements dans la répartition du liquide céphalorachidien et la pression intracrânienne peuvent provoquer une déformation du globe oculaire et une modification du nerf optique, entraînant une baisse temporaire de la vision.

Face à ces défis, les agences spatiales et les chercheurs travaillent constamment à améliorer les conditions de vie des astronautes et à développer de nouvelles méthodes pour prévenir et traiter les effets de l’apesanteur sur le corps humain.

La gravité artificielle : une solution pour l’exploration spatiale lointaine ?

Alors que l’humanité se prépare à explorer des destinations plus lointaines, comme Mars ou les lunes de Jupiter, la question de la gravité et de ses effets sur les astronautes devient de plus en plus cruciale. En effet, les missions vers ces destinations pourraient durer plusieurs années, et les effets de l’apesanteur sur le corps humain pourraient alors devenir un problème majeur pour la santé des voyageurs spatiaux.

Une solution possible pour pallier ce problème est la création de gravité artificielle dans les vaisseaux spatiaux. L’idée est de recréer une force similaire à la gravité en utilisant la force centrifuge. En faisant tourner le vaisseau spatial ou une partie de celui-ci à une vitesse suffisante, les astronautes ressentiraient une force les poussant vers l’extérieur, similaire à la force de gravité terrestre.

Ce concept n’est pas nouveau et a été popularisé par des œuvres de science-fiction comme le film « 2001, l’Odyssée de l’Espace » de Stanley Kubrick ou la série télévisée « The Expanse ». Cependant, la mise en œuvre de la gravité artificielle pose de nombreux défis techniques et scientifiques :

• La taille du vaisseau ou de l’habitat spatial doit être suffisamment grande pour permettre une rotation sans provoquer de désorientation ou de nausées chez les astronautes.
• La vitesse de rotation doit être ajustée avec précision pour créer une force centrifuge équivalente à la gravité terrestre sans provoquer d’instabilité ou de vibrations excessives.
• La conception du vaisseau spatial doit tenir compte des contraintes mécaniques et structurelles engendrées par la rotation, ainsi que des problèmes d’isolation thermique et de radiation.

Même si la gravité artificielle n’est pas encore une réalité dans les missions spatiales actuelles, les recherches et les développements dans ce domaine pourraient ouvrir la voie à des voyages spatiaux plus longs et plus sains pour les astronautes du futur.

La flottaison des astronautes dans l’Espace s’explique par un état de chute libre permanente autour de la Terre, soumis uniquement à la force de gravitation. Cette sensation d’apesanteur, bien que fascinante, pose des défis pour la santé des astronautes et nous pousse à chercher des solutions pour l’exploration spatiale lointaine. La gravité artificielle pourrait être l’une de ces solutions, bien que de nombreux défis restent à surmonter pour la rendre viable. Quoi qu’il en soit, l’exploration de l’infini et au-delà continue de nous passionner et de repousser les limites de notre compréhension de l’univers.