Combinaison spatiale

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La combinaison EMU améliorée

Une combinaison spatiale ou un scaphandre spatial est une tenue qu'un astronaute utilise pour faire une sortie dans l'espace (combinaison extra-véhiculaire) ou quand il est dans une capsule spatiale (combinaison intra-véhiculaire).

Contraintes naturelles[modifier | modifier le wikicode]

Une combinaison spatiale extra-véhiculaire doit résister aux conditions extrêmes de l'espace (chaleur, vide, etc...)

Les températures[modifier | modifier le wikicode]

La première contrainte que l’homme doit surmonter dans l’espace est la température, elle peut passer de 150 °C face au Soleil à -120 °C à l'ombre. Il est certain qu'un astronaute exposé directement au Soleil risque de souffrir de la chaleur comme du froid. Une exposition à ces températures entraînerait des gelures et des brûlures extrêmement graves.

La pression[modifier | modifier le wikicode]

Dans un milieu où il n'y a pas de pression, pas de gaz et donc pas d'air à respirer, les liquides à température du corps passent instantanément à l'état gazeux par sublimation. Pour un être humain placé dans le vide sans protection, cela signifie que son corps étant sous pression, il va subir une décompression rapide au cours de laquelle son corps va libérer, éjecter en quelques secondes les 5/6 litres d'air contenu dans ses poumons. Comme son cerveau ne sera plus oxygéné, il tombera inconscient en moins de 15 secondes puis dans le coma. En même temps, s'il survivait à l'hypoxie, les 30 à 60 litres d'eau que contient son corps (60% à 70% de son poids) se sublimeraient et entreraient en ébullition : tous les liquides dans son corps le feraient chauffer de l'intérieur. Il subirait une hémorragie explosive du fait que sa pression interne n'est plus équilibrée par la pression de l'espace. Son corps se mettrait à gonfler jusqu'à exploser, et l'astronaute mourait.

La gravité[modifier | modifier le wikicode]

Comme les autres êtres vivants, notre corps a évolué en s’adaptant à la gravité terrestre qui s'exerce sur nous. Dans l’espace la gravité n'existe pas, (Elle est moindre) ce qui implique un certain nombre de contraintes pour le corps humain.

Sur Terre, la gravité est égale à 1 (en unité arbitraire). Envoyer en orbite autour de la Terre, le corps de l’astronaute reste soumis à la force de la gravité, mais cette force est alors plus faible à cause de la distance. La vitesse donnée au vaisseau spatial permet d'envoyer l’astronaute dans l'espace malgré la force gravitationnelle qui continue d’agir sur le vaisseau spatial, c’est la loi de l’inertie. Ainsi la gravité disparaît et le corps l'astronaute se trouve en état d’apesanteur.

Sur Terre, notre cœur est programmé pour répartir le sang également dans tout le corps. Le cœur doit fournir un travail plus important pour alimenter les organes supérieurs, car le sang est naturellement attiré vers le bas à cause de la gravité.

Les membres inférieurs ne rencontrent pas ce problème. Le sang leur arrive plus facilement aidé par l’attraction terrestre. Les conséquences dans l'espace sont que les fluides corporels ne redescendent plus aussi simplement car la gravité n'est plus présente. Le cœur reste toujours programmé comme sur Terre, et continue de pousser principalement vers le haut, les fluides qui remontent sans cesse vers le torse et la tête de la personne, qui ressent alors le syndrome de la tête pleine ou le "boufi face". Les veines du cou et du visage ressortent plus qu’à l’habitude et les yeux rougissent et se gonflent. Cet effet s’accompagne aussi souvent d’une congestion du nez et des sinus et parfois même de maux de tête. Les jambes d’un astronaute deviennent alors plus minces, car le sang, qui avait l’habitude de descendre facilement vers les organes inférieurs, ne peut y arriver maintenant que par le système de pompage du cœur.

Le rayonnement cosmique[modifier | modifier le wikicode]

Le rayonnement cosmique c'est de manière générale le flux de particules de haute énergie (c'est-à-dire relativistes) présent dans tout l'Univers. Il s'agit pour sa partie électriquement chargée, de protons (principalement entre 85% et 90%) et de noyaux d'hélium (de 9% à 14%), le reste est constitué d'électrons, de différents nucléons (noyaux d'atomes) ainsi que de très petite quantité d'antimatière légère (antiprotons et positrons). La partie neutre est quant à elle constituée de rayon gamma ainsi que de neutrinos.

On compte 3 types de rayonnement spatiaux :

  • Les rayons cosmiques galactiques provenant de l'extérieur du système solaire.
  • Les particules solaires (photons) éjectées lors d'éruptions solaires.

Sur Terre, ces types de rayonnements ne constituent pas une grande menace pour la santé parce que l'atmosphère et le champ magnétique terrestre nous protègent de la plupart des rayons provenant de l'espace. Les astronautes qui évoluent en orbite basse (environ 400 km d'altitude) sont également protégés par l'atmosphère et le champ magnétique de la Terre. Toutefois, les rayonnements deviennent pour eux beaucoup plus problématiques lorsqu'ils quittent ces zones de protection pour aller vers la Lune (par exemple).

Ces radiations sont dangereuses pour l'être humain, car elles peuvent briser les chaînes d'ADN et ainsi, causer la perte d'informations. Les modifications structurelles des molécules d’ADN entraînent l’apparition de défauts dans le codage génétique, à l’origine de possibles mutations ou de mort cellulaire.

Les micrométéorites[modifier | modifier le wikicode]

Une micrométéorite est une petite météorite, une particule (poussières, grains de peinture, caillou, etc.) dans l'espace, pesant généralement moins d'un gramme, mais constituant une menace à l'exploration spatiale. Ces débris de micrométéorites sont une menace très réelle pour la sécurité des astronautes. En cas de choc de 28 000 km/h (vitesse orbitale) avec une micrométéorite, un homme sans combinaison serait immédiatement transpercé. Surtout si elle fait un mètre les micrométéorites peuvent faire jusqu'à 100 mètres. La combinaison serait inutile.

Contraintes liées à l'homme[modifier | modifier le wikicode]

Le manque d'air[modifier | modifier le wikicode]

Dans l'espace il n'y a pas d'oxygène. L'homme ne peut donc pas respirer. Si celui-ci était envoyé dans l'espace, il ressentirait tout de suite les effets du manque d'air, son cerveau qui n'est plus oxygéné, il perdrait connaissance et finirait par mourir. L'oxygène est un gaz indispensable à beaucoup de forme de vie. Les alvéoles pulmonaires sont le lieu des échanges gazeux de l'organisme entre l'air et le sang, et si l'O² (oxygène) inspiré devient plus faible que le CO² (dioxyde de carbone) expiré alors les organes de l'homme deviennent inactifs puisque l'O² restant n'oxygène alors que le cerveau et le cœur.

Les besoins[modifier | modifier le wikicode]

Quand l'homme doit faire face à certains problèmes dans l'espace qui sont quotidiens sur Terre, la soif, la transpiration et l'évacuation de l'urine. Dans l'espace, certains missions extra-véhiculaires durent de nombreuses heures (jusqu'à 6 heures sur l'ISS) et les astronautes, comme tous les êtres humains, ont des besoins vitaux (eau, nourriture...). L'espace n'étant pas doté de système d'évaluation de l'eau (toilette), il faut trouver une solution pour éviter les aller retours dans le vaisseau, et éviter ainsi une perte de temps. De plus, un homme se doit de boire 1,7 litre d'eau par jour (environ). Ne pas boire entraînerait une déshydratation qui aurait pour conséquence des douleurs musculaires. La transpiration est aussi un problème, s'il transpire, sur Terre, la sueur va tomber mais dans l'espace il flotte et donc il va gêner l'astronaute, il faut tenir compte de toutes ces contraintes.

La maladie des caissons[modifier | modifier le wikicode]

Lors d'une sortie dans l'espace, en tenant compte du fait que l'astronaute est approvisionné en O², un malaise peut survenir si la variation de pression est trop rapide. Dans la navette spatiale, la pression est la même que celle sur Terre, qui est de 1 atm (1.013 bars). L'air inspiré dans la combinaison est à une pression de 0,29 atm car il faut éviter que celle-ci ne se gonfle et empêche l'astronaute de travailler. Mais notre organisme ayant respiré de l'air composé d'oxygène et d'azote dans la navette, ne peut se soumettre directement à un autre environnement. Dans ce cas, l'azote contenu dans le sang se transformerait en bulles sous une pression réduite, ce qui entraînerait un malaise dû à l'accumulation de celles-ci dans les articulations, causant des douleurs extrêmes voire mortelles. La combinaison ne peut en rien éviter ce malaise connu notamment en plongée sous-marine sous le nom de maladie des caissons. Le fait de baisser la pression de la navette à 0.70 atm à la veille de la sortie permet d'évacuer en douceur l'azote contenu dans le sang. Après avoir revêtue la combinaison, l'astronaute doit rester encore 40 à 75 minutes dans le sas de sortie pour respirer de l'oxygène pur afin d'éliminer tous résidus d'azote.

Évolution des combinaisons spatiales[modifier | modifier le wikicode]

Depuis les premiers vols spatiaux, les combinaisons spatiales ont évoluées en fonction des progrès technologiques réalisés dans la fabrication des matériaux, l'électronique et les fibres mais également en fonction des missions prévues aux astronautes. On pourrait représenter l'évolution de la combinaison spatiale en comparant un tee-shirt avec un anorak. Le tee-shirt est constitué d'une seule couche de matière et nous protège très peu des agressions de l'extérieur, l'anorak est composé de plusieurs couches de matières naturelles ou synthétiques isolantes, imperméables et très résistantes. Il dispose de plusieurs poches et d'un capuchon. Dans une autre manière, la combinaison spatiale a suivi exactement la même évolution en s'adaptant aux contraintes naturelles de l'espace. Mais cela ne s'est pas fait sans problèmes. Les chercheurs ont puisé leurs idées dans tous les métiers où les hommes devaient affronter des conditions extrêmes : pilotes de guerre, vols stratosphériques, plongeurs autonomes, scaphandriers, volcanologues, etc.

Le premier problème qui se pose à l'astronaute au départ d'un vol spatial est bien sûr les effets du manque d'air et de la chute de pression. Il doit donc s'équiper d'une combinaison pressurisée. Mais laquelle ? Il existe globalement 3 modèles de combinaisons pressurisées :

  • la combinaison partiellement rigide fabriquée en matière synthétique et en métal. Elle ressemble à un scaphandre et est conçue pour maintenir un volume constant. C'est une version dérivée des scaphandres rigides utilisés en eaux profondes. Peu flexible, elle est difficile à utiliser car elle utilise des roulements plutôt que des soufflets aux jointures qui se mettent parfois dans des positions inhabituelles qui demandent un ajustement en cours de travail.
  • la combinaison mixte qui dispose d'un torse supérieur et d'un casque rigides, c'est l'exemple de la combinaison EMU (Extravehicular Mobility Unit)
  • la combinaison collante MCP (Mechanical Counterpressure suit) qui utilise un bas de corps élastique qui compresse le corps. Seuls la tête et le torse sont contenus dans une atmosphère pressurisée. Cette solution élimine le recours à un système à volume constant et réduit le risque de dépressurisation. Son inconvénient est d'être difficile à enfiler car elle est juste-au-corps, dense et épaisse et ne garantit pas que la pression est constante partout dans le corps, ce qui peut être source de problèmes en cours de vol. L'utilisant de la MCP empêche également d'utiliser le sous-vêtement de refroidissement LCVG. L'astronaute ne peut donc compter que sur sa propre transpiration pour rester au frais. Les versions les plus récentes de MCP font appel à des polymères à mémoire de forme. Les premiers projets de combinaison pressurisée capable d'affronter les conditions du vide remontent à 1936 et ressemblaient à s'y méprendre aux tenues imperméables que portaient les scaphandriers, les fameux "pieds lourds". C'était une solution semi-rigide. Parmi les tous premiers prototypes, la combinaison pressurisée MX-117 conçue en 1939 par la société américaine Goodrich. Elle sera testée par l'USAF (US Air Force) jusqu'en 1943. Faute de disposer de retour d'expérience, cette combinaison était peu adaptée aux conditions de l'espace et convenait probablement mieux à des scaphandriers. Il y avait aussi le problème de l'isolement thermique, des micrométéorites et la ventilation qui poseront des problèmes aux concepteurs durant plus de 20 ans. Mais cette combinaison contenait déjà quelques idées que l'on retrouvera par la suite dans les combinaisons Apollo (A7L) et l'EMU, notamment le torse supérieur rigide, les articulations, la division au niveau des bras et des cuisses, les gants et les bottes. Comme la plupart des combinaisons spatiales, elle est cependant difficile à enfiler et nécessitait beaucoup de contorsions.

Les différents types de combinaisons spatiales[modifier | modifier le wikicode]

Combinaison Extra-véhiculaire[modifier | modifier le wikicode]

Combinaison extra-véhiculaire

Les combinaisons spatiales qui servent aux activités extra-véhiculaires sont utilisées que durant les sorties dans l'espace, ou sur d'autres corps planétaires (Lune, Mars, etc...). Leurs caractéristiques varient en fonction de la mission que l'astronaute doit remplir mais elles comprennent toutes un système de protection thermique contre des températures pouvant aller d'environ -150 °C à +150 °C, une protection contre les rayons cosmiques et les micrométéorites, un éclairage, des points d'accrochage pour les outils. Ce type de combinaison doit permettre à l'astronaute de conserver une grande mobilité sans devoir exercer trop de forces. Ce type de combinaison est apparu en 1971 pour les Russes (Orlan D) et en 1983 pour les Américains (EMU)

Combinaison Intra-véhiculaire[modifier | modifier le wikicode]

Combinaison intra-véhiculaire

La combinaison intra-véhiculaire est le 1er type de combinaison spatiale, leur but est de protéger l'équipage, s'il y a une décompression accidentelle dans la capsule ou d'une contamination de l'atmosphère de la cabine par un produit toxique. La combinaison intra-véhiculaire est portée durant le lancement jusqu'à la mise en orbite et pendant la rentrée atmosphérique de la capsule spatiale. Compte tenu de ces objectifs, elle doit être légère et peu encombrante et le confort de la combinaison est très important notamment l'absence de parties rigides (dure), car l'astronaute subit des accélérations importantes (jusqu'à 17 g 1 si le déroulement du lancement ou de la rentrée se passent mal) et le vaisseau est contraint à d'importantes vibrations. Ces combinaisons incluent notamment une réserve d'oxygène, un système de refroidissement avec circuit liquide, un système de communications, une bouée permettant à l'astronaute de flotter en cas d'amerrissage (atterrissage dans l'eau) des équipements de survie (lampe flash, fusée de détresse, etc) et éventuellement un parachute ou au moins un système permettant d'en accrocher un. La combinaison spatiale russe Sokol utilisée à bord des vaisseaux Soyouz et l'ACES portée par l'équipage de la Navette spatiale américaine sont les représentants les plus récents de ce type de combinaison spatiale.

Référence[modifier | modifier le wikicode]

  1. 17 g correspond à 17 fois son poids et 1 g correspond à son poids normal.

Vikiliens pour compléter[modifier | modifier le wikicode]

Source[modifier | modifier le wikicode]

Source : cette page a été partiellement adaptée de la page Combinaison spatiale de Wikipédia.

interne[modifier | modifier le wikicode]

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