13 Octobre 2009

Pesanteur, quand tu nous lâches

Tout ce que vous avez  voulu savoir sur l'impesanteur sans jamais avoir osé le demander...

L'Homme dans tous ses états

Vision troublée, os dégradés, circulation sanguine perturbée...En impesanteur, le corps  humain subit d'étonnantes modifications...

Le faciès lunaire

N’avez-vous jamais remarqué quelque chose d’étrange sur le visage des astronautes dans l’espace

Il n’est pas ovale mais rond...

Or, ce n’est pas l’objectif de la caméra qui fait miroir déformant mais bien l’impesanteur qui perturbe… la circulation du sang.

En fait, le visage est gonflé de sang, ce qui donne l’aspect d’un "faciès lunaire".

Explications : sur Terre, la pesanteur due à l’attraction de notre planète ramène le sang vers les pieds mais, dans l’espace, la pesanteur n’agit plus.

Par conséquent, le sang se répartit différemment dans le corps, et notamment, un tiers de nos cinq litres de sang se déplace des membres inférieurs vers le thorax et la tête.

Résultat : des jambes amincies et une tête gonflée.

Le coeur paresseux

En plus d’avoir une tête de grenouille, les astronautes se retrouvent avec un cœur paresseux.

En effet, sur Terre, le cœur "remonte" les litres de sang qui, sans lui, s’accumuleraient dans les jambes sous l’effet de la pesanteur.

Dans l’espace, la pompe à sang perd de sa tonicité puisqu’une bonne partie du volume sanguin est déjà dans les membres supérieurs !

Pour la forcer à travailler, les astronautes utilisent un caisson de décompression, une sorte de pantalon qui attire le sang vers les jambes.

Ainsi, au moment du retour sur Terre, le cœur des astronautes est prêt à affronter la pesanteur et à remonter le sang vers la tête afin d’éviter de tomber… dans les pommes !

Les os comme du gruyère

Les os aussi "en prennent plein la figure". Ils deviennent comme du gruyère !

En moyenne, un homme perd 20 % de sa masse osseuse tout au long de sa vie, alors qu’un astronaute perd la même masse en seulement six mois de vol…

L’os est un tissu vivant qui "pousse" et se détruit en même temps. Mais il ne se construit que lorsqu’il doit "supporter" des contraintes comme le poids d’un corps.

En impesanteur, tout se passe comme si le poids n’existait plus.

Les os ne sont donc pas sollicités et ne poussent plus alors qu’ils continuent à se détruire.

De retour sur Terre, les astronautes sont comme des "hommes de verre" se fracturant les os au moindre choc.

Pour limiter ces risques, ils doivent s’astreindre à des exercices physiques quotidiens.

Sens dessus dessous

Vous avez sûrement déjà ressenti le mal des transports, dans une voiture, un car ou un avion…

Hé bien dans l’espace, c’est la même chose. Cette sensation correspond à une perturbation de notre "sens" de l’équilibre.

Au bord d’un précipice, sur une poutre ou un ballon, nous disposons de trois informateurs pour savoir comment se positionner : les capteurs visuels (yeux), les capteurs sensoriels (peau des pieds, muscles des jambes,…) et les capteurs de l’oreille interne.

Mais dans l’espace, les deux derniers capteurs sont altérés.

Il y a donc contradiction entre les informations provenant des yeux, qui voient correctement, et les informations des pieds ou de l’oreille interne, dont les capteurs sont altérés.

Le cerveau qui reçoit toutes ces informations incohérentes ne sait plus où donner de la tête : c’est le mal de l’espace garanti. Heureusement, les astronautes arrivent à s’adapter au bout de quelques jours. Mais il leur faudra aussi se réadapter à la pesanteur une fois sur Terre !

 


In situ : la centrifugeuse humaine - JDE septembre 2010
envoyé par CNES. - Les derniers test hi-tech en vidéo.

La science sur tous les fronts

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L'astronaute Franck de Winne teste l'expérience BISE (perception du haut et du bas en impesanteur) à bord de l'ISS © ESA

Pour comprendre tous ces changements physiologiques, de multiples expériences sont faites sur les astronautes, avant, pendant et après leur vol spatial.

L’objectif ? Mieux comprendre le corps humain mais aussi, améliorer la médecine spatiale et les outils de la médecine terrestre.

Les études menées pour les missions spatiales ont par exemple permis d’améliorer des instruments de la médecine quotidienne : l'échographie Doppler, le scanner de mesure de densité osseuse, les capteurs ultrasons...

Elles ont aussi permis d’expliquer plus précisément pourquoi certaines personnes âgées avaient des pertes d’équilibre et chutaient.

Quant à la médecine spatiale, de nets progrès ont permis d’améliorer les conditions de vie dans l’espace et de retour sur Terre. Au point que le tourisme spatial existe déjà !

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En savoir plus :

 

Faune, flore...quelles réactions dans l'espace ?

Sans haut ni bas, sans poids ni contrainte, comment un organisme peut-il se développer en impesanteur ? La réponse est étudiée grâce aux plantes et aux animaux.

Tous logés à la même enseigne

Notre belle planète se transforme sans cesse.

Tout au long de ses milliards d’années d’existence, elle a vu les dinosaures disparaître, les hommes apparaître, les continents se déplacer, le climat évoluer...

Mais une chose au moins n’a pas bougé d’un iota : la pesanteur.

Elle est restée constante tout au long des millions d’années qui ont vu la vie émerger et se développer.

De la plus petite cellule vivante aux premiers organismes végétaux et animaux, nous avons tous été façonnés par la pesanteur.

Prenez par exemple un éléphant : il n’a pas les mêmes os qu’une souris car son corps est beaucoup plus pesant. Mais en impesanteur, le pachyderme pourrait-il vivre avec des os aussi fragiles que ceux d’une souris ?

Un éléphant dans des chaussons de souris

Les éléphants engendrent toujours des questions de taille…

Mais d’autres questions tout aussi énormes se posent : peut-on naître en impesanteur? Comment grandit-on dans cet environnement ?

Que se passe-t-il au niveau des cellules ? des gènes ? de l’ADN ?

Pour y répondre, un tas d’expériences sont menées sur des petits organismes plus faciles à manipuler qu’un éléphant.

On utilise des vers de terre, des salamandres, des grillons, des plantes, mais aussi des cellules extraites de ces organismes.

Le tout est placé dans un "incubateur", un cube de 20 cm sur 20 cm, sorte de mini Arche de Noé complètement fermée et permettant de protéger les animaux lors de leur voyage spatial.

Bébés pleurodèles dans l'espace

Revenons à nos moutons : les organismes vivants peuvent-ils naître et se développer normalement sans pesanteur ?

Les expériences menées sur des poissons et des pleurodèles (animaux proches de la salamandre) ont permis de montrer que c’était possible.

Les embryons de ces animaux se sont développés avec de petites anomalies, mais au final les animaux nés et éclos dans l’espace étaient sans différences apparentes avec leurs cousins terriens !

A priori, notre éléphant ne naîtrait donc pas avec des os de souris…

Mais une question reste ouverte : l’arrière-arrière-arrière… petit-fils de ce pachyderme de l’espace sera-t-il comme son arrière-arrière-arrière… grand-père ? Les recherches continuent.

Vous reprendrez bien un peu de salade spatiale ?

Concernant les végétaux, d’emblée une question vient à l’esprit : une plante peut-elle pousser lorsqu’il n’y a ni haut ni bas ?

Hé bien… elle se débrouille : la tige et les feuilles poussent en direction de la lumière, qui, dans une station spatiale, n’est rien d’autre qu’une lampe.

Les racines se dirigent quant à elles vers les éléments nutritifs.

Il est donc possible de faire pousser des salades dans l’espace et un jour peut-être de s’en nourrir

En attendant, les recherches se concentrent sur le cycle de la plante, sa germination, sa croissance et son développement en impesanteur bien sûr.

Ils sont déjà partis dans l'espace !

Le responsable des programmes Exobiologie du CNES, Michel Viso, raconte le rôle joué par les singes dans la conquête spatiale depuis l'envoi dans l'espace par les Américains d'Enos et Ham en 1961© Le Monde/Universcience, mai 2011

En savoir plus :

Matériaux : du jamais vu auparavant

Une flamme en forme de boule, une goutte d'eau qui lévite naturellement...A croire que l'impesanteur joue les prestidigitateurs ! Voici quelques explications.

Des phénomènes "extraordinaires"

L’absence de pesanteur conduit certains phénomènes, pourtant incontournables sur Terre, à disparaître.

Ainsi, il n’y a plus de pression hydrostatique. Autrement dit : les liquides n’ont plus tendance à se déformer sous leur propre poids, telle une goutte d’eau qui prend normalement la forme d’une larme en tombant.

Adieu également à la sédimentation : en impesanteur, le muesli qui se dépose généralement au fond du bol de lait resterait en suspension dans le liquide.

Bon courage pour la pêche aux petits morceaux !

Drôle de flamme

Prenez maintenant le cas de la bougie dont la flamme, en impesanteur, ne s’élève pas et reste "en boule".

C’est parce que tous les gaz qu’elle réchauffe restent concentrés autour d’elle.

Sur Terre, ces gaz étant plus chauds, ils sont plus légers que l’atmosphère ambiante et vont avoir tendance à s’élever.

La flamme peut alors se régénérer avec un air neuf et oxygéné venu de plus bas.

En impesanteur, être léger ou lourd ne signifie plus rien, l’air ne circule donc pas.

Résultat : la bougie, cernée par l’air chauffé qui est pauvre en oxygène, "s’essouffle" jusqu’à s’éteindre.


C'est quoi d'après vous ?

Il s'agit d'une bulle d’eau dans laquelle l’astronaute jette une aspirine. C’était déjà étonnant de voir la goutte d’eau rester sous forme de "bulle". Mais là c’est encore plus fascinant : elle se déforme parce que l’aspirine fait des bulles d’air à l’intérieur (exactement comme dans un verre d’eau) mais elle ne se casse pas ! En impesanteur, les forces qui agissent sur la bulle d’eau ne sont pas les mêmes que sur Terre

Découvrir un monde invisible

Tout comme l’air, les liquides sont eux aussi animés de mouvements liés à des différences de température ou de densité.

Souvent imperceptible à l'œil nu, on peut visualiser ce phénomène lorsque l’eau chauffe dans une casserole : juste avant l’ébullition, des volutes apparaissent au fond et remontent en surface.

Aussi, lorsque l'on veut étudier le passage de l’état liquide à l’état solide (eau devenant glace dans un congélateur, métal liquide devenant clou dans une usine,…), ces mouvements gênent l'observation.

En effet, au début de la solidification, ils cassent les microcristaux en formation. En impesanteur, ces mouvements n’ont pas lieu : il est donc possible de voir une solidification étape par étape, sans que les structures ne se cassent jamais. On accède alors à un monde qui nous est généralement invisible : les premiers moments d’une solidification.

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A gauche, un astronaute de l’ISS regarde un petit anneau de métal de 50 mm contenant une lentille d’eau. Au milieu, vue rapprochée de l’anneau, on remarque que l’eau a cristallisé, sur le gros plan de droite, on voit la forme des cristaux © NASA

L'exploration spatiale à l'épreuve du réel

Toutes ces bizarreries de l’impesanteur révèlent des propriétés de la matière incroyables.

On aimerait bien les exploiter, mais elles donnent aussi du fil à retordre…

Dans un véhicule spatial, comment se laver si les gouttes d’eau se dispersent partout ? Comment s’assurer que l’ergol (liquide qui permet au véhicule de se propulser) ne va pas léviter dans le réservoir mais se placer face à l’orifice de puisage ?

Heureusement, des astuces existent : pour se laver, les astronautes utilisent un tissu mouillé ; dans le réservoir, des gaz sous pression poussent les liquides vers le système propulsif.

Dans l’optique d’une conquête spatiale, le matériel et les technologies utilisés devront être encore plus performants pour assurer de longs voyages… car un aller simple sur Mars prendra plus de dix mois.

Déclic, la matière comme on ne l'a jamais vue

Installé début septembre dans la Station spatiale internationale (l'ISS), le mini-laboratoire Déclic du CNES a été mis en route le vendredi 23 octobre 2009. Les scientifiques vont pouvoir étudier, grâce à Déclic,  la matière sous toutes ses formes, notamment l’état supercritique de l’eau.

L’eau supercritique, autrement dit l’eau soumise à haute pression et haute température (220 bars et 375°C), peut dissoudre et « brûler » efficacement un grand nombre de substances et ce, sans émettre de polluant, les seuls produits rejetés étant de l’oxygène et du dioxyde de carbone !

« L’eau supercritique est actuellement utilisée dans l’industrie pour dissoudre la caféine et ainsi décaféiner le café" mentionne Bernard Zapolli, le responsable des programmes des Sciences de la Matière au CNES.

Seulement voilà, personne n’a jamais pu observer l’eau supercritique en action, interagir avec le café ou les déchets notamment.

La raison? Sur Terre, la gravité agite la matière et empêche de voir réellement ce qui se passe. 

Ces nouvelles connaissances devraient ainsi permettre d’améliorer les processus industriels et le recyclage des déchets faisant appel à l’eau supercritique.

Et, pourquoi pas, lui permettre de remplacer l’incinération industrielle qui rejette des polluants comme la toxine et ne permet pas de traiter les déchets toxiques.


Déclic  : pour recycler les déchets grâce à l’eau

Le mini-laboratoire scientifique de l'ISS pourrait bien nous permettre un jour de traiter nos déchets sur Terre de façon totalement écologique. Crédits : CNES.

En savoir plus :

Et sur Terre, que peut-on faire ?

Galerie des différents moyens d’atteindre la micropesanteur en dehors d’une station spatiale. Focus sur l’A300 zéro-g : attachez vos ceintures !

L'impesanteur sur Terre

Nul besoin de s’envoler à 400 km au-dessus des maisons pour vivre une expérience proche de l’impesanteur.

Sur Terre, les hommes ont réussi à déjouer les forces de la nature : tours de chute libre, puits de chute libre, vols paraboliques,… sont autant de moyens mis au point pour recréer l’impesanteur… ou presque.

On parle de micropesanteur car la pesanteur est tout de même plus forte que dans l’espace.

Pas question pour autant d’aller faire des pirouettes et des sauts périlleux dans ces machines.

Elles ne sont pas en libre-service, et d’ailleurs, une seule d’entre elles est accessible à l’humain, les autres servent uniquement aux et l.

Et cette précieuse machine n’est rien d’autre qu’un… avion !


Principe de la tour à chute libre

Micropesanteur ou impesanteur ?

Plus on s’éloigne de la Terre, moins sa force d’attraction (la gravité) agit sur nous. De cette vérité scientifique découle une idée totalement fausse : dans l’espace, on serait en impesanteur parce qu’il n’y a plus de gravité.
D’abord, dans l'espace, à 400 km d’altitude, la gravité n’a perdu que 10 % de sa valeur terrestre… Ensuite, l’impesanteur correspond à un état de chute dite "libre", autrement dit, une situation où l’on se retrouve uniquement sous l’influence de la gravité.Cette situation parfaite n’existe pas vraiment. Dans l’atmosphère, une chute est fortement freinée par l’air, on parle alors de micropesanteur pour marquer cette imperfection. Dans le vide de l’espace, la chute libre est perturbée par d’autres facteurs beaucoup plus faibles. Par exemple, le rayonnement provenant du Soleil, l’attraction de la Lune, et même la forme de la Terre qui provoque des variations de sa propre gravité !Quel que soit le facteur, on parle alors d’impesanteur car les perturbations sont si faibles qu'elles peuvent être négligées. D’ailleurs, les astronautes ne les ressentent pas ! Ainsi, on utilise couramment le terme impesanteur pour une situation dans l’espace, et micropesanteur pour les simulations sur Terre.

Et si vous étiez 1.8 fois plus lourd

Un avion, certes, mais pas n’importe lequel : il en existe un seul en France, c’est l’A300 zéro-g, un Airbus de type A300 basé à Bordeaux, qui permet d'atteindre l'état d’impesanteur.

Attention, décollage imminent… L’avion roule sur le tarmac, son nez pointe vers le haut, on décolle, l’ascension continue jusqu’à 6 000 m d’altitude.

L’avion évolue tranquillement à l’horizontale, jusque-là, rien d’anormal.

Mais voilà que le pilote augmente la vitesse et pousse les gaz jusqu’à 810 km/h, la vitesse maximale.

Progressivement, l’engin se cabre vers le haut, les passagers sont plaqués sur leur siège et pèsent 1.8 fois plus lourd que d’habitude !

Airbus en chute libre

Sensations fortes, mais toujours pas d'impesanteur.

Normal, tout se joue dans les 20 secondes qui suivent : le mécanicien réduit les moteurs pour qu’ils ne poussent plus l’avion, cependant, l’appareil est toujours sous l’impulsion de départ et continue donc son ascension pendant dix secondes.

Il est alors en micropesanteur puisqu’il ne subit qu’une force, l’attraction de la Terre.

Il atteint ensuite le sommet de sa trajectoire et retombe toujours en chute libre, autrement dit, en micropesanteur.

Hors de question de s’attarder en chute libre, c’est trop dangereux : au bout de dix secondes, le commandant de bord redresse l’avion et les moteurs reprennent leur régime de croisière normal.

La trajectoire que vient d’effectuer l’avion prend la forme d’une cloche de près de 3 000 m de hauteur, qu’on appelle "parabole".

Vingt secondes top chrono !

Au cours d’un vol, l’A300 zéro-g effectue une trentaine de paraboles espacées de 2 minutes qui permettent d’atteindre chacune 20 secondes de micropesanteur.

Pendant ce laps de temps, les passagers (scientifiques, étudiants dans le cadre du projet Parabole) réalisent des expériences scientifiques.

Ils vérifient le bon fonctionnement du matériel utilisé lors des vols spatiaux, étudient le , mènent des expériences médicales ou pédagogiques.

Pour faciliter leur travail, la cabine centrale a été aménagée en laboratoire : les sièges ont été retirés et 100 m2 sont recouverts d’une mousse protectrice en cas de choc.

Sur le plancher, des rails permettent de fixer les expériences. Sans oublier bien sûr, les mains-courantes pour se déplacer !

Lycéens et étudiants : tentez votre chance

Le CNES vous propose de voler en micropesanteur dans le cadre de son projet Parabole.

Le Service Jeunesse et acteurs de l'Education organise deux fois par an une campagne de vols paraboliques à bord de l'A300-zéro G :

Imaginez une expérience à tester en impesanteur et répondez à l'appel à projets lancé tous les ans en septembre.

Des idées de "manips" à tester ? Parlez-en à vos professeurs !

En savoir plus :

Qu'est-ce que l'impesanteur ?

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Divisée en 4 parties, cette animation explique notamment les notions de gravité, de pesanteur, les lois de Newton...puis vous propose de tester vos connaissances.