Les combinaisons spatiales

Introduction (I)

Nous avons déjà tous vu des astronautes en combinaison spatiale en train de travailler dans l'espace, mais savez-vous exactement de quelles matières elle est constituée et comment elle fonctionne ? Peu d'entre nous le savent précisément car la question est rarement abordée.

Pour pénétrer un peu plus loin dans le quotidien et l'intimité des astronautes, nous allons décrire en détail l'évolution de la combinaison spatiale que porte les astronautes américains, les matériaux avec lesquels elle est fabriquée, les systèmes de contrôles dont elle dispose, comment l'oxygène est insufflé, quelle est la pression de pressurisation et pourquoi, comment le gaz carbonique ou la buée est évacué, parmi quantité d'autres détails.

Posons tout d'abord le problème : pourquoi fabriquer une combinaison spatiale ? En vivant sur Terre, on ne se rend pas toujours compte combien l'environnement terrestre nous protège des agressions de l'espace et nous fournit les conditions propices à notre survie. En effet, l'atmosphère terrestre nous fournit l'air que nous respirons, elle accumule et dilue le gaz carbonique que nous expirons, elle nous protège des rayonnements solaires nocifs, elle régule la température et offre une pression adaptée à notre métabolisme. En complément, notre métabolisme s'est adapté à la force de gravité tandis que le champ géomagnétique nous offre une bonne protection contre les rayonnements corpusculaires émis par le Soleil et les étoiles proches.

Tintin en état d'hypoxie ou "mal des montagnes" lorsque la quantité d'oxygène présence dans l'air de la cabine se raréfia lors de son voyage vers la Lune en 1954. Doc Hergé/Casterman.

Dans l'espace, ces protections n'existent pas. Exposé au vide de l'espace à partir de quelques centaines de kilomètres d'altitude, nous sommes exposés à une température voisine de 120°C côté Soleil mais qui peut tomber à -100°C dans l'ombre et même -230°C si l'objet n'est jamais exposé au rayonnement solaire (c'est notamment le cas au fond de certains cratères et crevasses lunaires). Le vide ne permettant pas de conduire la chaleur, le froid ne s'installe pas facilement et il faut plusieurs jours pour assister à une chute progressive de la température jusque -100°C. Mais il est bien certain qu'un astronaute exposé au Soleil risque de souffrir de la chaleur comme du froid. Nous verrons que plusieurs dispositifs permettent d'isoler l'astronaute de ces variations de température ou de les contrôler.

Le vide signifie également qu'il n'y a pas de pression, pas de gaz et donc pas d'air à respirer. Dans ces conditions, les liquides à température du corps passent instantanément à l'état gazeux par sublimation.

Concrètement, pour un être humain placé dans le vide sans protection, cela signifie que son corps étant sous pression, il va subir une décompression violente au cours de laquelle son corps va libérer ou plutôt éjecter en quelques secondes les 5 ou 6 litres d'air contenu dans ses poumons. Comme son cerveau ne sera plus oxygéné, il tombera insconscient en moins de 15 secondes puis dans le coma. En même temps, si par miracle il survivait à l'hypoxie, les 30 à 60 litres d'eau que contient son corps (60 à 70% de son poids) vont se sublimer et entrer en ébullition : tous ses fluides corporels vont le faire cuire de l'intérieur et aussi rapidement qu'une cocotte minute. En parallèle, il subira une hémorragie explosive du fait que sa pression interne n'est plus équilibrée par la pression de l'atmosphère. Comme un ballon que l'on gonfle jusqu'à l'éclatement, la pauvre victime va périr en quelques minutes, ses liquides corporels se sublimant dans le vide glacial à travers tous les pores et orifices de son corps. Mais rassurez-vous, il sera déjà mort avant de faire l'expérience de cette dramatique situation. Je vous passe les détails.

Sans atmosphère, l'astronaute est également exposé aux rayonnements électromagnétiques et corpusculaires les plus intenses : rayons UV, rayons X, flux de protons et d'électrons et rayons cosmiques. Après une exposition de plusieurs heures dans les conditions de l'espace, sans protection l'astronaute risque d'avoir des lésions oculaires pouvant conduire à la cécité et de voir se développer des tumeurs malignes suite à cette exposition aux rayonnements ionisants. Il y a également un risque d'impact de micrométéoroïdes. Enfin, mais la combinaison spatiale ne peut pas y remédier, il y a la question du mal de l'espace lié à l'absence de gravité.

Pour survivre dans les conditions de l'espace lors des activités extravéhiculaires (EVA), les astronautes sont donc obligés de porter une combinaison spatiale particulière qui recrée les conditions environnementales de l'atmosphère terrestre. Elle leur fournit les besoins vitaux, l'oxygène, la chaleur, un environnement pressurisé, l'évacuation du gaz carbonique et de la buée éventuelle, une protection contre la lumière du Soleil, les UV, la chaleur, le froid, les rayons cosmiques et les micrométéoroïdes. Cette combinaison est un système autonome de respiration et de survie, ce que les anglo-saxons appellent un "life support system" (LSS).

De la science-fiction à la réalité

Dans une approche artistique libérée de toute contrainte si ce n'est de respecter le sujet, les artistes de science-fiction s'en sont donnés à coeur joie et à notre plus grande satisfaction pour nous proposer les combinaisons spatiales les plus variées, du scaphandre rigide aux pieds de plomb à la tenue d'été transparente comme en témoigne les couvertures de magazines présentées ci-dessous.

De gauche à droite, les combinaisons spatiales tels que les imaginaient les illustrateurs de nouvelles fantastiques et de science-fiction au siècle dernier. Ces magazines furent publiés respectivement en mai 1929, février 1934, janvier 1954 et juillet 1958. Bizarrement, en général les femmes sont très peu habillées, même dans le vide comme on le voit sur cette autre couverture.

Elles ne sont bien sûr intéressantes qu'à titre anecdotique pour se rendre compte de la puissance d'imagination des artistes et éventuellement de leurs connaissances scientifiques. En fait aucune de ces illustrations ni aucun roman n'a influencé les ingénieurs travaillant pour l'USAF ou la NASA notamment. Comme le dirait le responsable du casting : "trop typé, irréaliste".

En général, c'est le contraire qui s'est produit; ce sont les ingénieurs qui ont inspiré les romanciers et les illustrateurs. Les auteurs de nouvelles de science-fiction (ou de scienti-fiction), y compris Jules Verne et Arthur C.Clarke ont puisé leur inspiration dans les dernières technologies développées par les armées et le secteur astronautique par la suite. Bien que ces recherches soient systématiquement couvertes par le secret, de temps en temps des informations furent diffusées dans la presse ou des amis bavards bien placés ont permis à ces auteurs de trouver la matière première de leurs romans. Mais aussi passionnants que soient ces récits, ils nous écartent de la réalité.

Les idées géniales de von Braun

Il y eut cependant une exception. A la fin des années 1950, Wernher von Braun publia une série d'articles sur l'astronautique dans le magazine "This Week", articles qu'il remit à jour et qui deviendront son livre "Les premiers hommes sur la Lune" publié en 1958. Von Braun y décrivit parmi de nombreux autres thèmes, la combinaison de vol à pression partielle et le scaphandre extravéhiculaire à pression complète. Il avait même ajouté un magnétophone dans le système de survie (LSS), un dosimètre sur la combinaison et même un gant à tentacules muni d'un crochet (peu pratique). Quand on sait que ce roman de scienti-fiction fut écrit plus de 10 ans avant Apollo 11, cela confirme que von Braun était vraiment un génie. Mis à part les pilotes d'essais sur avion stratosphérique, c'était évidemment le seul expert qui pouvait envisager un voyage vers la Lune de manière réaliste. Mais rares étaient les auteurs ayant ses compétences.

La combinaison de vol (gauche) et la combinaison spatiale complète (centre et droite) telles que les imaginait Wernher von Braun en 1958, soit 11 ans avant la mission Apollo 11. Tout est déjà prévu, même les accessoires. Dessins de Fred Freeman. Collection T.Lombry.

Parmi les illustrateurs les plus au faîte de la technologie, citons Fred Freeman. Cet américain participa aux colloques d'astronautique et travailla en étroite collaboration avec von Braun pour illustrer ses textes de la manière la plus réaliste possible. Il réalisa ainsi pas moins de 120 planches pour le roman "Les premiers hommes sur la Lune". Aujourd'hui ses illustrations ont une valeur historique et se vendent des milliers de dollars (ou d'euros) chez les collectionneurs.

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