Création artificielle de gravité
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| Espace découverte « odyssée spatiale » Documentation ciblée Création artificielle de gravité
A l'instar de vêtements essorés en machine qui semblent être déplacés vers l'extérieur, si un homme est centrifugé horizontalement (la tête à proximité de l'axe de rotation et les pieds pointant vers l'extérieur), il devient possible de simuler les effets de la gravité sur son corps. La force centripète sur le corps n'est peut-être pas uniforme, mais constitue un moyen permettant de créer un gradient de pression dans le sang et d'exercer une certaine contrainte physique sur les os, un peu comme sur Terre. Contrairement à ce que l'on pourrait croire, les articles qui se trouvent dans une centrifugeuse ou une machine à laver ne sont pas repoussés vers l'extérieur. En fait, ils suivent la première Loi du mouvement de Newton (« Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve, à moins que quelque force n'agisse sur lui, et ne le contraigne à changer d'état. ») et essaient de se déplacer en ligne droite. Ce sont les parois de la centrifugeuse (ou de la machine à laver), qui les repoussent continuellement vers le centre du cercle de sorte à ce qu'ils gardent une trajectoire circulaire. La force de réaction expérimentée par le sang dans le corps ou les vêtements dans la machine à laver donne l'impression qu'ils sont projetés vers l'extérieur.  La manière la plus aisée d’apporter de la gravité artificielle ou pseudogravité dans un habitat spatial est de le mettre en rotation. Le vaisseau spatial peut tourner sur lui-même pour créer une force centrifuge. Tout objet à l'intérieur du vaisseau est attiré vers la surface du vaisseau, créant donc une gravité artificielle. De nombreuses variantes de vaisseaux spatiaux utilisant une gravité artificielle existent, avec leurs avantages et inconvénients. Idéalement, le taux de rotation doit être inférieur à 2 tr/min pour réduire les effets des forces de Coriolis. Pour simuler une gravité similaire à la gravité terrestre (1 g), le rayon doit être d'au moins 224 m, ce qui représente un gros vaisseau spatial. Pour réduire sa masse, il pourrait être constitué de deux éléments reliés par un câble (par exemple, une partie pour l'habitation, et une autre pour le reste).
La pression est régulée par les barorécepteurs: ces deniers sont des récepteurs fixés à la paroi artérielle de la carotide dans le cou et dans l'aorte, à proximité du cœur. Dans l'espace, ils doivent s'adapter à la condition de microgravité, autrement dit à la disparition des gradients de pression dans le corps. La pression artérielle moyenne est répartie de manière uniforme: les jambes sont soumises à une pression inférieure à la normale, tandis que le cerveau est soumis à une pression supérieure. Cela se remarque très facilement: les sinus des astronautes se gonflent (comme s'ils avaient une sinusite ou un gros rhume) et leurs visages sont bouffis. C'est que l'on appelle le syndrome du "visage bouffi". D’autre part, un travail, un flux sanguin et une pression sanguine moindres, en particulier au niveau des jambes, résultent en une dégénérescence du tissu musculaire. C'est ce que l'on appelle l'atrophie. Les muscles ne se développent et ne conservent leur force que s'ils sont utilisés et si le sang y circule en quantité suffisante. Le fait que de nombreux muscles du corps travaillent moins dans un environnement en microgravité (ils n'ont pas à soutenir la position verticale) accentue encore ce problème et c'est pour cela que les astronautes doivent faire de l'exercice physique tous les jours quand ils sont dans l'espace. De la même façon, la diminution de la masse osseuse observée dans l'espace est similaire à celle qui se produit sur Terre dans le cas de maladies, telles que l'ostéoporose. Il se pourrait que l'exposition à une forte gravité de temps en temps soit suffisante pour compenser les effets de l'impesanteur, ou qu'une faible gravité suffise. Dans le premier cas, un cylindre de 10 m tournant à 10 tr/min peut générer 1 g aux hanches (11% de plus aux pieds). Le deuxième cas permet également de réduire le rayon: une gravité de 0.1 g ne réclame qu'un rayon de 22m.
Plus la vitesse est élevée, plus la gravité artificielle est forte, mais alors ce sont les conditions de vie qui en pâtissent. La force de Coriolis produite par la rotation peut donner le vertige, des nausées, ou désorienter. La force de Coriolis est une pseudo-force qui explique la trajectoire courbe que prend un objet se déplaçant dans un environnement en rotation. Des expériences ont permis de montrer qu'un taux de rotation plus faible réduisait la force de Coriolis, et donc leurs effets. Un taux de 2 tours par minute permet d'éviter ces problèmes.
 Illustration (pleine page en couleurs) de Ron MILLER pour Les vols spatiaux habités de Isaac Asimov. Une colonie spatiale s’éloigne de la Terre en direction d’un système solaire prometteur ; elle est animée d’un mouvement de rotation autour de son grand axe ; les occupants de l’anneau ressentent donc une gravité normale. I  mage d'artiste d'un tore de Stanford avec un diamètre de 1 mile (1609 m). Le tore tourne à 1 tour par minute pour produire 1 g. Le roman Rendez-vous avec Rama et ses suites se passent dans un habitat O'Neill. Cette construction est un énorme cylindre rotatif qui génère un g à son bord.  Robert Willey est le pseudonyme du scientifique Dr. Willey Ley. Le vaisseau rotatif est divisé en deux parties connectées par des câbles. Robert Heinlein parle des systèmes de gravité artificielle dans The Rolling Stones, où certains vaisseaux, les "tumbling pigeons", tournent sur eux-mêmes sur leur axe court pour produire de la gravité artificielle. Le même auteur aborde également ce sujet dans SPACE CADET(1948).  Dans la série télévisée Babylon 5, l'Alliance terrienne utilise énormément la rotation pour créer de la gravité artificielle dans ses stations spatiales et quelques gros vaisseaux militaires ou civils. Destroyer Agamemnon, Babylon 5 (1995).      Images du film de Stanley Kubrick 2001 A Space Odyssey (1968) Dans le roman d’Arthur Clarke, 2001 A Space Odyssey (1969), on trouve également la description du système assurant la gravité artificielle.
A Toulouse, le MEDES (www.medes.fr) teste l’efficacité d’une centrifugeuse à bras court pour réduire l'atrophie musculaire et osseuse dans l'espace. L’idée serait que les astronautes y passent chacun quelques heures par jour. Voir la pertinence de ces outils de calcul : intéressants à faire exploiter ? Servent à calculer la vitesse de rotation en fonction des dimensions du vaisseau et de la gravité désirée. SpinCalc ou Rotational Gravity Calculator (liens hypertexte). Liste des références : O’NEILL Gerard, Space resources and space settlements, 1977 Recherche iconographique Maison d’Ailleurshttp://fr.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%A9_artificielle http://www.projectrho.com/rocket/rocket3u.html http://www.esa.int/esaKIDSfr/SEMEHUWJD1E_LifeinSpace_0.html http://esamultimedia.esa.int/docs/edu/dvdlessons/lessonnotes/ESADVDLessonNotes_Francais.pdf?bcsi_scan_3A866585AE49F2CD=0&bcsi_scan_filename=ESADVDLessonNotes_Francais.pdf |
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