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Vivre avec une combinaison spatiale

La pression dans une combinaison

Même si un astronaute expérimenté peut enfiler sa combinaison rapidement, une sortie dans l'espace se prépare plusieurs heures à l'avance.

La pression atmosphérique qui est maintenue artificiellement à l'intérieur de la cabine d'un orbiteur ou de la Station spatiale internationale est sensiblement la même que sur Terre (101 kPa).

La composition de l'air qu'on y respire est, elle aussi, à peu près la même qu'au sol (78 % d'azote et 20 % d'oxygène).

Toutefois, ce n'est pas exactement le cas de l'atmosphère créée à l'intérieur de la combinaison. Pour des raisons d'ordre technique, on doit se contenter d'une pression de 29,6 kPa.

En conséquence, l'atmosphère doit être composée à 100 % d'oxygène pur. Si un astronaute devait passer de l'atmosphère de la cabine à celle de la combinaison sans une période d'acclimatation, il souffrirait d'un malaise potentiellement grave : le mal de décompression, qu'on appelle aussi maladie des caissons.

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Le mal de décompression est causé par la formation de bulles d'azote dans les tissus et les liquides organiques. Ces bulles sont issues de l'expansion de l'azote qui sature naturellement le corps lorsque ce gaz est soumis à une décompression rapide (c'est ce qu'explique la loi de Boyle-Mariotte).

Les symptômes de ce malaise sont généralement le fourmillement, la crampe, l'accès de suffocation et la paralysie. Lorsqu'il survient, le mal de décompression doit être traité rapidement en soumettant l'individu qui en souffre à une repressurisation graduelle.

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Pour éviter le mal de décompression, l'astronaute qui prévoit une activité extravéhiculaire – une sortie dans l'espace ou EVA – est soumis à une décompression graduelle.

Dans certains cas, on abaisse, 24 heures plus tôt, la pression de toute la cabine de la navette à environ 70 kPa et on augmente légèrement le pourcentage d'oxygène de l'air.

Peu de temps avant de passer sa combinaison, l'astronaute enfile un masque à oxygène de façon à respirer ce gaz à l'état pur pendant 30 minutes. À ce stade-ci, la majorité de l'azote contenu dans son corps a été éliminé et il peut enfiler un sous-vêtement à absorption maximale.

Ensuite, il passe dans le sas. Ce dernier est une petite chambre séparant la cabine de la navette de l'extérieur et qui, lorsque ses deux portes sont fermées hermétiquement, peut être pressurisée et dépressurisée à souhait. C'est dans le sas que l'astronaute finit de mettre sa combinaison et ses accessoires.

Une fois l'assemblage terminé et le casque bien scellé, différents tests visant à détecter les fuites d'air sont effectués pendant que l'atmosphère qui enveloppe l'astronaute à l'intérieur de sa combinaison est graduellement remplacée par de l'oxygène pur qui, encore une fois, doit être respiré pendant 30 à 40 minutes.

Enfin, la pression interne de la combinaison est réduite à 29,6 kPa pendant que la porte intérieure du sas est scellée et qu'il est entièrement dépressurisé. Enfin, la porte extérieure peut maintenant être ouverte pour permettre à l'astronaute de sortir.

Équilibre de l'expansion

Dans l'espace, où la pression atmosphérique est nulle, la combinaison devient en quelque sorte un gros ballon gonflé à l'intérieur duquel se trouve l'astronaute. La combinaison est délibérément conçue de façon à être relativement souple.

En effet, les combinaisons rigides ont été rejetées par les ingénieurs parce qu'elles handicapaient trop les mouvements de l'astronaute. En raison de sa souplesse, la combinaison moderne doit être conçue pour limiter – ou contraindre – son expansion provoquée par la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur.

Différentes solutions ont été étudiées. On a pensé à entourer les parties souples de filets, mais ceux-ci contraignent trop les mouvements. On a aussi imaginé une sorte de gaine contenant de nombreux petits ballons partiellement gonflés. Leur pression s'opposerait à celle de l'atmosphère de la combinaison et permettrait tout de même une certaine flexibilité puisque l'air peut se déplacer librement à l'intérieur de chaque ballon.

À l'heure actuelle, la contrainte utilisée dans la combinaison réside dans une des couches intermédiaires du vêtement qui est constituée de nylon recouvert d'uréthane.

Flexibilité

La pression interne de la combinaison est de beaucoup inférieure à celle qui existe sur Terre, car il est difficile pour les ingénieurs d'en garantir l'intégrité et l'étanchéité si elle est trop élevée.

Mais il y a une autre raison tout à fait pratique qui justifie l'application d'une pression relativement faible : la flexibilité de la combinaison nécessaire à la liberté de mouvement de l'astronaute.

En effet, si la pression interne était trop grande, les sections flexibles de la combinaison deviendraient difficiles à plier. L'astronaute pourrait même éprouver des difficultés à bouger les doigts. N'importe quel mouvement deviendrait en soi une épreuve épuisante. Faites le test avec un ballon gonflable effilé. Plus il est gonflé, plus il devient rigide et difficile à plier en deux.

Articulation

La pression relativement peu élevée à l'intérieur de la combinaison ne suffit pas à assurer l'aisance des différents mouvements qui doivent être accomplis par l'astronaute.

Si ce dernier ne pouvait travailler efficacement sans s'épuiser rapidement, les activités extravéhiculaires ne serviraient pas à grand-chose.

Le problème se présente au niveau des articulations : les coudes, les poignets, les doigts, les genoux, les chevilles et la taille. Il faut que la combinaison soit en mesure de permettre à ces parties du corps de bouger et de fléchir le plus naturellement possible.

Pour ce faire, les ingénieurs ont imaginé un certain nombre de solutions. Tout d'abord, des points de rupture peuvent être placés stratégiquement dans les couches extérieures de la combinaison de façon à créer des joints qui plient beaucoup plus facilement.

On peut aussi coudre des séries de « plis » dans la couche intermédiaire (celle qui contrôle l'expansion sous la pression interne) et qui peuvent s'espacer ou se comprimer facilement, comme les nervures d'un boyau d'aspirateur.

En plus de faciliter le travail de l'astronaute, ces solutions pallient un autre problème. Sans joint au niveau des articulations, le volume interne de la combinaison diminuerait lors de la flexion d'un membre, ce qui provoquerait une augmentation de la pression interne, soit exactement le contraire de ce qui est souhaité. Si la pression interne augmente, la combinaison devient plus rigide et les mouvements deviennent plus difficiles à accomplir.

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