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Vivre avec une combinaison spatiale
La température dans une combinaison
En plus de donner à l'astronaute la liberté de mouvement dont il a besoin pour s'acquitter de ses tâches, la combinaison doit aussi lui fournir un environnement confortable. Compte tenu du milieu particulier qu'est le vide de l'espace ainsi que la nature très hermétique de la combinaison elle-même, plusieurs problèmes doivent être surmontés pour y parvenir.
Protection contre le rayonnement direct
Il faut d’abord protéger l’astronaute contre le rayonnement direct du Soleil. Celui-ci peut porter à plus de 150 oC la température des objets qu’il atteint.
On peut comparer l'effet du rayonnement solaire à celui provoqué par un gril. En effet, dans un four, deux facteurs provoquent la cuisson d'une pizza, par exemple. Il y a d'abord l'air chaud qui assure une cuisson uniforme, même sous la pâte, puis le rayonnement direct de l'élément supérieur du four qui permet de faire brunir le fromage. Si on veut empêcher le fromage de brûler, on sait que le meilleur moyen d'y parvenir est de l'isoler du rayonnement avec du papier métallique.
On applique le même principe à la combinaison. Ses premières couches extérieures sont composées de matériaux extrêmement isolants, comme le néoprène, le Gore-Tex et le Dacron. La couche supérieure est blanche pour réfléchir un maximum de rayonnement et est généralement faite de mylar. Quant à la visière, elle est revêtue d'une pellicule d'or. En effet, ce métal est très efficace pour protéger le visage et, surtout, les yeux de l'astronaute contre le rayonnement solaire.
Répartition de la chaleur
Les épaisseurs d'isolants dont sont faites les couches extérieures de la combinaison sont parfaites pour protéger l'astronaute de la chaleur provoquée par le rayonnement solaire et aussi du froid extrême qui règne à l'ombre.
Toutefois, les facultés isolantes de ces couches agissent aussi en sens inverse : la chaleur et l'humidité dégagées par le corps de l'astronaute restent dans la combinaison et, au bout d'un moment, l'environnement devient insupportable. Si aucun moyen n'était mis en oeuvre pour supprimer cette chaleur, la visière deviendrait vite embuée et l'astronaute se déshydraterait rapidement.
Pour contourner ces problèmes, la combinaison met à contribution deux systèmes de refroidissement distincts.
Le premier système est intégré au sous-vêtement de Spandex que porte l'astronaute directement sur sa peau. Ce sous-vêtement de refroidissement et de ventilation à circulation liquide (LCVG) est entrelacé de tubes dans lesquels circule de l'eau froide. La chaleur dégagée par le corps de l'astronaute est transférée à l'eau qui, une fois réchauffée, est acheminée à une composante de refroidissement située dans le PLSS, cette unité portée sur le dos de la combinaison et qui comporte la majorité des systèmes de survie.
Le second système est constitué d'un échangeur de chaleur et d'un ventilateur qui fonctionnent de pair pour rafraîchir l'environnement et éliminer l'humidité en suspension provoquée par la transpiration. L'humidité récupérée par ce processus est traitée dans un séparateur d'eau. L'eau qui en résulte est ensuite acheminée dans le réservoir qui alimente le LCVG.
Enfin, pour s'assurer que la face interne du casque ne s'embue pas malgré toutes ces précautions, un composé antibuée y est appliqué avant toutes les sorties.
Changements rapides de température
Dans l'espace, la température d'un objet peut passer de moins de -120 oC « à l'ombre » à plus de 150 oC lorsqu'il est placé directement face au rayonnement solaire.
La combinaison peut donc subir des variations énormes de température (de l'ordre de 270 oC et parfois même plus) quand, par exemple l'astronaute se déplace d'un côté de l'orbiteur vers l'autre.
De plus, ce phénomène est encore plus perceptible quand l'astronaute se positionne dans un endroit où il est effectivement exposé au rayonnement solaire. Admettons qu'il soit face au Soleil : dans ce cas, le devant de la combinaison peut atteindre 150 oC tandis que son dos reste à -120 oC.
La navette effectue une orbite complète autour de la Terre en un peu plus d'une heure. Les activités extravéhiculaires durant de six à sept heures, la combinaison est donc soumise à autant de variations extrêmes, même si l'astronaute reste ancré au même endroit sur l'orbiteur. On tente généralement de minimiser ces changements subits en positionnant la navette de telle façon que l'astronaute puisse travailler à l'ombre, mais ce n'est pas toujours possible.
Humidité et convexion
Les comportements que nous tenons pour acquis sur Terre ne sont pas nécessairement les mêmes dans l'espace.
Notamment, l'absence de gravité modifie le comportement de la matière, posant des problèmes qui doivent être solutionnés.
Prenons le cas de la sueur, par exemple. Dans la combinaison, une goutte de sueur, plutôt que de couler ou de tomber vers le bas, reste en place. Pire encore, si elle se détache du corps de l'astronaute, elle pourrait rester en suspension dans l'atmosphère de la combinaison.
Cette situation serait évidemment agaçante pour l'astronaute qui n'a aucune façon d'utiliser ses mains pour écarter des gouttelettes qui « flottent » dans l'espace situé entre le casque et son visage.
Aussi, sans force gravitationnelle, l'air chaud n'a plus cette faculté de se déplacer au-dessus de l'air froid. Ces courants d'air ascendants et descendants en retour constituent un phénomène appelé convexion qui contribue normalement à maintenir une température uniforme dans un environnement donné.
L'absence de convexion en apesanteur fait en sorte que différentes zones froides côtoient des zones chaudes. Dans la combinaison, cette situation serait très inconfortable pour l'astronaute si des moyens n'étaient pas mis en oeuvre pour la prévenir.
Les systèmes de refroidissement et de ventilation sophistiqués de la combinaison sont conçus pour empêcher ces problèmes ou, à tout le moins, les minimiser.
Lien entre la température et la pression dans une combinaison
En terminant à propos de la température, il nous faut mentionner que celle-ci a aussi un effet sur la pression. En effet, environ 120 ans après l'énoncé de la loi de Boyle-Mariotte, deux autres physiciens français, Jacques Charles et Joseph Gay-Lusac, ont établi que le volume occupé par un gaz est directement proportionnel à sa température quand la pression est constante. Donc, à pression donnée, plus un gaz est chaud, plus il occupe d'espace. La loi de Gay-Lussac (aussi appelée loi de Charles), lorsqu'on la considère avec celle de Boyle-Mariotte, nous permet d'affirmer qu'à volume donné, la pression est directement proportionnelle à la température. Ceci a une importance pour notre astronaute.
En effet, la combinaison constitue un espace hermétiquement clos dont le volume est assez constant en dépit de sa souplesse. Sans les systèmes de contrôle dont nous avons parlé auparavant, une augmentation de la température à l'intérieur de la combinaison résulterait en une augmentation de la pression interne et de sa rigidité, rendant davantage pénibles les mouvements pour l'astronaute.
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