Des voyages de plusieurs années seront nécessaires aux astronautes du futur pour explorer l’étendue de l’espace. Cependant, sur le long terme, l’absence de pesanteur a des conséquences irréversibles pour la santé de ces derniers. Peut-on créer une « pesanteur artificielle » afin de régler ce problème, et préserver la santé des futurs équipages de l’espace ?

Différence entre force de gravité et pesanteur

Avant d’avancer dans des explications, je vais prendre le soin de définir précisément certains termes afin d’éviter les confusions. En effet, nous avons tendance à confondre la gravité et la pesanteur : ce sont  deux choses différentes :

La gravité est une force volumique induite par un corps massique : c’est la force de gravitation découverte par Newton. Grâce à elle, la Terre tourne autour du Soleil, et une pomme est attirée par le sol.

Force de gravitation de Newton

La pesanteur est une sensation de poids due à l’équilibre entre une force volumique (force de gravitation ou force d’inertie par exemple) et une force surfacique (pression du sol sur nos pieds par exemple).

Pesanteur causée à une force volumique quelconque exercée sur l’individu, et à une force surfacique exercée par le sol sur les pieds

Sur Terre, nous sommes donc dans un état de pesanteur grâce à la gravitation. Mais un état de pesanteur  n’induit pas nécessairement la gravitation de Newton!

Chose faite, nous allons passer au vif du sujet. Lors d’un voyage spatial de longue durée, les astronautes seront soumis à l’absence de gravité ou d’autre types de force volumique. Un état de pesanteur ne peut donc exister. Cela a des conséquences sur notre corps :

  • Le calcium a beaucoup de mal à se fixer sur les os, ce qui a pour conséquence l’apparition de l’ostéoporose.
  • Notre corps n’a plus besoin de résister à la force volumique qui induit la pesanteur, donc les muscles ne travaillent plus :  la fonte musculaire apparaît.
  • Le cœur « prend en compte » la pesanteur dans son pompage : Il faut envoyer le sang plus fort pour qu’il atteigne la tête. Cependant, en absence de pesanteur, le cœur envoie le sang avec une force identique : la tête a donc tendance à être trop irriguée.

Ces facteurs limitent les séjours dans l’espace pour l’Homme. Mais si nous créons une pesanteur artificielle, le problème serait réglé ! Pour créer de la pesanteur, il faut donc une force volumique pour nous « pousser vers le bas » et une force surfacique pour tenir debout sur nos pieds.

La force d’inertie pour créer la pesanteur

Il existe une force volumique très simple à créer, qui est la force d’inertie ! C’est cette force qui nous colle contre notre siège lors de l’accélération de notre voiture. En effet, elle est causée par l’accélération d’un référentiel (ici la voiture). Cependant, il ne semble pas envisageable d’accélérer constamment un vaisseau : cela est trop coûteux en énergie. Cependant, sur en tourniquet en rotation, il y a également la force d’inertie qui tend à nous éjecter du tourniquet. Cette force est également présente dans le référentiel en rotation ! On pourrait imaginer un anneau géant en rotation dans l’espace. La force d’inertie est la force volumique qui tend à nous éjecter de l’anneau géant, et la paroi de ce dernier nous retient grâce à la force surfacique de pression sur nos pieds.

C’est ce qu’a imaginé Van Braun en 1952

Cependant, qui dit référentiel en rotation, dit force de Coriolis ! Cette force est proportionnelle à la vitesse de rotation de l’anneau géant, mais la pesanteur également. Il faut donc trouver un compromis entre l’intensité de pesanteur qui nous permet de vivre en bonne santé, et l’intensité de la force de Coriolis limitant la déviation de la trajectoire des objets dans le vaisseau.

Vient alors le Minimal Artificial Weightiness Concept, stipulant que l’intensité de pesanteur supportable par le corps humain est de 0,2 fois la gravité terrestre. Cette valeur est le meilleur compromis trouvé entre les deux forces. Cela induit une rotation de l’anneau de 2 tours par minute. Il est donc théoriquement possible de créer une pesanteur artificielle à l’échelle humaine !