Pourquoi les occupants et les objets de la Station Spatiale Internationale (ISS) "flottent" dans leur habitacle alors que la gravitation à l'altitude à laquelle ils se trouvent (400 km) est pratiquement équivalente à celle des habitants de la Terre? La réponse à cette question apporte un éclairage intéressant car il contredit des idées reçues.
figure 1: la Station Spatiale Internationale (ISS)
La pesanteur est le principe d’attraction d’un corps par l’astre sur lequel il est posé.
L'apesanteur est l'absence de pesanteur.
L'impesanteur est l'état d’un corps tel que l’ensemble des forces gravitationnelles et inertielles auxquelles il est soumis possède une résultante et un moment résultant nuls.
La Station Spatiale Internationale ou ISS (International Space Station) tourne sur une orbite terrestre basse située à environ 400 km d'altitude.
À 400 km d'altitude la pesanteur est pratiquement la même que sur la Terre.
Alors pourquoi voit-on dans la station orbitale les objets (et les occupants) "flotter"?
RÉPONSE:
Calculons la circonférence de l'orbite (située à environ à 400 km de la Terre): (400 km + 6 371 km [rayon de la Terre]) multiplié par 2 Pi = 42 543 km.
Calculons la vitesse de l'ISS si elle parcourait les 42 543 km en 24 heures: 42 543 divisé par 24 = 1 772 km par heure.
En réalité, elle tourne 16 fois plus vite et fait le tour de la Terre en 1 heure et demie (24 / 1,5 = 16). Sa vitesse est donc de 28 000 km par heure [*] (1 772 x 16 ... en arrondissant).
[*] Cette vitesse de 28 000 km/h est un minimum pour que l'ISS ne retombe pas sur Terre car la station est soumise d'une part à l'attraction terrestre qui l'attire vers notre planète et d'autre part à sa vitesse qui l'en éloigne. À 400 km d'altitude et 28 000 km/h ces deux forces s'équilibrent parfaitement et, consécutivement, l'ISS tombe (oui! j'ai bien écrit "tombe"!) en permanence sur son orbite autour de notre planète. L'ISS ne "vole" pas, elle chute! Continuellement!
Lancée à 28 000 km/h sur son orbite, l'ISS est en chute libre [**] permanente et donc en constante impesanteur. La même impesanteur ressentie pendant une vingtaine de secondes lors des vols paraboliques effectués par l'avion zéro-G. En impesanteur les personnes et les objets "flottent" comme s'ils étaient en apesanteur (sans pesanteur) très loin dans l'espace en dehors de tout champ gravitationnel. Comme si!
[**] a) Une vidéo d'une minute et demie tirée de l'émission TV "C'est pas sorcier" explique très bien le phénomène d'impesanteur dans une chute libre: pour voir cette vidéo cliquez << ici! >>.
[**] b) Une autre vidéo de presque cinq minutes tirée de la chaîne YouTube "Les idées froides" d'Alain BERNARD explique très bien le phénomène de la chute où les objets tombent et tournent sur une orbite: pour voir cette vidéo cliquez << ici! >>.
CONCLUSION:
En terme de gravitation, si la station orbitale était maintenue à vitesse zéro (donc sans aucun déplacement orbital), ses occupants et leurs objets se comporteraient comme si l'ISS était posée sur la Terre, au milieu d'un pré.
• Dans le vide les objets (qui subissent une attraction) tombent à la même vitesse. Cela signifie que si vous lachez une bille de plomb et une plume d'oiseau de la même hauteur, la bille et la plume toucheront le sol en même temps. Si c'est vous qui tombiez avec une bouteille à la main et que vous lachiez celle-ci au cours de votre chute, la bouteille continuerait sa chute à la même vitesse que vous et elle donnerait l'impression de "flotter" (au lieu de "tomber vers vos pieds").
• La station orbitale chute continuellement et ne se rapproche jamais du sol car elle est à une altitude trop élevée. Sa chute est orbitale. Une pomme lancée devant soi ira frapper, quant à elle, le sol de la Terre. Sa chute est parabolique. Elle deviendrait une chute orbitale si elle était lancée d'une altitude aussi importante que celle de l'ISS, par exemple. Voir l'excellente explication dans la vidéo du point b) du renvoi [**] ci-dessus.
• L’atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre. Elle fait 800 km d'épaisseur puis s'étire jusqu'à 10 000 km. Elle est structurée comme suit:
- de 0 à 16 km: la troposphère (dans laquelle nous évoluons et volent nos avions),
- de 16 à 50 km: la stratosphère,
- de 50 à 80 km: la mésosphère,
- de 80 à 640 km: la thermosphère (*),
- de 640 à 10 000 km (environ): l'exosphère.
(*) c'est dans la thermosphère qu'évolue l'ISS et on considère que la limite entre la Terre et l'espace (vide spatial) est située à partir de 100 km d'altitude.
• La Station Spatiale Internationale (ISS) est un laboratoire de recherche orbital dont les pays partenaires sont les États-Unis, la Russie, l'Europe, le Japon et le Canada. D'un poids de 400 tonnes, sa taille (figure 1) est celle d'un terrain de football. La Station tourne seule autour de la planète. Elle n’est pas propulsée par des moteurs. Elle en possède plusieurs dizaines, mais ils ne servent qu’à ajuster sa trajectoire. Ils lui permettent de conserver la même altitude. Sans eux, elle descendrait peu à peu vers la Terre.
• Les satellites artificiels utilisent une orbite qui se situe à 35 786 km d'altitude, hauteur qui permet qu'un hémisphère terrestre complet soit visible. Cette orbite est dite géostationnaire car les satellites s'y déplacent de manière exactement synchrone avec la planète et restent donc constamment au-dessus du même point de la surface de la Terre. Il y a environ 250 satellites sur cette orbite, principalement dédiés aux télécommunications et à la météorologie.
