{"id":1435,"date":"2015-07-31T16:44:15","date_gmt":"2015-07-31T15:44:15","guid":{"rendered":"http:\/\/www.orionpx.fr\/project\/blog\/?p=1435"},"modified":"2015-07-31T16:44:15","modified_gmt":"2015-07-31T15:44:15","slug":"demystificateur-considerer-newton-avec-legerete-est-dune-grande-gravite","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.orionpx.fr\/project\/blog\/demystificateur-considerer-newton-avec-legerete-est-dune-grande-gravite\/","title":{"rendered":"D\u00e9mystificateur: Consid\u00e9rer Newton avec l\u00e9g\u00e8ret\u00e9 est d’une grande gravit\u00e9 !"},"content":{"rendered":"

$\"L'astronaute$ <\/a>

L’astronaute Gerald Carr \u00ab\u00a0portant\u00a0\u00bb son co\u00e9quipier William Pogue lors de la mission Skylab 4 en 1974.
(Cr\u00e9dit: NASA)<\/i><\/p><\/div>\n

Mes lecteurs connaissent tous cette citation de Bernard Baruch<\/a> que j’ai repris dans mon roman<\/a>:<\/p>\n

\u00ab\u00a0Des millions de gens ont vu tomber une pomme, Newton est le seul qui se soit demand\u00e9 pourquoi.\u00a0\u00bb<\/em><\/p>\n

Oui pourquoi ? Pourquoi est-ce que cette pomme tombe sur le sol lorsque l’on est sur Terre, mais danse avec gr\u00e2ce dans les airs autour des astronautes de l’ISS ?<\/p>\n

A cause de la gravit\u00e9 certes, mais qu’est-ce que la gravit\u00e9 ? Et pourquoi semble-t-elle exister sur la plupart des vaisseaux spatiaux de Science-Fiction loin de notre plan\u00e8te, et pas sur notre station spatiale pourtant si proche ?<\/p>\n

Si vous \u00eates un habitu\u00e9 de mon blog, vous savez d\u00e9j\u00e0 tout sur la gravit\u00e9. Sinon, je vous conseille de lire mon article traitant des trous noirs<\/a>. Vous pourrez lire, dans la premi\u00e8re partie, un paragraphe traitant de l’espace-temps o\u00f9 j’y d\u00e9cris la gravit\u00e9. Si vous \u00eates d’humeur flemmarde, je peux tenter de r\u00e9sumer ici les choses de fa\u00e7on simple.<\/p>\n

La gravit\u00e9 est une d\u00e9formation du tissu de l’espace-temps \u00e0 proximit\u00e9 d’un objet massif qui se traduit (dans notre monde tridimensionnel) comme une \u00ab\u00a0force d’attraction\u00a0\u00bb. Autrement dit, pour g\u00e9n\u00e9rer de la gravit\u00e9 il faut de la masse, beaucoup de masse !<\/p>\n

Les faits<\/h1>\n
Comme \u00e0 l’accoutum\u00e9e, je vais vous pr\u00e9senter divers exemples d\u2019\u0153uvres de science-fiction ou cet aspect est pr\u00e9sent de fa\u00e7on explicite ou non.<\/p>\n
$\"Extrait$ <\/a>
Extrait de Prometheus<\/a> de Ridley Scott.<\/p><\/div>\n
Surtout au cin\u00e9ma, o\u00f9 l’\u00e9quipage gambade joyeusement dans un vaisseau, souvent \u00e0 plusieurs niveaux, et qui n’est pas en rotation. Autrement dit… Comment peuvent-ils bien g\u00e9n\u00e9rer une force de gravit\u00e9 ?<\/p>\n
Les candidats sont nombreux, le Faucon Mill\u00e9nium dans Star Wars, le Prometheus dans le film du m\u00eame nom, l’Event Horizon, les vaisseaux de la s\u00e9rie des Aliens, etc…<\/p>\n
Dans tous ces films, les personnages restent bien ancr\u00e9s au sol quelle que soit l’acc\u00e9l\u00e9ration appliqu\u00e9e au vaisseau, et plus encore, il arrive m\u00eame que des accidents o\u00f9 des chutes dans le vaisseau coutent la vie \u00e0 un personnage.<\/p>\n
Pourquoi ce choix me direz-vous ? Tout simplement pour des raisons de co\u00fbt de production. Il est en effet moins couteux de montrer un \u00e9quipage les pieds bien au sol, plut\u00f4t qu’en apesanteur o\u00f9 les effets sp\u00e9ciaux seraient indispensables.<\/p>\n
$\"Extrait$ <\/a>
Extrait du film Avatar de James Cameron.<\/p><\/div>\n
D’autres en revanche, montrent un aspect plus r\u00e9aliste o\u00f9 les personnages sont en apesanteur. Mais si ceci est envisageable pour des voyages de courte dur\u00e9e, il ne saurait en \u00eatre de m\u00eame pour des voyageurs interplan\u00e9taires ou m\u00eame interstellaires o\u00f9 les voyages pourraient durer tr\u00e8s longtemps. Les effets de la gravit\u00e9 z\u00e9ro sur l’organisme \u00e9tant trop important pour leur permettre de fouler le sol d’une plan\u00e8te imm\u00e9diatement apr\u00e8s leur mise en orbite.<\/p>\n
D\u00e9mystifions !<\/h1>\n
Les conditions du voyage interplan\u00e9taire<\/h2>\n
$\"Astronaute$ <\/a>
Astronaute \u00ab\u00a0poussant de la fonte\u00a0\u00bb sur l’ISS.
(Cr\u00e9dits: NASA \/ Gizmodo<\/a>)<\/i><\/p><\/div>\n
Aujourd’hui, un grand nombre d’\u00e9tudes et d’exp\u00e9riences<\/a> financ\u00e9es par les agences spatiales du monde entier tendent toutes \u00e0 dire qu’il serait trop contraignant d’envoyer des gens vers une autre plan\u00e8te en les maintenant en gravit\u00e9 z\u00e9ro durant la totalit\u00e9 du voyage.<\/p>\n
Les cons\u00e9quences sur l’organisme des astronautes seraient bien trop lourdes et demanderaient une longue pr\u00e9paration physique en orbite avant d’envoyer ces derniers sur le sol de la plan\u00e8te qui \u00e9tait vis\u00e9e sans aucune assistance au sol. Surtout si la gravit\u00e9 de cette derni\u00e8re est sup\u00e9rieure \u00e0 la gravit\u00e9 terrestre (1g soit environ 9.81 N\/kg).<\/p>\n
M\u00eame sur l’ISS, pour des s\u00e9jours de quelques mois, les astronautes doivent se soumettre \u00e0 une batterie d’exercices physiques afin d’\u00e9viter des probl\u00e8mes physiologiques lors de leur retour sur Terre.<\/p>\n
Ces effets peuvent se manifester de diverses mani\u00e8res. Tout d’abord les os se fragilisent et perdent une grande partie de leur calcium car ils ne sont plus sollicit\u00e9s par le poids de la personne. Ensuite les muscles auront tendance \u00e0 s’atrophier du fait du manque d’effort et de la baisse de l\u2019oxyg\u00e9nation du sang. D’autres perturbations moins manifestes peuvent \u00e9galement survenir, notamment au niveau de la circulation sanguine.<\/p>\n
Pour r\u00e9sumer, l\u2019apesanteur nous rend faible ! Si faible que l’on pourrait se casser un membre \u00e0 la moindre petite chute, et qu’on aurait bien du mal \u00e0 soutenir le poids de notre scaphandre d’exploration plan\u00e9taire une fois sur le sol.<\/p>\n
Pas de probl\u00e8me, il faut cr\u00e9er une gravit\u00e9 artificielle<\/h2>\n
Comme je vous l’ai expliqu\u00e9 plus haut dans cette chronique, pour obtenir de la gravit\u00e9 il faut de la masse. Or, dans le domaine du voyage spatial, une masse importante est justement quelque chose que l’on essaye d’\u00e9viter ! Pourquoi ? Parce-que la quantit\u00e9 d’\u00e9nergie n\u00e9cessaire \u00e0 la propulsion d’un engin spatial est directement proportionnelle \u00e0 la masse du vaisseau. Plus le vaisseau sera lourd, plus il demandera d’\u00e9nergie et plus il coutera cher \u00e0 faire avancer.<\/p>\n
Mais, en fin de compte, ce n’est pas n\u00e9cessairement de gravit\u00e9 dont nous avons besoin mais d’une force qui nous tire vers le bas. Quelle qu’en soit sa nature. Or il y a un grand nombre de fa\u00e7ons de cr\u00e9er artificiellement une telle force, et nous allons en voir quelques unes ici.<\/p>\n
L’acc\u00e9l\u00e9ration<\/h3>\n
$\"Acc\u00e9l\u00e9ration$ <\/a>
Acc\u00e9l\u00e9ration de la Tesla P85d<\/a>.<\/p><\/div>\n
La gravit\u00e9 terrestre correspond \u00e0 une acc\u00e9l\u00e9ration d’1g. Autrement dit, il serait simple de simuler cette acc\u00e9l\u00e9ration par la modification de la vitesse du vaisseau. Si le vaisseau acc\u00e9l\u00e8re, ses occupants vont \u00eatre soumis \u00e0 une force les poussant vers l’arri\u00e8re, de la m\u00eame fa\u00e7on que lorsque vous \u00eates dans une voiture puissante et que le conducteur appuie sur le champignon. L’acc\u00e9l\u00e9ration du v\u00e9hicule va venir vous plaquer contre le si\u00e8ge, \u00e0 ce moment l\u00e0 vous subissez une acc\u00e9l\u00e9ration qui va se mesurer en g<\/strong>.<\/p>\n
Concr\u00e8tement, pour se faire une id\u00e9e, une acc\u00e9l\u00e9ration de 2g multiplie votre poids (qui est une force, contrairement \u00e0 la masse) par 2. Par abus de langage le poids est souvent d\u00e9crit en kg alors qu’en r\u00e9alit\u00e9 il s’agit de la masse qui est d\u00e9crite avec cette unit\u00e9. Un poids s’exprime en Newton car c’est une force au sens m\u00e9canique du terme.<\/p>\n
En m\u00e9canique, une force est un vecteur et se d\u00e9crit par 4 propri\u00e9t\u00e9s:<\/p>\n
\n
Sa direction :<\/strong> C’est \u00e0 dire son orientation<\/li>\n
Son sens : <\/strong>De quel point vers quel point la force s’exerce (ex: du haut vers le bas)<\/li>\n
Sa norme : <\/strong>Son intensit\u00e9 exprim\u00e9e en Newton<\/li>\n
Son origine : <\/strong>Le point d’origine du vecteur<\/li>\n<\/ol>\n
<\/p>\n
Dans le cas de la gravit\u00e9 on peut sch\u00e9matiser le vecteur force de la mani\u00e8re suivante.<\/p>\n
$\"Repr\u00e9sentation$ <\/a>
Repr\u00e9sentation de la force d’attraction terrestre.<\/p><\/div>\n
Les pilotes d’avions de chasse peuvent encaisser des acc\u00e9l\u00e9rations de l’ordre de 8g, \u00e0 ce moment l\u00e0 un homme d’une masse de 70kg ressentirait une \u00ab\u00a0masse apparente\u00a0\u00bb d’une demi-tonne ! Mais ce n’est pas sa masse qui a chang\u00e9 (il est toujours constitu\u00e9 du m\u00eame nombre d’atomes) mais son poids, c’est \u00e0 dire la force appliqu\u00e9e \u00e0 son corps par le changement de direction ou l’acc\u00e9l\u00e9ration de son avion.<\/p>\n
Il suffirait donc de concevoir le vaisseau de mani\u00e8re \u00e0 ce que le plancher soit l’arri\u00e8re du vaisseau et, lorsqu’on allumerait les moteurs, ses occupants se retrouveraient plaqu\u00e9s au sol.<\/p>\n
C’est une id\u00e9e oui, mais impossible \u00e0 appliquer \u00e0 l’heure actuelle. Acc\u00e9l\u00e9rer c’est une chose, mais acc\u00e9l\u00e9rer constamment pendant une tr\u00e8s longue p\u00e9riode demanderait un moteur \u00e0 tr\u00e8s forte impulsion sp\u00e9cifique. Les co\u00fbts en carburant permettant d’obtenir ce r\u00e9sultat seraient bien trop \u00e9lev\u00e9s avec les moteurs que nous utilisons aujourd’hui.<\/p>\n
La force centrifuge<\/h3>\n
$\"Exp\u00e9rience$ <\/a>
Exp\u00e9rience du seau d’eau.<\/p><\/div>\n
Cette force bien connue est sans doute la plus simple \u00e0 utiliser dans cette circonstance. Nous avons vu que g\u00e9n\u00e9rer une acc\u00e9l\u00e9ration lin\u00e9aire \u00e9tait un probl\u00e8me sur le long terme car il fallait pour cela propulser la totalit\u00e9 de la masse du vaisseau. Dans le cas de la force centrifuge il suffit de mettre une partie du vaisseau (circulaire) en rotation pour g\u00e9n\u00e9rer une force perpendiculaire \u00e0 la tangente de ce cercle. Deux forces vont alors \u00eatre cr\u00e9\u00e9es, la force centrifuge qui vas vers l\u2019ext\u00e9rieur du cercle et la force centrip\u00e8te qui va vers son centre.<\/p>\n
Vous avez d\u00e9j\u00e0 d\u00fb exp\u00e9rimenter cette force \u00e0 maintes reprises, lorsque vous \u00e9tiez enfants avec l\u2019exp\u00e9rience du seau d’eau par exemple, qui consiste \u00e0 faire tourner un seau rempli d’eau au dessus de sa t\u00eate. L’eau ne s’\u00e9coule pas car elle est plaqu\u00e9e au fond du seau par la force centrifuge. Mais quelques gouttelettes vont s’en \u00e9chapper et, \u00e0 cause de la force centrip\u00e8te, vont forc\u00e9ment venir vous toucher car la direction de cette force m\u00e8ne droit \u00e0 votre centre de gravit\u00e9.<\/p>\n
Cette force peut \u00eatre utilis\u00e9e mais on doit respecter certaines r\u00e8gles \u00e0 cause d’une force suppl\u00e9mentaire et qui pourrait causer des probl\u00e8mes aux astronautes, la force de Coriolis<\/a>. Cette force, qui suit la tangente, va agir sur l’oreille interne et pourrait provoquer des malaises et des vertiges. Pour la minimiser il faut r\u00e9duire la vitesse lin\u00e9aire, et donc minimiser le nombre de tours par minutes de l’anneau.<\/p>\n
Pour un confort correct, il faudrait que la rotation du syst\u00e8me n\u2019exc\u00e8de pas les 2 tours par minutes afin que la force de Coriolis ne soit pas assez importante pour incommoder l’\u00e9quipage. Seulement, si l’on veut maintenir une acc\u00e9l\u00e9ration de 1g \u00e0 bord, il faut compenser la baisse de la vitesse par une augmentation du rayon de l’anneau.<\/p>\n
$\"Station$ <\/a>
Station orbitale du film \u00ab\u00a02001 l’odyss\u00e9e de l’espace\u00a0\u00bb de Kubrick
Inspir\u00e9 du roman d’Arthur C. Clarke<\/p><\/div>\n
Le calcul peut \u00eatre effectu\u00e9 de fa\u00e7on simple en appliquant des formules de m\u00e9canique \u00e9l\u00e9mentaire et l’on peut d\u00e9terminer que le rayon minimum d’une telle station (ou vaisseau) doit \u00eatre de 224m pour respecter la vitesse de rotation maximum de 2tr\/min. Ce qui fait un gros vaisseau…<\/p>\n
$\"{F}_{cen}=$ <\/p>\n
O\u00f9 Fcen est la force centrifuge (en N), m est la masse de l’objet (en kg), \u03c9 est la vitesse de rotation (en rad\/s), v est la vitesse lin\u00e9aire (en m\/s), et R est la distance du centre de l’anneau au centre de gravit\u00e9 de l’objet ou de la personne.<\/p>\n
Cette limite de 2tr\/min n’est pas infranchissable, il est possible de la d\u00e9passer mais il faudra alors compter sur la capacit\u00e9 d’adaptation de l’\u00e9quipage. La limite de 7tr\/min \u00e9tant admise comme le seuil ou une adaptation du corps humain devient tr\u00e8s improbable.<\/p>\n
Le diamagn\u00e9tisme<\/h3>\n
Vous avez devin\u00e9 le principe, il s’agit de cr\u00e9er un champ magn\u00e9tique suffisamment puissant pour vous coller au sol. \u00ab\u00a0Mais nous ne sommes pas magn\u00e9tiques !\u00a0\u00bb Me direz-vous et vous aurez tort !<\/p>\n
Il n’est pas question de porter je ne sais quelle paire de bottes ou de chaussettes m\u00e9talliques, je ne parle pas ici du ferromagn\u00e9tisme que tout le monde connait avec un aimant et une pi\u00e8ce de m\u00e9tal, mais de diamagn\u00e9tisme<\/a>.<\/p>\n
$\"Photographie$ <\/a>
Photographie de l\u2019exp\u00e9rience de l\u00e9vitation diamagn\u00e9tique d’Andre Geim sur une grenouille.<\/p><\/div>\n
Cette propri\u00e9t\u00e9 \u00e0 la particularit\u00e9 de s’appliquer \u00e0 la mati\u00e8re constitu\u00e9e d’atomes (mati\u00e8re atomique), et notamment \u00e0 l’eau. Ce qui reviendrait \u00e0 dire que le corps humain est un diamagn\u00e9tique. Les forces qui entrent en jeu dans ce cas l\u00e0 sont faibles et tr\u00e8s complexes. Si cela vous int\u00e9resse vous pouvez faire des recherches sur la quantification de Landau<\/a> qui fait partie de la m\u00e9canique quantique. Pour r\u00e9sumer, un mat\u00e9riaux diamagn\u00e9tique soumis \u00e0 un champ magn\u00e9tique g\u00e9n\u00e8re une tr\u00e8s faible force de r\u00e9pulsion.<\/p>\n
Pour le moment nous sommes loin de maitriser suffisamment cette technologie pour en \u00e9quiper nos vaisseaux spatiaux. Avec la technologie actuelle il faudrait des quantit\u00e9s \u00e9normes d’\u00e9nergie et un appareillage extr\u00eamement lourd. N\u00e9anmoins Andre Geim, un physicien russo-n\u00e9erlandais, \u00e0 r\u00e9ussi en 1997 \u00e0 faire l\u00e9viter une grenouille<\/a> dans un champ magn\u00e9tique \u00e9norme de 16 Teslas ! Mais pour accomplir cette fac\u00e9tie, ils ont d\u00fb utiliser un mat\u00e9riel de plusieurs tonnes. Pour vous faire une id\u00e9e, les aimants du LHC (acc\u00e9l\u00e9rateur de particules du CERN) produisent des inductions magn\u00e9tique de l’ordre de 9 Teslas.<\/p>\n
Conclusion<\/h1>\n
La gravit\u00e9 artificielle est un param\u00e8tre extr\u00eamement important pour les voyages interplan\u00e9taires et il faudra, un jour ou l’autre, que l’on mette au point un syst\u00e8me capable de la g\u00e9n\u00e9rer efficacement et avec le moins d’effets secondaires possibles. Si certaines de ces solutions sont encore hors de notre port\u00e9e, d’autres seraient r\u00e9alisable d\u00e8s aujourd’hui.<\/p>\n
Dans mon roman<\/a> j’ai fait le choix de la force centrifuge, car elle \u00e9tait pour moi la plus cr\u00e9dible technologiquement mais je n’ai pas opt\u00e9 pour le syst\u00e8me \u00e0 2tr\/min qui aurait \u00e9t\u00e9 trop difficile \u00e0 fabriquer selon moi.<\/p>\n
Pourquoi n’est-elle pas encore r\u00e9alit\u00e9 ? A cause de la taille d’un vaisseau de ce type, un vaisseau de plus 400m d’envergure n’est pas facile \u00e0 construire avec les contraintes budg\u00e9taires actuelles.<\/p>\n
Sources<\/h1>\n
Liste des sources non li\u00e9es dans le texte de mon article:<\/p>\n
http:\/\/www.space-airbusds.com\/fr\/actualites\/l-apesanteur-et-ses-effets-sur-l-organisme-humain.html<\/a><\/p>\n
http:\/\/www.popularmechanics.com\/space\/rockets\/a8965\/why-dont-we-have-artificial-gravity-15425569\/<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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Lire la suite<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":8,"featured_media":1438,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":"","jetpack_publicize_message":"","jetpack_publicize_feature_enabled":true,"jetpack_social_post_already_shared":true,"jetpack_social_options":{"image_generator_settings":{"template":"highway","default_image_id":0,"font":"","enabled":false},"version":2}},"categories":[96],"tags":[190,191,110,189,61,188,187,36,186,192,185],"class_list":["post-1435","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-le-demystifieur","tag-coriolis","tag-diamagnetisme","tag-espace","tag-force-centrifuge","tag-gravite","tag-gravite-artificielle","tag-iss","tag-newton","tag-station-spatiale","tag-tesla","tag-vaisseau-spatial","item-wrap"],"yoast_head":"\nD\u00e9mystificateur: Consid\u00e9rer Newton avec l\u00e9g\u00e8ret\u00e9 est d'une grande gravit\u00e9 ! - Orion PX<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/www.orionpx.fr\/project\/blog\/demystificateur-considerer-newton-avec-legerete-est-dune-grande-gravite\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"fr_FR\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"D\u00e9mystificateur: Consid\u00e9rer Newton avec l\u00e9g\u00e8ret\u00e9 est d'une grande gravit\u00e9 ! - Orion PX\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Mes lecteurs connaissent tous cette citation de Bernard Baruch que j’ai repris dans mon roman: \u00ab\u00a0Des millions de gens ont vu tomber une pomme, Newton est le seul qui se soit demand\u00e9 pourquoi.\u00a0\u00bb Oui pourquoi ? 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