20140131

Les dangers du nudisme intersidéral

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Dans plusieurs films de science-fiction on peut voir un des protagonistes confronté au vide de l’espace mourir violemment. Mais en réalité, Que se passe-t-il vraiment ? Est-ce qu’on explose, est ce qu’au contraire on gèle instantanément ? Ou bien aucun des deux ?


Dans plusieurs films de science-fiction on peut voir un des protagonistes confronté au vide de l’espace mourir violemment. Mais en réalité, Que se passe-t-il vraiment ? Est-ce qu’on explose, est ce qu’au contraire on gèle instantanément ? Ou bien aucun des deux ?

Plusieurs films se sont risqués à montrer des astronautes en prise avec le vide intersidéral. Dans 2001 l’Oyssée de l’espace, par exemple, le héros est sous le joug de l’ordinateur HAL qui a littéralement pété un câble et contrôle toutes les entrées. Il lui est nécessaire, pour rejoindre le vaisseau principal, de faire un petit détour par l’extérieur, sans combinaison pressurisée, ce qui n’a pas l’air de le déranger plus que ça. Dans Mission to Mars au contraire, un des astronautes défait son casque dans le vide et gèle instantanément. Alors que dans Total Recall, la tête d’un astronaute explose quand son casque se brise. Enfin plus récemment, dans Gravity, Georges Clooney fait une petite blague à sa copine Sandra Bullock en ouvrant la porte du vaisseau par surprise, histoire de venir lui faire la bise. Et à part être recroquevillée quelques secondes du genre « comment t’as pu faire ça je ne te parle plus », Sandra à l’air d’aller très bien. Quand on discute, après ce genre de film, du réalisme de la scène, il se trouve toujours une bonne âme pour expliquer que c’est ridicule : soit parce que « l’espace c’est froid, donc on gèle instantanément, pas besoin d’être pyrotechnicien pour savoir ça »,  soit parce que « dans le vide il n’y a pas de pression, donc la pression interne du corps va le faire gonfler et exploser , tout le monde sait ça, c’est du bon sens», soit enfin pour les plus érudits, parce que « les liquides, comme le sang, vont se mettre à bouillir car la pression de vapeur saturante va chuter , je sais j’ai un bac S».

Heureusement pour nous, ces questions ont été longuement débattues au sein de la NASA, sur Doctissimo et Yahoo Answer, et quelques petits accidents et expériences complètent nos connaissances. En gros les trois arguments avancés ci-dessus sont plus ou moins vrais mais la réalité est moins violente que ça (même si je ne vous cache pas qu’au bout d’un moment on meurt inévitablement).  Malgré le besoin de recouper ses sources, j’ai décidé à l’unanimité de moi-même d’écarter les sources Doctissimo et Yahoo Answer et de privilégier la piste NASA. Je ne développerai donc pas l’hypothèse qu’un soudain cancer de la prostate vous mettrait en communication avec des extra-terrestres en recherche de cobaye.  

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LA TEMPERATURE

Tout d’abord il est faux de penser que l’on gèle instantanément. C’est clair que si vous tentez l’expérience, mieux vaut porter un caleçon molletonné qu’un string ficelle.  Mais le froid n’est pas vraiment votre souci premier. Pour saisir ce qu’il se passe en terme de température, il faut comprendre quelques fondements de thermodynamique (la science des échanges d’énergies).

Le concept de température est un concept macroscopique, c’est-à-dire qui concerne les gros objets (par opposition à microscopique). D’un point de vue fondamental,  au niveau des particules, cela ne représente rien. Chaque particule qui constitue un objet est animée d’un mouvement, ce qui lui donne une certaine énergie dite cinétique (« de mouvement »). On retrouve cette notion pour les gros objets aussi, puisque une voiture à une certaine énergie cinétique, une balle de tennis ou un train, bref, tout ce qui bouge. Toutes ces petites particules, donc, se cognent comme des auto-tamponneuses et échangent  leur énergie. Assez rapidement, cela s’homogénéise : dans une petite région, elles ont toutes à peu près la même énergie cinétique. De façon statistique, on calcule une forme de moyenne de leur énergie et c’est ça qu’on appelle la « température » d’un objet : la température de quelque chose, c’est donc une mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules qui constituent cette chose. Comme ce qui nous intéresse principalement, c’est la physique à notre échelle, c’est une mesure très intéressante. Quand on fait chauffer de l’eau, qu’on refroidit dans un frigo, qu’on chauffe une pièce ou qu’on brûle de l’essence dans un moteur, on se tape pas mal de ce qui se passe pour chaque particule. Savoir ce qu’il se passe en moyenne, c’est-à-dire connaitre la température, est largement suffisant pour faire de savants calculs, inventer de nouveaux moteurs, de nouvelles chaudières (et bien plus encore).

ECHANGES DE TEMPERATURE

Il n’y a que trois façons d’échanger de la température. Par conduction, par convection et par rayonnement. La conduction est simple, il s’agit de l’échange de température entre deux solides qui se touchent : vous posez la main sur une poêle brulante (pas très malin soit dit en passant) : les particules très énergétiques de la poêle vont bousculer les particules de votre main, et leur donner de l’énergie. C’est pour cette raison que les scientifiques aiment dire que ce n’est pas le froid qui rentre, mais le chaud qui sort : il n’y a que de l’énergie cinétique qui se transmet, le froid n’est représenté par rien. Dans la conduction donc, les particules se touchent directement, et s’échangent leur énergie comme ça.

Dans la convection, c’est quasiment pareil, sauf qu’un des deux objets en contact est un fluide (un liquide ou un gaz). Comme par exemple de l’eau dans une casserole (me dites pas que vous n’avez jamais fait de pâtes !). La différence c’est que lorsque les particules en contact avec le chaud (le fond de la casserole normalement, sinon c’est que votre casserole est sur la tranche et toute l’eau probablement sur votre carrelage, bravo et vive la France) donc quand les molécules d’eau au fond ont récupéré de l’énergie et se sont réchauffées, elles bougent, car elles sont dans un liquide, et laissent la place à une autre. Ainsi quand vous faites bouillir de l’eau vous voyez un mouvement se créer entre le fond et la surface : A la différence de la conduction, la convection est donc plus efficace car elle permet de chauffer plus rapidement plus de particules, et  de façon plus homogène.

Enfin le troisième moyen d’échanger de la chaleur est le rayonnement. Les particules qui ont une certaine énergie ne peuvent pas s’en empêcher : elles rayonnent. Cela signifie qu’elles expulsent des photons avec une certaine énergie directement liée à leur température (les photons sont un peu des Rroms microscopiques : partout où ils se font absorber, ils finissent quand même par être expulsés sans rien avoir demandé). Par exemple un objet très chaud, comme un morceau de fer, deviendra rouge si on le chauffe, puis blanc si on le chauffe encore plus.  Même un objet qu’on considère plutôt « froid » (comme votre belle-mère) rayonne : c’est ce qu’on voit dans des lunettes infra-rouge.  Il suffit d’observer les bonnes longueurs d’ondes pour voir le rayonnement de  n’importe quoi.  Le truc, c’est que ce rayonnement est purement dissipatif : tout ce que vous faites, c’est de perdre de l’énergie, en permanence.  Pourquoi ne finit on pas par se vider totalement de son énergie ? Et bien parce qu’on a la chance d’en recevoir aussi en permanence ! Vous perdez de l’énergie par rayonnement, mais vous recevez le rayonnement de votre voisin de table, de la table elle-même, et la convection de l’air de la pièce vous réchauffe aussi, tout comme la conduction entre vos fesses et la chaise sur laquelle vous êtes assis : tout ça est un grand mélange qui s’équilibre en permanence.

Alors que se passe-t-il dans le vide ? Et bien il n’y a PAS de température, parce qu’il n’y a pas de particules. Que se passe-t-il alors ? Certainement pas de la conduction ou de la convection, puisque vous n’êtes en contact de rien. Pour faire un bilan thermique, il ne reste que le rayonnement : vous rayonnez, et c’est tout. Si jamais vous êtes éclairé par le soleil, vous allez recevoir tout son rayonnement et vous allez avoir un sacré coup de soleil. Si vous êtes complètement dans l’ombre, vous allez perdre votre énergie par rayonnement, mais il vous faudra plusieurs minutes avant que cela soit vraiment gênant : même si ce n’est pas tenable plusieurs heures, c’est le cadet de vos soucis à ce moment-là. Vous ressentez un grand froid, et c’est tout.

EXPLOSION

« Comme il n’y a pas de pression dans le vide, vous allez exploser ». Heureusement, c’est également faux !  La pression, c’est toutes ces particules qui sont dans l’air (ou un gaz en général) et qui vous tapotent de partout, et « poussent ».  Plus elles sont nombreuses et plus elles ont de l’énergie (plus le gaz est chaud) plus la pression est forte. Imaginez plein de petites auto-tamponneuses qui tapent contre votre peau : en gros la pression atmosphérique c’est ça. Quand vous gonflez un ballon de baudruche, vous devez mettre plus de pression dedans qu’il n’y en a dehors : la pression de l’atmosphère pousse sur le ballon, qui en plus n’a aucune envie d’être gonflé (la baudruche, naturellement, n’a aucune envie d’être « tendue »). Donc vous soufflez dedans, vous mettez un certain nombre de particules avec une certaine température, et un équilibre se crée, entre la pression à l’extérieur, la baudruche qui veut se dégonfler, et la pression que vous avez mis à l’intérieur.

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Quand tout le monde est content ça ne bouge plus et le ballon a un certain volume. Si maintenant on enlève l’atmosphère, c’est-à-dire qu’on supprime la pression extérieur, que se passe-t-il ? Et bien le ballon va grossir, car les particules qui sont à l’intérieur n’ont plus besoin de lutter contre la pression extérieure, mais uniquement contre la baudruche, qui n’aime pas être tendue. On atteindra un nouvel équilibre, avec un ballon beaucoup plus gros, et une baudruche bien tendue qui ne veut vraiment plus du tout se gonfler.

Les gens oublient qu’il y a deux effets : comme on a inconsciemment l’image du ballon qui éclate, on a l’impression que la baudruche est faible et ne sert à rien. En réalité elle participe bien au bilan de force : elle contient l’air que vous avez soufflé et s’oppose à sa pression, donc elle sert à quelque chose. Dans le vide le ballon explosera peut-être si  la baudruche n’est pas très résistante, mais ça dépendra de la pression initiale dans le ballon et n’est pas obligatoire « par principe ».  Si vous êtes plongé dans le vide, les fluides qui sont dans votre peau, vos tissus, vont prendre du volume et vous allez gonfler. Mais vous n’exploserez pas et vous n’en mourrez pas : votre peau va se tendre mais il lui en faut bien plus pour éclater, petit veinard.

BOUILLOIRE HUMAINE

Et c’est quoi cette histoire de sang qui bout ? Vous vous souvenez que les particules constituant ce liquide ont une certaine énergie, ce qui détermine la température ? Et bien dans l’idéal, ce qu’elles aimeraient faire ces particules c’est de se balader tranquillement et librement dans la pièce. Mais il y a l’air qui est constitué aussi de particules qui prennent déjà de la place, et qui ont une énergie elles aussi. Alors elles tapent et poussent sur le liquide, créant ce qu’on appelle la pression. Si l’énergie du liquide (sa température) est trop faible par rapport à la pression extérieure, les particules n’ont pas la possibilité d’aller se balader : dès qu’elles essayent mollement de s’évaporer elles se prennent un gros coup de pression de la part de l’air : « Tu ne bouges pas ! Baisse les yeux ! Le volume de cette pièce est NOTRE territoire, t’as pigé petit ? » .  Pour que le liquide puisse s’évaporer, on peut le chauffer, pour qu’il ait plus d’énergie : et hop c’est ce qu’on fait quand on fait bouillir de l’eau. A 100°C et à une pression standard, les particules d’eau peuvent rivaliser avec la pression de l’air et se balader dans la pièce. Si vous allez en montagne, la pression est plus faible : votre eau bouillira à une température plus basse.  Et si on enlève carrément la pression ? Les particules vont se balader directement en criant « Youpi !! La libertééé ! ».

D’où la question : et si on se retrouve à faire du nudisme sur la Lune, est ce qu’on bout ? Et bien comme pour le refroidissement et le gonflement, ça n’est pas si « rapide » que ça : votre peau, vos veines et vos organes maintiennent un certain niveau de pression, au moins au début. En revanche l’humidité de votre bouche, de vos yeux et de votre sueur va s’évaporer quasi-instantanément. Et quand un liquide s’évapore, ce qui n’est pas cool c’est qu’il pique de l’énergie autour de lui, vous allez donc surement avoir de petites engelures aux yeux ou dans la bouche, mais rien d’irréversible. Le sang lui, risque bien de se mettre à bouillir, au bout de plusieurs dizaines de secondes, ce qui peut être fatal à cause des bulles allant jusqu’au cœur.

SCENARIO PLAUSIBLE

Alors finalement, que va-t-il arriver ? Et bien en se basant sur plusieurs cas passés on peut reconstruire un scénario.
En 1965 au Johnson Space Center de la NASA (qui s’appelait à l’époque le Manned Spacecraft center), un cobaye humain testa une combinaison qui s’avéra défectueuse dans une chambre à vide.  Il tomba dans les pommes au bout de 15 secondes, après avoir senti et entendu l’air sortir de son corps : 15 secondes c’est le temps qu’il faut pour que votre sang aille de votre poumon complètement vidé d’oxygène (hypoxie)  jusqu’au cerveau. Son dernier souvenir c’est l’eau de sa langue qui commençait à bouillir (à faible température puisqu’il n’y a plus de pression extérieur). On a vite re-pressurisé la chambre et il n’a eu aucune séquelle.

Ensuite l’eau de vos tissus et de vos muscles s’évaporant, vous allez gonfler pas mal. En 1960 Joe Kittinger fit un saut en parachute à plus de 20km d’altitude. Pendant la montée malheureusement un de ses gants se perça, et sa main fut exposée au vide. Elle doubla de volume et devint inutilisable le temps du saut, mais revint à la normale après, sans aucune séquelle. Après les 15 premières secondes donc, vous voilà inconscient, tout bleu et très gonflé, mais encore en vie. On estime que si vous retournez à une atmosphère pressurisée dans les 90 secondes, vous survivrez sans séquelles majeures (à cause de l’hypoxie, c’est-à-dire l’absence d’oxygène dans votre sang, vous serez peut être aveugle, mais de façon temporaire). En revanche, passé ce délai votre sang peut se mettre à bouillir, ce qui arrêterait le cœur, et vous risquez, plus probablement, de mourir d’asphyxie.  Il n’y pas d’exemple de survie après autant de temps passé dans le vide.

TRAGIQUE EXEMPLE

Jusqu’à aujourd’hui les seuls humains à être morts à cause d’une exposition au vide sont les trois membres d’un équipage russe sur Soyouz 11, le 30 juin 1971 lors de la rentrée du véhicule (Vladislav Volkov, Georgi Dobrovolski et Viktor Patsayev).  Cette mission fut la première et la seule à utiliser Salyut 1, la première station spatiale de l’histoire. L’équipage resta 22 jours dans la station, produisant les premières émissions télés en direct d’une station spatiale, utilisant les premiers tapis de course de l’espace pour ne pas perdre la forme (ce qui faisait vibrer toute la station apparemment … ça devait être vachement rassurant). Ils ont dû faire face au premier feu dans une station spatiale, et  font partie des grands explorateurs (héros ?) des temps modernes. Lors du retour, plusieurs fusées de séparation fonctionnèrent ensemble au lieu de fonctionner à la suite, créant un choc plus grand que prévu, ce qui libéra la valve de décompression qui devait permettre à l’intérieur de la capsule de communiquer avec l’extérieur pour équilibrer la pression une fois dans l’atmosphère. A une altitude de 168 km, il n’y avait rien que du vide à l’extérieur : c’est en ouvrant la capsule une fois atterrie qu’on découvrira que les 3 astronautes étaient morts par asphyxie, le cœur s’étant arrêté 40 secondes après la décompression d’après les senseurs biomédicaux. Ils eurent droits à des funérailles nationales et un mémorial a été dressé à l’endroit de leur atterrissage, au Kazakhstan.
Depuis les astronautes portent une combinaison pressurisée de secours au décollage et à l’atterrissage.