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Source photo : Les combinaison spatiales – Spacesuits (astrosurf.com) |
La combinaison spatiale d’un astronaute est un objet fascinant. En effet, elle est le fruit d'années de recherche et d'investissement pour lui permettre d’accomplir son objectif principal : assurer la survie d’un être humain dans l’espace. Pour cela elle doit répondre à des critères bien définis tels que la résistance à de très grandes pressions (à cause du vide spatial), l’approvisionnement continu de l’astronaute en oxygène ou encore la protection contre les micrométéorites et les différents rayonnements du soleil. Effectivement, bien qu’à environ 400 kilomètres d’altitude l’ISS soit encore dans l’atmosphère, celle-ci n’est plus assez dense pour la protéger du Soleil. Cette combinaison est donc un objet très complexe rempli d’innovations technologiques, et aujourd’hui nous allons nous pencher sur une partie bien spécifique : la visière du casque.
Nous verrons quels ont été les choix de conception de cet objet qui doit, en répondant à diverses contraintes, assurer la sécurité de l’astronaute sans diminuer sa visibilité.
On peut en fait compter deux visières distinctes : la principale, qui englobe la quasi-totalité du casque appelée visière de protection et le pare-soleil, une deuxième visière rétractable. Nous allons tout d’abord étudier le matériau constituant les 3 mm d'épaisseur de cette visière principale. Elle est conçue en polycarbonate, un plastique connu pour ses caractéristiques mécaniques de résistance aux chocs. En effet, cette matière plastique est considérée comme 250 fois plus résistante que le verre car elle se déforme mais cède difficilement. En se déformant sur son intégralité, la visière est soumise à une pression intérieure homogène ce qui permet de mieux résister à la pression. Le polycarbonate, qui possède une très grande transparence optique, assure aussi la visibilité avec une transmission lumineuse d’environ 90% (c'est-à-dire que seulement 10% de la lumière est filtrée), tout en repoussant les UV. D’autre part, il a été choisi pour sa grande amplitude de résistance aux températures. Pour une utilisation en continu, il peut supporter des températures allant d’environ -100°C à 135°C. Les sorties extravéhiculaires (EVA) se comptant seulement en dizaines d’heures et compte-tenu de l'épaisseur de la visière, celle-ci remplit parfaitement son rôle en supportant les températures extrêmes dues au rayonnement du soleil (ou à son absence), de -160°C à +121°C. Cette partie de la combinaison spatiale est également la plus susceptible aux pertes de chaleur comme des fenêtres dans une maison. Pour prévenir cet effet, le matériau dont la visière est constituée a un coefficient de conductivité thermique plutôt faible, de l’ordre de 0,20 W / m K afin de minimiser suffisamment ces pertes.
La forme sphérique est privilégiée pour la visière (et le casque en général) parce qu’elle offre un meilleure vision panoramique, et permet à l’astronaute de tourner la tête sans problème (car c’est la forme qui s’adapte le mieux à la morphologie de la tête). Pour en revenir à la contrainte de pression, la sphère permet d’avoir une pression homogène sur toute la surface de la visière et d’obtenir ainsi une résistance optimale (d’autant plus que le polycarbonate est déformable). Enfin, cette visière protège l’astronaute des micrométéorites qui sont un vrai danger dans l’espace.
Le casque spatial possède une visière supplémentaire faite en polysulfone. Ce polymère a une excellente résistance contre les rayons ß et γ (les plus dangereux), les rayons X et les infrarouges (IR). Ses bonnes propriétés thermiques font qu’il peut être utilisé entre -100°C et +150°C, condition primordiale dans l’espace. La solidité du polysulfone fait qu’il sert aussi à protéger des micrométéorites et débris spatiaux.
La surface intérieure de la seconde visière est recouverte d'une fine couche d'or qui permet de renvoyer encore plus efficacement les rayons du soleil tout en offrant une bonne visibilité. Plus précisément, l’or bloque les UV et les infrarouges (et constitue donc en plus un filtre thermique), et atténue grandement l’intensité des rayons du visible, pour permettre de voir sans être ébloui et sans endommager les yeux. Les astronautes ont la possibilité d’abaisser cette visière amovible notamment pour le travail en plein Soleil où elle est indispensable. C'est ce revêtement en or qui est à l'origine de la couleur dorée de la visière, comme on peut le voir sur la photo (Mike Hopkins lors d’une sortie-extravéhiculaire en décembre 2013)
Ces deux visières constituent par conséquent un élément clé pour l’astronaute, et répondent à toutes les contraintes présentes afin de protéger les astronautes pour qu’ils puissent effectuer leurs manœuvres en toute sécurité. Outre leur rôle protecteur, les visières spatiales de demain deviendront aussi un support d’information, avec projection d’un tableau de bord virtuel, comme dans les films futuristes.
Blog écrit par Elias ROUSSEAU, Tom DESCAT et Honorin DUPAS
Sources.
https://www.ensingerplastics.com/fr-fr/produits-semi-finis/plastiques-hautes-performances/psu (polysulfone)
https://www.flickr.com/photos/jurvetson/51244010057 (protection rayonnements)
Les combinaison spatiales – Spacesuits (astrosurf.com)
Source photo : Les combinaison spatiales – Spacesuits (astrosurf.com)
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