Les astronautes évoluent dans un environnement unique où la gravité est quasiment absente: l'orbite terrestre basse. Cette absence de poids transforme leur quotidien, y compris pour des gestes aussi simples que connaître leur "poids". Mais comment font-ils, quand une balance classique est inopérante dans l'espace ?
L'astronaute Karen Nyberg utilise le dispositif de mesure de masse par accélération linéaire spatiale (SLAMMD) à bord de la station spatiale.
Crédit: NASA
Sur la Station spatiale internationale (ISS), deux dispositifs ingénieux, conçus par la NASA et la Russie, permettent aux astronautes de mesurer leur masse corporelle. Cette distinction entre poids et masse est cruciale en microgravité, où seule la masse reste un repère fiable. Les concepts de base de la physique se révèlent ici essentiels pour garantir leur santé.
Contrairement au poids, influencé par la gravité, la masse correspond à la quantité de matière composant un corps. Sur Terre, ces deux notions se confondent souvent, mais dans l'espace, où la gravité est quasi inexistante, seule la masse est mesurable grâce à des méthodes adaptées. Le SLAMMD (Space Linear Acceleration Mass Measurement Device) repose sur le principe de l'accélération et de la force, formulé par Isaac Newton. Une série de ressorts applique une poussée connue, et un capteur optique mesure la réponse de l'astronaute.
Le processus est à la fois précis et simple: le SLAMMD calcule l'accélération en fonction de la vitesse et du temps nécessaire pour parcourir une distance donnée. Cette donnée, combinée à la force appliquée, permet de déduire la masse corporelle avec une précision d'environ 0,2 kilogramme. Ce dispositif se trouve dans le module européen Columbus de l'ISS.
La Russie utilise une autre technique via le BMMD (Body Mass Measurement Device), situé dans le module Zvezda. Ce système, comparable à un pogo-stick, fonctionne grâce aux oscillations provoquées par l'astronaute. La fréquence des oscillations dépend de la masse de l'utilisateur, permettant ainsi une mesure rapide et fiable.
Un astronaute utilisant le BMMD, la méthode russe pour mesurer la masse corporelle à bord de l'ISS.
Crédit: NASA
Pourquoi cette vigilance sur la masse corporelle ? En microgravité, les astronautes subissent des pertes rapides de densité osseuse et musculaire. Chaque mois passé en orbite entraîne une diminution d'environ 1 % de la masse osseuse. Ces transformations nécessitent des entraînements quotidiens intensifs et une surveillance régulière pour prévenir des conséquences durables sur leur santé.
L'exercice physique à bord de l'ISS dure deux heures par jour pour pallier ces effets. Mesurer la masse corporelle assure un suivi précis de l'efficacité des routines et garantit que les astronautes conservent une condition physique optimale pour leur retour sur Terre.
Quelle est la différence entre poids et masse ?
La distinction entre poids et masse peut paraître subtile, mais elle est fondamentale en physique. Ces deux concepts, souvent confondus dans le langage courant, diffèrent par leur définition et leur lien avec la gravité.
La masse est une propriété intrinsèque. Elle mesure la quantité de matière dans un objet, exprimée en kilogrammes ou en livres. Elle reste constante, que l'objet se trouve sur Terre, sur la Lune ou dans l'espace.
Le poids dépend de la gravité. C'est une force, calculée en multipliant la masse par l'accélération gravitationnelle locale. Ainsi, le poids d'un objet varie selon l'environnement gravitationnel.
En microgravité, comme dans l'espace, le poids est quasi nul. Cependant, la masse reste inchangée. Les astronautes utilisent donc des dispositifs spécifiques pour mesurer leur masse, car les balances traditionnelles basées sur la gravité ne fonctionnent pas.