Comment les astronautes mesurent-ils leur masse dans l’espace ?
Microgravité en orbite basse terrestre est un environnement exigeant pour le corps humain. Ses effets sur les astronautes sont encore à l’étude, et ceux-ci doivent s’assurer de rester en pleine forme lorsqu’ils se trouvent à bord de la Station spatiale internationale (ISS). Sur Terre, nos routines de remise en forme sont souvent conçues en fonction de notre poids. Mais comment les astronautes peuvent-ils mesurer leur poids lorsqu’ils sont en apesanteur dans l’espace ?
Deux appareils pour mesurer la masse corporelle
Il existe deux appareils à bord de l’ISS qui peuvent le faire : le dispositif de mesure de la masse linéaire d’accélération de l’espace (SLAMMD) de la NASA et le dispositif de mesure de la masse corporelle (BMMD) de la Russie. Les deux dispositifs utilisent l’action des ressorts pour mesurer la masse corporelle des astronautes plutôt que leur poids.
Poids vs. masse
Votre poids est égal à votre masse multipliée par l’accélération causée par le champ gravitationnel qui vous entoure. Par exemple, parce que la gravité est plus faible sur la lune que sur Terre, les astronautes d’Apollo pesaient moins lorsqu’ils marchaient à la surface lunaire. Mais si vous êtes en surpoids sur Terre, votre masse corporelle supplémentaire ne disparaît pas simplement. Bien qu’une balance sur la lune vous donne une lecture différente de celle sur Terre, vos mesures de masse seraient les mêmes. C’est pourquoi les astronautes de l’ISS mesurent leur masse corporelle et non leur poids.
Comment les astronautes mesurent-ils leur masse ?
SLAMMD exploite la deuxième loi du mouvement d’Isaac Newton, qui stipule que la force d’un mouvement est égale à la masse que la force pousse multipliée par l’accélération de cette masse lorsqu’elle est poussée par cette force. Ou, en abrégé, F = ma. Basé dans le laboratoire Columbus construit par l’Europe, SLAMMD fait partie du rack de recherche humaine, qui est un ensemble de tiroirs contenant des équipements intégrés. SLAMMD dépasse sur un bras de guidage robuste. Pour utiliser SLAMMD, un astronaute doit enrouler ses jambes autour de l’ensemble de soutien des jambes, aligner son ventre contre le coussin abdominal, et reposer sa tête ou son menton sur le repose-tête. Deux ressorts dans l’un des tiroirs sont libérés et leur force pousse le bras de guidage contre l’astronaute, ce qui pousse l’astronaute en arrière. La force exercée par les ressorts est déjà connue, étant donné que les ressorts ont été conçus selon certaines spécifications. L’accélération de l’astronaute lorsqu’il est poussé par les ressorts est mesurée par un instrument optique qui suit le mouvement du bras de guidage et sa vitesse de déplacement sur une certaine période de temps. L’accélération est calculée en divisant le changement de vitesse sur cette distance (environ un mètre) par le temps passé. Un ordinateur portable attaché à SLAMMD peut ensuite effectuer le calcul simple F = ma pour déterminer la masse corporelle de l’astronaute avec une précision de la moitié d’une livre (0,2 kilogramme). La méthode russe utilise le BMMD, qui se trouve dans le module Zvezda de la station spatiale. Comme SLAMMD, il utilise des ressorts. Mais au lieu d’utiliser une poussée unique, un astronaute se baisse dessus (en microgravité, c’est beaucoup plus facile à faire et à rester équilibré) et le fait bouger comme une trottinette, en montant et descendant. La vitesse d’oscillation dépend de la masse de l’astronaute qui est dessus ; sans rien dessus, le BMMD oscille beaucoup plus vite. Par conséquent, le chronométrage de la période fournit une bonne estimation de la masse corporelle de l’astronaute.
Pourquoi il est important de suivre la masse corporelle des astronautes
Il est important pour les astronautes de mesurer leur masse corporelle lorsqu’ils se trouvent dans l’espace pour s’assurer qu’ils ne perdent pas trop de masse corporelle. En effet, la microgravité est un environnement difficile pour le corps humain. Un astronaute perd en moyenne 1% de sa densité osseuse chaque mois dans l’espace. Les muscles s’atrophient également, et le cœur s’affaiblit car il n’a pas besoin de travailler aussi dur pour pomper le sang dans le corps d’un astronaute. Pour contrer les effets de la microgravité, les astronautes de l’ISS font de l’exercice pendant deux heures chaque jour dans la salle de sport de la station spatiale pour maintenir la masse musculaire, la densité osseuse et la santé cardiovasculaire. La mesure de leur masse corporelle joue un rôle vital pour vérifier qu’ils restent en forme et en bonne santé.
