L'exploration spatiale pose des défis uniques, notamment en ce qui concerne la gestion des besoins physiologiques des astronautes. Si l'élimination de l'urine a été relativement rapidement maîtrisée, la défécation dans l'espace a longtemps représenté un véritable casse-tête. Cet article explore l'histoire des solutions mises en place pour gérer les fluides corporels et les excréments des astronautes, en mettant l'accent sur le rôle crucial des couches superabsorbantes et les innovations en cours pour le futur des missions spatiales de longue durée.
Les premiers pas : inconfort et incidents
Lors des premiers vols spatiaux habités, la question des déchets corporels était loin d'être une priorité. Youri Gagarine, le premier homme dans l'espace en 1961, n'a pas eu à se soucier de ces détails. Cependant, un mois plus tard, Alan Shepard, le premier Américain dans l'espace, a été confronté à un problème imprévu. Son vol, initialement prévu pour une courte durée, a été retardé de plusieurs heures, le contraignant à rester confiné dans sa combinaison. L'impossibilité de se soulager a mis en évidence la nécessité de développer des solutions pour les missions plus longues.
Les missions Mercury, Gemini et Apollo ont marqué une période d'expérimentation et d'adaptation. Dans des capsules exiguës, les astronautes portaient des dispositifs rudimentaires pour collecter l'urine : une sorte de préservatif relié à un sac plastique. Pour les matières fécales, le processus était encore plus complexe et peu ragoûtant. Une petite poche attachée au sac permettait de manipuler les déchets, puis un liquide bactéricide était ajouté et malaxé pour sceller le tout. Cette opération délicate pouvait prendre près d'une heure et s'avérer traumatisante, voire hilarante, comme en témoignent les anecdotes de la mission Apollo 10.
L'avènement des couches superabsorbantes
Face aux difficultés rencontrées avec les systèmes de collecte des déchets, la NASA a développé des couches superabsorbantes, baptisées Maximum Absorbency Garment (MAG). Initialement conçues pour les sorties spatiales, notamment pour Neil Armstrong et Buzz Aldrin lors de leurs premiers pas sur la Lune en 1969, ces couches ont été perfectionnées au fil des années 1970. Capables d'absorber jusqu'à deux litres de fluides, elles sont devenues un équipement indispensable pour les sorties dans l'espace, ainsi que pour les phases de décollage et de retour sur Terre.
Malgré leur efficacité, les couches posent des problèmes d'hygiène si elles sont portées pendant plus de 24 heures. De plus, elles ne constituent qu'une solution temporaire et peu pratique pour les missions de longue durée.
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Toilettes spatiales : une évolution technologique
Les années 1970 ont vu l'apparition des premières toilettes spatiales, équipant notamment les navettes spatiales américaines à partir des années 1980. Ces systèmes sophistiqués nécessitaient un entraînement spécifique pour éviter les accidents. Dans la Station spatiale internationale (ISS), le système a été amélioré pour séparer les déchets solides des liquides, tout en aspirant les odeurs grâce à un dispositif performant mais bruyant.
L'urine et la transpiration sont désormais recyclées pour produire de l'eau potable, répondant ainsi à la fois aux problèmes de stockage des déchets et de rareté de l'eau. Les excréments, quant à eux, sont compressés et stockés dans des containers qui sont ensuite évacués de l'ISS et brûlent dans l'atmosphère, créant un spectacle semblable à des étoiles filantes.
Vers un recyclage complet : le futur des missions spatiales
La NASA travaille activement à développer des systèmes de recyclage complet des déchets organiques, en vue des missions habitées de longue durée, notamment vers Mars. Une piste envisagée consiste à utiliser les excréments humains pour protéger les astronautes des rayons cosmiques lors de ces voyages lointains.
L'importance de la propreté des combinaisons
Outre la gestion des déchets, il est crucial de maintenir les combinaisons d'astronautes propres pour limiter les risques sanitaires et assurer leur bon fonctionnement. L'Agence Spatiale Européenne (ESA) étudie de nouvelles options pour le "lavage" de ces équipements complexes, en utilisant notamment des matériaux antimicrobiens comme l'argent ou le cuivre. Cependant, ces matériaux peuvent provoquer des irritations de la peau à long terme, ce qui nécessite la recherche de solutions alternatives.
Un laboratoire viennois explore l'utilisation de métabolites secondaires produits par des microbes pour se débarrasser d'autres microbes, une approche paradoxale mais prometteuse. Les textiles étudiés sont exposés à la transpiration et aux radiations pour évaluer leur résistance dans l'environnement spatial.
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La combinaison spatiale : un mini-vaisseau spatial
La combinaison spatiale est bien plus qu'un simple vêtement. C'est un véritable équipement de survie, un mini-vaisseau spatial conçu pour protéger l'astronaute des dangers de l'espace. Il existe deux types de combinaisons : celle portée à l'intérieur du vaisseau spatial et celle conçue pour les sorties extravéhiculaires (EVA).
La combinaison EVA, souvent de couleur blanche pour réfléchir la lumière et la chaleur, fournit de l'oxygène à l'astronaute et le protège des radiations, de la poussière, des débris et des températures extrêmes (de -160 à 120°C). Elle est composée de quatorze couches différentes, incluant du kevlar, du téflon et de l'aluminium, et pèse environ 175 kg. Dans l'espace, où le corps flotte, ce poids devient négligeable.
La combinaison EVA comprend également :
Des sous-vêtements parcourus de tuyaux d'eau froide pour maintenir l'astronaute à bonne température et contenant un tissu capable de recueillir jusqu'à 1 litre d'urine.
Un sac dorsal contenant les réserves d'oxygène et un système de refroidissement.
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Un casque intégral avec une visière dorée pour protéger de la chaleur et de la lumière, équipé de caméras et de lampes.
Une capuche en tissu avec des écouteurs, un micro et une radio pour communiquer avec les autres astronautes et les contrôleurs de la mission.
Des gants faits sur mesure pour faciliter les manipulations.
Des sur-bottes avec des semelles crantées en caoutchouc pour résister aux températures extrêmes.
La combinaison portée à l'intérieur de la navette spatiale est plus légère et moins encombrante. Elle protège l'équipage d'une décompression accidentelle et est portée lors du lancement, de l'ascension, de la rentrée atmosphérique et de l'atterrissage.
La couleur orange vif des combinaisons de la NASA permettait autrefois de repérer facilement les astronautes en cas de problème. Aujourd'hui, les traqueurs GPS et les transpondeurs rendent cette couleur moins nécessaire.
Le prix d'une combinaison spatiale varie entre 100 000 dollars et plusieurs millions de dollars, en fonction des technologies utilisées et des recherches menées.
Évolution des combinaisons spatiales
La combinaison spatiale a considérablement évolué depuis la première sortie dans l'espace d'Alexeï Leonov en 1965 et les missions Apollo. La NASA considère la combinaison comme un vaisseau spatial individuel équipé d'un système de support vie (PLSS). L'objectif est de rendre les combinaisons plus sûres, plus confortables et plus faciles à porter, en vue des futures missions sur Mars.
Les combinaisons doivent répondre à de nombreux besoins :
Protéger contre les différences de pression et de température.
Protéger contre les radiations, les accrocs et les perforations.
Permettre la respiration, la visibilité, la mobilité, l'hydratation, l'hygiène et la communication.
La combinaison pressurisée est une enveloppe souple et hermétique, gonflée d'oxygène, qui permet la respiration et le maintien d'une pression acceptable pour le corps. Elle est constituée de nombreuses couches, chacune ayant une fonction spécifique.
La couche intérieure, au contact de la peau, est un système de conditionnement qui chauffe et rafraîchit le corps grâce à la circulation de fluides dans des tubes fins. La couche extérieure est étanche et blanche pour réfléchir la chaleur. Entre les deux, une poche-vessie assure la circulation rapide de l'air pour recycler le gaz carbonique.
Les EMU (Extravehicular Mobility Units) actuels utilisent deux sources d'oxygène "embarquées" et un CCC (Contaminant Control Cartridge) pour retenir le gaz carbonique pendant 8 heures. Le système PLSS de l'époque d'Apollo pesait entre 38 et 58 kg.
La NASA travaille sur le "xEMU" (Exploration EMU) pour le programme Artemis, en vue des missions martiennes. Cette combinaison sera conçue pour se déplacer sur ses pieds, avec de meilleures articulations et de bonnes bottes. Elle sera plus légère, plus facile à mettre et à enlever, avec un meilleur approvisionnement en eau, une meilleure évacuation de la chaleur et une meilleure gestion des déchets.
Le recyclage du CO2, qui se faisait autrefois avec de l'hydroxyde de lithium (LiOH), se fait aujourd'hui avec de l'oxyde d'argent (MetOx). Un nouveau système, le Rapid Cycle Amine, est plus rapide, plus léger et fonctionne également comme déshumidificateur et purificateur bactériologique.
Un nouveau revêtement extérieur et des filtres permettront de lutter contre la poussière lunaire et martienne, en évitant qu'elle ne s'incruste dans le tissu, ne pénètre le PLSS ou ne grippe les jointures.
Les dernières innovations concernent les jointures, avec de nouveaux matériaux et roulements qui permettent de se pencher, de plier les genoux, de lever les bras ou de les replier sur soi. Les bottes ont des semelles flexibles et la partie haute du torse est un gilet rigide, permettant d'entrer par l'arrière pour un meilleur ajustement au corps. Les gants sont devenus haptiques, restituant les sensations du toucher à la main.
Le seul problème non résolu est celui de l'excrétion. Les astronautes continueront à porter des couches, dont la capacité d'absorption et de sensation de "sec" ont beaucoup progressé.
Combinaison à Pression Mécanique (MCP)
Cette combinaison, semblable aux combinaisons de plongée, est plaquée au plus près du corps grâce à des tissus élastiques. Le système de conditionnement se situe à l'intérieur de la couche de mousse entre la peau et la couche externe étanche. L'oxygène n'est utilisé que pour la respiration et non pour la pressurisation.
Le problème est la jonction entre le casque et la combinaison enveloppant le corps, qui doit être hermétique. Une sorte de collier fixe est recommandée.
Une combinaison à MCP, plus fine qu'une combinaison pressurisée, pourrait permettre de porter par-dessus un gilet Astrorad, protecteur de radiations, ou d'en incorporer les éléments dans une couche enveloppant la combinaison "de base".
Préparer l'avenir sur Mars
Il faut imaginer les futurs résidents martiens comme des gens heureux de revêtir ces "petites merveilles" de technologies. Sur Mars, un "beau scaphandre" pourrait être considéré comme une belle voiture sur Terre.
Les tissus seront de plus en plus résistants et agréables à porter. Les articulations seront de plus en plus sophistiquées pour permettre tous les mouvements nécessaires.
Le problème de l'excrétion reste à résoudre. On arrivera bien à traiter nos "rejets métaboliques" comme y sont parvenus les "Fremen" avec leurs "distilles" dans la saga "Dune" de Frank Herbert.
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