Ces sorties dans l'espace auront la priorité sur le lancement d'un vaisseau spatial d'approvisionnement à partir de la Virginie.

Chauffer le dehors

«Nous avons vu un excellent reportage de l'intérieur de la Station spatiale internationale [SSI] avec l'astronaute canadien Chris Hadfield. De toute évidence, il était dans un environnement autour de 18 à 20 °C. Or comme la température dans l'espace doit être extrêmement basse et que la station est très grande, ça doit prendre beaucoup d'énergie pour arriver à la chauffer. Est-ce que les panneaux solaires de la SSI suffisent à la tâche, ou y a-t-il une autre source d'énergie dédiée au chauffage?» demande Claude Lafontaine, de Rimouski.
L'espace est souvent décrit comme un endroit horriblement froid, où la «température» avoisine les trois degrés Kelvin, ou si l'on préfère - 270 °C. Mais il faut savoir une ou deux petites choses à ce sujet. D'abord, la notion de «température» n'est pas du tout la même là-haut que sur le plancher des vaches. Ici-bas, on la mesure à l'aide d'un banal thermomètre, qui va essentiellement mesurer l'énergie cinétique (ou l'énergie «de mouvement») des molécules du milieu dans lequel on le plonge. Mais dans l'espace intersidéral où le vide est à peu près total - on parle ici de quelques atomes à peine par mètre cube, contre des milliers de milliards de milliards dans l'air que nous respirons -, ce genre de mesure n'a pas beaucoup de sens, puisqu'il n'y a pas de matière pour «porter» la chaleur. Alors, c'est surtout au fond de rayonnement radio présent partout dans l'Univers, qui est une sorte d'écho du big bang, que la «température» de l'espace fait référence.
Ensuite, il faut aussi souligner que cette «température» est celle qui règne lorsqu'on est loin de tout (entre deux galaxies, par exemple) et qu'elle peut augmenter énormément si l'on s'approche d'une étoile. Ainsi, aux environs immédiats de Pluton, la dernière «planète» du système solaire, l'espace est déjà autour de - 235 °C, et proche de la Terre... Eh bien, proche de la Terre, la température est telle que la Station spatiale n'a pas vraiment besoin de se chauffer, mais au contraire, d'être refroidie!
Si vous trouvez cela difficile à croire, rassurez-vous, cela veut sans doute dire que vous êtes très intelligent. La preuve, c'est qu'en entrevue avec Le Soleil, l'astronaute canadien David Saint-Jacques a lui-même dit : «Moi aussi, quand j'ai entendu ça la première fois, j'ai trouvé ça assez paradoxal, mais quand on s'attarde à la physique de la chose, on comprend.»
Cette «physique de la chose», dit M. Saint-Jacques, tient en partie au fait que, dans l'espace, il n'y a pas trente-six façons de transmettre de la chaleur. La conduction, par laquelle les molécules se relaient de l'énergie de proche en proche, n'est pas possible dans le vide, pas plus que la convection, par laquelle (grosso modo) un fluide transporte de la chaleur à cause du «brassage» qui se produit quand on le chauffe. Puisqu'il existe seulement trois modes de transmission de la chaleur, cela n'en laisse donc qu'un seul, soit la radiation, c'est-à-dire l'émission d'ondes électromagnétiques - notamment l'infrarouge pour les objets dont la température avoisine celle du corps humain, et la lumière visible pour les objets plus chauds, comme le Soleil.
Cependant, la radiation est de loin la manière la moins efficace de diffuser de la chaleur, si bien que la SSI se trouve pratiquement «dans un isolant thermique parfait», dit M. Saint-Jacques. Ainsi, même lorsqu'elle passe dans l'ombre de la Terre, il n'est nul besoin de la chauffer : la chaleur produite par les ordinateurs, l'équipement électronique et l'équipage suffit.
«C'est la même chose pour un scaphandre d'astronaute, témoigne-t-il. Il n'y a pas de chauffage là-dedans, mais le défi, c'est de garder l'astronaute au frais. On porte une sorte de sous-vêtement long, un peu comme un pyjama de bébé, dans lequel il y a des centaines de mètres de petites tubulures qui sont tissés dans le sous-vêtement et qui transportent de l'eau froide. Et il y a une pompe qui fait circuler cette eau froide là pour prendre notre chaleur, puis on envoie ça dans l'espace à l'aide d'un radiateur. Si ce système-là cessait de fonctionner, le scaphandre deviendrait intolérablement chaud au bout d'une demi-heure, juste par la chaleur générée par l'astronaute.»
Pour la SSI, l'enjeu est à peu près le même, mais il prend une tournure supplémentaire : il faut éviter que les écarts de température entre la face éclairée de la station et son côté à l'ombre ne deviennent trop grands.
Bras canadien
«Prenons l'exemple du bras canadien, illustre M. Saint-Jacques. Il est fait essentiellement avec des tubes de fibre de verre, un matériau qui ne conduit pas bien la chaleur. Alors si on n'avait pas fait attention et qu'on avait juste mis les tubes de fibre de verre à nu, le côté au Soleil serait à + 200 °C et le côté à l'ombre à - 200 °C, et tout ça tordrait terriblement [parce que la matière prend de l'expansion quand on la chauffe et se contracte en se refroidissant]. C'est pour ça qu'on les a recouverts d'un matériau blanc, qui minimise l'absorption et favorise l'élimination de la chaleur.»
C'est d'ailleurs pour cette même raison, dit-il, que la plupart des satellites et des véhicules spatiaux sont de couleur blanche ou métallique. Mais pour la Station spatiale, cela ne suffit pas : il faut aussi un système de climatisation actif. Ainsi, un système de tuyaux court partout dans la SSI; on y pompe un liquide (de l'eau à l'intérieur de la station, et de l'ammoniac à l'extérieur, parce que son point congélation, à - 77 °C est beaucoup plus bas que celui de l'eau) qui récupère la chaleur à l'intérieur et la transporte jusqu'à l'extérieur. Une fois sorti, on fait circuler le liquide le long de grands radiateurs (voir la photo), qui s'échauffent alors et qui irradient la chaleur dans l'espace.
«C'est un des problèmes majeurs qui pend au bout du nez de la Station : si ce système de refroidissement là vient à briser, on n'a pas beaucoup de temps pour réagir. Récemment, il y a eu une sortie d'urgence qui a été faite dans l'espace, et c'était justement pour ça : un des huit systèmes indépendants de refroidissement a fui. Ça n'a pas l'air de grand-chose, mais juste perdre un huitième de la capacité de refroidissement, et les ingénieurs étaient nerveux.»
Autres sources :
Steve Price et autres, «Staying Cool on the ISS», NASA Science, 2001.
ESA. ISO Measures Temperature Variations of the Surface of Pluto, 2000. http://bit.ly/127fS65