Qu'est-ce que la gravité et ses impacts sur différents corps ?

---

La gravité dans l'espace

Mais au fait qu'est-ce que la gravité ?

La gravité est une des quatres forces fondamentales de l’univers ainsi que la plus faible d'entre elle. Nous la rencontrons tous les jours : attraction des planètes, marées, attraction vers le sol. Mais bien souvent, ne nous en rendons pas compte car c’est un phénomène invisible. Voici quelques exemples :

Du coup plus les objets sont lourds, plus la force qui les lie est grande. C’est donc pour ça que nous sommes attirés par la Terre. Ainsi, la Lune est attirée par la Terre qui est elle même attirée par le soleil comme d’autres planètes du système solaire. Le soleil tourne lui autour du centre de gravité du système solaire qui tourne lui même autour du centre de la Voie Lactée.

Mais alors, comment font les planètes et les étoiles pour flotter ?

D’après la théorie d’Einstein, l’espace et le temps sont deux parties d’une même chose : l’espace-temps. Nous allons donc représenter un espace-temps sous la forme d’une grille. Il faut imaginer que les corps ne flottent pas, mais qu’ils sont tous placés sur une grille. Ainsi plus l’objet sera massif et plus il déformera cette grille et moins l’objet sera massif alors moins il déformera la grille. Si l’on veut que notre planète tourne autour de notre soleil, il faudra que cette planète tourne à une vitesse suffisante autour du soleil afin qu’elle puisse tourner autour de notre étoile, mais sans s’en rapprocher, on dit alors que notre planète est sur orbite. L’équilibre de ces deux forces maintient notre planète sur une même trajectoire de sorte à ce que celle-ci tourne autour du soleil.

Autrement dit, même si nous ne voyons rien à l’œil humain, les étoiles, planètes reposent bien sur quelque chose.
Il existe aussi dans l’univers des étoiles mortes appelées Trou noir. À l’heure d’aujourd’hui, on ne sait pas beaucoup de choses sur eux, mais tout ce qui entre dedans n'en ressort jamais y compris la lumière. Les trous noirs aspirent les objets environnants, ils créent une courbure de l’espace-temps et si comme expliqué précédemment, la vitesse de l’objet n’est pas suffisante alors celle ci va être attiré par le trou noir jusqu’à temps qu’il soit englouti.
La théorie de la relativité d’Albert Einstein ne décrit pas que le comportement des astres, elle permet aussi grâce à des calculs de prévoir divers comportements.

Déduire et prévoir à l'aide de la relativité générale

Grace à la relativité génarale, nous pouvons désormais prévoir des phénomène tel que la trajectoire d'une planète ou d'une galaxie.

$$\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{F}12=\text{-G}\frac{m1m2}{\mathrm{d²}}$$

$$\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{F}12={\mathrm{-6.67x10}}^{11}\frac{{\mathrm{1.99x10}}^{30}{\mathrm{x\; 1.90x10}}^{27}}{{\mathrm{7.78x10}}^{11}}$$

$$\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{F}12={\mathrm{4.16.x\; 10}}_{23}$$

Cette formule est celle de la force gravitationelle. La force gravitationnelle est l'attraction entre des objets ayant une masse. La gravité est une force "faible", c'est même la plus faible des 4 interractions fondamentales

---

La gravité et les êtres vivants

Les effets de la gravité sur l'être humain

Tout d'abord nous savons que l'être humain est soumis à la gravité terrestre lorsque celui-ci est présent sur la planète terre. L'être humain a évolué avec cette gravité, de sorte que leur organisme s'y est adapté. Ainsi lorsque l'être humain va dans l'espace il n'est plus soumis à la gravité terrestre, donc son organisme ne subit plus la même force. De ce fait le corps humain est exposé à la gravité spatiale, ayant pour conséquence des modifications physiologiques pouvant être observées au retour de l'homme sur Terre comme : l'agrandissement de quelques centimètres de la colonne vertébrales des astronautes, les os qui deviennent plus légers, la perte de volume de leurs jambes et l'atrophie des muscles dans leur ensemble, leur visage enfle, les veines de leur cou se gonflent et leurs yeux rougissent, leur sens de l'équilibre est également modifié, la réduction de l'oxygénation, et parfois une fatigue qui s’accroît ; il arrive également que l’organisme réagisse différemment aux médicaments. Ces effets physiologies sur l’organisme ont pu être observé grâce aux séjours de longue durée de cosmonautes comme Valeri Polyakov , Sergueï Avdeïev ou encore Sergueï Krikaliov ; ayant été dans les stations orbitales Mir , Saliout et ISS .

Explication de ces effets et comment les résoudre

Ces différents changements physiologiques observés lors de long voyage peuvent s’expliquer par l’absence de gravité, ou une gravité moins importante que la gravité terrestre.

La modification de la structure osseuse

Ainsi l’organisme humain va s’adapter à cette modification gravitationnelle. Dans un premier temps, le corps humain n’étant plus soumis à la même force que celle terrestre ; de ce fait, les vertèbres de la colonne vertébrales ne sont plus compressées par la gravité terrestre. Elles s’éloignent donc les unes des autres, provoquant des douleurs dans le dos ainsi qu’un étirement de la colonne vertébrale d’environ 7cm. Mais cet agrandissement n’est pas définitif, puisque, de retour sur Terre, l’astronaute retrouve sa taille normale.

En revanche toute la structure osseuse est soumise à cette altération, les os deviennent plus légers et se fragilisent. Cela est dû à l’ostéopénie qui va avoir pour conséquence sur la structure osseuse une raréfaction osseuse, ainsi qu’une fragilisation des tissus osseux.

La cause de l’ostéopénie est la perte importante de calcium et de minéraux ; mais une partie du calcium servant à reconstituer les os passe dans le sang et est évacué par les urines, donc environ 100mg de calcium par jour est perdu, pour une réserve d’environ 1kg. Néanmoins, l’être humain a besoin d’un apport constant de minéraux pour rester en bonne santé et garder la solidité des os. Afin d’y remédier, les astronautes doivent avoir une alimentation riche en calcium, ainsi que la pratique d’activité physique.

Les modifications de la structure musculaire

L’atrophie musculaire est également un des effets, comme les muscles sont moins sollicités et le flux sanguin diminue dans l’espace, ils commencent à s’atrophier, notamment ceux des jambes, qui habituellement supportent tout le poids du corps. Cette atrophie entraîne une diminution des capacités fonctionnelles, ainsi qu’une augmentation de la fatigabilité des muscles des membres, avec des modifications importantes ciblées dans les muscles antigravitationnels notamment ceux situés dans le cou, le dos, les mollets ainsi que les quadriceps. Ainsi les astronautes vont subir la perte de 20% environ de leur masse musculaire, en l’espace de seulement 10 jours. On voit sur ces coupes transversales de muscles de rats qu’en apesanteur, les muscles s’atrophient :

Ces effets nécessitent donc un programme strict d’activité physique à haute intensité réalisé sur de courtes durées de façon répétée dans la journée (1h d’activité intensive minimum est requise par jour). Cependant pour limiter ces modifications, il est essentiel que les astronautes aient une alimentation adaptée. Car l’anorexie a été observée chez la plupart des astronautes, malgré l’abondance des rations proposées et adaptées à la dépense énergétique ; le déficit calorique estimé peut atteindre 1330 kcal par astronaute de 70kg et par jour.

La modification de la circulation sanguine

Sur Terre, les différents liquides biologiques sont déplacés vers le bas notamment le sang grâce au système circulatoire et grâce au cœur. En revanche, dans l’espace, le sang ainsi que les autres fluides véhiculent plus facilement dans le corps des astronautes, mais ils se dirigent vers la partie supérieure du corps. Même si le cœur fonctionne de la même manière, cette mauvaise répartition sanguine entraîne le sang dans le torse et la tête, gonflant les veines du cou et du visage (qui enfle) et faisant rougir les yeux ; ainsi que la diminution du volume des jambes des astronautes.

De même, le nombre de globules rouges diminue (perte de 8% à 30% de leurs globules rouges), il s’agit d’une forme d’anémie qui cause une mauvaise oxygénation ; mais le cœur en est également un facteur. Le ventricule gauche se rétracte jusqu’à 10 % accentuant également la fatigue.

La modification du sens de l’orientation et de l’équilibre

Certains astronautes souffrent du “mal de l’espace” qui se traduit par des vertiges, des nausées, des vomissements et des sudations, pouvant altérer les performances des astronautes. Ce mal-être est causé par une modification de leur sens de l’orientation, leur oreille interne est bouleversée et ils ne parviennent plus à distinguer le haut du bas. Cela est dû au fait que notre cerveau reçoit des informations des yeux, des muscles ainsi que de l’oreille ; alors lorsqu’un astronaute quitte la terre, son cerveau reçoit les informations en se basant sur ses repères terrestres. Il s’agit donc d’une incompatibilité entre l’information transmise par le cerveau et l’information transmise par l’oreille interne. Cependant ce désagrément ne perdure pas puisque le corps s’adapte à ce nouvel environnement.

Il existe tout de même un traitement visant à réduire ces symptômes efficace chez la plupart des membres d’équipage. Il constitue en des injections intramusculaires d’antihistaminique, mais ce traitement peut entraîner des effets secondaires comme une altération de l’humeur et du sommeil, une diminution des performances.

Tous ces effets peuvent disparaître, suite au retour sur Terre des astronautes, à condition de réadapter leur organisme à la gravité terrestre grâce à une bonne rééducation.

---

Les plantes dans l'espace

Nous venons d’expliquer les différents impacts et conséquences que la gravité pouvait avoir sur le corps humain. Mais les plantes font également partie des êtres vivants. Alors, qu’en est-il pour eux ? La gravité joue-t-elle sur la direction de leur pousse, ou est ce grâce au soleil ?

Protocole expérimental

Une plante pousse-t-elle grâce à la gravité ou à l’influence de la lumière ?

Au cours de cette expérience nous allons voir si la direction que prend la pousse d’une plante est dûe grâce à la lumière ou à la gravité selon l’orientation de la plante et de la lumière.

Plantes dans l’espace

L'agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA), a menée une étude appelée HydroTropi. Cette étude visait à observer dans quelle direction poussaient les racines des plantes lorsqu'elles étaient en apesanteur. C'est grâce à cette étude, que l'agence a constaté que les racines poussaient à l'horizontal, ainsi que sur le côté, au lieu de verticalement vers le haut et le bas comme sur Terre.
L’expérience a en effet montré la capacité qu’avaient les plantes de pousser dans des directions différentes suivant leur exposition ou non à la gravité terrestre.
Un astronaute a tenté de faire pousser une plante en janvier 2016 En effet, Scott Kelly, a annoncé sur Twitter le 18 janvier 2016 qu'une zinnia (fleur comestible) a éclos dans la station spatiale internationale deux jours avant. La Zinnia fut la première fleur à voir le jour dans l'espace. Il s'est d'ailleurs félicité sur le réseau en publiant «Oui, il y a d'autres formes de vie dans l'espace».

Fleur Zinnia

Cette plante pousse habituellement sur un sol drainée et fertile grâce aux rayons du soleil. Dans la station, elle se retrouve privée de lumière naturelle ce qui aurait dû rendre difficile sa floraison. Or, elle a quand même éclos.

La Zinnia a été choisi d'une part pour son cycle de croissance long (60 à 80 jours) ce qui a aidé les chercheurs à mesurer l'évolution de la floraison ainsi que de soigner la plante de moisissures pouvant apparaître, d'autre part car elle « permet de comprendre comment les plantes grandissent et fleurissent dans un contexte de microgravité » a expliqué la Nasa sur son site.

Même si en Juillet 2015, l'équipage de l'ISS avait réussi à faire pousser de la laitue dans l'espace, la croissance d'une fleur est beaucoup plus difficile que la pousse d'une plante végétative, comme la laitue. Masa Gioia, du centre spatial Kennedy, explique que « L'éclairage et d'autres paramètres environnementaux, tels que le manque de soleil et de gravité, sont plus dommageables »
Ainsi, le choix d'une plante relativement fragile permet aux chercheurs de passer assez vite à l'étape suivante qui est de faire pousser des plans de tomates naines à bord de la station internationale d'ici 2018.

Ce serait le prélude pour faire des expéditions plus longues et lointaines dans l'espace. Ces résultats ont conduit à une nouvelle hypothèse. Sans gravité, la lumière joue un rôle primordial dans l'orientation des racines des plantes, à l'opposée de la croissance des plantes sur Terre, qui elles ont leur racines qui poussent selon la gravité.

---

---

Source :

Part 1 : Gravitation | ForceG. | Chaine Science Etonnante | Site Science Etonnante

Part 2 : Effet corps humain | Vie dans l'espace | Voyage dans l'esapce | Impesenteur

Part 3 : Fleur dans l'espace | Jardinage dans l'esapce | Plante dans l'espace | Nasa dans l'espace | Maitriser la gravité