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L'espace sur terre

Une immense chambre sous vide dans l'Ohio recrée les conditions de l'espace

Avant de lancer un équipement dans l'espace, la NASA envoie du matériel au Glenn Research Center, situé dans l’État américain de l'Ohio. On y teste son aptitude aux conditions extrêmes du vide de l'univers.

Le rêve de Galilée

Le dôme blanc du site de recherche de la NASA près de Sandusky, dans le nord de l’État de l’Ohio, se courbe au-dessus de la chambre sous vide de simulation spatiale. Avec une hauteur de 37 mètres et un diamètre de 30 mètres, c’est la plus grande chambre sous vide au monde. Galilée aurait été enchanté qu'une telle installation ait existé de son vivant. Dans l'immense pièce, il est possible d'observer que ses lois de la chute des corps sont justes et qu'une poignée de plumes tombe aussi vite qu'une boule de bowling.

Tests pour ISS et la mission Mars

Grâce à son équipement technique, la chambre, construite dès 1969, convient à la fois comme champ expérimental pour la recherche de base et pour le test de nouveaux développements industriels. Toutefois, elle est principalement utilisée par les ingénieurs de la NASA en tant que salle d'essais, pour toutes sortes de matériaux qui seront utilisés plus tard dans l'espace. Des satellites, des sondes, des étages de propulsion pour missiles, des capsules spatiales et des véhicules lunaires y ont déjà été conduits et exposés aux conditions extrêmes similaires à celles qui dominent dans l'espace. Par exemple, les experts examinent également si et comment les voiles solaires de la Station spatiale internationale SSI résistent au vide. Actuellement, les expériences du centre se concentrent sur la mission Mars. Des essais sont réalisés sur le système d'atterrissage à coussin gonflable pour deux véhicules d'exploration de Mars.

Outre le vide spatial, les simulations comprennent les grandes variations de température dans l'espace et le fort rayonnement UV du soleil. L'intérieur de la chambre peut être chauffé à 60°C et être refroidi à –160°C. Des lampes à quartz d'une puissance de 4400 kilowatts sont utilisées pour recréer artificiellement l'effet produit par le soleil.

Pompes à vide de pointe

L’intérieur de la chambre est revêtu d’aluminium et a un volume de 22 653 mètres cubes. Cela correspond environ à la capacité de dix piscines olympiques. Une couche extérieure de béton d'une épaisseur de 2,4 mètres protège la structure des forces extérieures, lorsque les portes de 15 mètres sur 15 situées sur les côtés de la chambre se ferment en appuyant sur un bouton, et que la pression de l'air diminue progressivement à l'intérieur.

Différentes pompes à vide sont combinées, y compris des pompes à vide à palettes rotatives et des pompes à vide turbomoléculaires, pour atteindre l’ultravide spatial. Il faut plusieurs heures pour évacuer 30 tonnes d'air. Seuls environ deux grammes restent à l'intérieur de la chambre. La pression de l'air est de 0,000000000013 bar ou 130 micropascals. Cela correspond à un milliardième de la pression atmosphérique sur Terre.
Pourquoi Galilée aurait-il eu besoin d’une chambre sous vide ?

Les objets lourds tombent-ils plus vite que les objets légers ? Aristote a répondu à cette question vers 300 av. J-C, puis a affirmé plus tard sur la base de ses observations, que le rythme de chute d'un corps dépend de sa masse. Après avoir passé un certain temps à examiner le mouvement des corps qui tombent près de 2000 ans plus tard, Galilée a remis en cause la théorie de l'ancien savant : il a observé que la résistance de l'air intervient dans la chute des corps. Il a donc construit un plan incliné et a fait rouler plusieurs fois une boule en cuivre. En faisant cela, il a modifié à plusieurs reprises la pente et les conditions de test et a déterminé le temps de roulage de la sphère à l'aide de cloches, d'une fontaine et de son propre pouls.

A partir de ses résultats, il est arrivé à certaines conclusions sur le mouvement des corps en chute libre et a établi les premières lois :

1. Taux de chute (v) d’un corps augmente proportionnellement au temps de chute (t).
2. La distance de chute (h) augmente proportionnellement au carré de la durée de la chute (t2).

La masse ou la forme du corps n'affecte pas la distance de chute ou sa vitesse de chute. Toutefois, Galilée était bien conscient que sa théorie était en mesure de fournir uniquement des valeurs approximatives. Il aurait eu besoin d'une chambre sous vide pour effectuer un contrôle précis – une un peu plus petite que celle qui se trouve dans l'Ohio aurait suffi. Après tout, ce n'est qu'en l'absence de résistance de l'air, dans une enceinte sous vide, que tous les corps tombent réellement à la même vitesse. Le fait que Galilée avait tiré les bonnes conclusions sans chambre sous vide donne encore plus de mérites à ses résultats scientifiques.