Sur Terre, nous expérimentons la gravité à chaque instant. Mais les spationautes de la Station Spatiale Internationale (ISS) la ressentent différemment: on parle de micropesanteur. Cette variation a de nombreux effets sur le corps humain mais avant de les détailler, parlons de la gravité.
C'est Isaac Newton qui le premier a formulé mathématiquement la force de gravitation. Son équation est aujourd'hui à la base de la mécanique, autrement dit, de la science du mouvement.
La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.
On peut la définir comme le phénomène par lequel deux corps quelconques (de n'importe quelles tailles) s'attirent du simple fait de leur masse.
https://www.sparaft.com/newtons-law-of-gravitation/
On considère deux corps ponctuels exerçant une force gravitationnelle l'un sur l'autre : on peut déduire de la loi de Newton que :
- La force agissante entre deux corps s'exerce en ligne droite entre les deux corps.
- Elle est proportionnelle à : 1/d ², c'est-à-dire que si la distance diminue de moitié, Fg sera deux fois plus importante.
- Cette force est proportionnelle à la quantité de matière présente dans le corps exerçant cette force : si un corps a deux fois plus de matière qu'un autre, il exercera une force deux fois plus grande. - La force exercée par l'autre corps sur le premier doit être égale et de direction opposée, d'après le principe de l'action-réaction.
La pesanteur est l'attraction des corps vers le centre d'une planète.
Contrairement aux idées reçues, ce n'est pas la distance de l'ISS à la Terre qui modifie la perception de la gravité par ses occupants: la Lune (à 384 400 km) bien plus éloignée que l'ISS (400 km) y est soumise, c'est pour cela qu'elle reste en orbite autour de notre planète. A 400 km d'altitude, l'attraction terrestre n'est plus faible que de 10% : elle ne peut donc pas expliquer l'état de "lévitation" dans lequel se trouvent les astronautes.
L'ISS tourne autour de la Terre à la vitesse de 28 000 km/h sans perdre d'altitude: elle est en perpétuelle chute libre. Or la vitesse des corps en chute libre étant indépendante de leur masse, la station et son contenu sont à la même vitesse, on observe ainsi une relative immobilité entre le vaisseau et ses occupants d'où cette impression de "lévitation". Ce phénomène de micropesanteur est recréé lors des vols paraboliques reproduisant une situation de chute libre. L'impesanteur (absence totale de pesanteur) est un état théorique et idéal, il subsiste toujours quelques forces résiduelles, c'est pour cela qu'on préfère employer le terme de micro-pesanteur.
Enfin les termes apesanteur et impesanteur ont la même signification, mais le second est préféré en raison de la confusion à l'oral entre "la pesanteur" et "l'apesanteur".
Pourquoi ne ressent-on pas la gravité à notre échelle ?
Réponse de Jacques Deferne Conservateur honoraire
Muséum de Genève
La gravité est une des quatre forces reconnues par les physiciens. C'est une force universelle qui s'applique à toutes les particules. Elle est uniquement attractive. Mais elle est extraordinairement faible, des milliards de milliards de fois plus faible que la force qui colle un clou sur un aimant par exemple. Elle est si faible que vous ne la ressentez pas du tout vis-à-vis d'une personne qui passe près de vous!
Mais elle applique l'adage "l'union fait la force". Ainsi les milliards de milliards de particules qui constituent la Lune additionnent leur faible force d’attraction pour se maintenir auprès des milliards de milliards de particules qui forment la Terre. C’est ainsi que cette force peut organiser la chevauchée des planètes autour du Soleil et régir les mouvements des étoiles et des galaxies.
Modélisation d'Albert Einstein / la gravitation sur le plan quantique :
Einstein nous a cependant fait remarquer que la vitesse de la lumière (célérité) est la vitesse la plus grande qui puisse exister. Or la gravitation est une force qui se propage à une vitesse infinie, comment est-ce donc possible ?
Il pose la théorie de la Relativité générale qui dit que chaque corps, par son énergie, déforme l'espace et le temps qui l'environne. Cette déformation se manifeste, entre autres, par la gravitation.
L'équation de l'onde gravitationnelle est semblable à l'équation d'onde du graviton, particule jugée responsable de la gravitation, et permet de déduire des propriétés comme le spin (moment cinétique propre/état d'une particule en rotation sur elle-même). Cela n'est actuellement pas encore vérifié expérimentalement mais des essais sont en cours : comme avec Virgo, instrument scientifique géant construit à Santo Stefano en Italie. Virgo a pour but de réaliser la détection directe des ondes gravitationnelles, donc du graviton, prédites par la théorie de la Relativité générale.
À ce jour, toutes les tentatives de créer une théorie simple de la gravité quantique ont échoué.
Classiquement, la description newtonienne de la gravitation suffit à décrire les phénomènes que nous observons sur Terre et même au niveau de l'univers (parcours des planètes dans le Système solaire, etc). Cependant, lorsqu'il est question de détailler ce qu'il se passe au cœur d'objets particuliers que sont, par exemple, les étoiles à neutrons ou les trous noirs, il devient indispensable de prendre en compte la description d'Einstein.
On se concentrera donc sur la définition newtonienne pour expliquer les effets de la micropesanteur sur les muscles.
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