La microgravité a un domaine d'application immense tant sur le plan pratique que théorique. Avant de développer ce sujet, nous préparons le lecteur à bien comprendre l'origine de la microgravité.

I Préliminaires :

Contrairement à ce que l'on peut penser, la notion d'apesanteur ou encore d'impesanteur, ne tombe pas sous le sens commun et demande une mise au point.

1.Notion de forces spécifiques :

Imaginons une "boîte", en pratique une capsule spatiale, notée S de masse M et de centre d'inertie G. Notons :

II.Etat d'apesanteur :

Personne ne peut imaginer ce qu'est cet état, dont nous avons vu les effets lors de retransmissions télévisées. Essayons de le caractériser.

1.Définition :

La pesanteur est une force résultant de la gravité, c'est à dire de l'attraction de la Terre et de l'accélération centrifuge, elle tend à entraîner les corps vers le centre de la Terre. L'accélération de la pesanteur est g=9,81 m.s-2 en moyenne et varie selon la latitude. L'apesanteur est une situation dans laquelle les forces de pesanteur sont annulées ou compensées par des forces d'inerties. En réalité l'apesanteur parfaite n'existe pas à cause des frottements perturbant le mouvement ou à cause de l'attraction exercée par des masses en présence, on parle plutôt de microgravité.
On dit qu'un corps est en état d'apesanteur( ou impesanteur ), lorsqu'il n'est soumis qu'aux seules forces de gravitation. Autrement dit:

Ce n'est pas l'absence de gravitation, c'est tout le contraire, seule la gravitation est présente.

2.Conséquences :

Imaginons une cabine spatiale So de centre d'inertie Go, de masse Mo et un astronaute S de centre d'inertie G, de masse m. Supposons qu'à l'instant du calcul, l'astronaute ne soit pas en interaction avec la cabine, avec les centres d'inertie confondus et sans vitesse relative par rapport à la cabine. Autant dire , à l'instant du calcul G et Go ont même position et même vitesse absolue dans un repère galiléen ou inertiel.

NB : Les deux corps ayant des dimensions relativement réduites, quelques dizaines de mètres au plus, pour la cabine en particulier, nous confondrons centre d'inertie et centre de gravité.

Equations du mouvement :

La loi fondamentale de la dynamique appliquée séparément aux deux corps qui ne sont en interaction, donne :

Conclusion :

De toute évidence G et Go restent toujours confondus, donc G et Go ont la même trajectoire. De manière plus imagée, même si les mouvements de rotation de S et So ne sont pas identiques, l'Astronaute donne l'impression de flotter par raport à la cabine.

C'est le phénomène d'APESANTEUR. On peut encore dire d'une manière différente que les 2 corps en CHUTE LIBRE, "tombent" de la même façon.

Ce sont des conditions qui se rencontrent presque parfaitement en orbite au dessus de 250 km d'altitude ou dans un voyage Terre-Lune.

III. Microgravité :

1. Mise en évidence :

On parle de microgravité dans les vaisseaux spatiaux, du fait des accélérations résiduelles provenant de l'attraction réciproque des corps ( pour un avion posé il n'existe pas d'interactions entre les 2 corps), du mouvement des astronautes, des vibrations, de la dilatation ou contraction des structures de la cabine, d'un freinage dû à une atmosphère résiduelle........

Le fait même que G et Go, par exemple ne soient pas confondus entraîne un gradient de gravité.

Pour conclure on réserve le nom de microgravité à un environnement spatial dans lequel l'accélération résiduelle relative est de l'ordre de 10^-4g à 10^-8g.

2. Effets physiques immédiats:

Phénomènes absents

 Absence de pression hydrostatique dans les fluides

 Disparition de la convection

 Sédimentation absente

 Poussée d'Archimède absente

 Absence de stratification dans les mélanges de densité différentes(sur Terre)

 Lévitation ( pas de contamination par le contenant )

PHENOMENES IMPORTANTS

Certaines forces occultées sur terre, prennent une importance nouvelle:

 Capillarité

 Mouillabilité

Phénomènes de tension superficielle

 Sur un plan médical, on constate une répartition différente du sang dans le corps humain, en particulier une accumulation du sang dans les parties hautes du corps.

 Egalement, par manque de pression dans les articulations, une baisse du taux de calcium dans les os, une dilatation de la colonne vertébrale....

3.Histoire de la microgravité :

Depuis longtemps ce domaine a intéressé les chercheurs. La réalisation de conditions de microgravité, va de la tour ou tube à chute libre jusqu'aux stations spatiales les plus modernes, en passant par l'avion.

Quatre critères sont importants :

 Un premier critère est le niveau de microgravité souhaité, 10^-2g dans un avion et classiquement 10^-7g dans une station orbitale.

 Le deuxième est très pénalisant, c'est la durée de microgravité, durée qui dépend essentiellement du moyen d'emport utilisé. Voir plus loin.

 En matière de production industrielles se pose la question du coût.

 La masse du matériel industriel ou expérimental à emporter

IV. Les moyens d'expérimetations :

Photos de vols paraboliques :

Avion en phase montante lors d'un vol parabolique

Vols réalisés par Mr Vaïda et ses collègues

Tout l'art du vol parabolique réside dans un pilotage très fin, où le pilote place l'avion dans une configuration où toutes les forces "s'annulent" pour ne laisser la place qu'à la pesanteur.

L'avion est alors en chute libre et les personnels à bord "flottent" dans la cabine. La durée est en général courte, mais suffisante pour un entraînement d'astronaute ou une expérimentation.

L'intérêt de l'avion est la possibilité d'enchaîner plusieurs paraboles (une vingtaine) lors d'une même sortie.