Le premier problème qui se pose à l'astronaute au départ d'un vol spatial est bien sûr l'effet du manque d'air et la chute de pression. Il doit donc s'équiper d'une combinaison pressurisée. Mais laquelle ? Doit-il porter un "caisson" pressurisé ou un simple collant muni d'un casque hermétique suffit ?

Il existe globalement trois modèles de combinaisons pressurisées :

- la combinaison partiellement rigide fabriquée en matière synthétique et en métal. Elle ressemble à un scaphandre et est conçue pour maintenir un volume constant. C'est une version dérivée des scaphandres rigides utilisés en eaux profondes. Peu flexible, elle est difficile à utiliser car elle utilise des roulements plutôt que des soufflets aux jointures qui se mettent parfois dans des positions inhabituelles qui demandent un ajustement en cours de travail. 

- la combinaison mixte qui dispose d'un torse supérieur et d'un casque rigides, c'est l'exemple de la combinaison EMU, sur laquelle nous reviendrons en détail page suivante.

- la combinaison collante MCP (Mechanical Counterpressure suit) qui utilise un bas de corps élastique qui compresse le corps. Seuls la tête et généralement le torse sont contenus dans une atmosphère pressurisée. Cette solution élimite le recours à un système à volume constant et réduit le risque de dépressurisation. Son inconvénient est d'être très difficile à enfiler car elle est juste-au-corps, dense et épaisse et ne garantit pas que la pression est constante en tout point du corps, ce qui peut être source de gène ou de problèmes en cours de vol. L'utilisant de la MCP empêche également d'utiliser le sous-vêtement de refroidissement LCVG. L'astronaute ne peut donc compter que sur sa propre sueur pour rester au frais. Les versions les plus récentes de MCP font appel à des polymères à mémoire de forme.

Passé quelque 3000 m d'altitude, la chute de pression atmosphérique se fait sentir. Au-delà de 5500 m (18000'), l'air devient deux fois moins dense et à partir de 11000 m (40000') la quantité d'oxygène est si faible que le masque à oxygène n'est plus utilisable. Au-delà de 19000 m (63000') le corps ne peut plus conserver ses fluides corporels à l'état liquide qui se mettent à bouillir. Le pilote a donc rapidement besoin d'oxygène et d'une combinaison adéquate s'il veut survivre en haute altitude.

Le pilote doit porter une combinaison pressurisée pour compenser la faible pression, les effets des changements d'accélération et maintenir ses fluides corporels à l'état liquide. Voler dans ces conditions n'est pas sans danger et n'est certainement plus une partie de plaisir comme à basse ou moyenne altitude. C'est bien la raison pour laquelle ces expériences sont réservées à des pilotes d'essais, une élite aux nerfs d'acier et spécialement préparée à ce métier. Heureusement, avec le temps et l'expérience, la plupart des risques d'accidents du passé liés à la dépressurisation peuvent aujourd'hui être évités grâce au port d'une combinaison pressurisée vraiment très élaborée.

Effets mécaniques d'une combinaison pressurisée

Si vous avez déjà porté un vêtement plus ou moins hermétique et juste-au-corps ou un anorak serrés aux extrémités, vous avez sans doute constaté que si vous insufflez de l'air à l'intérieur, non seulement le vêtement va gonfler mais à forte pression il rendra vos mouvements plus difficiles. C'est très apparent en mer si vous remplissez d'air votre combinaison de plongée ou une combinaison étanche : Bibendom prend son bain mais il peut difficilement se déplacer !

Le même problème se pose avec la combinaison des astronautes mais il est amplifié dans le vide car en l'absence de compensation extérieure, la combinaison à volume constant se comporte comme une enveloppe rigide; impossible de la plier quelle que soit la position de celui qui la porte. Si elle est pressurisée à 1 atm, l'astronaute aura l'impression de ressembler à Bibendom ou aux costumes de jeu de sumo japonais. C'est peut être marrant vu de l'extérieur, mais impossible à gérer pour son propriétaire. Son encombrement peut même devenir un facteur de risque après une sortie extravéhiculaire.

Vous avez peut-être connu ce problème en hiver : habillé d'une doudoune d'une bonne dizaine de centimètres d'épaisseur, comment allez-vous passer par une porte étroite ? Soit vous la retirer soit vous essayez de la comprimer, ce qui reste assez difficile avec une matière très aérée. 

C'est la même chose dans l'espace, à la seule exception que les astronautes n'ont pas d'alternative. Lors des premières EVA, la combinaison de certains astronautes était devenue tellement volumineuse qu'elle ne passait plus par le sas d'entrée. Ils ont été obligés de dégonfler partiellement leur combinaison pour rentrer dans leur cabine ! Après ces dangereuses expériences, la NASA décida de réduire la pression des combinaisons et de faire passer les astronautes par des sas adaptés à leur nouvelle corpulence...

Pour modifier le volume d'un système à pression constante, il faut appliquer un difficile travail mécanique car la pression est une force et, de ce fait, elle offre une très forte résistance. Faites l'expérience avec une chambre à air ou une bouée très gonflée et vous constaterez qu'à forte pression, il n'est plus possible d'enfoncer ou de plier l'enveloppe.

Si un astronaute est confronté à cette situation, chaque fois qu'il voudra faire un geste au cours d'une EVA, tourner le torse, plier le bras, les genoux ou même le poignet, il devra appliquer une force constante qui va rapidement le fatiguer, le faire transpirer et épuiser sa réserve d'oxygène. Comment éviter ou réduire ce problème ?

La combinaison de vol ou spatiale est constituée de plusieurs couches de matière. Certaines sont imperméables, d'autres enserrent la couche inférieure ou servent de protection thermique, mécanique, etc.

La combinaison de vol pressurisée est généralement souple et fabriquée en tissu, recouvert de matière isolante, du Néoprène enduit de caoutchouc ou du Nylon et munie d'un laçage. C'est en fait une chambre à air, une vessie comme l'appelle les anglo-saxons (bladder) que l'on peut gonfler. A l'origine, elle était uniquement utilisée dans les cockpits des avions de chasse non pressurisés et dans les cabines des gros porteurs militaires si la pressurisation venait à défaillir.

L'enveloppe pressurisée contenant de l'oxygène sous pression est enrobée d'une couche hermétique en caoutchouc. Elle est enveloppée dans une couche de maintien qui préserve sa forme et évite qu'elle ne se transforme en ballon sous la pression interne. La couche caoutchoutée pouvant se dilater, elle offre par nature une surface supérieure à celle de la couche de contrainte. C'est donc cette dernière qui supporte toutes les contraintes générées par la pression du vêtement.

Chez les Américains, cette couche de contrainte est conçue de telle sorte que lorsque l'astronaute plie un membre, des petites alvéoles appelées "gores" prises en sandwich dans le tissu s'ouvrent vers l'extérieur des articulations, permettant de libérer le gaz et donc un peu de volume qui est aussitôt compensé.

Cette combinaison s'active lorsque la force de gravité dépasse quelques G ou en état de très faible pression ambiante. Elle sert fortement le bas de l'abdomen, les cuisses et les jambes du pilote pour éviter qu'il n'attrape un "voile noir" et tombe inconscient en cours de vol. Il pourrait remédier à cet état consciemment en bloquant sa respiration et en contractant tous ses muscles. Mais non seulement il devrait le faire durant plusieurs minutes consécutives au risque d'attraper des crampes voire d'autres malaises plus graves, mais passé un certain seuil de pression ou de gravité, il ne sera plus totalement maître de la situation. Pour garantir sa survie et le succès de la mission par la même occasion, il faut donc l'aider à résister à ces conditions extrêmes.

La combinaison pressurisée évite au sang de s'accumuler dans le bas du corps, phénomène qui provoque justement ce voile noir tant redouté et que pourraient connaître les astronautes au retour d'un environnement privé de pesanteur vers celui de la gravité terrestre, soit une différence de pression de 1 bar/cm² et d'accélération de 9.81 m/s². Le choc est plus violent que des montagnes russes ou qu'une course en dragster !

La "combinaison de vol à pression partielle" imaginée par von Braun en 1958 pour un voyage vers la Lune dans une fusée dont la cabine était pressurisée. Elle est directement dérivée des combinaisons de vol des pilotes de jets stratosphériques (le U-2 à partir de 1956 et le X-15 à partir de 1958). Dessin de Fred Freeman. Collection T.Lombry.

A ce moment là, de l'oxygène est insufflée dans la combinaison qui commence à gonfler. La pression est maintenue à environ 1 atm. En même-temps, le pilote est alimenté en oxygène par un tuyau extérieur qui aboutit dans son casque. Au besoin il peut bander ses muscles pour aider son organisme à résister à l'accélération.

Les combinaisons de vol classiques contiennent un tissu rigide placé au-dessus du Néoprène qui maintient la forme de la combinaison et force la pression du gaz vers l'intérieur, sur le pilote. Un laçage permet de renforcer (ou d'alléger) cette pression.

Pour les premières missions spatiales, cette combinaison pressurisée a simplement été recouverte d'une couche de Mylar pour protéger le pilote contre les rayons cosmiques et la chaleur. Ni le casque du pilote ni aucun autre accessoire n'a été modifié durant les premiers vols surorbitaux.

La combinaison de vol M-22

Tous les pilotes vous diront qu'une combinaison pressurisée est inconfortable. Elle l'est encore plus lors des vols spatiaux car de nos jours elle contient un système de refroidissement à eau (LCVG) qui augmente encore son poids et qui mal contrôlé (ce fut le cas au début) a tendance à se refroidir.

Depuis l'époque héroïque du X-15 et du SR-71, les combinaisons spatiales ont fortement évolué. Elles sont devenues plus fonctionnelles, mais en contrepartie est sont devenues beaucoup plus complexes, beaucoup plus lourdes et elles reviennent à un prix exorbitant. On y reviendra.

A l'époque des premiers vols spatiaux, les combinaisons spatiales ressemblaient à des salopettes d'une seule pièce et étaient confectionnées sur mesure pour chaque astronaute. Mais elles étaient beaucoup moins complexes qu'aujourd'hui.

Il y avait deux bonnes raisons à cela. D'une part la durée des vols suborbitaux était limitée à quelques heures maximum et d'autre part il n'était pas encore question que l'astronaute quitte sa cabine et se balade dans l'espace. Sa cabine comme sa combinaison pouvaient juste subir une dépressurisation, période durant laquelle le pilote pouvait s'alimenter en oxygène.

A gauche, Alan B. Shepard équipé de sa combinaison de vol pressurisée M-22 se préparant pour le premier vol suborbital américain le 5 mai 1961 à bord de la fusée Mercury-Redstone (mission MR-3). Sa capsule Freedom 7 (au centre gauche) atteignit l'altitude de 186.6 km. Le vol dura 15 minutes. Au cours du vol, en voyant pour la première fois la Terre sous cet angle inhabituel (droite), il s'exclama "What a beautiful sight" (quelle magnifique vue) que le "Time" repris en couverture de son magazine une semaine plus tard. Après que sa capsule ait plongé dans l'océan Atlantique, Shepard déclara "''Everything is A-OK!", confirmant que la conquête de l'espace par l'homme pouvait commencer. Alan Shepard sera également commandant de bord de la mission Apollo 14 en 1971 et séjourna 33 heures sur la Lune, récoltant 42 kg d'échantillons lunaires. Juste avant de partir, il tappa deux balles de golf (avec un fer N°7 précise la NASA) qui, raconta Shepard, "parcoururent des miles et des miles et des miles." Héro de la nation, mais homme malgré tout, Shepard mourut d'une leucémie en 1998 à l'âge de 74 ans. Documents NIX, NASA, NASA Observatorium et TIME.

Ainsi la combinaison M-22 qu'utilisa Alan Shepard pour effectuer le premier vol suborbital américain en 1961 était en fait adaptée des combinaisons pressurisées utilisées par les pilotes de jets de l'US Navy volant à haute altitude (Shepard était lui-même pilote d'essai et Contre-amiral de la Navy). Sa combinaison ne comportait que deux couches de protection en tissu et une fois pressurisée le pilote pouvait difficilement bouger ses bras ou ses jambes. Même son casque était une version light, plus léger et beaucoup plus simple que le casque que porte aujourd'hui les astronautes. Mais pour l'heure cela n'avait pas beaucoup d'importance car son vol suborbital ne dura que 15 minutes, un bond minuscule mais qui convainquit la NASA que l'homme pouvait conquérir l'espace et pourquoi pas un jour la Lune.

Prochain chapitre

Les combinaisons spatiales Dave Clark