Faibles gravités et santé humaine 2

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Il existait sur le forum un fil de discussion "Faibles gravités et santé humaine" dont le dernier post remontait au 11 janvier 2008, c'est-à-dire il a plus de 7 ans :
https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t936-faibles-gravites-et-sante-humaine
Comme la politique de FCS est de ne pas réactiver d'anciens fils de discussion pour éviter des réponses à des contributeurs absents depuis longtemps et donc dans l'incapacité de répondre, j'ai, en accord avec Mustard, verrouillé cet ancien fil de discussion et créé ce nouveau sujet afin de permettre la poursuite de la discussion. Mon post suivant dans ce nouveau fil de discussion exposera une idée qui m'est venue récemment pour atténuer les effets à long terme sur la santé d'une gravité partielle en prenant comme exemple celle de Mars (0,38 g).

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Les fous ouvrent les voies qu'empruntent ensuite les sages. (Carlo Dossi)
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Voila donc mon idée :
Dans une sortie à la surface de Mars (comme sur n'importe quel astre dont la pression atmosphérique se trouve sous la limite Armstrong, comme la Lune ou la haute atmosphère terrestre atteinte en ballon par exemple) il faut une combinaison spatiale étanche et pressurisée assez lourde qui protège en plus des radiations ambiantes, des UV solaires et emporte l'oxygène ainsi que les dispositifs de fixation du CO2.
Autant dire que la musculation et les articulations de l'astronaute qui porte une telle combinaison sont mises à rude épreuve, même à 0,16 g comme sur la Lune et encore plus à 0,38 g comme sur Mars. De mémoire, les moon-walkers avec leur combinaison cumulaient une masse de 200 kg (mais seulement un poids total de 32 daN, contrairement au poids moyen de 70 daN d'un homme sur Terre).
Mais à l'intérieur de l'habitat martien, l'astronaute (moyen) sans combinaison se retrouve avec sa masse inchangée de 70 kg mais un poids de seulement 27 daN.

Un peu de mathématique s'impose pour comprendre la différence entre l'influence de la masse et celle du poids.
L'énergie cinétique d'une masse m en mouvement à la vitesse v est égale à mv²/2, mais l'énergie potentielle de la même masse élevée à une hauteur h est égale à mgh avec ici g étant la gravité locale exprimée en m/s². Pour simplifier on obtient le g local de Mars par exemple en multipliant par 0,38 le g terrestre (9,81 m/s²).

On voit tout de suite que pour passer de l'immobilité à une vitesse de déplacement (de par exemple 20 km/h pour un rythme de course humaine moyenne), il faut exactement la même énergie, que l'on soit sur Terre, la Lune ou Mars.
Par contre pour s'élever (se lever de son lit, de son siège ou monter un escalier) l'énergie nécessaire dépend du g local. Le même effort d’élévation nécessitera sur la Lune 84 % (1-0,16) moins d'énergie que sur la Terre. Pour Mars on atteint un effort 62 % moins important que sur Terre.

Alors venons-en au fait. L'activité courante d'un homme est un mix des deux types d'efforts (prises de vitesse et changements d'énergie potentielle). Comme l'effort et le même pour le premier type d'effort, il suffirait pour augmenter la difficulté du deuxième type d'effort de porter en permanence (du moins en période de veille) une tenue alourdissante restituant à son utilisateur un poids par exemple de l’ordre de 80 % de son poids terrestre.
Par exemple sur Mars, sans tenue un homme pèse 27 daN, il devrait donc porter une tenue dont le poids serait d'à peu près 29 daN pour atteindre un poids total de 56 daN, soit 80 % des 70 daN d'un homme sur Terre. Cela implique une tenue dont la masse serait de l'ordre de 78 kg. De nombreux métaux lourds placés dans du tissu conventionnels feraient l'affaire.

La valeur de 80 % que j'ai fixé ici arbitrairement est peut-être exagérée, seuls des ajustements permettront de fixer plus précisément la valeur qui pourrait bien être plus faible que ces 80 %. Car le port d'une telle masse ferait atteindre une masse totale de 148 kg, entrainant plus qu'un doublement de tous les efforts de prise de vitesse.

En microgravité de telles méthodes seraient naturellement impossible à mettre en œuvre puisque le g local y est nul.

Édit : l'un des avantages d'une telle tenue serait d'éviter à l'astronaute de porter en permanence un casque, car à 0,38 g on atteint vite le plafond.:bounce1:

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@Henri a écrit:
Voila donc mon idée :
Dans une sortie à la surface de Mars (comme sur n'importe quel astre dont la pression atmosphérique se trouve sous la limite Armstrong, comme la Lune ou la haute atmosphère terrestre atteinte en ballon par exemple) il faut une combinaison spatiale étanche et pressurisée assez lourde qui protège en plus des radiations ambiantes, des UV solaires et emporte l'oxygène ainsi que les dispositifs de fixation du CO2.
Autant dire que la musculation et les articulations de l'astronaute qui porte une telle combinaison sont mises à rude épreuve, même à 0,16 g comme sur la Lune et encore plus à 0,38 g comme sur Mars. De mémoire, les moon-walkers avec leur combinaison cumulaient une masse de 200 kg (mais seulement un poids total de 32 daN, contrairement au poids moyen de 70 daN d'un homme sur Terre).
Mais à l'intérieur de l'habitat martien, l'astronaute (moyen) sans combinaison se retrouve avec sa masse inchangée de 70 kg mais un poids de seulement 27 daN.

Un peu de mathématique s'impose pour comprendre la différence entre l'influence de la masse et celle du poids.
L'énergie cinétique d'une masse m en mouvement à la vitesse v est égale à mv²/2, mais l'énergie potentielle de la même masse élevée à une hauteur h est égale à mgh avec ici g étant la gravité locale exprimée en m/s². Pour simplifier on obtient le g local de Mars par exemple en multipliant par 0,38 le g terrestre (9,81 m/s²).

On voit tout de suite que pour passer de l'immobilité à une vitesse de déplacement (de par exemple 20 km/h pour un rythme de course humaine moyenne), il faut exactement la même énergie, que l'on soit sur Terre, la Lune ou Mars.
Par contre pour s'élever (se lever de son lit, de son siège ou monter un escalier) l'énergie nécessaire dépend du g local. Le même effort d’élévation nécessitera sur la Lune 84 % (1-0,16) moins d'énergie que sur la Terre. Pour Mars on atteint un effort 62 % moins important que sur Terre.

Alors venons-en au fait. L'activité courante d'un homme est un mix des deux types d'efforts (prises de vitesse et changements d'énergie potentielle). Comme l'effort et le même pour le premier type d'effort, il suffirait pour augmenter la difficulté du deuxième type d'effort de porter en permanence (du moins en période de veille) une tenue alourdissante restituant à son utilisateur un poids par exemple de l’ordre de 80 % de son poids terrestre.
Par exemple sur Mars, sans tenue un homme pèse 27 daN, il devrait donc porter une tenue dont le poids serait d'à peu près 29 daN pour atteindre un poids total de 56 daN, soit 80 % des 70 daN d'un homme sur Terre. Cela implique une tenue dont la masse serait de l'ordre de 78 kg. De nombreux métaux lourds placés dans du tissu conventionnels feraient l'affaire.

La valeur de 80 % que j'ai fixé ici arbitrairement est peut-être exagérée, seuls des ajustements permettront de fixer plus précisément la valeur qui pourrait bien être plus faible que ces 80 %. Car le port d'une telle masse ferait atteindre une masse totale de 148 kg, entrainant plus qu'un doublement de tous les efforts de prise de vitesse.

En microgravité de telles méthodes seraient naturellement impossible à mettre en œuvre puisque le g local y est nul.

Édit : l'un des avantages d'une telle tenue serait d'éviter à l'astronaute de porter en permanence un casque, car à 0,38 g on atteint vite le plafond.:bounce1:

Très intéressant.
Le problème, à mon avis, c'est qu'une tenue alourdie n'a pas une répartition des masses équivalente à une augmentation de la pesanteur. Par exemple, le cou supporte le poids de la tête, donc si le surpoids est sur le vêtement, il n'y a aucun impact, c'est comme s'il n'y avait aucun surpoids. Autre cas plus problématique, celui du genou : si le surpoids est sur le vêtement, l'impact (moment de la force) est totalement différent selon que la force est due au poids ou au surpoids qui ne sont pas localisés au même endroit, avec même possibilité de trouble musculosquelettique sur la durée. A noter que ce problème existe avec les exosquelettes.
Maintenant, sur le principe : il me semble qu'en général une personne exploite au mieux son potentiel physique. Une personne faible porte de faible charges alors qu'une personne plus forte porte de plus lourdes charges. De plus, si un objet est léger, on le porte d'une main et s'il est lourd, on le porte à 2 mains. Si un objet lourd sur Terre devient relativement léger sur Mars, on le porte à une main, ce qui laisse une main de libre pour prendre autre chose.
Ce raisonnement tient pour les métiers manuels mais n'est pas valable pour les métiers qui ne le sont pas. La solution la plus simple est à mon sens de faire un peu de sport pour exploiter le potentiel physique. Plutôt que de faire des pompes à 2 bras, on les fait à 1 bras. Plutôt que de monter une colline en courant à 10 km/h, on monte à 15 km/h etc. etc., ce qui fait qu'au final, le corps subira des forces identiques à celles qu'il aurait subi sur Terre, au moins de temps en temps. 
L'adaptation viendra d'elle-même, je ne pense pas qu'il y ait besoin de porter des vêtements particuliers ... mais pour l'instant je ne peux pas le prouver ...
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De toutes façons, en extérieur, l'obligation de porter une combinaison pressurisée nécessairement assez massive devrait régler le problème. C'est surtout en intérieur que ma proposition a un sens. Quant au poids de la tête, la solution me parait assez simple : retour à la mode vestimentaire masculine des années 1940-50, mais avec un peu de plomb en supplément...:D
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Faibles gravités et santé humaine 2 2Q==

Sinon, plus sérieusement, j'ai lu récemment une proposition de combinaison d'intérieur dont le coefficient d'élasticité est anisotrope : facilement extensible horizontalement, mais plus difficile à étirer verticalement. Une telle tenue pourrait être utile autant en gravité réduite qu'en gravité nulle.

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Il y a aussi à étudier la position du corps lors des sommeils. En effet les faibles gravités ont pour conséquence d’augmenter la pression artérielle vers la tête . Pour y remédier  lors des périodes de repos, il serait utile que les couchettes ne soient pas horizontales , mais inclinées , évidemment avec la tête vers le haut et les pieds vers le bas.
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Giwa
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Si on prend le problème dans sa globalité (je ne me place pas dans l'hypothèse de la colonisation où la présence est ad-vitam eternam (si j'ose dire) la gestion de l'impesanteur sera à gérer dès le départ, donc durant le voyage (6 mois quand même) pendant lequel la "santé" musculaire et squelettique sera affectée nonobstant ce qui aura été prévu pour y pallier. (D'autant plus si on minimise la masse du vaisseau et l'espace disponible pour cause d'économie .... pas de footing dans les coursives façon 2001)
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L'arrivée au sol étant le départ d'un travail immédiat et non-stop, où les capacités physiques devront être optimales, ne serait-ce que pour reprendre contact avec une pesanteur même de 0,38 g.

Bref les efforts physiques demandés par les EVA (ou autre acronyme à inventer pour les "marches" martiennes au sens large) seront clairement digne d'un athlète hyper-entraïné qui devra être au top au maximum .... une journée après son arrivée.
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Bref .... pour l'exécution de toutes les opérations "basiques" (du style porter des charges) ... il faudra l'assistance bienveillante d'une robotique ultra-performante .... il faut s'y faire et surtout le préparer sans barguigner sur les investissements.
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Pendant les 6 mois de voyage l'équipage n'aura pas un emploi du temps trop chargé et pourra quotidiennement utiliser les dispositifs habituels de maintien en forme (ça ressemble à des poignées avec des ressorts ou des tendeurs fixés au sol sur lesquels il faut tirer en s'appuyant avec les pieds au sol). Mais c'est vrai que l'exercice physique ça augmente la consommation alimentaire et donc les victuailles à embarquer.

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Dernière astuce vestimentaire pour rééquilibrer les pressions sanguines : les pilotes de chasse portent des combinaisons anti-g qui font refluer le sang vers la tête en cas de g positifs excessifs ou vers les jambes en cas de g excessifs négatifs pour éviter les voiles noirs et les voiles rouges. Cette techno permettrait de rééquilibre en permanence la pression sanguine sous faibles g si nécessaire.
On a donc tout un attirail de solutions possibles aux problèmes de longues expositions à une gravité partielle. Je sens que l'industrie vestimentaire spatiale a du pain sur la planche...

Maintenant comme je l'exposais dans le premier fil de discussion à ce sujet, il n'est pas sûr du tout que de telles mesures soient nécessaires, seule l'expérimentation permettra de conclure car on n'a que l'expérience des longues expositions à la micro-gravité, pas à la gravité réduite dans laquelle on aurait tendance à soulever des masses plus importantes et à se déplacer plus vite (parce que c'est possible) comme l'indiquait Argyre.

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Tien Henri, c'est curieux, je ne connaissais pas ce dispositif qui permettrait de limiter la circulation du sang vers le bas du corps pour éviter le voile noir et ce même dispositif qui ferait le contraire en limitant l’afflux de sang vers la tête au risque du voile rouge (très dangereux). Je savais que nos collègues chasseurs avaient la ceinture anti g [positifs] mais rien pour les g négatifs. Cela a-t-il changé ?
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@Astro-notes a écrit:Tien Henri, c'est curieux, je ne connaissais pas ce dispositif qui permettrait de limiter la circulation du sang vers le bas du corps pour éviter le voile noir et ce même dispositif qui ferait le contraire en limitant l’afflux de sang vers la tête au risque du voile rouge (très dangereux). Je savais que nos collègues chasseurs avaient la ceinture anti g [positifs] mais rien pour les g négatifs. Cela a-t-il changé ?
Effectivement, je viens de vérifier et de me rendre compte que j'ai généralisé un peu trop vite pour le voile rouge (g négatifs). En fait les combinaison anti-g ne sont conçues que pour éviter les voiles noirs :
http://www.faqfra.online.fr/militaire/IIA.php
Une combinaison anti-g pour les voiles rouges (c'est ça qui nous intéresse ici) devrait mettre en œuvre non pas une surpression sur le bas du corps, mais une dépression atmosphérique sur le bas du corps (ou encore il faudrait une veste et cagoule à surpression pour le haut du corps).
Il faudrait se pencher sur la question... De toute façon pour compenser les effets vasculaire d'une gravité réduite, les surpressions et dépressions seraient beaucoup plus faibles que celles utilisées en aviation.

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Oui, OK Henri. Pour le reste de ton post effectivement n'oublions pas que nous serions en gravité réduite cela demanderai moins d'énergie pour agir
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