La plupart des gens supposent que l’espace étant un vide, il est intrinsèquement froid. Cette logique semble assez solide. Si un aspirateur agit comme le plus grand thermos du monde, emprisonnant la chaleur à l’intérieur, comment quelque chose peut-il refroidir dans cet environnement ? La réponse réside dans le fait que l’espace n’est pas seulement vide ; c’est un piège à chaleur.
Les vaisseaux spatiaux génèrent d’énormes quantités d’énergie thermique. Cette chaleur provient des composants électroniques, des piles à combustible, des moteurs de fusée et du rayonnement solaire direct. Si cette énergie n’a nulle part où aller, l’engin se cuisine tout seul. Le vide de l’espace empêche la chaleur de s’échapper par conduction ou convection. L’air n’existe pas pour évacuer la chaleur. Vous ne pouvez pas souffler un ventilateur pour refroidir un satellite.
Les ingénieurs résolvent ce problème en transformant le vaisseau spatial lui-même en radiateur. Ils dépendent entièrement du rayonnement thermique.
La mécanique du refroidissement radiatif
Sur Terre, les radiateurs fonctionnent via deux canaux principaux : le rayonnement et la convection. Vous pouvez toucher un radiateur de voiture chaud et ressentir la chaleur. Vous pouvez également utiliser un ventilateur pour forcer l’air sur les ailettes et évacuer la chaleur. En orbite, la convection est impossible. Il n’y a pas d’air.
Cela signifie que les radiateurs spatiaux doivent être nettement plus grands que leurs homologues terrestres. Ils doivent être suffisamment efficaces pour évacuer la chaleur en utilisant uniquement le rayonnement infrarouge.
Pensez à Skylab. La station était recouverte d’un revêtement doré spécialement conçu pour réfléchir le rayonnement infrarouge du soleil. Il transportait également de grands radiateurs pour dissiper la chaleur générée par ses systèmes. L’or n’avait pas seulement l’air flashy. Il s’agissait d’une stratégie de gestion thermique.
La navette spatiale a adopté une approche différente du même problème. Les portes de la soute étaient bordées de panneaux de radiateurs. Une fois la navette en orbite, l’équipage ouvrirait ces portes. Cela exposait les radiateurs au froid de l’espace profond, permettant à la chaleur de se propager dans le vide. Il s’agissait d’une réponse manuelle immédiate à une crise thermique imminente.
Pourquoi les astronautes gèlent encore
Si le vide est un isolant si efficace, pourquoi les astronautes se plaignent-ils d’avoir les doigts froids lors des sorties dans l’espace ? La physique du transfert de chaleur dans le vide crée un paradoxe.
Bien que l’espace lui-même ne conduise pas la chaleur, votre corps perd rapidement de la chaleur par rayonnement. Votre peau rayonne de l’énergie infrarouge dans le vide environnant. Dans un thermos, ce rayonnement rebondit sur les murs et reste. Dans l’espace, il voyage vers l’extérieur sans retour.
De plus, si vous êtes exposé directement au soleil, vous absorbez d’énormes quantités d’énergie. Si vous êtes dans l’ombre, vous perdez de l’énergie. La différence de température entre le côté exposé au soleil et le côté ombragé d’une combinaison spatiale est extrême. Vos doigts, étant des extrémités avec moins de flux sanguin, perdent de la chaleur plus rapidement que votre cœur. Les systèmes de régulation thermique de la combinaison doivent s’ajuster constamment pour éviter les dommages causés par le gel aux membres tout en empêchant la surchauffe du torse.
Le problème du « doigt froid » met en évidence une vérité essentielle sur la conception de l’espace. Vous ne pouvez pas vous fier à la température ambiante. Vous devez concevoir pour le rayonnement.
Points à retenir pratiques pour l’ingénierie terrestre
Les principes utilisés dans l’aéronautique s’appliquent à une isolation performante sur Terre. Si vous envisagez des projets de rénovation domiciliaire ou de bricolage impliquant l’efficacité thermique, n’oubliez pas que bloquer la convection et la conduction ne représente que la moitié de la bataille. Vous devez également tenir compte du transfert de chaleur radiative.
Les matériaux à haute émissivité rayonnent bien la chaleur. Les matériaux à haute réflectivité le bloquent. C’est pourquoi les barrières radiantes dans les greniers comportent souvent du papier d’aluminium. Ils réfléchissent la chaleur rayonnante
