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Questions/réponses autour de « L’Homme dans l’espace »

Séquence pédagogique autour de l’article L’Homme dans l’espace

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Astronaute en sortie extravéhiculaire au-dessus de la Terre (© Nasa, 2002)
Une sortie extravéhiculaire est une épreuve épuisante et risquée pour les hommes car les conditions de travail sont difficiles. L’astronaute flotte en réalité dans l’espace, un côté exposé à l’ombre où la température atteint – 100 °C, un côté exposé au Soleil où la température atteint + 100 °C. L’ombre et la lumière alternent toutes les quatre-vingt-dix minutes. La combinaison doit donc compenser ces différences. En outre, elle fournit une réserve d’eau et d’oxygène ainsi que le moyen d’approvisionner et d’évacuer les liquides et les gaz. La pression gazeuse n’y est que de 30 % de celle de la Terre ou de la Station spatiale.

Niveau seconde en sciences de la vie et de la Terre et en physique-chimie

SVT :
Thème 1 : La Terre dans l’univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée
Sous -partie : Les conditions de vie : une particularité de la Terre ?
Ces éléments peuvent aussi être utilisés en collège.

En physique-chimie :
Thème : L’univers.

  • Question 1 : Dans la légende du texte, il est écrit : « L’atmosphère terrestre nous fournit l’air que nous respirons. » Quelle est la composition de l’air que nous respirons (en pourcentage) et quel gaz est indispensable au métabolisme de l’Homme ?
    • Réponse 1 : L’air est composé à presque 78 % de diazote N2 et 21 % de dioxygène O2, ce dernier étant indispensable à la vie sur Terre. L’atmosphère est également composée de vapeur d’eau, de 0,03 % de CO2 qui est gaz à effet de serre, comme le méthane, l’ozone troposphérique…
      Ces derniers sont qualifiés de gaz mineurs de l’atmosphère, puisque leur concentration atmosphérique est faible par rapport à celle des gaz majeurs que sont l’O2 et le N2. Cependant, les gaz à effet de serre ont un rôle fondamental : ils absorbent les infrarouges (IR) émis par la Terre et les réémettent notamment vers la surface de la Terre, qui s’échauffe alors davantage ; c’est l’effet de serre. Sans cet effet de serre, c’est-à-dire sans atmosphère, la Terre aurait une température moyenne inférieure de 30 °C à celle que l’on connaît actuellement. _Grâce à l’effet de serre, la température de la Terre offre des conditions favorables à la vie, alors que sur Vénus l’effet de serre est trop important et sur Mars insuffisant.
      Remarque : Mercure et la Lune n’ont pas d’atmosphère car elles sont trop petites et donc leur gravité est trop faible pour retenir les gaz qui s’échappent, donc pour avoir une atmosphère.
  • Question 2 : Quelles sont les conditions moyennes de température et de pression régnant à la surface de la Terre ?
    • Réponse 2 : À la surface de la Terre, la température peut varier de –20 °C pour les régions les plus froides, à +30 °C pour les régions les plus chaudes (en moyenne). En ce qui concerne la pression, il s’agit de la pression atmosphérique qui est de l’ordre de 1 bar (environ 1 013 hPa).
      Il est possible d’envisager à ce niveau une discussion sur les conditions autorisant la vie sur Terre avec la relation entre distance au Soleil, température et présence d’eau liquide.
  • Question 3 : Expliquer alors un des rôles majeurs de la combinaison spatiale.
    • Réponse 3 : La combinaison est thermostatée, c’est-à-dire qu’elle maintient la température à l’intérieur à 20 °C environ. En effet, les variations de température à l’extérieur peuvent être extrêmement importantes (de –150 °C à +150 °C selon la position par rapport au Soleil). De plus, la combinaison apporte l’air permettant à l’astronaute de respirer. L’air à l’intérieur de la combinaison est pressurisé, c’est-à-dire que la pression est maintenue constante à environ 1 bar.
  • Question 4 : Un autre rôle important de la combinaison est d’empêcher les rayonnements nocifs du Soleil d’atteindre l’astronaute. Quelle est la composition de la lumière émise par la Soleil ?
    • Réponse 4 : Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique, c’est-à-dire une « lumière » où l’essentiel est invisible à nos yeux. La composition de cette « lumière », qu’on appelle spectre solaire, est la suivante : rayons X, rayons ultraviolets (UV), lumière visible, rayons infrarouges (IR) et ondes radio (ou ondes hertziennes). Cependant, ce sont les UV, la lumière visible et les IR qui sont majoritaires dans le spectre solaire.
  • Question 5 : L’intégralité de ce rayonnement solaire arrive-t-il à la surface de la Terre ? Justifiez votre réponse.
    • Réponse 5 : L’atmosphère terrestre agit comme un filtre sur le rayonnement solaire. De ce fait, l’ensemble de ce rayonnement ne parvient pas à la surface de la Terre. Par exemple, la couche d’ozone stratosphérique nous protège des rayonnements UV nocifs. En effet, sans cette couche d’ozone, la vie serait impossible sur Terre, les rayons UV étant des agents mutagènes très puissants.
  • Question 6 : Pourquoi le spationaute doit-il être arrimé à la station spatiale par un bras télescopique ?
    • Réponse 6 : Le spationaute est en orbite autour de la Terre, tout comme son véhicule spatial. Sans ce bras télescopique, le spationaute ne risque pas de retomber sur Terre mais de continuer à orbiter autour de la Terre sur une trajectoire légèrement différente de celle de son véhicule. Il s’en éloignera progressivement et sera donc perdu autour de la Terre...

Voir en ligne : L’Homme dans l’espace