Vivre dans l'espace
Les besoins fondamentaux de l'être humain'
Les besoins vitaux de l'être humain
Pour voyager dans l'espace, les besoins vitaux de l'être humain sont exactement les mêmes que sur Terre; il lui faut de l’air, de l’eau et de la nourriture
Un être humain a besoin d'un régime alimentaire équilibré contenant assez d'énergie pour les activités quotidiennes, et d'un environnement favorable.
L'énergie pour les êtres humains
Un être humain entièrement sédentaire a besoin d'un minimum de 2000 calories d'énergie alimentaire par jour pour survivre (plus une petite, mais essentielle, quantité de vitamines et de minéraux).
Une calorie (Cal avec une majuscule), utilisée en diététique, équivaut en réalité à 1000 calories d'énergie thermique (soit, 1 Cal = 1 kcal). Les calories conviennent bien pour comparer la teneur énergétique des produits alimentaires, mais elles ne sont pas vraiment utiles pour des travaux scientifiques. À cette fin, nous utilisons plutôt le joule (J) comme unité de mesure de l'énergie.
1Cal = 4,2 kJ
Ainsi, nous pouvons calculer que l'être humain a besoin d'environ 2000 x 4,2 kJ d' énergie, ou encore
environ 8,4 MJ par jour. |
Cliché de transparent - l'énergie d'origine alimentaire |
Un régime équilibré contenant suffisamment de kilojoules
Un régime équilibré contient les éléments suivants :
- De l'eau
- Des kilojoules en quantité suffisante, principalement sous forme d'hydrates de carbone
- Des prot éines
- Des hydrates de carbone
- Du gras, élément essentiel pour métaboliser certaines vitamines, de même qu'emmagasiner de l'énergie
- Des vitamines
- Des sels minéraux
- Des fibres
Cliquez ici pour VOIR le Guide alimentaire canadien.
Cliquez ici pour voir et IMPRIMER un exemplaire du Guide alimentaire canadien (version imprimable).
Vous pouvez également explorer d’autres facettes du Guide alimentaire canadien sur le site de Santé Canada (http://www.hc-sc.gc.ca/fn-an/food-guide-aliment/index-fra.php). Celui-ci propose de l'information générale sur le guide, l’accès au guide dans 10 langues différentes, un outil de suivi et de l’information sur le maintien de saines habitudes à l’intention des éducateurs.
De combien de kilojoules l'être humain a-t-il besoin chaque jour?
La réponse dépend de trois facteurs :
- Le taux métabolique basal (TMB) de la personne.
- Le niveau d'activité physique pratiquée chaque jour.
- La température ambiante.
Le taux métabolique basal (TMB)
Le taux métabolique basal est la vitesse du métabolisme d'un individu au repos et est déterminé par le taux de consommation d'oxygène. Le TMB dépend de l'âge et du sexe. En règle générale, le TMB diminue graduellement à mesure que l'on vieillit. Les femmes ont tendance à avoir un TMB moins élevé que les hommes.
Respiration aérobique : Un important produit dérivé de la respiration est la libération d'énergie sous forme de chaleur.
Cliché de transparent - respiration aérobique
Le TMB d'une personne équivaut à la vitesse à laquelle l'énergie est libérée (kilojoules brûlés) au repos. Une activité intense, comme la course, ou un travail physique, fait augmenter de beaucoup notre taux métabolique. Le besoin d'absorber davantage d'oxygène et d'expulser le dioxyde de carbone en excédent nous fait haleter.
Besoins énergétiques quotidiens dus à l'activité
Le tableau ci-dessous indique les besoins énergétiques quotidiens propres aux êtres humains. Un astronaute a besoin d'environ 14 000 à 15 000 kJ par jour (selon l'horaire de travail).
| Catégorie |
Énergie (kJ) par jour |
| Bébé de moins de deux mois |
2000 |
| Enfant d'âge préscolaire (les deux sexes) |
5000-6000 |
| Adolescente |
9000-10000 |
| Adolescent |
11000-14000 |
| Adulte (en dormant) |
1500-2500 |
| Adulte (employé de bureau) |
10000-12000 |
| Astronaute (en mission) |
14000-15000 |
| Adulte (construction) |
14000-16000 |
Les questions de température
Les humains, comme tous les mammifères, ont le sang chaud et doivent maintenir une température corporelle constante pour survivre. La température du corps idéale varie légèrement d'un mammifère à un autre; pour l'être humain, elle se situe à 37,5 ° C. Un écart de quelques degrés de cette température dans le corps (au niveau de la poitrine) est dangereux. Nous éprouvons alors des frissons et des tremblements, ou nous avons chaud et sommes fiévreux.
Lorsqu'il fait froid, notre corps réagit en augmentant le métabolisme de base, produisant ainsi plus de chaleur. Les voyageurs en Arctique ou en Antarctique ont besoin de beaucoup plus de kilojoules que les voyageurs faisant les mêmes activités dans des climats tempérés.
Un environnement favorable
Les conditions d'un environnement favorable sont les suivantes :
- De l'air à respirer, contenant de l'oxygène, de la vapeur d'eau et relativement exempte de dioxyde de carbone et d'autres gaz, sauf le nitrogène et des gaz inertes (non réactifs) tels que l'argon et l'hélium.
- Une température appropriée, idéalement entre 20 et 22 °C.
- Une protection contre les risques externes.
- Suffisamment d'espace pour le confort physique et psychologique.
- Un éclairage adéquat.
Le dioxyde de carbone, l'oxygène et la vapeur d'eau
Pour les missions spatiales à court terme, le problème relatif au maintien d'une atmosphère adéquate se résout simplement en extrayant les gaz indésirables (en pompant l'air à travers des filtres de balayage), en ajoutant de l'oxygène au besoin puis en recyclant l'air. Tous les déchets sont éliminés au retour de la mission sur Terre. Vous pouvez en apprendre davantage sur certains des efforts de recyclage des eaux usées en visitant le site Web de la NASA à l'adresse http://science.nasa.gov/headlines/y2000/ast02nov_1.htm (en anglais seulement).
Cliché de transparent - entrée et sortie
Dans le cas des missions à long terme, le problème est beaucoup plus difficile à régler, car il n'est pas simple de voyager avec une quantité illimitée de filtres, d'eau, de nourriture ou d'oxygène. La vapeur d'eau peut également occasionner des difficultés. Si l'air est trop sec, cela devient incommodant pour la respiration à long terme. Si, par contre, l'air est trop humide, il se produit de la condensation dans les endroits frais, ce qui peut entra îner de la corrosion et des problèmes électriques.
Les plantes (ayant suffisamment de lumière) consomment le dioxyde de carbone.
Que ce soit à bord d'un vaisseau spatial ou dans un habitat établi sur une planète, les plantes vertes peuvent aider à contrôler la qualité de l'air.
La libération d'oxygène et la réduction du dioxyde de carbone contribuent à maintenir une atmosphère confortable et salubre dans un milieu clos.
Dans le schéma ci-contre, le cycle est incomplet, car le carbone ( C ) semble disparaître dans la plante. Pour que le cycle soit complet, l'être humain consomme le fruit de la plante, bouclant ainsi le cycle du carbone (en le transformant en hydrates de carbone). |
Cliché de transparent |
En plus de consommer le dioxyde de carbone durant la photosynthèse, les plantes vertes produisent également de la vapeur d'eau.
Une quantité modérée de vapeur d'eau constitue un élément important dans la création d'un milieu confortable.
Il est important de noter que la vapeur d'eau rejetée dans l'air par la plante (grâce à la transpiration) est pure. Condensée, cette vapeur produit une excellente eau potable, même si les plantes sont arrosées avec de l'eau impure.
On peut donc penser utiliser les plantes pour faciliter la purification des eaux usées. |
Cliché de transparent |
Résumé
Le schéma à droite illustre le recyclage complet des ressources.
Dans un système parfait, l'oxygène et la nourriture seraient produits à une vitesse qui contrebalancerait la consommation de dioxyde de carbone et d'eau (un état d'équilibre dynamique).
Pour rendre le système fonctionnel, cependant, il faut introduire un apport d'énergie, qui entrerait sous forme de lumière pour se dégager ultérieurement sous forme de chaleur.
À noter : Les formules chimiques sont utilisées comme abréviations uniquement. Le processus chimique n'est pas équilibré. |
Cliché de transparent (mots)
Cliché de transparent (symboles) |
Activités à l'intention des élèves
Vous trouverez ci-joint le menu à cycle de 16 jours qu’utilisait Robert Thirsk pendant sa mission de 187 jours à bord de la Station spatiale internationale en 2009. Prenez note de la légende qui décrit la FORME sous laquelle étaient présentés les différents aliments.
- Quel serait votre jour favori dans le cycle de 16 jours du menu? Expliquez votre réponse.
- Pourquoi pensez-vous que bon nombre des aliments sont irradiés ou thermostabilisés? Pourquoi ne met-on pas tout simplement les aliments au réfrigérateur?
- Selon vous, pourquoi les astronautes à bord de la Station spatiale internationale sont-ils très heureux à l’arrivée d’une navette des États-Unis ou d’un vaisseau spatial de la Russie (en ce qui a trait à la nourriture)?
- Choisissez un jour et analysez le menu de cette journée-là en ce qui a trait à la valeur nutritive des aliments pour les astronautes. Aucune quantité n’est indiquée dans le menu, mais dites si le menu respecte ou non les exigences du Guide alimentaire canadien.
- Identifiez les aliments que vous NE connaissez PAS et faites des recherches sur ces derniers, sur la façon dont ils sont préparés et sur leur valeur nutritive pour les astronautes.
- Dans le menu, quel jour ressemble le plus à ce que vous mangez à la maison? Si aucun des menus quotidiens ne ressemble à ce que vous mangez à la maison, suggérez des raisons qui pourraient expliquer cette différence.
- Vous avez peut-être remarqué que le contenu des « menus quotidiens » n’est pas divisé en repas distincts. Suggérez des raisons qui pourraient expliquer cela.
