Vivre dans l'espace
Les besoins fondamentaux de l'�tre 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
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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
Qu'est-ce qu'on mange?
La liste des aliments suivants a été adaptée du menu de Marc Garneau lors de la mission STS-97 vers la Station spatiale internationale. Une valeur calorifique a été ajoutée en fonction des données tirées du livret Valeur nutritive de quelques aliments usuels, édition 1999, de Santé Canada.
À l'aide de la feuille de menu, demander aux élèves de préparer trois repas par jour pour une période de trois jours à partir des aliments figurant sur la liste. Chaque menu quotidien doit :
- Être élaboré uniquement à partir des aliments sur la liste.
- Combler les besoins énergétiques quotidiens minimums de 14,5 MJ.
- Répondre aux normes du Guide alimentaire canadien pour manger sainement.
Planifier une expérience
Discuter de l'importance de la vapeur d'eau dans la création d'un environnement confortable et du rôle des plantes vertes dans l'apport de vapeur d'eau par le processus de transpiration. Demander aux élèves de faire un remue-méninges pour constituer une liste de questions qu'ils pourraient avoir au sujet du processus de transpiration, p. ex. : Comment pouvons-nous prouver que les plantes transpirent? Quelles parties de la plante produisent de la vapeur d'eau?, Quelle quantité de vapeur d'eau est libérée?
Diviser la classe en petites équipes. Amener chaque équipe à choisir une question à étudier. Discuter avec les élèves de la marche à suivre pour la planification et la poursuite de l'expérience.
Distribuer à chaque équipe une feuille de travail sur la planification d'une expérience. Les équipes devraient faire approuver leur plan avant de commencer leur expérience.
