« Dans l'espace, il n'y a pas de gravité. » C'est l'idée la plus répandue sur la Station Spatiale Internationale, et elle est fausse. À 400 km d'altitude, l'attraction terrestre reste presque aussi forte qu'au niveau de la mer. Si la station ne s'écrase pas, c'est pour une raison bien plus élégante.
L'idée fausse la plus répandue
Demandez autour de vous pourquoi les astronautes flottent dans la Station Spatiale Internationale. La réponse arrive presque toujours sous la même forme : il n'y a pas de gravité dans l'espace.
C'est faux, et l'écart avec la réalité est considérable.
L'attraction terrestre diminue avec la distance, mais elle diminue lentement. Au niveau de la mer, elle imprime une accélération d'environ 9,81 mètres par seconde carrée. À 400 kilomètres d'altitude — l'orbite de la station —, elle en vaut encore près de 8,7. Soit environ 90 % de la gravité que vous ressentez en lisant cette phrase.
Un astronaute en orbite est donc attiré par la Terre presque aussi fortement que vous. S'il flotte, ce n'est pas parce que la gravité a disparu.
Alors pourquoi flottent-ils ?
Parce qu'ils tombent.
La station tombe vers la Terre en permanence. L'équipage tombe aussi, exactement à la même vitesse, dans la même direction. Et quand tout tombe ensemble, plus rien ne pèse les uns sur les autres : le plancher n'appuie plus sous les pieds, l'objet lâché ne rejoint plus le sol. C'est ce qu'on appelle la chute libre.
Vous en faites l'expérience à échelle réduite dans un ascenseur qui démarre sa descente, ou dans les premières secondes d'un saut. Cette sensation de légèreté n'est pas une absence de gravité — c'est la gravité qui agit sur vous sans que rien ne s'y oppose.
À bord de la station, cette situation dure depuis plus de vingt-cinq ans sans interruption. Le terme d'« apesanteur » est d'ailleurs plus juste que celui d'« absence de gravité » : le poids disparaît, pas l'attraction.
Le vrai secret : la vitesse horizontale
Reste la question qui compte. Si la station tombe, pourquoi ne s'écrase-t-elle pas ?
Parce qu'elle ne tombe pas droit. Elle avance en même temps — et très vite.
L'ISS file à environ 28 000 kilomètres par heure, soit près de 7,7 kilomètres à chaque seconde. Pendant qu'elle chute vers le sol, elle se déplace latéralement si rapidement que la Terre, qui est ronde, se dérobe sous elle exactement à la même cadence. Elle tombe sans jamais se rapprocher.
Isaac Newton avait imaginé cette situation bien avant qu'elle ne devienne possible. Il proposait d'installer un canon au sommet d'une montagne très haute. Tirez faiblement : le boulet décrit une courbe et retombe au loin. Tirez plus fort : il tombe plus loin encore. Augmentez encore la puissance, et il arrive un moment où la courbure de sa chute épouse celle de la Terre. Le boulet ne retombe plus. Il fait le tour.
Une orbite n'est rien d'autre que cela : une chute qui rate sa cible.
Pourquoi un tour en quatre-vingt-dix minutes
La vitesse nécessaire n'est pas un choix : elle est imposée par l'altitude.
Plus une orbite est basse, plus la gravité y est forte, et plus il faut aller vite pour compenser. Plus elle est haute, plus on peut ralentir. Un satellite géostationnaire, à 36 000 kilomètres, met exactement vingt-quatre heures à faire le tour — c'est pourquoi il semble immobile au-dessus d'un même point.
À 400 kilomètres, l'équilibre s'établit un peu au-dessus de quatre-vingt-dix minutes — quatre-vingt-douze, très précisément. C'est le temps qu'il faut à la station pour boucler un tour complet de la planète, soit environ seize fois par jour. Et comme elle passe alternativement dans la lumière et dans l'ombre de la Terre, l'équipage assiste à seize levers et seize couchers de soleil quotidiens.
Elle tombe quand même, un peu
L'espace, à cette altitude, n'est pas parfaitement vide. Il subsiste des traces d'atmosphère — extrêmement ténues, mais suffisantes pour freiner un objet de plus de 400 tonnes lancé à 28 000 kilomètres par heure.
Ce frottement fait perdre à la station de l'altitude en continu, de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de mètres par jour selon l'activité solaire. Livrée à elle-même, l'ISS finirait par rentrer dans les couches denses de l'atmosphère et s'y désintégrer en quelques années.
Elle est donc régulièrement remontée. Un vaisseau de ravitaillement amarré, ou les moteurs du segment russe, allument leurs propulseurs pour rehausser l'orbite. Ces manœuvres, appelées reboost, font partie de la routine de la station depuis le premier jour.
C'est aussi ce mécanisme qui scellera sa fin : lorsque la décision sera prise de la retirer du service, il suffira d'inverser le principe et de la freiner volontairement pour provoquer une rentrée contrôlée.
Pourquoi la trajectoire ondule sur la carte
Si vous suivez la position de l'ISS en direct, vous avez remarqué que sa trace ne fait pas le tour de la Terre en ligne droite : elle serpente, montant jusqu'au niveau du nord de l'Europe puis redescendant sous l'Amérique du Sud.
Cette ondulation n'est qu'un effet de la mise à plat. L'orbite est un cercle, mais un cercle incliné d'environ 51,6 degrés par rapport à l'équateur. Reportée sur une carte plane, cette inclinaison devient une sinusoïde.
Ce chiffre de 51,6 degrés n'a rien d'arbitraire. Il découle en grande partie de la position du cosmodrome de Baïkonour, au Kazakhstan, d'où partent les Soyouz : une fusée gagne à être lancée sur une orbite dont l'inclinaison correspond au moins à la latitude de son pas de tir. Cette contrainte historique, héritée de la coopération russo-américaine, donne aussi un avantage précieux — la station survole une large part des terres habitées, ce qu'une orbite équatoriale n'aurait jamais permis.
Chaque révolution ramène par ailleurs la station un peu plus à l'ouest, la Terre ayant tourné pendant les quatre-vingt-douze minutes écoulées. C'est pourquoi elle ne repasse jamais exactement au même endroit d'un tour à l'autre — et pourquoi les créneaux d'observation depuis un lieu donné changent chaque jour.
Ce qu'il faut retenir
La Station Spatiale Internationale ne défie aucune loi physique et n'échappe à aucune attraction. Elle tombe, continûment, depuis novembre 1998. Sa seule particularité est d'aller assez vite latéralement pour que le sol se dérobe toujours sous elle.
C'est une idée simple, et probablement l'une des plus élégantes de la mécanique céleste : rester en orbite, c'est apprendre à rater la Terre.
Vous pouvez suivre cette chute permanente en temps réel sur la carte de position de l'ISS, et apprendre à repérer la station dans le ciel de votre jardin grâce à notre guide d'observation à l'œil nu.
