Pourquoi l'ISS ne tombe-t-elle pas sur Terre, et pourquoi les astronautes flottent-ils ?

L’ISS ne reste pas en altitude parce que la gravité aurait disparu. Elle tombe continuellement autour de la Terre : l’attraction terrestre courbe son mouvement vers l’intérieur, tandis que sa grande vitesse latérale l’emporte autour de la planète. L’équipage et les objets à bord tombent avec elle. Ils flottent donc par rapport à la station, malgré une attraction terrestre encore forte.

Voilà comment la gravité peut maintenir un engin sur une orbite alors que les personnes à l’intérieur sont en apesanteur.

La gravité existe-t-elle encore à cette altitude ?

Oui, et elle reste importante. L’ISS évolue en orbite terrestre basse, à une altitude de l’ordre de 400 kilomètres. Selon l’explication de la NASA sur la microgravité, l’attraction terrestre y atteint encore environ 90 % de sa valeur au sol. La proportion exacte dépend de l’altitude.

La gravité ne s’arrête donc pas à une frontière entre l’atmosphère et l’espace. Elle diminue avec la distance. Or, comparée au rayon de la Terre, la hauteur de l’ISS représente un supplément de distance assez modeste.

Si l’on pouvait immobiliser une plateforme à cette altitude, ses occupants ne seraient pas en apesanteur du seul fait de l’éloignement. Ce qui compte, c’est le mouvement de la station, pas uniquement sa hauteur.

Une orbite, c’est une chute avec une grande vitesse latérale

Imaginez une balle lancée horizontalement. Elle avance tandis que la gravité la fait descendre. Plus on la lance vite, plus elle parcourt de distance avant de toucher le sol.

Poursuivons cette expérience de pensée sans résistance de l’air ni montagnes sur le trajet. À la bonne vitesse latérale, la trajectoire de chute se courbe pendant que le sol se dérobe sous la balle du fait de la courbure terrestre. La balle tombe toujours vers la Terre, mais ne rencontre pas sa surface : elle est en orbite.

La NASA présente cette idée avec l’expérience de pensée de Newton. C’est une manière de comprendre le principe, pas une méthode réelle de lancement. L’ISS se déplace à environ 28 000 kilomètres par heure et effectue un tour en quelque 90 minutes. Ce sont des ordres de grandeur, pas des mesures de télémétrie en direct.

La gravité assure justement le changement continu de direction. Sans elle, la station poursuivrait d’abord son mouvement suivant la tangente au lieu de rester sur une trajectoire courbe. Elle va assez vite latéralement pour tomber autour de la Terre ; elle n’est pas trop loin pour être attirée.

Pourquoi tout flotte-t-il à bord ?

Sur Terre, la gravité vous attire vers le bas et le sol vous soutient vers le haut. C’est cette force de soutien que l’on ressent. Un pèse-personne mesure la force exercée sur son plateau.

Dans l’ISS, la station, l’équipage et un objet lâché doucement sont, à peu de chose près, en chute commune. Le plancher n’a donc pas à soutenir une personne qui flotte librement comme le ferait un sol terrestre. Un stylo lâché ne commence pas soudain à tomber tout seul : il partageait déjà le mouvement de la station et continue de tomber avec elle.

Une cabine en chute libre fournit une comparaison simple. Si la cabine, une personne et un stylo tombent ensemble, le stylo semble flotter à l’intérieur. En orbite, cette chute commune se prolonge parce que le mouvement contourne la Terre. La NASA explique ainsi le flottement des objets.

Être en apesanteur ne signifie pas perdre sa masse. Un équipement massif flotte, mais il faut toujours une force pour l’accélérer ou l’arrêter. Dans le cas idéal, un pèse-personne en chute avec son occupant indiquerait zéro ; la masse de la personne resterait identique.

Que signifie alors « microgravité » ?

Le terme décrit les conditions de quasi-apesanteur à bord. Il ne signifie pas que l’attraction terrestre serait devenue une fraction infime de sa valeur au sol. C’est la chute libre commune qui change la situation. Une station réelle subit aussi de petites perturbations : parler d’une absence de gravité serait trompeur.

On peut d’ailleurs produire de courtes périodes d’apesanteur sur Terre, lors de vols paraboliques ou dans des tours de chute. Nul besoin de s’éloigner énormément de la planète pour obtenir cet effet.

Les moteurs fonctionnent-ils en permanence ?

Une orbite n’exige pas une poussée continue comme celle qui permet à un avion de compenser la résistance de l’air. Pourtant, l’orbite réelle de l’ISS n’est pas immuable. Une atmosphère résiduelle extrêmement ténue freine encore la station et son orbite s’abaisse progressivement.

Des manœuvres permettent donc de la rehausser régulièrement. La fiche de référence de la NASA sur l’ISS décrit ce besoin. Ces corrections compensent notamment le freinage atmosphérique ; elles ne consistent pas à faire du surplace contre la gravité.

Se représenter le mouvement autour du globe

Dessinez un cercle pour la Terre et un petit arc au-dessus pour l’orbite. En un point, ajoutez une flèche le long de la trajectoire pour le mouvement instantané, puis une autre vers le centre de la Terre pour l’accélération gravitationnelle. Ces flèches représentent deux grandeurs différentes : elles n’ont pas à s’annuler.

Dans LiveGlobe 3D, vous pouvez faire tourner le globe et afficher l’ISS depuis le menu spatial, selon les droits d’accès et la disponibilité des données orbitales externes. La vue de la Terre courbe aide à se représenter l’ensemble. Le schéma avec les flèches reste un exercice personnel.

Pour voir réellement la station dans le ciel, il faut aussi tenir compte du Soleil, du lieu et des conditions d’observation. Retrouvez cette autre question dans notre guide des passages visibles de l’ISS.

À retenir : l’ISS n’échappe pas à la gravité ; sa vitesse latérale la maintient en chute libre autour de la Terre. Explorez la perspective dans LiveGlobe, puis comparez-la à votre dessin.