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La science des films et des jeux-vidéos

La physique dans Gravity

Mardi 17 février 2015

Par Timo van Neerden

Gravity est un film catastrophe sorti en 2013. Il montre les astronautes en mission de réparation du télescope lutter pour leur survie, alors qu’un nuage de débris fonce droit sur eux.

Si la Nasa, dont le film s’inspire, est clairement une entreprise à vocation scientifique, le film, lui, présente une belle liste d’imprécisions en rapport avec la science.
Le réalisateur s’est cependant justifié de tout ça en déclarant que Gravity est avant tout un film de fiction et non un documentaire.

Hubble, l’ISS et la navette spatiale Explorer


hubble
Au début du film, les astronautes réparent le télescope Hubble. Ceci n’est pas de la fiction et de telles missions ont déjà eu lieu par le passé. La dernière étant la mission HST-SM4, effectuée en 2011 à bord de la navette Atlantis.

Le vaisseau se retrouve bombardé par des débris de satellites, le rendant inopérants. Les deux survivants que sont le Dr. Stone et le lieutenant Kowalski décident d’aller se réfugier dans la station spatiale internationale.
À priori ça semble valable. Le soucis c’est que l’orbite de Hubble se situe à 590 km d’altitude, et celui de l’ISS est à 350 à 400 km d’altitude, soit une différence de pas loin de 190 km entre les deux altitudes.

Si encore l’ISS était juste en dessous de Hubble, le trajet ne serait pas si long, mais ceci n’est pas le cas : la différence d’altitude entre les deux satellites implique également que l’ISS, en orbite plus basse se doit d’aller plus vite pour rester en orbite. Wiki nous donne ainsi 27'600 km/h pour l’ISS et 25'776 pour Hubble, soit pas loin de 2'000 km/h de différence. Ceci fait que si l’ISS était en dessous des personnages à un instant donné, il fuserait plus vite qu’une balle de fusil et il faudrait encore le rattraper…

Je veux bien qu’il n’y ait pas beaucoup de frottements et qu’une accélération importante est possible, mais obtenir ça avec juste le jet-pack de Kowalski, c’est irréaliste (oui, c’est George Clooney [who else] qui est à l’intérieur, mais ça ne change rien !), surtout que le jet-pack est très limité en gaz propulsant (il est même complètement à plat au moment où ils arrivent près de la station).

Sans oublier en plus que partir de Hubble pour aller vers l’ISS en urgence (donc non planifié, sans savoir si les deux satellites sont proches ou pas), c’est comme aller d’un point sur Terre à un autre sur un coup de tête : les deux satellites sont en déplacement l’un par rapport à l’autre, et il y a de très fortes chances que les deux ne soient pas proches du tout et soient séparés par des milliers de kilomètres de trajet. Là encore, un jet-pack ne suffit pas (ou alors celui d’Iron-Man, dont la propulsion est illimité, dont je reparlerai dans un autre article, mais c’est une autre histoire).

Oh, et je ne parle même pas de la station spatiale chinoise, Shenzhou, qui elle aussi se trouvait justement, comme par hasard, à seulement quelques centaines de mètres de là.

Mais si ce n’était que ça…

Les effets d’apesanteur : les cheveux qui flottent


Si vous êtes en orbite autour de la Terre ou en chute libre (ce qui équivaut en réalité à la même chose) vous ne ressentez plus votre poids. Vous et votre corps… et vos cheveux.

Peut-on m’expliquer pourquoi les cheveux du Dr. Stone sont soumis à la pesanteur (ils tombent, comme sur la capture) alors que le reste est en apesanteur ?

bullock hair
En vrai, même pour des cheveux pas forcément long, on aurait plutôt quelque chose comme sur cette image.

Les effets d’apesanteur : les larmes qui flottent


Un peu plus loin dans le film, Dr. Stone verse une larme, que l’on voit ensuite flotter dans l’habitacle du vaisseau Soyouz :

larmes de Stone dans l’espace
C’est triste, mais faux, car à part si elle a elle-même détaché la larme de sa joue, normalement, la larme devrait plutôt rester collée sur son œil à cause de sa tension de surface, la même qui fait — sur Terre, cette fois — couler une larme jusqu’en bas du menton avant de tomber, et pas juste couler sur la joue.

Comme ces (fausses) larmes prises en photo à bord de l’ISS par la Nasa :

larmes en vrai dans l’espace
S’il n’y avait pas de tension de surface dans l’espace (ce qui aurait pu ne pas être impossible, pour une raison ou une autre), alors ce serait la forme de la larme (ou de toute goûte d’eau ou de liquide) qui serait incohérente : la forme sphérique et le fait que les molécules d’eau restent agglutinées ensembles est dû à la tension de surface.

Les effets d’apesanteur : l’extincteur qui propulse


Tout comme Kowalski utilise au début du film son jet-pack, Stone est amenée à se servir d’un extincteur pour se propulser :

dr stone et l’extincteur
Et bien ceci est réel ! Dans l’espace, étant donné qu’il n’y a pas de frottements de l’air (il n’y a pas ou très peu d’air), il est très simple de se propulser : il suffit de jeter un objet, ou, comme là, du gaz. C’est alors une simple loi des actions réciproques (action-réaction) qui vous poussera dans la direction opposée avec autant de force que vous propulsez du gaz, ce qui fait une belle poussée quand même, étant donnée que les extincteurs à CO2 habituels sont compressés avec 50 bars de pression…

Là où je m’autorise la critique d’un peu tout ça quand même (je suis là pour ça :p), c’est qu’il aurait été bien plus simple pour Stone de placer la tuyère au niveau de son nombril, qui constitue le point d’application du centre de gravité du corps humain et aurait évité à Stone de tourner dans tous les sens et au contraire permis d’augmenter la force de poussée.

Les effets de l’absence d’air : le son dans l’espace


Une erreur classique : dans l’espace, en absence d’air, il n’y a pas de propagation du son. Donc que ce soit un débris qui heurte la station spatiale ou l’éjection des gaz de propulsion d’un jet-pack, ça ne fait pas de bruit. L’astronaute peut sentir les vibrations de son jet-pack car le son voyage à travers le jet-pack et la combinaison, mais pour un observateur tiers (le cameraman), le jet-pack serait totalement silencieux.

Même chose, au passage, pour les super-novas : eh oui, une étoile géante qui explose, ça se fait en silence.

Les effets de l’absence d’air : le gonflement du corps


Un autre truc m’avait surpris, au début du film : juste après la pluie de débris qui frappe la navette Explorer et Hubble, un des passagers est tué : un débris l’a heurté et a traversé son casque et sa tête :

gore : open head
(désolé, c’est gore, mais c’est pour la science ^^)

Cette image n’est pas non plus réaliste : si on laissait un corps humain dans l’espace, il se gonflerait et finirait éventuellement par éclater lentement (pas d’explosion ou d’éclatement par contre)… Et tous ses organes et membres aussi.

Sur le plancher des vaches, la pression interne du corps compense les quelques tonnes de pression atmosphérique qui s’exercent sur toute la surface du corps. Dans l’espace, il n’y a pas cet équilibre et seule la pression interne du corps subsiste. Les combinaisons portées par les astronautes sont d’ailleurs pressurisées, ce qui leur donne cet aspect « gonflé », justement pour compenser l’absence de pression atmosphérique.

À la place d’une image d’une tête trouée nette, on aurait dû voir des organes du corps du pauvre monsieur remonter par le cou et ressortir à la « pas-d’air » libre.

Même chose pour le sang et tout l’eau du corps (70% de la masse d’un humain est constitué d’eau, rappelons-le) : à une pression nulle, l’eau bout même quand il fait froid. Ici donc, on devrait plutôt voir de la vapeur d’eau, de sang et d’autres trucs que notre corps contient, partout autour du cadavre, à l’état gazeux…

La fin du film : retombée dans la rivière


La fin du film est assez épique mais encore une fois scientifiquement débattable.

Déjà, le vaisseau Shenzhou dans lequel se trouve Stone entre dans l’atmosphère et chauffe (ceci est normal : bien qu’il fasse seulement quelques kelvin de température à ces altitudes, c’est la vitesse des molécules qui provoque des chocs thermiques très importants et chauffent le vaisseau), pour finir par atterrir dans une rivière. Sérieusement : « dans une rivière » ?

On se doute que si le vaisseau avait atterrit sur la terre ferme, il se serait éclaté, d’où le choix de l’eau. Mais bon sang… L’eau recouvre les trois-quarts de la planète avec les océans.
Si — comme ça aurait dû se passer en vrai — la panne du vaisseau avait effectivement lieu de façon inattendue, alors la descente sur Terre se serait elle aussi effectuée sans tenir compte de la position au dessus de la Terre, et donc du fait qu’il faille absolument que l’atterrissage se fasse dans l’eau.
Par conséquent, il y aurait au moins 70% de chances qu’il tombe au milieu des océans (et au moins 50% de chances au milieu du Pacifique), à des milliers des kilomètres des côtes.

Le Pacifique recouvre un peu moins de la moitié du globe, comme vous voyez :

google earth capture d’écran du pacifique
Bon bon… Donc le vaisseau est dans les 30% de chances où il ne tombe pas les océans. Soit. Mais alors une rivière, c’est pas très réaliste…

Pour la France, c’est à peu près 0,2% du territoire qui est occupée par des lacs et rivières. Si on estime que c’est à peu pareil sur toutes les terres émergées, on arrive à une probabilité réelle de tomber depuis l’espace dans une rivière de 0,06%. Dit autrement, ça signifie qu’il y ait 99,94% que le vaisseau tombe soit dans l’océan soit sur la terre ferme.

Par ailleurs, quand les astronautes reviennent d’une mission spatiale longue, l’absence prolongée de gravité en orbite provoque une atrophie de l’ossature et il faut des mois de rééducation (la Nasa paye même très cher des volontaires qui veulent rester couchés durant des mois, justement pour comprendre ce qui se passe quand le corps n’utilise pas ses os ou ses muscles).

Il est donc impossible que Stone nage jusqu’à la rive et se relève comme si elle n’avait jamais quitté la Terre.

Pour conclure


Le scénario d’un film nommé « Gravity » se passe dans l’espace, en l’absence totale de pesanteur. Je rejoins Neil dG Tyson : il faut renommer ce film « zero-gravity ».

Oh, pour finir sur un bon point quand même, l’intrigue principale basée sur la destruction en chaîne des satellites en orbite, à cause de quelques débris qui provoquent plus de débris et ainsi de suite, c’est totalement possible : c’est le syndrome de Kessler, du nom de l’ingénieur de la Nasa qui l’envisagea il y a une trentaine d’années.

Les débris qui voyagent en orbite sont peut-être petits, mais leur vitesse est considérable : jusqu'à 36'000 km/h, soit une dizaine de kilomètres par seconde ! À ces vitesses, l’énergie d’un écrou de 20 grammes a autant d’énergie qu’un objet de 500 kg propulsé à 200 km/h. Autant dire que rien ne résiste à l’impact d’un débris, même minuscule, même une couverture de Kevlar, et pas non plus une station spatiale entière faite de métal et d’électronique…