Éclairage dans le module de laboratoire Destiny à bord de la Station spatiale internationale pendant le sommeil des astronautes

Éclairage dans le module de laboratoire Destiny à bord de la Station spatiale internationale pendant le sommeil des astronautes (NASA).

La lumière sur la Terre et dans la Station Spatiale Internationale

Parlons sciences

Résumé

Cette fiche explique ce qu’est la lumière, comment elle est mesurée, et comment elle affecte les habitants de la Terre et les astronautes à bord de la SSI.

La lumière sur Terre

Les journées sont tantôt ensoleillées et joyeuses, tantôt sombres et maussades. Le degré de clarté ou d’obscurité d’un lieu dépend de la quantité de lumière. Quand on parle de luminosité, on peut vouloir dire la quantité de lumière que produit une source lumineuse, l’intensité que nous percevons de cette source ou encore, sa capacité à éclairer des objets situés à une distance donnée. Examinons chaque cas plus en détail.

Comment mesure-t-on la quantité de lumière provenant d’une source?

La quantité totale de lumière visible produite par une source lumineuse s’appelle le flux lumineux, et l’unité utilisée pour mesurer ce flux est le lumen (lm). Plus la valeur en lumens est élevée, plus la lumière est brillante.

Tableau comparant la luminosité et la puissance en watts des ampoules à incandescence, fluorescentes compactes et à DEL
Tableau comparant la luminosité et la puissance en watts des ampoules à incandescence, fluorescentes compactes et à DEL (© 2019 Parlons sciences).

Comment peut-on mesurer l’intensité d’une source lumineuse?

L’intensité d’une source de lumière perçue par l’œil humain s’appelle l’intensité lumineuse, et l’unité utilisée pour mesurer cette intensité est la candela (cd). L’intensité en candelas est utile lorsqu’on veut comparer des faisceaux lumineux, comme ceux de lampes de poche, de projecteurs ou de pointeurs laser. Le nombre de candelas indique aussi jusqu’à quelle distance on peut se tenir d’une source lumineuse sans la perdre de vue. Une candela correspond approximativement à la lumière émise par une bougie de gâteau d’anniversaire.

Lampe de poche, projecteur et lampes laser
Lampe de poche, projecteur et lampes laser  (Sources: ballykdy via iStockphoto; BorisRabtsevich via iStockphoto; et genkur via iStockphoto).

Comment peut-on mesurer la quantité de lumière qui brille sur quelque chose?

La quantité de lumière que reçoit une surface en fonction de son aire est ce qu’on appelle l’éclairement lumineux, soit le paramètre le plus couramment utilisé pour mesurer la lumière. Il est exprimé en lux (lx), et un lux est équivalent à un lumen par mètre carré, 1 lx = 1 lm/m2. Les lux se mesurent au moyen d’un dispositif qu’on appelle le luxmètre. Imagine que tu es assis dehors, en train de lire. Si la journée est ensoleillée, tu n’auras pas de mal à lire les pages de ton livre (quoiqu’elles risquent d’être un peu trop éblouissantes) parce que l’éclairement lumineux (valeur en lux) est très élevé. Mais si le ciel s’ennuage, il deviendra plus difficile de lire les mots sur les pages étant donné que l’éclairement lumineux aura diminué, et au coucher du soleil, tu ne pourras probablement plus lire du tout, puisqu’il sera très faible.

Comment la lumière affecte-t-elle notre santé mentale et physique?

La quantité de lumière sur les surfaces qui nous entourent peut affecter comment on se sent sur le plan physique et mental. Lorsque l’éclairement lumineux est trop élevé, la lumière peut entraîner de la fatigue oculaire ou causer des maux de tête. Une pièce baignée de lumière excessive peut nuire à la concentration et peut même agiter certaines personnes. Une luminosité ou valeur en lux trop élevée peut même endommager les yeux. De la même façon, si le niveau de lux est trop faible, cela peut fatiguer les yeux ou entraîner des maux de tête, ou même provoquer de la somnolence, puisque la lumière freine la production de mélatonine, une hormone qui favorise le sommeil. Évidemment, si une pièce est très obscure, ses occupants risquent de heurter des objets ou d’avoir peur.

Les concepteurs d’éclairage intérieur essaient de trouver les niveaux d’éclairement lumineux qui conviennent le mieux aux activités auxquelles s’adonnent les gens. Par exemple, les salles de théâtre et les escaliers sont généralement plutôt sombres (200 lx), les cuisines, les bibliothèques et les épiceries sont plus lumineuses (500 lx), tandis que les salles d’opération sont fortement éclairées (1 000 lx). Les gens qui conçoivent des systèmes d’éclairage doivent également tenir compte d’autres facteurs tels la sécurité, l’entretien et les coûts.

Mais quelle est la plage de lumière idéale pour une classe? À l’école, la luminosité idéale se situe entre 250 et 500 lx : 300 lx pour les espaces où les élèves travaillent le plus et 500 lx dans les aires fréquentées majoritairement par les enseignants.

La lumière dans la SSI

Dans quelle lumière les astronautes vivent-ils?

Une des nombreuses particularités des séjours à bord de la Station spatiale internationale (SSI), c’est qu’on peut voir 16 levers et couchers de soleil par jour! En effet, comme la SSI décrit une orbite autour de la Terre toutes les 90 minutes, les astronautes n’ont pas le même sens du jour et de la nuit que lorsqu’ils sont sur Terre, laquelle effectue une rotation sur elle-même sur un cycle de 24 heures. Or, cela a une incidence sur le rythme circadien des astronautes. Considéré comme l’horloge naturelle du corps, le rythme circadien régule nos habitudes de sommeil et d’alimentation. Comme il est en lien direct avec le cycle clarté-obscurité propre à la vie sur Terre, lorsque les astronautes ne sont plus exposés à ces repères de luminosité dans leur environnement, cela peut avoir des effets néfastes sur leur santé.

L’éclairage dans le laboratoire Destiny pendant les activités de jour
L’éclairage dans le laboratoire Destiny de la SSI, pendant les activités de jour (Source : NASA).

Quelle est l’incidence de la lumière à bord de l’ISS sur la santé des astronautes?

L’éclairage à bord de la SSI a donc été pensé pour simuler le cycle jour-nuit de 24 heures. Les horloges dans la Station sont réglées au temps universel coordonné (UTC); les astronautes évoluent pendant 15 ½ heures dans une lumière du jour simulée (l’éclairage est à pleine intensité), et peuvent ensuite se reposer pendant 8 ½ heures, période pendant laquelle l’éclairage est tamisé (les lumières ne sont jamais complètement éteintes, en cas d’urgence). Malgré ces mesures, la plupart des astronautes ne dorment qu’environ 6 heures par jour, les problèmes de sommeil étant courants lors de séjours spatiaux. La perturbation du rythme circadien associée à la vie dans l’espace est en grande partie responsable des troubles du sommeil qu’éprouvent les astronautes.

Quel type d’éclairage se trouve à bord de l’ISS?

Lors de l’assemblage de la SSI dans l’espace, le système d’éclairage initial se composait de longs tubes fluorescents spéciaux. Ce type de lampe émettait alors une lumière d’une couleur bleu ciel qui « éveille » le cerveau et rend les gens plus alertes. Or, l’exposition à de la lumière bleue avant d’aller au lit rend la détente et le sommeil plus difficiles, et l’éclairage fluorescent dans la SSI contribuait ainsi à la difficulté de trouver le sommeil chez les astronautes. En 2016, l’éclairage a été remplacé par des lampes à DEL (semi-conducteurs) qui peuvent être réglées à trois différentes intensité et couleur au cours de la journée, en harmonie avec le rythme circadien des astronautes. Au réglage normal, le système fournit un éclairage adéquat pour les activités de la journée, mais lorsqu’approche l’heure du coucher, il passe à une intensité plus faible et à une teinte moins bleue. Un troisième réglage d’éclairage plus bleuté est utilisé lorsque les astronautes doivent se concentrer et être plus vigilants.

Éclairage dans le module de laboratoire Destiny pendant les heures de sommeil
L’éclairage dans le laboratoire Destiny de la SSI, pendant les heures de sommeil (Source : NASA).

 

Références

Benya, J. R. (2001, decembre). Lighting for schoolsNational Institute of Building Sciences.

BRANZ Ltd, & New Zealand Ministry of Education. (n.d.). Designing quality learning spaces: Lighting.

Euroka (2017). Lumen, candela et lux.

Hiscocks, P. D. (2011, janvier). Measuring light. Ryerson University.

Worth, K. (2012, decembre 4). Casting light on astronaut insomnia: ISS to get sleep-promoting lightbulbs. Scientific American.