Scott Kelly et Terry Virts inspectent le système d’élimination du dioxyde de carbone de la SSI

Scott Kelly et Terry Virts inspectent le système d’élimination du dioxyde de carbone de la SSI (NASA, Wikimedia Commons)

Le dioxyde de carbone sur la terre et dans la SSI

Résumé

Le dioxyde de carbone est un élément important de l’air que nous respirons. Mais qu’est-ce que le CO2? Comment est-il mesuré? Comment peut-il nous affecter?

Le Dioxyde De Carbone Sur Terre

L’air qui nous entoure se compose de nombreux gaz. Les principaux sont

  • l’azote (78 %) 
  • l’oxygène (21 %)
  • l’argon (0,93 %) et 
  • le dioxyde de carbone (0,04 %). 

Lorsqu’on mesure des gaz, on s’intéresse souvent à leur concentration. La concentration est la mesure d’une quantité précise de matière, comme le dioxyde de carbone (CO2), dans un volume donné. 


La concentration des gaz est couramment exprimée en parties par million (ppm). Par exemple, une concentration de 1 ppm de dioxyde de carbone indiquerait qu’il y a 1 L de ce gaz dans 1 000 000 L d’air. 


Il arrive aussi qu’on mesure les gaz en millimètres de mercure (mm Hg). Pour ce faire, on utilise un tube étroit en forme de « U » rempli de mercure liquide. Plus la force exercée vers le bas par le dioxyde de carbone (ou un autre gaz) sur le mercure est importante, plus ce dernier montera dans le tube.

Un détecteur de dioxyde de carbone
Un détecteur de dioxyde de carbone (Source : Morn [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

Comment mesure-t-on le dioxyde de carbone?

Pour déterminer la concentration de dioxyde de carbone dans un volume donné, on peut utiliser un dispositif appelé détecteur de dioxyde de carbone. Cet appareil saisit la quantité de molécules du gaz dans l’air à l’aide d’un capteur de CO2, et l’écran du détecteur affiche sa concentration en ppm.

Quelles sont les sources de dioxyde de carbone?

Le dioxyde de carbone dans notre atmosphère provient de nombreuses sources, tant naturelles qu’artificielles. Parmi les sources naturelles, on peut penser aux océans, aux matières organiques en décomposition et à la respiration de toute cellule vivante. 

En effet, les cellules subissent des réactions chimiques qui libèrent l’énergie dont ces dernières ont besoin. Lors de ces réactions, elles produisent du dioxyde de carbone et de l’eau comme déchets. Chaque fois que nous expirons, nous nous débarrassons de ce dioxyde de carbone produit par nos cellules. Quand les gens brûlent des matières combustibles, comme le bois, le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, de grandes quantités de CO2 sont libérées dans l’atmosphère.

En moyenne, l’air extérieur contient de 300 à 350 ppm de dioxyde de carbone. Cette concentration peut être beaucoup plus élevée à l’intérieur. Pense à ta salle de classe. Durant le jour, tous les gens qui s’y trouvent, élèves et enseignants, expirent. Tout cet air expiré peut faire en sorte qu’il y ait énormément de CO2 dans la salle. Parfois, le gaz peut s’échapper par une fenêtre ou le système de ventilation de l’école. Mais s’il ne le peut pas, il s’accumulera alors peu à peu dans la pièce.

Comment le dioxyde de carbone affecte-t-il notre santé physique et mentale?

Plus le niveau de dioxyde de carbone est élevé, plus celui de l’oxygène est faible. Quand notre cerveau reçoit moins d’oxygène, le corps s’en ressent. À environ 1 000 ppm de CO2, on peut commencer à se sentir fatigué. Des symptômes comme des maux de tête, des étourdissements, de la fatigue et des difficultés respiratoires peuvent apparaître quand le niveau de CO2 passe au-dessus de 2 000 ppm. Au-delà de 5 000 ppm, des effets encore plus dangereux peuvent se produire. 

Quand notre cerveau reçoit moins d’oxygène, l’esprit aussi s’en ressent. Si le niveau de dioxyde de carbone est élevé, il peut devenir difficile de suivre ton cours. Tu pourrais aussi avoir du mal à faire des tâches qui requièrent de la concentration, comme l’addition d’une colonne de nombres, ou la recherche de fautes dans un texte.

Quelle est donc la concentration optimale ou « idéale » de dioxyde de carbone en classe? En deux mots, plus elle est basse, mieux c’est! Les experts ne s’entendent pas tout à fait sur ce sujet, mais, idéalement, la concentration de CO2 à l’école ne devrait pas dépasser de 800 à 1 000 ppm.

Le savais-tu?

Les Canadiens passent en moyenne environ 90 % de leur temps à l’intérieur

Le Dioxyde De Carbone Dans La Station Spatiale Internationale

Le maintien d’une atmosphère respirable dans un vaisseau spatial n’est pas une mince affaire! Dans un écosystème fermé comme la Station spatiale internationale (SSI), il importe vraiment de gérer le niveau de gaz comme le dioxyde de carbone (CO2) si l’on veut assurer la santé et la sécurité des astronautes. Et contrairement à nous sur Terre, ces derniers ne peuvent ouvrir une fenêtre ou sortir prendre une bouffée d’air frais!

Une roche contenant quatre cristaux de zéolite différents. Cet échantillon a été recueilli au Canada
Une roche contenant quatre cristaux de zéolite différents. Cet échantillon a été recueilli au Canada (Source : Rob Lavinsky, iRocks.com [CC-BY-SA-3.0] via Wikimedia Commons].

Comment le dioxyde de carbone est-il contrôlé à bord de la SSI?

Presque tout le CO2 à bord de la SSI est produit par la respiration des astronautes. Les niveaux de ce gaz sont surveillés et maintenus au moyen d’un équipement de revitalisation de l’air (AR pour Atmosphere Revitalization) faisant partie de l’équipement de vie et de contrôle de l’environnement (ECLSS pour Environmental Control and Life Support System) de la SSI. La NASA a établi la moyenne maximale de CO2 permise sur 24 h à bord de la Station à 5 250 ppm (4,0 mm Hg). 

Pour détecter les niveaux de ce gaz, plusieurs capteurs ont été placés à des endroits stratégiques dans la SSI. Pour éliminer le CO2, l’air est circulé au-dessus d’un lit de roches appelées zéolites, qui capturent les molécules d’eau et de dioxyde de carbone dans l’air. L’eau est récupérée pour être recyclée, mais le CO2 est expulsé de la Station. Cela veut toutefois dire qu’une petite quantité d’air de la SSI est perdue chaque jour.

La circulation de l’air est une composante importante de la gestion des niveaux de CO2 à bord de la SSI. Parce que l’air ne circule pas en microgravité comme il le ferait sur Terre, des poches de gaz peuvent s’accumuler dans certaines parties de la Station. Or, ces accumulations peuvent s’avérer dangereuses pour les astronautes. Par exemple, une bulle de CO2 pourrait se former autour de la tête d’un membre de l’équipage quand il ou elle dort, ce qui aurait pour effet d’engendrer un manque d’oxygène.

C’est pourquoi les astronautes ont toujours un ventilateur orienté vers leur visage quand ils dorment. Des ventilateurs sont aussi placés un peu partout dans la Station, mais ils ne peuvent empêcher complètement la formation de poches de CO2.

Un détecteur personnel de CO<sub>2</sub> porté par les astronautes dans la Station spatiale internationale.
Un détecteur personnel de CO2 porté par les astronautes dans la Station spatiale internationale (Source : NASA).

Des études menées à bord de la SSI montrent que les astronautes sont plus sensibles aux niveaux de CO2 dans l’espace que sur Terre. Quand ils sont élevés, ces niveaux peuvent provoquer des maux de tête, des étourdissements, une hausse de la tension artérielle, de même que de la fatigue. S’ils doivent alors effectuer des tâches complexes, les astronautes peuvent également faire plus d’erreurs et y mettre plus de temps. C’est pourquoi des chercheurs travaillent sans relâche pour déterminer comment contrôler et abaisser les volumes de CO2 dans des astronefs comme la SSI.

Depuis 2016, certains astronautes de la SSI portent sur eux de petits détecteurs de CO2, qui sont dotés d’un circuit spécial équipé d’un capteur CozIR. Ces détecteurs sont aussi munis d’un connecteur micro USB permettant de les recharger et de télécharger leurs données. Quand ils se déplacent au sein de la Station, les astronautes peuvent traverser des bulles de CO2 que les détecteurs installés sur les murs ne captent pas. Les activités de l’équipage, comme l’exercice ou le partage d’un repas, peuvent aussi influer sur la quantité de dioxyde de carbone à laquelle ils sont exposés. 

Le port d’un détecteur personnel leur permet, ainsi qu’aux chercheurs sur Terre, d’avoir une meilleure idée de la quantité de CO2 autour d’eux au courant de la journée. Les astronautes peuvent surveiller leurs niveaux de CO2 avec une application iPad, et les données enregistrées sont transmises tous les jours au centre de commande sur Terre.

 

 

Références

Aretas Sensor Networks. (n.d.). Indoor office CO2 levels.

Bacal, K. (n.d.). Cabin environment and EVA environment. Federal Aviation Administration.

Bacal, K. (n.d.). Cabin environment and EVA environment. Federal Aviation Administration.

Chao, J. (2012, octobre 17). Elevated indoor carbon dioxide impairs decision-making performance. Berkeley Lab.

National Collaborating Centre for Environmental Health. (2010, juin). Carbon dioxide in indoor air.

Ontario Secondary School Teacher's Foundation. (n.d.). Inadequate ventilation and high CO2 levels.

Tahirali, J. (2015, février 3). Poor air quality in Toronto schools could impair learning environment. CTV News.

Washington Post. (2016, mai 1). Too much carbon dioxide may cloud our thinking.

Wisconsin Department of Health Services. (2018, novembre 20). Carbon dioxide.