Sortie extravéhiculaire

La première sortie extravéhiculaire est effectuée par le cosmonaute soviétique Alexei Leonov le 18 mars 1965 lors de la mission Voskhod 2. Environ une heure et demie après que le vaisseau a été placé en orbite et alors qu'il boucle sa première orbite, Leonov pénètre dans le sas gonflable Volga pour commencer sa sortie. L'écoutille interne est refermée par Beliaïev. Celui-ci déclenche la dépressurisation du sas puis l'ouverture de l'écoutille externe. Leonov émerge prudemment du sas, relié à la capsule spatiale par un filin de 4,5 mètres. Après avoir flotté une dizaine de minutes dans le vide, il entreprend de réintégrer le vaisseau. Il se rend compte alors que la combinaison s'est tellement dilatée que ses pieds et ses mains ne sont plus positionnés dans les gants et les bottes, comme s'il avait rétréci. Contraint de s'introduire dans le sas la tête la première, contrairement au plan de vol, il parvient, au prix de mille efforts, à refermer l'écoutille et à repressuriser le compartiment.

Moins de trois mois plus tard, le 3 juin, l'américain Edward White "marche" dans l'espace pendant vingt minutes (mission Gemini 4) sans incident. Il est suivi l'année suivante par quatre autres astronautes (Cernan, Collins, Gordon et Aldrin, vols Gemini 9 à 12). L'objectif est de voir dans quelle mesure le corps s'adapte aux conditions extrêmes, dans la perspective du débarquement sur la Lune, que les américains projettent pour la fin de la décennie. Or la combinaison des vols Gemini, à usage mixte (intra et extra-véhiculaire), tend à maintenir les corps en position "assise", correspondant à l'utilisation à l'intérieur du vaisseau. Malgré d'importants efforts, les astronautes sont donc dans l'incapacité d'effectuer des mouvements amples[3]. À la fin de la décennie, côté russe comme côté américain, les combinaisons spatiales seront conçues de manière à corriger ce défaut. Et aucun astronaute ni cosmonaute ne pourra se passer de l'assistance d'un collègue pour effectuer une EVA, même partielle (sortie du vaisseau à mi-corps).

Le 15 janvier 1969, les soviétiques Khrounov et Elisseïev, partis à bord du vaisseau Soyouz 5, accomplissent une EVA pour rejoindre le vaisseau Soyouz 4 (auquel ils se sont amarrés) pour revenir sur Terre. Des années plus tard, après la levée du rideau de fer, on apprendra que cette expérience visait à préparer les russes au débarquement sur la Lune, qu'ils projetaient en secret. Leurs équipements, moins sophistiqués que ceux des américains, n'auraient pas permis un transfert d'équipage de module à module depuis l'intérieur, en raison de l'absence d'un tunnel de communications. Il était donc prévu que le cosmonaute qui reviendrait du sol lunaire retrouverait son collègue resté en orbite en passant par l'extérieur.

Un peu plus tard, le 6 mars, lors du vol Apollo 9, l'américain Schweickart réalise une EVA hors du LEM (qui effectue son premier vol) dans un but légèrement similaire : afin de tester les procédures de retour des futurs explorateurs lunaires, au cas où, lors de leur retour en orbite lunaire, ils ne parviendraient pas à s'arrimer au CSM. C'est également l'occasion pour Schweickart de tester le scaphandre lunaire dans les conditions réelles. Sa sortie s'effectue sous les yeux de Scott, lui-même sorti à moitié du module de commande.

En juillet 1969, précédé depuis 1966 par des engins automatiques, l'Homme marche sur la Lune. Alors que, jusqu'ici, toutes les EVA étaient expérimentales, pendant quatre ans, elles prennent un caractère scientifique : collectes de roches lunaires, dépose d'appareillages d'observation, prise de centaines de clichés photographiques... Il faut distinguer deux catégories d'EVA :
- les sorties réalisées à six reprises sur le sol lunaire par deux des membres d'équipage, depuis le LEM (14 moonwalks en tout),
- les sorties "translunaires" effectuées sur le chemin du retour par le pilote du CSM lors des trois dernières expéditions, afin de récupérer dans le module de service des clichés photographiques pris automatiquement depuis l'orbite.

• 21 juillet 1969 : vus en direct par des millions de téléspectateurs, les Américains Neil Armstrong et Buzz Aldrin effectuent la première sortie sur la Lune (Apollo 11). Dix autres astronautes rééditent cet exploit jusqu'en décembre 1972 (missions Apollo 12 à 17)[4]. Les EVA des trois dernières missions sont particulièrement longues et les astronautes effectuent de nombreux kilomètres en voiture, s'éloignant sensiblement du LM. Le record en la matière est la seconde des trois sorties d'Apollo 17, qui dure 7h34, où les astronautes parcourent 20,4 km et évoluent jusqu'à 7,6 km du LM. Le dernier moonwalker est un scientifique, Jack Schmitt, géologue de formation.
• 5 août 1971 : lors du retour de la mission Apollo 15, Alfred Worden effectue la première sortie entre la Terre et la Lune, à 317 000 km de notre planète, performance rééditée ensuite à deux reprises (en avril et décembre 1972) par ses compatriotes Mattingly et Evans (missions Apollo 16 et 17).

Malgré leurs efforts, les Soviétiques n'ont jamais pu envoyer d'hommes vers la Lune. Et depuis les vols Apollo, personne n'y est jamais retourné. Quatre sondes automatiques seulement s'y sont posées : deux soviétiques (Luna 21 en janvier 1973 et Luna 24 en août 1976) et deux chinoises (Chang'e 3 en janvier 2013 et Chang'e 4 en janvier 2019).

Après l'épopée lunaire, la rivalité entre les russes et les américains prend fin, symbolisée en 1975 par l'arrimage d'un vaisseau Apollo et d'un vaisseau Soyouz. Mais cet événement ne débouchera sur aucune collaboration pendant 20 ans, les deux nations menant leurs programmes chacune de son côté. Jusqu'à la fin du XX^e siècle, toutes les EVA sont réalisées aux abords des premières stations spatiales (Skylab, Saliout et Mir) ou de la navette spatiale. On retiendra ici quelques dates :

• 26 mai 1973 : l'américain Weitz s'extrait de la cabine Apollo, Kerwin le retenant par les pieds, pour effectuer une réparation sur la station Skylab. Jusqu'au 3 février 1974, neuf autres sorties seront effectuées autour de Skylab par tous les membres des trois équipages ;
• 19 décembre 1977 : en sortant de la station Saliout 6, Romanenko et Gretchko (mission Soyouz 26) effectuent la première EVA soviétique depuis presque neuf ans. Deux autres sorties seront effectuées sur cette station, en 1978 et 1979 par quatre autres cosmonautes ;
• 30 juillet 1982 : Valentin Lebedev et Anatoli Berezovoy effectuent la première sortie autour de Saliout 7. Douze autres sorties seront accomplies sur cette station jusqu'au 31 mai 1986, dont cinq par Kizim et Solovyov en 1984 ;
• 7 avril 1983 : les américains Musgrave et Peterson effectuent la première EVA depuis une navette spatiale (Challenger) ;
• 7 février 1984 : Bruce McCandless est le premier homme à réaliser une sortie autour de la Terre sans être relié au vaisseau par un câble, se mouvant dans l'espace au moyen du MMU, un "fauteuil" équipé de petits propulseurs (vol STS-41-B) ;
• 17 juillet et 11 octobre 1984 : la soviétique Svetlana Savitskaïa (vol Soyouz T-12 / Saliout 7) puis l'Américaine Kathryn D. Sullivan (vol STS-41-G) deviennent les premières femmes à sortir dans l'espace ;
• 11 avril 1987 : Romanenko et Laveykine effectuent la première EVA sur la station Mir, première station véritablement modulaire. À partir de cette date, les EVA deviennent plus ordinaires : 75 seront effectuées jusqu'au 28 mai 2000, totalisant 361 heures ;
• 9 décembre 1988 : Jean-Loup Chrétien effectue la première EVA d'un français, d'une durée record de 6 heures (vol Soyouz TM-7 / Mir (station spatiale) ;
• 1er février 1990 Serebrov teste le PSK autour de Mir : il s'agit d'un "fauteuil volant" proche du MMU américain ;
• 13 mai 1992 : les astronautes Thuot, Hieb et Akers effectuent l'unique EVA de l'histoire à réunir trois personnes. Non prévue dans le plan de vol, elle est exigée par la difficulté à réparer un satellite de télécommunications (mission STS-49) ;
• 16 septembre 1994 : Lee et Meade testent un tout nouveau moyen de se déplacer dans l'espace : le SAFER (mission STS-64).

La fin de l'Union soviétique, en 1990-1991, signe le début d'une alliance entre les russes et les pays occidentaux, au premier rang desquels viennent les États-Unis. Les américains abandonnent leur projet de grande station spatiale Freedom au moment où ces derniers enterrent leur projet de navette spatiale, Bourane. Les deux nations voient dans les restrictions budgétaires une occasion d'unir leurs compétences. La flotte des navettes américaines et la station Mir constituent les éléments fondateurs d'une première collaboration, avant la construction de la station spatiale internationale, l'ISS, à partir de 1998 :

• 29 avril 1997 : pour la première fois, un russe (Vassili Tsibliev) et un américain (Jerry Linenger) participent à une sortie commune, à l'extérieur de la station Mir, vêtus du scaphandre Orlan. L'expérience est répétée le 6 septembre par Anatoly Solovyev et Michael Foale. Le 1^er octobre, cette fois depuis la soute de la navette Atlantis et vêtus de scaphandres américains, Scott Parazynski et Vladimir Titov effectuent ensemble une sortie ;
• 14 janvier 1998 : le russe Anatoli Soloviov détient un double record : 16 sorties extravéhiculaires effectuées en 78 heures ;
• 12 mai 2000 : Sergueï Zaliotine et Alexandre Kaleri effectuent la 75^e et dernière EVA autour de Mir.

La collaboration russo-américaine s'étant révélé fructueuse avec l'expérience Mir, les deux pays se sont unis pour construire ensemble, ainsi qu'avec les Européens, les Canadiens et les Japonais, une grande station spatiale : l'ISS. Les deux premiers éléments, russes, sont mis sur orbite en 1998 par des fusées Proton, comme l'ont été les stations Saliout et les différents éléments de Mir. La plupart des autres modules sont emportés dans les soutes des navettes américaines. Leur assemblage se fait au moyen de grands bras télémanipulateurs (canadien et européen) commandés depuis l'intérieur de la station, mais un grand nombre de sorties extravéhiculaires sont cependant nécessaires pour mener à bien la construction puis la maintenance. En 2011, les Américains envoient leurs navettes au musée, tous les équipages sont par la suite acheminés par les Soyouz russes.

• 22 mai 2000 : Dix jours après la dernière EVA effectuée sur la station Mir, Voss et Williams (mission STS-101) effectuent la première d'une longue série de sorties consacrées à la construction de la Station spatiale internationale, amorcée un an et demi plus tôt.
• 11 mars 2001 : Voss et Helms effectuent une sortie d'une durée record de 8h56m[5].
• 20-27 mai 2011 : Feustel, Fincke et Chamitoff (mission STS-134) effectuent les dernières sorties depuis une navette spatiale, installant la palette ELC et un spectromètre sur l'ISS.
• 12 mai 2017 : Whitson et Fischer effectuent la 200ème sortie hors de l'ISS[6].
• 2 février 2018 : Chkaplerov et Missourkine battent le record de durée pour une sortie russe avec 8 h 13 min[7].
• 18 octobre 2019 : Christina Koch et Jessica Meir effectuent la toute première EVA totalement féminine[8].

Plus de la moitié des sorties extravéhiculaires réalisées depuis le début de l'ère spatiale l'ont été aux abords de la station internationale.

Au XXI^e siècle, les Chinois deviennent la troisième nation à lancer des humains dans l'espace. Direct héritier du Soyouz russe, leur vaisseau Shenzhou effectue son premier vol, inhabité, en 1999 puis emporte pour la première fois un taïkonaute en 2001 (mission Shenzhou 5). Sept ans plus tard, ils réalisent leur toute première EVA.

• Le 27 septembre 2008, Zhai Zhigang, commandant de la mission Shenzhou 7, effectue une sortie courte (22 minutes) mais très médiatisée, où on le voit agiter un petit drapeau chinois, les images étant diffusées en direct par deux caméras. Son collègue Liu Boming l'assiste, laissant émerger du vaisseau la moitié supérieure du corps. Douze ans plus tard, cette performance reste la seule EVA chinoise jamais réalisée.

Entrainement en piscine en vue de la réparation du télescope Hubble en 1993

La rigidité de la combinaison, l'épaisseur des gants, la succession rapide du jour et de la nuit (en orbite terrestre), les difficultés de déplacement et de manipulation... liées à l'absence de pesanteur, rendent difficiles des tâches qui, sur Terre, sont simples. Aussi leur exécution nécessite-t-elle un long entraînement.

Celui-ci s'effectue, soit dans des avions effectuant des vols paraboliques, afin de reproduire l'apesanteur pendant une vingtaine de secondes, soit (depuis 1966 aux États-Unis, depuis 1977 en Union soviétique[9], depuis 1989 en Europe) dans de grandes piscines où sont immergées les maquettes grandeur nature des vaisseaux. La plus connue aux États-Unis est entrée en service en 1968 au centre Marshall à Huntsville (Alabama). Depuis 1997, elle est remplacée par le Laboratoire de flottabilité neutre construit à Houston, près du centre spatial Johnson, qui est la plus grande du monde (23,5 millions de litres)[10].

L'astronaute Thomas Reiter (à gauche) assiste Jeffrey N. Williams dans le module Quest de la Station spatiale internationale lors de l'Expédition 13 en 2006

Pour sortir du vaisseau, et afin d'éviter des accidents de décompression, les astronautes utilisent des sas. Ils disposent ensuite d'une autonomie de huit heures pour mener à bien leurs objectifs, équipés d'outils adaptés. Pour des raisons de sécurité, ils effectuent leur sortie par deux, attachés aux vaisseaux par des sangles et se déplaçant à l'aide de mains courantes.

Avant toute sortie, le matériel et les procédures sont vérifiés et les astronautes doivent respirer durant un certain temps de l'air avec une pression réduite pour vider leur organisme de leur diazote et éviter un accident de décompression lié à la pression basse de la combinaison et à son atmosphère d'oxygène pur. La durée de cette dernière phase dépend de la pression régnant dans la combinaison : la préparation respiratoire des Russes est plus courte car la pression dans leur combinaison est plus élevée (ce qui la rend plus rigide donc moins apte aux travaux). Ainsi, en ce qui concerne les combinaisons spatiales utilisées pour les sorties depuis la Station Spatiale Internationale, la pression dans la combinaison EMU américaine est de 0,3 atmosphère (300 hectopascals) alors que la combinaison russe Orlan a une pression de 0,4 atmosphère (400 hectopascals) et est donc théoriquement plus rigide à l'usage. Il résulte de cette caractéristique, et d'une approche différente des risques d'accident de décompression, des durées très différentes de préparation avant les sorties extra-véhiculaires : un cosmonaute russe se prépare en respirant durant une demi-heure de l'oxygène sous une pression identique à celle de sa combinaison spatiale, ce qui correspond pratiquement au délai nécessaire pour enfiler sa tenue ; un astronaute utilisant l'EMU doit par contre se préparer en respirant durant 4 heures l'oxygène sous pression réduite[11]. Lorsque l'atmosphère dans le vaisseau est uniquement constituée d'oxygène (vaisseau Apollo ou Gemini), cette phase n'est pas nécessaire.

À l'intérieur d'une combinaison spatiale, la pression gazeuse n'est que 0,3 bar, soit 30 % seulement de la pression de la station ou de la surface terrestre (1 bar) pour réduire sa rigidité. Malgré cette pression réduite, une sortie extra-véhiculaire est une activité épuisante car l'astronaute doit lutter contre la pression de sa combinaison pour plier ses membres. Les conditions d'éclairage rendent les travaux difficiles. Selon la période orbitale, par exemple toutes les 45 minutes dans l'ISS, l'astronaute passe le terminateur (la limite jour/nuit). Lorsqu'il plonge dans l'obscurité (côté nuit), il est alors tributaire des éclairages installés et de ceux qu'il porte pour éclairer sa zone de travail. Enfin les contrastes thermiques entre les zones éclairées et les zones sombres sont très importants et la combinaison spatiale a parfois des difficultés à réguler la température, notamment celle des extrémités.

Les sorties extravéhiculaires sont dangereuses pour de nombreuses raisons. La première est le risque de perforation de la combinaison spatiale. Celle-ci peut résulter d'une mauvaise manœuvre, par exemple avec les outils, ou d'une collision avec des débris spatiaux ou des micrométéorites. En effet, ceux-ci se déplacent à une très grande vitesse (jusqu'à 20 kilomètres par seconde) et l'impact d'un débris même minuscule peut être fatal. La perforation de la combinaison spatiale entraînerait une dépressurisation, une perte de connaissance au bout de 15 secondes, l'anoxie puis la mort de l'astronaute au bout d'environ une minute. Afin de réduire les risques inhérents à ces sorties, le vaisseau ou la station sont interposés entre la trajectoire la plus probable des débris et les astronautes[12]. En outre, la durée des sorties est limitée à huit heures au maximum, et le nombre de sorties à quelques dizaines par an ; le risque cumulé est ainsi estimé à 6 % après 2 700 heures d'activités extravéhiculaires d'une équipe de deux personnes[13].

Un autre danger est la rupture du câble de liaison qui rattache l'astronaute au véhicule spatial. Le risque est que l'astronaute s'éloigne de la station sans pouvoir revenir, en l'absence de système pour le retenir. Les astronautes américains disposent d'un système de propulsion à l'arrière de leur combinaison, le SAFER (« plus sûr » en anglais), abréviation de Simplified Aid For EVA Rescue, qui leur permet de se rediriger vers la station en annulant la vitesse d'éloignement d'au maximum 3 m/s).

Relativement rares, les sorties extravéhiculaires non prévues sont particulièrement dangereuses, car elles ne peuvent être préparées et sont réalisées pour tenter de corriger des dysfonctionnements ; le risque présenté par ce type d'intervention improvisée entraîne une augmentation de la pression émotionnelle des spationautes, qui peuvent commettre des erreurs.

• (en) NASA, Man systems integration standards - 14 Extravehicular activity (EVA), NASA, vers 1985 (lire en ligne)
• (en) Nancy Patrick et all, The Space Shuttle and Its Operations : Extravehicular Activity Operations and Advancements, Centre spatial Johnson NASA, vers 2011 (lire en ligne)
• (en) Sandra K. Moore et all, 21st century extravehicular activities synergizing past and present training methods for future spacewalking success, NASA, 2009 (lire en ligne)
• (en) Russell L. Werneth, Lessons Learned from Hubble Space Telescope extraVehicular Activity Servicing Missions, NASA, 2001 (lire en ligne)
• (en) Francis A. Cucinotta et all, Radiation Protection Studies of International Space Station Extravehicular Activity Space Suits, NASA, décembre 2003 (lire en ligne)
• (en) M. Mehdi S. Mousavi et all, Spacesuits and EVA Gloves Evolution and Future Trends of Extravehicular Activity Gloves, AIAA, 2 juillet 2011 (lire en ligne)
• (en) David S. F. Portree et Robert C. T reviño, Walking to Olympus: An EVA Chronology, NASA, octobre 1997 (lire en ligne)
• (en) Kenneth S. Thomas et Harold J. McMann, U.S. Spacesuits, Springer Praxis, 2006 (ISBN 978-1-4419-9565-0)

• Notices d'autorité :

  • LCCN
  • GND
  • Israël
• (en) Synthèse sur les opérations menées dans le cadre d'une EVA
• (en) Pages du National Air and Space Museum de Washington consacrée aux EVA