La lumière sur Terre et dans la SSI
La lumière sur Terre
Les journées sont tantôt ensoleillées et joviales, 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.
- Flux lumineux
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 (voir le tableau à droite).
- Intensité 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.
- Éclairement
La quantité de lumière que reçoit une surface en fonction de son aire est ce qu’on appelle l’éclairement, soit le paramètre le plus couramment utilisé pour mesurer la lumière. L’éclairement 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. Imaginez que vous êtes assis dehors, en train de lire. Si la journée est ensoleillée, vous n’aurez pas de mal à lire les pages de votre livre (quoiqu’elles risquent d’être un peu trop éblouissantes) parce que l’éclairement (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 aura diminué, et au coucher du soleil, vous ne pourrez probablement plus lire du tout, puisque l’éclairement sera très faible.
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 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 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) et 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
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 une
incidence sur leur santé.
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, pour Universal Time Coordinated) et 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.
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.
L’éclairage dans le module laboratoire Destiny de la SSI, pendant les ctivités de jour. (Photo de la NASA)
L’éclairage dans le module de laboratoire Destiny de la SSI, pendant les heures de sommeil. (Photo de la NASA)