Le terme apesanteur est le terme historique pour désigner l'état dans lequel on est en absence de pesanteur. Cependant, à l'oral, ce terme a le gros inconvénient de mener à des confusions entre la pesanteur et l'apesanteur. Pour remédier à cela, le gouvernement français, dans un arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales, a introduit le mot impesanteur. La définition parue au journal officiel est celle-ci : « état d'un corps tel que l'ensemble des forces gravitationnelles et inertielles auxquelles il est soumis possède une résultante et un moment résultant nuls ». Une note précise « Le terme apesanteur est déconseillé pour éviter, dans le langage parlé, une confusion entre l'apesanteur et la pesanteur ». En pratique, il semble que le mot « impesanteur » ait du mal à s'imposer. Nous l'avons préféré ici justement pour éviter toute confusion orale.

Le langage courant ne fait pas de différence entre les deux notions de poids et de masse. Par exemple, dans le dictionnaire Larousse en ligne, la première définition de « poids » est « masse d'un corps ».

Les physiciens, eux, font une grande différence entre les deux notions. Ils appellent « masse » la quantité de matière constituant un corps. Et ils appellent « poids » la force générée par une masse à cause de la gravité. Ces définitions ne sont pas propres aux physiciens : dès 1901, le Bureau International des Poids et Mesures publiait une résolution afin de lever l’ambiguïté du langage courant.

La masse d'un corps est toujours là même, quelque soit l'environnement. Au contraire, le poids varie en fonction de la gravité : par exemple, à la surface de la Terre, il y a 1% de différence entre le poids mesuré sur la banquise au pôle nord, et celui obtenu au sommet du volcan Chimborazo, en Équateur (le sommet de ce volcan, à 6268 m d'altitude, est le point le plus éloigné du centre de la Terre, en tenant compte de l'aplatissement de la terre aux pôles). La station spatiale internationale (ISS), dont l'exemple est pris dans la vidéo, avait son orbite initiale à une altitude de 400 km (elle n'est en 2011 que de 350 km). La diminution de 13% de la pesanteur donnée dans la vidéo est calculée à une altitude de 400 km, et comparée à la pesanteur à Paris.

La masse se mesure en kilogrammes, tandis que le poids se mesure en Newton. Peser un corps, c'est déterminer son poids (et non sa masse). Les deux mots (peser et poids) ont d'ailleurs la même étymologie. Un bon physicien ne devrait donc pas dire « je pèse 80 kg », mais je pèse 785 Newton à Paris. Ou « j'ai une masse de 80 kg ». Mais bien sûr, il n'en est rien, et le langage courant a consacré l'usage de donner la valeur d'un poids par sa masse. À la surface de la Terre, ça ne pose pas de problème, puisque le poids varie peu. Mais dans la vidéo, on compare le poids d'un astronaute à la surface de la terre et dans l'ISS, en donnant les valeurs de 80 kg et 70 kg. On atteint là les limites du langage courant. Car bien sûr, la masse de l'astronaute n'a pas varié, seul son poids est modifié. Et il serait donc plus juste de dire que l'astronaute pèse 785 Newton au sol, et 687 Newton en orbite, alors que sa masse est toujours de 80 kg. Sauf que la balance, elle, indique bien 80 kg et 70 kg... Cette valeur de 70kg correspond donc à la masse qui donnerait un poids de 687 Newton à Paris.

Le langage courant ne fait pas de différence entre les deux notions de poids et de masse. Par exemple, dans le dictionnaire Larousse en ligne, la première définition de « poids » est « masse d'un corps ».

Les physiciens, eux, font une grande différence entre les deux notions. Ils appellent « masse » la quantité de matière constituant un corps. Et ils appellent « poids » la force générée par une masse à cause de la gravité. Ces définitions ne sont pas propres aux physiciens : dès 1901, le Bureau International des Poids et Mesures publiait une résolution afin de lever l’ambiguïté du langage courant.

La masse d'un corps est toujours là même, quelque soit l'environnement. Au contraire, le poids varie en fonction de la gravité : par exemple, à la surface de la Terre, il y a 1% de différence entre le poids mesuré sur la banquise au pôle nord, et celui obtenu au sommet du volcan Chimborazo, en Équateur (le sommet de ce volcan, à 6268 m d'altitude, est le point le plus éloigné du centre de la Terre, en tenant compte de l'aplatissement de la terre aux pôles). La station spatiale internationale (ISS), dont l'exemple est pris dans la vidéo, avait son orbite initiale à une altitude de 400 km (elle n'est en 2011 que de 350 km). La diminution de 13% de la pesanteur donnée dans la vidéo est calculée à une altitude de 400 km, et comparée à la pesanteur à Paris.

La masse se mesure en kilogrammes, tandis que le poids se mesure en Newton. Peser un corps, c'est déterminer son poids (et non sa masse). Les deux mots (peser et poids) ont d'ailleurs la même étymologie. Un bon physicien ne devrait donc pas dire « je pèse 80 kg », mais je pèse 785 Newton à Paris. Ou « j'ai une masse de 80 kg ». Mais bien sûr, il n'en est rien, et le langage courant a consacré l'usage de donner la valeur d'un poids par sa masse. À la surface de la Terre, ça ne pose pas de problème, puisque le poids varie peu. Mais dans la vidéo, on compare le poids d'un astronaute à la surface de la terre et dans l'ISS, en donnant les valeurs de 80 kg et 70 kg. On atteint là les limites du langage courant. Car bien sûr, la masse de l'astronaute n'a pas varié, seul son poids est modifié. Et il serait donc plus juste de dire que l'astronaute pèse 785 Newton au sol, et 687 Newton en orbite, alors que sa masse est toujours de 80 kg. Sauf que la balance, elle, indique bien 80 kg et 70 kg... Cette valeur de 70kg correspond donc à la masse qui donnerait un poids de 687 Newton à Paris.

C'est en 1901 que la Conférence Générale des Poids et Mesures publie une résolution destinée à lever l'ambiguïté entre poids et masse. Voici le texte de la résolution :

Vu la décision du Comité international des poids et mesures du 15 octobre 1887, par laquelle le kilogramme a été défini comme unité de masse ;

Vu la décision contenue dans la formule de sanction des prototypes du Système métrique, acceptée à l'unanimité par la Conférence générale des poids et mesures dans sa réunion du 26 septembre 1889 ;

Considérant la nécessité de faire cesser l'ambiguïté qui existe encore dans l'usage courant sur la signification du terme poids, employé tantôt dans le sens du terme masse, tantôt dans le sens du terme effort mécanique ;

La Conférence déclare :

1. Le kilogramme est l'unité de masse ; il est égal à la masse du prototype international du kilogramme ;

2. Le terme «poids» désigne une grandeur de la même nature qu'une force ; le poids d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération de la pesanteur ; en particulier, le poids normal d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération normale de la pesanteur ;

3. Le nombre adopté dans le Service international des Poids et Mesures pour la valeur de l'accélération normale de la pesanteur est 980,665 cm/s2, nombre sanctionné déjà par quelques législations.

Référence : http://www.bipm.org/fr/CGPM/db/3/2/

La force centrifuge n'existe pas... dans un repère galiléen, c'est à dire un repère en mouvement rectiligne uniforme. Mais dans le cas évoqué dans la vidéo, on s'intéresse à ce qui se passe dans l'ISS, qui est en rotation autour de la Terre. Nous raisonnons donc dans un repère non inertiel, et dans un tel repère apparaissent des forces inertielles, qualifiées parfois de forces fictives ou de pseudo-forces. Malgré leur nom, ces forces existent bel et bien dans un repère en accélération (tout le monde a déjà ressenti la force centrifuge). Elles sont cependant d'une nature différente des forces plus traditionnelles. Elles sont proportionnelles à la masse, comme la force de gravitation, qui peut d'ailleurs être reliée à une pseudo-force. Voir à ce propos l'excellente discussion de Richard Feynman (voir références)

Pour mieux comprendre le mécanisme, nous allons imaginer que notre parachutiste est dans une boite qui tombe en chute libre, un peu comme un ascenseur dont les câbles auraient cédé. Dans le vide, c'est à dire sans la résistance de l'air, l'ascenseur et son passager tombent à la même vitesse, et le passager ne subit donc plus aucune force par rapport à l'ascenseur (un physicien dirait dans le référentiel de l'ascenseur). Il est donc en état d'apesanteur. Mais si l'ascenseur est ralenti du fait du frottement de l'air, le passager tombe plus vite que l'ascenseur, car il ne subit pas de frottement (l'air dans l'ascenseur tombe à la même vitesse que lui). Évidemment, il ne peut pas tomber plus vite, et se retrouve au contact du plancher, subissant une force directement liée à la force de friction de l'air sur l'ascenseur. Le passager a donc un poids résiduel.

Ce poids résiduel est pris en compte dans le plan de vol de l'Airbus A300-ZéroG. L'Airbus vole entre 7000 et 9000 m, c'est à dire à l'altitude des plus hauts sommets de l'Himalaya, et l'air est certes raréfié, mais encore bien présent (d'ailleurs, de nombreux alpinistes gravissent l'Everest sans oxygène, à 8848 m d'altitude). L'avion est donc ralenti par les frottements de l'air. Pour compenser ces frottements et obtenir l'impesanteur, le pilote ne coupe pas complète les gaz, mais maintient une poussée juste suffisante pour compenser le frottement de l'air.

Pour atteindre un état d'apesanteur à la surface de la Terre, il faut compenser la force de pesanteur. Une méthode économique consiste à utiliser la poussée d'Archimède, et donc à plonger les astronautes dans une piscine. Mais un astronaute équipé de son matériel spatial a une densité plus forte que l'eau, et la poussée d'Archimède ne suffit pas à compenser son poids. Il faut donc utiliser d'autres astuces, notamment des plongeurs qui soutiennent partiellement les astronautes.

L'Airbus A300 ZERO-G est l'avion utilisé par le CNES pour réaliser les vols paraboliques. Il remplace la Caravelle ZERO-G, utilisée jusqu'en 1996. Les avions utilisés pour réaliser ces vols hyperboliques sont en général des avions commerciaux modifiés pour cet usage. On trouve ainsi un Boing 727-200 aux Etats-Unis, un Falcon 20 au Canada, ou encore un Iliouchine Il-76 en Russie.

Pour le physicien, la chute libre d'un objet est caractérisée par le fait que l'objet ne subit aucune force autre que celle de son propre poids. Par extension, tout mouvement d'un objet sous le seul effet de son poids est une chute libre. Donc si l'on donne une impulsion initiale à l'objet en l'envoyant vers le haut, il est tout de suite en chute libre – bien qu'il ne tombe pas tout de suite.

L'Airbus A300 ZERO-G est l'avion utilisé par le CNES pour réaliser les vols paraboliques. Il remplace la Caravelle ZERO-G, utilisée jusqu'en 1996. Les avions utilisés pour réaliser ces vols hyperboliques sont en général des avions commerciaux modifiés pour cet usage. On trouve ainsi un Boing 727-200 aux Etats-Unis, un Falcon 20 au Canada, ou encore un Iliouchine Il-76 en Russie.