LES INSTALLATIONS SANITAIRES (Waste Managment)

Introduction :

Tout le monde connaît la petite phrase : "j'ai bien manger, j'ai bien bu.." justement quand c'est fait..
Heu!!
- il faut passer à autre chose :
La logique de la nature, voyez-vous... Non ??
Une petite explication alors ??
Donc...
... Le module de commande possède l'appareillage nécessaire pour stocker les déchets solides et évacuer les déchets liquides.
Je pense que c'est clair là?

Développons donc le sujet.

La fonction du système de gestion des déchets (Waste Managment System, WMS) est de contrôler l'élimination des déchets solides et liquides ainsi que des gaz de stockage des déchets. Les exigences de base du système comprennent la collecte et le stockage des fèces, la collecte et la vidange vers l'extérieur de l'urine, l'évacuation de l'urine du PGA, la possibilité d'uriner depuis les couchettes du CM, et l'évacuation des gaz de stockage des déchets. Un système de ventilation pour les déchets urinaires et fécaux ainsi qu'un sous-système de vide font partie intégrante du système global de gestion des déchets.

Le système de gestion des déchets se compose d'un sous-système urinaire et d'un sous-système fécal. Les principaux éléments du sous-système "urinaire" sont le réceptacle d'urine (URA), le système de transfert d'urine (UTS qui collecte l'urine et évacue celle-ci à l'extérieur), l'ensemble de collecte et de transfert d'urine (UCTA qui vidange et transfert l'urine des combinaisons pressurisées au "réseau principal" avec l'UTS), ainsi que, pour plusieurs missions, des dispositifs modifiés de collecte d'urine pour fournir des échantillons devant être conservés pour une analyse après vol. Les principaux éléments du sous-système fécal sont un dispositif de collecte des fèces et des vomissures, un compartiment de stockage des déchets, un sac de stockage des déchets, et un dispositif de retenue fécal (une couche) pour les situations de secours et lors du port de la combinaison pressurisée. Le système de gestion des déchets est situé principalement dans la baie d'équipement droite.

LE SOUS-SYSTÈME "URINAIRE"

Le sous-système urinaire se compose de trois dispositifs pour collecter et transférer l'urine : le système de transfert de l'urine (UTS) , le système de collecte et de transfert d'urine des combinaisons pressurisées (UCTA), et le collecteur d'urine (URA). Le reste du système comprend un filtre à particules pour prévenir l'obstruction de l'orifice de la buse de vidange de l'urine et un tuyau pour transférer l'urine de n'importe quel dispositif de collecte vers le panneau de gestion des déchets pour la vidange.

Le réceptacle d'urine ou urinoir (Urine Receptacle Assembly, URA)

C'est un récipient cylindrique en aluminium 6061 T6 recouvert d'une surface anodisée dure à extrémité ouverte qui peut être tenu dans la main. Il est relié par un raccord rapide à une ligne flexible de vidange d'urine, laquelle est à son tour reliée par un raccord rapide au panneau de gestion des déchets.

URA

L'urinoir (URA) peut gérer un débit d'urine maximal de 40 ml/s. Bien que son volume de stockage soit limité à 480 ml, la capacité totale du système atteint 700 ml grâce à l'évacuation simultanée de l'urine hors de la cabine. Pour limiter l'effet corrosif de l'urine, l'URA est équipé d'un insert en nid d'abeille en acier inoxydable 15-7 PH qui soutien un écran hydrophile.Cette structure en nid d'abeille, composée de pores de 0,32 cm, agit comme un ensemble de tubes capillaires permettant de retenir le liquide en apesanteur jusqu'à son évacuation par la ligne de vidange. Les contraintes médicales liées à la prolifération bactérienne ont conduit au développement d'un insert de type mèche en matériau inorganique. Cette recherche a abouti à la conception d’un tamis en acier inoxydable oxydé, optimisé pour cette fonction. Cet écran hydrophile, fabriqué en acier inoxydable 304 Rigimesh avec une maille de 40 µm, bénéficie d’un revêtement d’oxyde qui améliore ses propriétés hydrophiles, facilitant ainsi l’action capillaire. Un couvercle en aluminium 6061 T6, doté d’une surface anodisée dure, scelle hermétiquement l'urinoir lorsqu’il n'est pas utilisé. Ce dispositif bloque le flux d'air, contrôle les odeurs et permet d’exposer l’intérieur de l’urinoir au vide spatial pour une ventilation entre les usages. Pour faciliter le retrait de ce couvercle après stockage, il est nécessaire d’égaliser la pression dans l'urinoir avec celle du vaisseau spatial. Cette mise à l’équilibre est réalisée grâce à une soupape d’aération qui relâche la pression de la cabine 3,447 x 10⁴ N/m² (5 psia) dans le réceptacle. Sans cette ventilation, une force de 1,468 x 10² newtons (33 lb) serait nécessaire pour l'ouverture. La conception inclut également une goupille à ressort en acier inoxydable qui limite la rotation du pommeau du couvercle. La bague de retenue assure un léger ajustement serré entre le couvercle et le boîtier, de sorte que le couvercle reste sur le boîtier lorsqu'il est emboîté. La bague de retenue garantit un ajustement précis entre le couvercle et le boîtier, assurant ainsi son maintien en place lorsqu’il est emboîté. Fabriquée en Téflon TFE, une résine fluorocarbonée, elle joue également le rôle de joint de pression lorsque l’unité est exposée au vide spatial. Les joints toriques sont en Viton A, un élastomère fluoré. Les joints toriques, conçus en Viton A, un élastomère fluoré, renforcent l’étanchéité du système. Le couvercle est relié au réceptacle par un cordon tressé en polybenzimidazole 200-50-0, d’un diamètre de 4,762 mm (3/16 in). L'URA a été développée pour Apollo 12 et utilisé dans toutes les missions suivantes ; L'UTS, quant à lui, a servi de solution de secours à partir d’Apollo 12 et pour les missions ultérieures.

Procédure d'utilisation :

- sortir l'URA de sa zone de stockage.
- enlevé le bouchon de scellage de la chambre de réception.
- le connecté au 3,05 m de tuyau de transfert d'urine, qui à son tour est relié au panneau de gestion des déchets.
- la valve de vidange "par dessus bord" sur le panneau de gestion des déchets est tournée jusqu'à la position de "vidange", permettant ainsi au système d'être ventilé dans l'espace avec un différentiel de pression de 3,4 x 10⁴ N/m² (5 psi).
- le membre d'équipage urine en dirigeant son jet dans la chambre de réception de l'URA.
Lorsque la chambre de réception est vide, un délai de 60 s est accordé pour vider le tuyau et les lignes avant de fermer la vanne de déversement de l'urine. Le bouchon est replacé sur la chambre de réception et l'URA retourne à sa position de stockage pour la mission.
L'URA est surnommé par les astronautes : le "tube de soulagement".

Le tuyau de transfert d'urine est fabriqué en flexible convoluté de fluorocarbone suffisamment résistant pour supporter le différentiel de pression et assez souple pour faciliter une manipulation aisée en gravité zéro. Il peut également être utilisé pour relier le raccord rapide d'urine de la combinaison spatiale au panneau de gestion des déchets afin de faciliter la vidange de l'ensemble de collecte et de transfert d'urine (UCTA). Un filtre de 215 micromètres est installé entre le panneau de gestion des déchets et le tuyau de transfert. L'urine est filtrée pour éviter l'obstruction de l'orifice de la buse de vidange d'urine. L'orifice de la buse de vidange a un diamètre de 0,1397 cm, ce qui limite le débit de gaz à un maximum de 0,01 m³/minute et le débit de liquide à 453,6 g/minute. Cela empêche une perte excessive d'oxygène de la cabine pendant l'utilisation du système. En raison du risque de formation de glace qui pourrait bloquer le débit à la buse de vidange , celle-ci est équipée de deux réchauffeurs redondants de 5,77 watts.

Ci-dessous un schéma de l'UTS et de l'URA.

Le système de transfert d'urine (Urine Transfer System ou UTS)

L'UTS est chargé de recevoir, stocker temporairement et transférer au système de gestion des déchets du CM toute l'urine évacuée par un membre de l'équipage en bras de chemise. Le système de transfert d'urine est composé d'un étui pénien (ou"pénilex"), d'un récepteur, d'une vanne avec collecteur, d'une poche de collecte en tissu souple enduite de caoutchouc, et d'une sortie équipée d'un raccord rapide. L'étui pénien, un tube en caoutchouc, agit comme un cathéter externe entre le pénis et le récepteur/vanne. Conçu pour être utilisé pendant une journée (cinq ou six mictions), il est ensuite remplacé. Chaque membre d'équipage dispose de dix étuis péniens supplémentaires à code couleur. Le récepteur auquel l'étui pénien est attaché, est un tube court équipé d'un clapet anti-retour différentiel à basse pression [262 N/m² (0,038 lb par in²) ] et d'une vanne de dérivation.

UTS (image collection NASM)

Photo montage : à gauche la poignée papillon de la vanne de dérivation ; à droite le raccord rapide (photos originales NASM)

Le sac collecteur a une capacité d'environ 1200 ml. Trois de ces systèmes, un pour chaque membre d'équipage pour des raisons évidentes d'hygiène, ainsi qu'un récepteur UTS de rechange, sont stockés sur chaque CM ; cette procédure a été utilisée lors de la mission Apollo 7 (SC-101) et a été suivie pour toutes les missions Apollo.

L'UTS peut être utilisé de deux manières différentes : (1) vidange pendant la miction et (2) vidange après la miction. Dans le premier mode, le matériel est connecté au système de vidange par-dessus bord pendant la miction. permettant ainsi à l'urine d'être immédiatement évacuée dans l'espace au fur et à mesure de la miction. Dans le deuxième mode, l'UTS n'est pas connecté au système de vidange pendant la miction. L'urine est alors collectée dans la poche de l'UTS. Après la miction, l'UTS est relié au système de vidange et l'urine est ensuite évacuée dans l'espace.

Les performances de l'UTS ont été satisfaisantes lors de toutes les missions Apollo. Des problèmes mineurs ont été rencontrés avec les étuis péniens de l'UTS, mais ceux-ci ont été corrigés. Chaque membre d'équipage disposait de plusieurs tailles d'étuis péniens et pouvait y appliquer une couche de poudre pour éviter qu'ils ne collent. L'UTS a été qualifié grâce à un programme d’essai de qualification delta (le système a été soumis à un test de durabilité de 504 cycles ainsi qu'aux niveaux de vibrations et de chocs prévus pour les missions Apollo).

L'ensemble de collecte et de transfert d'urine (urine collection and transfer assembly, UCTA)

L'ensemble de collecte et de transfert d'urine est conçu pour faciliter la miction lorsque les membres d'équipage portent les combinaisons pressurisées, par exemple lors des activités extravéhiculaires. Il se compose d'un "pénilex", d'une vessie souple d'une capacité de 950 cm³ dotée d'un raccord à connexion rapide pour la fixer au tuyau de transfert du PGA,. L'ensemble est porté autour de la taille et maintenu en place par un harnais élastique ajustable. L'UTCA est porté au-dessus du vêtement de retenue fécal. Une fois connecté correctement, le dispositif a généralement montré de bonnes performances, bien qu'il puisse parfois être salissant. L'urine peut être évacuée soit pendant que le membre d'équipage porte la combinaison, soit après l'avoir enlevée, en reliant le tuyau de transfert d'urine au panneau de gestion des déchets du CM. Une soupape de décharge est présente pour éviter tout inconfort ou dommage physique lié à une exposition à des différences de pression excessives lors des opérations de transfert de l'urine. De plus, l'UCTA est conçu pour s'adapter à l'espace disponible au sein du PGA, tout en préservant la mobilité des astronautes. Il est certifié comme une composante de l'unité de mobilité extravéhiculaire Apollo.

Deux dispositifs auxiliaires de collecte d'urine sont utilisés. Ce sont des sacs de "préservation d'eau" ( Return Enhancement Water Bag ou REWB), qui contient de l'acide borique au fond pour conserver les échantillons d'urine, ils servent notamment lors du vol Apollo XIV comme réserves d'eau supplémentaires pour parer à d'éventuelles pannes du système d'approvisionnement d'eau potable) et un système biomédical de prélèvement d'urine (Biomedical Urine Sampling System ou BUSS).

Le BUSS est composé de deux conteneurs souples en film plastique, un conteneur de mise en commun de 24 heures et un conteneur d'échantillonnage. Un BUSS est utilisé par jour par membre d'équipage. Le conteneur de collecte BUSS mesure 30 cm², a une capacité de 3000 ml et intégre un ensemble récepteur / valve dans un coin, similaire à celui de l'UTS. Le sac de mise en commun de chaque BUSS contient une quantité connue de chlorure de lithium, ce qui permet de déterminer le volume après le vol à partir des échantillons retournés. Il contient également de l'acide borique pour la conservation de l'urine. À la fin de chaque période de 24 heures, le conteneur de mise en commun est raccordé à son conteneur d'échantillonnage par un raccord rapide, et une portion représentative de l'échantillon de 24 heures est transférée dans celui-ci. Ce dernier, plus petit, a une capacité de 125 ml.

LE SOUS-SYSTÈME FÉCAL

Peu avant et pendant des vols Apollo, les astronautes suivent un régime dit "faible en résidus" conçu pour réduire les déchets solides et la nécessité de déféquer pendant un vol. Mais avec des missions pouvant durer jusqu'à deux semaines, il est inévitable qu'ils aient besoin d'aller à la selle pendant le vol. La collecte des matières fécales dans le LM et le CM se fait à l'aide du système développé pour la mission Gemini.

Le sous-système fécal se compose de 30 lots de sacs, de distributeurs de papier hygiénique, un compartiment à rebuts équipé d'une vessie de stockage. Lorsque les astronautes portent leurs combinaisons pressurisées, ils sont équipés d'un dispositif de retenue fécal (essentiellement, une couche). Un kit de collecte de selles se compose d'un sac fécal intérieur, d'un sac pour les fèces / vomissures excrétées (Fecal/emesis : Fe) extérieur, liés par un emballage en plastique. Les distributeurs de mouchoirs renferment des mouchoirs en papier (type Kleenex) destinés à l'essuyage et sont stockés dans un conteneur sous la couchette centrale.

Le sac fécal intérieur est un contenant en plastique transparent, de dimensions 24,4 x 18.7 x 1.9cm (9 5/8 x 7 3/8 x 3/4 in.), doté d'une ouverture circulaire ressemblant à une bride avec un doigtier sur l'un des côtés. Il est fabriqué en nylon-polyéthylène non perméable, thermosoudé. La surface extérieure de la bride est enduite d'un adhésif Stomaseal® protégé par une doublure. Après avoir retiré cette doublure, la bride peut s'adhérer sur les fesses de l'utilisateur. Le sac contient huit mouchoirs en papier (type kleenex), une lingette nettoyante humide pour la peau, ainsi qu'un sachet contenant un germicide liquide, tous rangés dans une poche placée à l'extrémité inférieure externe du sac.

Le sac extérieur Fe, lui aussi transparent mais plus robuste que le sac fécal, mesure 30,2 × 16,2cm (11 7/8 × 6 3/8 in), et sert à contenir le sac fécal une fois empli. Les joints internes et externes à l'ouverture du sac lui permettent de supporter une pression différentielle de gaz de 3,4 x 10 4 -N/m ² (5 psi) lors de manipulations "brutales". Il est également constitué d'un film laminé thermosoudé.

LA PROCÉDURE À SUIVRE

Le membre d'équipage se déshabille, retire la doublure de protection de la bride adhésive, utilise le doigtier pour positionner correctement le sac fécal sur l'anus, applique la bride adhésive à son postérieur et effectue ses besoins. Après l'acte de défécation, le doigtier permet d'extraire manuellement les résidus fécaux, qu'ils soient entiers ou adhérents, de la région anale sans contact direct, et de les diriger vers le fond du sac (car en l'absence de gravité, il est impossible de compter sur une chute naturelle des éléments). Le sac est ensuite retiré des fesses et l'anus est nettoyé avec les feuillets de papier toilette et la lingette humide. Ces éléments sont jetés dans le sac fécal. L'astronaute retire ensuite la poche de germicide, coupe le sceau de protection extérieur, la place dans le sac fécal et scelle celui-ci en rabattant la bride. Finalement, le sac fécal est placé à l'intérieur du sac Fe extérieur qui est ensuite hermétiquement fermé.

Une fois le sac fécal fermé (contenant les excréments, des kleenex, la lingette humide et le germicide) placé et scellé dans le sac Fe. Cependant, les astronautes n'ont pas encore terminé. La prochaine étape consiste à malaxer l'ensemble pour répartir et mélanger le germicide, afin d'éviter ou de limiter la présence de gaz et de bactéries. Pour finir, Les sacs sont enroulés de manière à occuper le moins d'espace possible et remisés dans le compartiment à rebuts. Un dispositif "piège", sous forme d'une membrane en caoutchouc fendue (voir le photo-montage ci-dessous), empêche les sacs pleins de se déplacer dans la cabine lorsque la porte du compartiment à rebuts est ouverte. Si des sacs de déjections venaient à se rompre pendant la mission, cela pourrait dégager une odeur désagréable dans le compartiment. Pour cette raison, une vessie et un système d'évacuation par-dessus bord ont été installés dans le compartiment. Ce système est équipé d'un filtre de 215 microns, d'un clapet anti-retour et d'une valve de purge connectée au tuyau de drainage de l'urine, permettant d'évacuer à l'extérieur du vaisseau. Pendant le décollage, la valve est ouverte pour purger les résidus d'azote du compartiment de l'équipage. Le clapet anti-retour se ventile dans le compartiment de l'équipage à une pression différentielle de 2 psi. Après la fermeture de la valve de purge pendant la mission, le clapet anti-retour se ventile si les sacs fécaux rompus créent une pression de 2 psi. Ensuite, les membres d'équipage, alertés par l'odeur, peuvent positionner manuellement la valve pour évacuer l'odeur par-dessus bord à intervalles réguliers.

Anecdote : Jim Lovell, astronaute Gemini et Apollo (4 vols à son actif), a raconté à Mary Roach pour son livre "Packing for Mars: The Curious Science of Life in the Void" :

"Un test pour vérifier si vous aviez un bon ami c'était de tendre le sac à votre co-équipier et de lui faire mélanger le germicide avec vos matière fécales. Moi, je répondais : "Écoute Franck, là je suis occupé, tu vois." "

Photos du compartiment à déchet, trappe fermée/ouverte (site historicspacecraft.com)

Anecdote : pour les missions Apollo suivantes, le volume offert par le compartiment de stockage des déchets s'est avéré insuffisant. Par conséquent, un sac de stockage des déchets a été fourni pour offrir un volume supplémentaire destiné à l'élimination des sacs fécaux. Les deux volumes de stockage des déchets disposaient d'une capacité de ventilation par-dessus bord pour évacuer les gaz générés par les matières fécales.

D'un point de vue technologique, le système de gestion des déchets d'Apollo (waste management) a globalement fonctionné de manière assez satisfaisante. Par exemple, pour la collecte des fèces, le système étant autonome, il offrait aux astronautes la flexibilité et le contrôle nécessaires dans un environnement d'apesanteur, permettant une élimination simple et hygiénique… du moins en théorie !
En réalité, du point de vue de l'acceptation par l'équipage, cependant, le système a montré ses limites, notamment sur le plan physiologique. Le principal problème avec les collecteurs urinaires et fécaux était qu'ils nécessitaient plus de manipulations de la part des astronautes que prévu lors des simulations sur Terre, rendant l'expérience fastidieuse, désagréable et gênante. Cela était particulièrement vrai pour les collecteurs fécaux, car la plupart du temps, l'astronaute devait se dévêtir complètement avant de pouvoir se soulager, et aucune mesure n'avait été prise pour isoler les odeurs associées à la défécation.

Anecdote : le système de collecte des matières fécales était un véritable enchevêtrement de problèmes désagréables. La procédure nécessitait une grande maîtrise pour éviter que les selles ne s'échappent du sac et ne souillent l'équipage, ses vêtements ou les surfaces de la cabine. De plus, elle prenait énormément de temps en raison de la difficulté liée à l'utilisation du système. Un astronaute du vol Apollo 7 a estimé que le temps nécessaire pour effectuer correctement le processus était d'environ 45 minutes. Le placement des sacs fécaux était délicat, compliqué par le fait que le rabat à l'arrière du sous-vêtement (Constant-Wear Garment ou CWG) laissait une ouverture trop petite pour faciliter le placement des sacs. En raison de la difficulté d'utilisation et du temps que chaque membre d'équipage devait consacrer à cette tâche, des odeurs fécales persistaient une bonne partie de la journée de travail. La défécation était difficile à réaliser sans que l'équipage ne se souille, ainsi que ses vêtements et la cabine. L'aversion pour les sacs fécaux était telle que certains membres d'équipage ont continué à utiliser des contre-mesures, comme la prise de médicaments, pour minimiser les besoins de défécation pendant la mission.

Il y a même des cas enregistrés d'excréments s'échappant et errant dans la cabine. Voici une partie de la transcription d'Apollo X :

Cernan: "D'où cela vient-il?"

Stafford : "Donnez-moi une serviette rapidement. Il y a un étron qui flotte dans l'air."

Young : "Je ne l'ai pas fait. Ce n'est pas l'un des miens."

Cernan: "Je ne pense pas que ce soit l'un des miens."

Stafford : "Le mien était un peu plus collant que ça. Jetez ça."

Young : "Dieu Tout-Puissant " (rires)

Dans la cabine Apollo, pour leur hygiène personnelle, les astronautes se lavent le corps avec des lingettes (sèche ou humide), se rasent à l'aide de rasoir manuel et de mousse à raser. Mais, en raison de l'exiguïté de la cabine et de la ressource en eau assez limitée, ils ne peuvent se laver les cheveux ou prendre de douche. Pour l'hygiène bucco-dentaire, ils utilisent une brosse à dent du type "S-19 Lactona Tooth Tip" (images de la collection du National Air and Space Museum) accompagnée de dentifrice ingérable, ainsi que du fil dentaire.

Set d'hygiène personnel.

Le saviez vous ?? Alors que les listes de rangement d'Apollo ne mentionnent pas les équipements d'hygiène bucco-dentaire emportés par les équipages, le dossier de presse d'Apollo 11 (Apollo 11 Press Kit) indique que "chaque membre d'équipage dispose d'une brosse à dents et d'un tube de dentifrice d'environ 57 g (2 oz), emballés avec la nourriture". Une entrée ultérieure dans le même dossier de presse détaille ainsi : un "kit d'hygiène bucco-dentaire" contenant 3 brosses à dents, 1 dentifrice comestible et 1 fil dentaire.

Le saviez vous (1) ?? Lors du débriefing technique d'Apollo 16, il a été fait mention d'un problème avec le dentifrice, à savoir qu'ayant été conditionné à une pression de 14 psi (pression atmosphérique normale au niveau de la mer), le dentifrice avait tendance à s'écouler du tube dès qu'on l'ouvrait. Comme l'a dit Ken Mattingly : "la première fois que je l'ai ouvert, nous aurions pu brosser les dents d'un éléphant avec".

Le saviez vous (2) ?? Les listes de rangement d'Apollo ne mentionnent également pas l'équipement de rasage emporté par les équipages, mais nous savons que le CMP d'Apollo 11, Mike Collins, a utilisé un rasoir de sécurité Gillette Techmatic et de la crème à raser sans brosse "Old Spice" lors de ce vol, car ces objets font partie de la collection du Smithsonian.

Le dentifrice ingérable (c'est-à-dire du dentifrice comestible) est un dentifrice non moussant qui ne nécessite pas l'ajout d'eau. Les astronautes peuvent se brosser les dents sans risquer que de l'eau ou de la mousse de dentifrice ne s'échappe dans la cabine. Une fois le brossage terminé, l'astronaute peut tout avaler. Il a été développé par le Dr Ira L. Shannon, consultant dentaire au Johnson Space Center, associé au laboratoire de recherche sur les maladies bucco-dentaires de l'hôpital Virginia à Houston (Texas).

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Texte de Paul Cultrera, tous droits réservés, sources : livre en anglais "Biomedical results of Apollo" et documents PDF n° 19720013196_1972013196 ; Zero-Gravity Open-Type Urine Receptacle février 1972, Apollo 11 Press Kit.