Montgolfière - Définition
La montgolfière est un moyen de transport aérien, un aéronef plus léger que l'air aussi appelé aérostat. Le concept est simple, on gonfle une enveloppe grâce à de l'air chaud. L'air chaud ayant une masse volumique plus faible que l'air environnant, le ballon s'élève dans les airs.
Histoire
La montgolfière a été inventée par les frères Montgolfier, Joseph-Michel et Jacques-Étienne, en 1782 ; la première expérience publique eut lieu le 4 juin 1783 à Annonay[1]. Le 19 septembre de la même année, un coq, un mouton et un canard firent l'expérience du premier vol habité à Versailles devant le roi Louis XVI (leur ballon est monté jusqu'à 480 mètres) , tandis que le 19 octobre à la Folie Titon, aujourd'hui située rue de Montreuil à Paris, à l'époque encore bourg de Saint-Antoine, le premier vol humain eut lieu, habité par Jean-Baptiste Réveillon, Jean-François Pilâtre de Rozier et Giroud de Villette.
Le 21 novembre, Jean-François Pilâtre de Rozier et le Marquis d'Arlandes firent un second vol, qui fut commémoré plus officiellement comme étant le premier.
Jean-François Pilâtre de Rozier perdit la vie quelque temps plus tard lorsque sa rozière, aérostat hybride constitué d'un ballon à gaz enfermé dans une enveloppe de montgolfière (la chaleur du foyer dilate le gaz et évite ainsi l'emport de lest), prit feu et chuta.
La première femme à voler fut Élisabeth Thible, le 4 juin 1786 à Lyon.
Après des débuts prometteurs, les montgolfières vont être supplantées par les charlières, les ballons à gaz, dont le premier s'est envolé le 1er décembre 1783 avec à son bord l'inventeur même du ballon le physicien Charles et les frères Robert. Surtout quand l'hydrogène, coûteux et difficile à préparer, pourra être remplacé par du gaz d'éclairage bon marché.
Les montgolfières étaient délicates à mettre en œuvre avec le foyer qu'il fallait alimenter sans mettre le feu au ballon, avec des escarbilles ou un fétu de paille à moitié consumé.
Pendant la période de déclin, les ballons n'étaient pas équipés de foyer, ils étaient gonflés à bloc au sol puis on lâchait tout. La montgolfière s'élevait très rapidement pour un vol d'une dizaine de minutes.
En 1972, l'utilisation d'une fibre synthétique pour l'enveloppe (le nylon), et d'un gaz de pétrole liquéfié (le propane) comme carburant, allaient relancer la montgolfière.
Technologie
Une montgolfière moderne est constituée de trois éléments principaux : l'enveloppe, le brûleur et la nacelle.
L'enveloppe
Si les frères Montgolfier avaient conçu leurs premières montgolfières en peaux d'animaux, aujourd'hui l'enveloppe est constituée d'un tissu de nylon, traité avec un vernis de polyuréthane pour le protéger des rayons ultraviolets et améliorer la capacité thermique, peut être lisse ou lobée. Dans les deux cas, l'enveloppe est constituée de fuseaux qui sont cousus ensemble. La forme des fuseaux change selon le type de ballon désiré. Au delà de 120°C le nylon fond.
Le volume peut aller de 550 m3, pour emmener une personne seule, à plus de 24 000 m3 pour les plus grandes permettant l'emport de quarante-cinq personnes[2].
La diminution de température par arrêt d'alimentation en air chaud suffit à atterrir quand il y a peu de vent. Les ballons sont également équipés de système permettant de les vider très vite. Il existe trois types de systèmes de dégonflement, deux réversibles et un définitif.
- Les systèmes réversibles :
- La soupape parachute circulaire dans la partie supérieure de l'enveloppe qui est accrochée avant le gonflement grâce à des velcros, le pilote peut l'ouvrir, depuis la nacelle, en l'air pour libérer de l'air chaud en vue de mettre le ballon en descente, la pression interne permet à la soupape de se remettre en place dès que la corde d'ouverture est relâchée.
- Le dégonflement rapide ; en réalité un dérivé du premier qui permet d'actionner cette même soupape et de la transformer en un cône permettant de libérer l'air beaucoup plus rapidement. La soupape revient en place en actionnant une autre corde. Ce système n'est normalement utilisé qu'à l'atterrissage par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol.
- Le système non réversible : c'est un panneau de déchirure, triangle plus ou moins grand situé au dessus de l'équateur du ballon. Le pilote l'actionne au moyen d'une corde à l'atterrissage. Cette action a pour effet d'ouvrir le ballon libérant ainsi l'air chaud. Il faut remettre en place le système avant le prochain décollage au moyen de velcro ou autres sangles.
Le brûleur
Le propane à l'état liquide est contenu dans des bouteilles cylindriques en aluminium (ou acier plus lourd), placées dans la nacelle. Il va vers le brûleur où il se vaporise et se réchauffe dans un serpentin. Le mélange air-propane est enflammé par une veilleuse continue. La longue flamme, juste sous l'ouverture de l'enveloppe, réchauffe l'air contenu dans le ballon, ce qui permet son ascension.
La nacelle
Elles sont pratiquement toutes en osier. Beaucoup d'autres matériaux ont été utilisés, mais on est toujours revenu à l'osier : le plus souple. Sauf pour la fabrication du constructeur Français " Ballons-Chaize " qui utilise le rotin et le constructeur Britannique " Cameron Balloons " qui utilise une combinaison d'osier et rotin de Kooboo, Palambang et Tahiti, dont le brin est plus régulier et plus résistant. Pour trois passagers, les bouteilles, un peu de bagage, la dimension classique est 1 m de hauteur, 1,20 m de longueur sur 1,10 m de largeur.
Fonctionnement d'une montgolfière
Les montgolfières exploitent d'une part le principe d'Archimède et d'autre part la caractéristique des gaz d'avoir leur produit (pression * volume) égal à leur produit (constante * température). Ce deuxième principe est décrit par l'équation d'état des gaz parfaits.
Sous l'action de la chaleur, l'air se dilate. Sa masse volumique diminue : donc, à pression constante, l'air chaud prend plus de place pour le même poids, ou pèse moins lourd pour le même volume que l'air froid. On peut vérifier ce phénomène, dans une pièce calme, en plaçant un thermomètre au sol et un autre au plafond. On constate ainsi qu'il y a une légère différence de température et que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol.
Le poids de l'ensemble {ballon + air} dépend du poids de l'air contenu dans l'enveloppe. Si l'on diminue la masse volumique de l'air contenu dans l'enveloppe, le poids de l'ensemble diminue et le ballon peut " flotter dans l'air ", car le poids va devenir inférieur à la poussée d'Archimède qui est une force constante et dirigée vers le haut (poids de l'air déplacé).
Comme la pression atmosphérique diminue avec l'altitude, d'environ 1 hPa par 28 pieds (soit environ 8,40m), la masse de l'air déplacé par le ballon diminue. Un point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air qu'elle déplace. De l'air s'échappe de l'enveloppe du ballon lorsque la pression atmosphérique diminue.
Loisir
Aujourd'hui des sociétés proposent de brèves excursions – quelques heures – en montgolfière. Il s'agit d'un loisir assez onéreux.
Littérature
Les vingt-et-un ballons (The Twenty-One Balloons) de William Pène du Bois raconte l'histoire d'un scientifique de San Francisco qui entreprend un voyage autour du monde en montgolfière en 1883. Des oiseaux percent son ballon et il chute dans les eaux de l'archipel du Krakatoa. Alors qu'il nage vers la côte, il aperçoit un village de 80 habitants. Ils forment une société secrète qui s'enrichit en extrayant des diamants des mines du volcan. Lorsqu'il explose le 27 août 1883, les 81 personnes s'entassent sur une plateforme accrochée à 20 montgolfières et survolent le monde, avant de sauter en parachute. Ce roman a obtenu la médaille Newbery en 1948.
Louis-Ferdinand Céline décrit dans Mort à crédit les derniers soubresauts du plus leger que l'air : il est l'assistant d'un inventeur qui tente de gagner sa vie avec des démonstrations de montgolfières, alors que la mode est passée aux premiers aéroplanes.