Ballon solaire
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Le ballon solaire est un aérostat semblable à la montgolfière sauf qu'il n'utilise pas de brûleur, ni aucune autre source de chaleur exceptée celle fournie par le soleil. Comme les autres aérostats, le ballon solaire est en sustentation grâce à la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) d'Archimède.

Généralités

Le ballon solaire (Le ballon solaire est un aérostat semblable à la montgolfière sauf qu'il n'utilise pas de brûleur, ni aucune autre source de chaleur exceptée celle fournie par le soleil....) est le plus souvent construit et utilisé par des amateurs. Les objectifs d'un vol de ballon solaire sont très variés. Cela peut aller du simple plaisir de le voir voler, jusqu'à l'expérience embarquée avec radio-transmission des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) et suivi du ballon par GPS, en passant par la traditionnelle photographie aérienne (La photographie aérienne est un domaine très vaste tant sur le plan de la variété des documents que des techniques employées.). Certaines personnes utilisent même leur ballon pour s'élever dans les airs.

Avantages du ballon solaire

Il y a plusieurs avantages à construire un ballon solaire, parmi eux :

  • le coût, il n'est pas nécessaire d'avoir un brûleur ni d'utiliser du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout...)
  • le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante des...), l'absence de brûleur permet de diminuer la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) de la charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne...)
  • la mise en évidence des possibilités d'utilisation de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère. Sur Terre,...)

Inconvénients

Un tel dispositif a bien entendu ses inconvénients :

  • nécessite des conditions météorologiques favorables (pas ou peu de nuages, température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) ambiante pas trop élevée)
  • un vol doit bien entendu être fait de jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) (présence de soleil) et pour cette raison il a une durée déterminée (inconvénient dans le cas d'un dispositif destiné à voler plusieurs jours).

Dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est...) d'un ballon solaire

Les dimensions d'un ballon solaire dépendent de l'utilisation à laquelle il est destiné. On cherche en général à transporter à une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) utile de masse définie. Pour soulever cette masse, il faut que le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) du ballon soit suffisamment important.

Pour trouver ce volume minimal, on applique la formule de la poussée d'Archimède. Il faut se fonder sur une différence de masses volumiques entre l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude,...) à l'intérieur du ballon et l'air ambiant. Si il fait 20°C de plus dans le ballon qu'à l'extérieur, alors la différence de masses volumiques sera d'environ 80g/m³.

Types de vol

 Le vol d'aérostats est soumis à la législation. Renseignez-vous avant d'effectuer un vol (habité ou non).

On distingue deux types de vol :

  • le vol captif, le ballon est attaché au sol par une corde solide reliée à une masse suffisamment importante pour retenir le ballon
  • le vol libre (Le vol libre est l'activité sportive ou de loisir consistant à voler avec un planeur ultra léger (PUL) sans motorisation.), le ballon n'est pas retenu. Sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) est soumise aux conditions environnementales

Un vol en ballon solaire peut être habité ou non. Dans le cas d'un vol habité toutes les précautions doivent être mise en œuvre pour un déroulement sans encombre.

Gonflage du ballon

Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) dépend de la taille du ballon, voici quelques techniques de gonflage :

  • Gonflage manuel : se mettre devant l'ouverture du ballon, maintenir le bas de l'ouverture contre le sol avec les genoux et tenir le haut de l'ouverture avec les mains. Faire entrer de l'air dans le ballon en secouant vivement les mains de haut en bas. Ainsi de l'air entre dans le ballon et le gonfle.
  • Avec un ventilateur, il suffit de mettre le ventilateur dans l'ouverture du ballon et de le gonfler.

Une fois le ballon gonflé, il faut attendre qu'il se réchauffe suffisamment pour s'envoler.

Réchauffement de l'air du ballon

L'air du ballon est réchauffé par les rayonnements du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...).

L'enveloppe du ballon est un film fin de polyéthylène noir qui capte la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) des rayonnements solaire ce qui a pour effet de réchauffer l'air dans le ballon.

Composition du ballon

Un ballon solaire est relativement simple, c'est pour cela que la construction d'un modèle de taille raisonnable est à la portée de toute personne motivée.

L'enveloppe du ballon

L'enveloppe du ballon doit impérativement être noire afin de capter la chaleur des rayonnements solaires. On utilise un film de polyéthylène d'une épaisseur de 15 à 20 microns. Une épaisseur de 30 microns ou plus donne à l'enveloppe une masse trop grande pour avoir des performances satisfaisantes.

Pour des ballons de taille modeste, des sacs poubelles noirs sont souvent utilisés (attention à leur épaisseur). Pour de plus gros ballon, on utilise une large bobine de film polyéthylène afin de limiter la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) de raccordements à faire entre les panneaux.

Il existe différentes techniques de raccordements des panneaux plus ou moins résistantes :

  • raccordement par ruban adhésif (attention à la qualité du ruban), cela augmente le coût et la masse du ballon
  • par thermosoudure, peu coûteux mais plus difficile à maîtriser. Une mauvaise thermosoudure peut mener à la déchirure de l'enveloppe. Divers appareils peuvent être utilisés (fer à souder, sèche-cheveux, coupe-corde, ...)

La charge utile

La principale caractéristique de la charge utile est se masse. Son contenu dépendra de ce que l'utilisateur souhaite faire. Les dispositifs suivants sont souvent embarqués :

  • appareil photo ou caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la...) (souvent numérique)
  • capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) et de température
  • émetteur/récepteur radio
  • récepteur GPS

Il est possible d'imaginer toute sorte d'expérience embarquée à bord du ballon. Mais pensez toujours à la sécurité et la réglementation.

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