Ballon à gaz

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Introduction

Ballon au dihydrogène de Jacques Charles et des frères Robert en 1783.

Le ballon à gaz (ou aussi charlière) est un objet volant, c'est-à-dire un aéronef, plus "léger que l'air", synonyme d'aérostat.

Le ballon vole grâce à la poussée d'Archimède.

Contrairement à la montgolfière, dont l'enveloppe est gonflée d'air chaud, le ballon à gaz contient un gaz moins dense que l'air à température identique, en général du dihydrogène, du gaz d'éclairage ou de l'hélium.

Un ballon à gaz ne peut être contrôlé que dans la direction verticale, et dans une certaine mesure horizontalement par le biais des courants aériens différents selon l'altitude.

Histoire

C'est la même année que les frères Montgolfier, mais après quelques jours après eux, que le physicien Jacques Charles fait voler un ballon gonflé au dihydrogène.

Contrairement à l'invention des frères Montgolfier, très empirique, le ballon de Charles était un outil scientifique qui ne devait rien au hasard.

Le 1 décembre 1783, il vola au-dessus des jardins des Tuileries à Paris avec un des deux frères Robert qui l'avaient aidé à fabriquer le ballon. Ils atterrirent à Nesles-la-Vallée. Dès le premier vol, le ballon à gaz de Jacques Charles dispose de tous les instruments utilisés jusqu'à nos jours sur ce type de machine (enveloppe vernie, filet, panier en osier, soupape, lest et ancre). Les amélioration qui lui seront apportées par la suite seront mineures : guiderope (inventé par l'anglais Green), panneau de déchirure.

Il emmena également différents instruments scientifiques.

Le 7 janvier 1785, Jean-Pierre Blanchard et son ami et mécène américain John Jeffries traversent la Manche de Douvres à Guînes en 2 heures 25 minutes, à bord d’un ballon gonflé au dihydrogène. Cet exploit eut un retentissement dans toute l’Europe et Blanchard se rendit dans de nombreux pays, jusqu'aux États-Unis, pour effectuer des démonstrations de vol en ballon.

En 1804, Louis_Joseph_Gay-Lussac atteint 7 016 m.

En 1867, Henri Giffard fait voler un ballon captif de 5 000 m dans le cadre de l'exposition universelle, ballon qui terminera tristement sa carrière dans les lignes prussiennes en 1870. Il récidivera en 1878 avec un géant de 25 000 m.

Pendant le siège de Paris par l'armée prussienne en 1870/71, des ballons à gaz, appelés à l'époque ballon monté car emportant des passagers, ont assuré les communications dans le sens de Paris vers la province avec parfois quelques passagers souhaitant fuir Paris (un de ces passagers fut Léon Gambetta). Dans le sens province vers Paris, il était impossible de faire le trajet en ballon (trop d'incertitude à cause de la non dirigeabilité des ballons), malgré les tentatives des frères Tissandier.

En 1875, le Zenith volera 23h heures 40, avant de tuer deux de ses pilotes lors d'un deuxième vol à 8 600 m.

En 1897, l'Expédition polaire de S. A. Andrée tente de survoler le Pôle Nord et se termine en fiasco.

En 1900, des épreuves d'aérostation sont organisées dans le cadre de l'exposition universelle de 1900 de Paris, également connues sous le nom de Jeux olympiques d'été de 1900.

  • Jacques Balsan atteint 8 558 mètres d'altitude.
  • Henry de La Vaulx se pose le 10 octobre près de Kiev. Il a parcouru, en deux jours, en ballon, 1 925 km.

Technique

Construction

Le ballon est constitué d'une bulle de tissus étanche, emprisonnée dans un filet, auquel est suspendue une nacelle.

Pilotage

Pour monter, il faut lâcher du lest, en général du sable, qui est emporté dans ou autour de la nacelle avant le décollage. Lors de la montée, le gaz se dilate, et il faut laisser échapper l'excédent de gaz (une soupape obstrué est une cause d'accident grave par déchirure de l'enveloppe).

Pour descendre, il faut ouvrir une soupape qui permet de libérer le gaz. Le gaz se recomprimant, la portance du ballon diminue au fur et à mesure que le ballon descend, ce qui accélère dangereusement la descente. Le pilote doit paradoxalement lâcher du lest pour contrôler la vitesse de descente.

À la base de l'enveloppe, un appendice assure le gonflage et l'évacuation du gaz lorsqu'il se dilate à la prise d'altitude. Un système d'évacuation rapide du gaz est prévu pour les atterrissages par vent fort pour éviter d'être traîné sur de grandes distances (panneau de déchirure).

Gaz employés

L'air est composé d'environ 1/5 d'oxygène (masse molaire 32) et de 4/5 d'azote (masse molaire 28), soit une moyenne d'environ 29.

Le dihydrogène a une masse molaire de 2, l'hélium de 4 et le méthane de 16. Le gaz de houille fait un peu plus de 10.

Le gaz le plus efficace est le dihydrogène, facile à produire, mais terriblement combustible.

On s'en est servi dès le début (Charles). Au XIX siècle, Giffard l'a utilisé préférentiellement au gaz d'éclairage, préférant améliorer la technique de production du dihydrogène, afin d'optimiser la portance.

Parmi les catastrophes survenues, la mort de Pilatre de Rozier (son ballon combiné dihydrogène/air chaud a brûlé) et le dirigeable Hindenbourg.

De nombreux aérostiers du XIX utilisaient le Gaz de houille, produit en masse dans des usines, mais lui aussi fortement combustible (mélange essentiellement d'hydrogène et de méthane).

À l'époque moderne, on sait produire assez facilement de l'Hélium, absolument incombustible, mais un peu moins porteur que l'hydrogène et nettement plus cher.

Utilisations

Les ballons à gaz ont été utilisés pour explorer la stratosphère avant que des avions expérimentaux ne puissent atteindre ces altitudes.

Record

Un vol en ballon à gaz peut durer plusieurs jours.

Ainsi le 17 août 1978, le ballon à gaz Double Eagle II, piloté par les Américains Anderson, Abruzzo et Newman, a réalisé la première traversée de l'Atlantique en ballon en se posant à Miserey (Eure) en France après un vol de 5022 km effectué en 5 jours, 17 heures, 5 minutes et 50 secondes.

Altitude :

  • 18 000 m, le 15 août 1932, par le ballon à hydrogène FNRS I équipé d'une cabine pressurisée. Ce ballon fut conçu et piloté par le Suisse Auguste Piccard travaillant alors en Belgique.
  • 34 668 m, le 4 mai 1961 par les Américains Malcom Ross et Vic Prather.
  • 53 000 m, en mai 2002 par le ballon inhabité Fujikura d'un volume de 60 000 m³ et parti de Sanriku, Préfecture d'Iwate, Japon.