TPE sur les ballons dirigeables

« de consommation d'énergie pour compenser cette traînée (conso mmation de carburant par passa ger de l'Hindenburg 10 fois supérieure à celle d'un Boeing 747).

Mais faute de réussir en tant que moyen de transport, les ballons ont trouvé d'autres champs d'application : la publicité , les loisirs et les sciences.

Le créneau ouvert par Eugène Mercier n'a cessé d'être revisité.

De nombreux ballons ont été réalisés à l'effigie de produits commerciaux.

En termes de loisirs, ils offrent également une large palette de possibilités, depuis les locations ponctuelles lors d'évé nements particuliers, jusqu 'à la recherche de performances par les amateurs les plus passionnés.

Événemen ts et festivals célèbrent régulièrement les ballons .

Les participants s'y lancent des défis autant technologiques qu'esthétiques.

La France rassemble un certain nombre de clubs organisant des évènements sportifs.

Les ballons sont par ailleurs utilisés dans un contexte scientifique.

Les ballons-sondes, inventé s par Gustave Hermite en 1892 , permettent de réaliser des mesures locales dans l'atmosphère.

Ces ballons non habit és atteignent des altitudes inaccessibles aux avions.

Ils permettent d'embarquer les instruments nécessaires aux études météorologiques ou atmosphériques.

On peut également y loger des instruments dédiés à l'étude du ciel.

De telles missions offrent l'avantage d'enveloppes budgétaires bien inférieure s à celles des missions satellitaires .

lf.IM.JiiiM!ilttl ÉLEMENTS CONSTITUTIFS Les montgolfières sont des ballons à air chaud.

Elles sont constituées d'une enveloppe, d 'une nacelle et d 'un brûleur .

Les premières enveloppes avaient été conçues en peaux d'animaux, aujourd'hui remplacée par du nylon .

Les tissus sont traités avec du polyuréthane afin de les protéger des rayons UV et d'améliorer leur isolation thermique.

~enveloppe est constituée de fuseau x cousus entre eux et de forme variable .

Les nacelles sont pratiquement toujour s en osier, apprécié pour sa souplesse et sa légèreté.

On y embarque des bouteilles de propane liquide, combustible nécessaire au réchauffement de l'air.

Le brûleur permet de vaporiser le propane .

À sa sortie, il est enflammé par une veilleuse et la flamme résultante est orientée vers l'ouve rture de l'enve loppe , réchauffant ainsi l'air contenu par celle-ci.

PILOTAGE Lors de la préparation d'une ascension, l'enveloppe est étalée dans le lit du vent.

Un ventilateur souffle de l'air froid à l'intérieur .

Quand elle est parvenue à un volume suffisant, le pilote chauffe à l 'aide des brûleurs, ce qui permet d'assurer la sustentation.

Après le décollage, le pilote chauffe périodiquement l'air contenu dans l'enveloppe pour compenser les pertes de chaleur.

Le choix d'un bon isolant thermique dans la conception de l'enveloppe permet de minimiser la future consommation de carburant du ballon .

Pour faire monter le ballon, le pilote doit chauffer davantage l'air contenu dans l'enve loppe .

La température interne des ballons peut atteindre environ 120 oc.

On les maintient cependant bien souvent en dessous de ce seuil pour augmenter la durée de vie des matériau x constituant l'enveloppe.

Pour le faire descendre, le pilote dispose d 'une soupape permettant de relâcher une partie de l'air chaud contenu par l'enveloppe .

Il peut également attendre le refroidissement naturel de l'air.

Une descente trop rapide peut -être freinée par de brefs allumages du brûleur .

Le ballon ne peut se piloter que verticalement: la direction horizontale est entièrement déterminée par les vents.

À l 'atterrissage , l'enveloppe est entièrement vidée puis repliée .

PERFO RMA NCES Dans des conditions atmosphériques nominales, une montgolfière nécessite un volume d'air de 3 m ' pour soulever un kilo.

Cependant la capacité de charge dépend de la température externe, de l'altitude au dessus du niveau de la mer du lieu de vol et de l'humidité de l'air.

Tous ces paramètres agissent sur la densité de l'air ambiant.

Ainsi que nous l'avons vu pour l'air contenu dans le ballon , la température de l'air détermine sa densité via la loi des gaz parfaits .

~altitude du point de départ du vol est également importante car la pression atmosphérique diminue avec l'altitude .

Un vol proche du niveau de la mer est donc facilité par rapport à ------~------...1..------------ ~ un vol au départ d'un plateau car l'air y ÉlémentS COnStitUtifS sera plus dens e.

Par ailleurs le vol devient plus consommateur d'énergie enveloppe nacelle de la montgolfière au fur et à mesure que le ballon s'élève dans les airs.

La portance fournie par un ballon décroit de 3 % tous les 1 000 mètres .

Enfin dernier grand paramètre jouant sur la densité de l'air: l 'humi dité.

~ajout de molécules d'eau dans l'air le rend également plus dense.

Un ballon pourra donc s'élever plus facilement dans un air humide.

ijij:[email protected] ÉLEM ENTS CONSTITUTIFS : ENVELOPPE , F ILET, NACEL U Les ballons à gaz ou charlières utilisent un gaz plus léger que l'air (de l'hydrogène, de l 'hélium ou de l'ammoniac) pour se maintenir dans les airs.

Tout comme les montgolfières, ils comportent une nacelle et une enveloppe.

Ils ne sont en revanche pas équipés de brûleur .

~enveloppe est constituée de tissu imperméable au gaz.

Le remplis sage du ballon se fait par l'appendice à la base de l'enveloppe.

Son sommet est muni d'une valve permettant l'évac uation du gaz.

Un système d'urgence, le panneau de déchirure , permet de vider abruptement le contenu du ballon.

~enve loppe est attachée à la nacelle par le biais d 'un filet prolongé de cordes de suspension.

On embarque Éléments co nstitutifs du ballon à gaz soup ape filet par ailleurs une certaine quantité de les t sous la forme de sacs de sable.

PILO TAGE Pour faire monter le ballon, le pilote lâche du lest.

Au fur et à mesure de la montée, le gaz contenu dans l'enveloppe se dilate .

~appendice permet alors d'évac uer le surplus de gaz contenu dans le volume fini de l'enveloppe .

Lorsque le pilote veut descendre, il ouvre la soupape afin de libérer du gaz.

Lors de l'atterrissage, le pilote peut utiliser le panneau de déchirure.

Quand les conditions atmosphériques l'exigent, l'évacuation précipitée de l'air contenu dans le ballon permet d'éviter d'être traîné par le vent.

Il est à noter qu'un vol en montgolfière dure en moyenne une à deux heures (en raison de l'autonomie des bouteilles de gaz propane) alors qu'un vol en ballon à gaz peut durer plusieurs jour s.

INSTR U MENTATION En plus des systèmes nominaux précédemment décrits , les ballons peuvent embarquer un certain nombre d'instruments.

On peut recenser : • les altimètres (mesure de l'altitude ) ; • les transpondeur s (communications avec les centres de contrôle et les autres engins durant le vol) ; • les baromètres (mesure de la pression et donc estimation de l'altitude ) ; • les GPS (positionnement géographique) ; • les radios .

i!Jol!M3ih!i ÉLEMENTS CONSTITUANTS Un dirigeable est un ballon manœuvrable.

Il est constitué d 'une loppe sont des enveloppes secondaires contenant du gaz.

Comme dans le cas de la charlière, ce gaz est plus léger que l'air, ce qui assure la sustentation de l'appa reil.

Le dirigeable est en plus doté d'un moyen de propulsion , qui assiste son vol essentiellement dans les phases de décollage, atterrissage et de vol stationnaire.

Il dispose en outre d'un gouvernail et d'ailettes qui lui confèrent stabilité dynamique et manœuvrabilité.

Le dirigeable est enfin doté d'une nacelle reliée à l'enve loppe au moyen de câbles .

Souvent de taille supérieure à celles équipant les ballons et montgolfières , celle-ci abrite l'équipage ainsi que les passagers.

PILOTAGE Le ballon est de forme allongée afin d'être aérodynamique.

On l'équipe de lest, généralement du sable ou de l'eau, qui peut par la suite être lâché pour alléger l'appareil et gagner de l'altitude .

Au cours de l'élévation de l'appar eil, la pression du gaz interne est régulée par ajustement de la taille des ballonnets .

À tout moment , on peut relâcher du gaz pour réduire la flottabilité , donc perdre de l'altitude.

Pour diriger l'aéronef, le pilote utilise un ou plusieurs gouvernails articulés verticalement.

Pour commander la montée ou la descente, il actionne un ou plusieurs volets de profondeur articulés horizontalement.. »