Les ballons dirigeables

« PLUS LÉGERS QUE rAIR Les aérosta ts, plus connus sous le nom de ballons, sont des aéronefs plus légers que l'air.

La sustentation de ces obje ts est assurée par la poussée d'Archimède, contrairement aux aérodynes (avions , hélicopt ères) dont le vol est permis par les forces aérodynamiques.

Il en existe de nombreux types , dont les noms s'inspi rent en grande partie de leurs célèbres inventeurs : les frères Montgolfier , Jacques Charle s et le comte Zeppelin .

courante :la flottai son d 'un bateau sur l'eau, la montée de l'air chaud au dessu s d'un radiateur , la flottaison d'un glaçon dans un verre d'eau ...

Le mouvement d 'un corps plongé dans un fluide peut se déterminer à partir du bilan des forces qui lui sont appliquées .

Il subira : • son propr e poids : une force verticale dirigée vers le bas proportionnelle à sa masse et à l'accélération de la pesanteur ; • la poussée d 'Archimède .

On peut distinguer trois cas possibles .

Soit le poid s de l'objet l'emporte , et dans ce cas celui-ci e st animé d 'un mouvement vertical vers le bas.

Soit la poussée d 'Archimède l'emporte et l'objet est déplacé vers le haut.

Enfin les deux forces peuvent se compenser , auquel cas l'objet est en équilibre :il ne se déplace pas.

------------1 On peut simplifier ce problème de GJm#!iiiJ fONCTIONNEMENT DES BALLONS «Tout corp s plongé dans un fluide subit une poussée verticale , dirigée ,.........,..,.r- --w de bas en haut , égal e au poids du fluide déplacé et appliquée au centre de gravit é de ce corps » énonce Archimède près de 240 ans avant notre ère.

On observe de nombreux exemples illustrant ce principe dans la vie mécaniqu e en ayant recours à la notion de mas se volumique.

La masse volumique d 'un corps est le rapport de sa masse sur son volume.

Lorsqu 'un objet est plong é dans un fluide , son mouvement peut être déterminé en comparant sa masse volumique à celle du fluide .

Si l'objet est plus d ense que le fluide , il coule.

Dans le cas contraire, il flotte .

Le ballon est une application directe de ce prin cipe.

Pour mettre un objet en mouvement ascendant ou en suspension dans un fluide , il faut le doter d 'une masse volumique plus petite que celle du fluide .

En enfermant une quantité de gaz de masse volumique inférieure à celle de l'air dans une enve lopp e, on peut soulever une nacelle de mas se raisonnable .

Deux piste s différente s ont été examinées pour obtenir des fluides plus légers que l'air: d 'une part la température du fluide utilisé .

La loi des gaz parfaits nous ensei gne en effet qu'un gaz chaud occupe un volume plus important qu'un gaz froid .

En chauffant une masse d'air donnée , on la dilate et sa masse volumique devient plus faible que l'air environnant.

Le bilan des forces qui lui sont appliquée s agit donc en faveur d 'une mise en mouvement vers le haut.

~autre piste est la composition du gaz enfermé dans l'enveloppe .

En choisissant directement un gaz de masse volumique inférieure à celle de l'air, on obtient les même s résultats que dans le cas de l'air chauffé.

TYPES DE BALLONS On distingue trois grands type s de ballon s en fonction de leur mobilité .

Les ballons captifs sont relié s au sol par un câbl e et ne sont donc pas mobile s.

Les ballon s libres quant à eux n 'ont pas d'attache au sol, et leur mouvement est avant tout décidé par les courants aériens.

On rencontre enfin le dirigeable .

Ces ballons sont munis de moteurs et de gouvernes qui les rendent manœuvrables .

Par ailleurs si les aérostats ont pour point commun d 'exploit er le principe ------------..._------------1 d 'Archimède, différentes inventions Bilan des forces -Poids (Fp) et poussée d'Archimède (FA) Mouvement vertical + vers le haut 1 FA ~Fp vers le bas sont nées des différente s pistes permettant d'obtenir une mas se volumique plus faible que l'air.

On distingue les montgolfières des charlières .

Les montgolfi ères sont des ballons à air chaud :elles exploitent la moindre densité de l'air chauffé .

Les charlières sont des ballons à gaz : elles exploitent des gaz de densité inférieure à l'air.

Elles permettent de nombreu ses application s : les ballon s sondes et ballon s stratosphériques , qui perm ettent une étude in situ d e l ' atmosphère via des instruments embarqués.

Il existe un dernier type de ballon : la rozière qui est en fait un mélange des montgolfi ères et des ballons à gaz.

La rozière combine les deux principe s en chauffant un gaz différent de l 'air.

On trouve également différentes catégories de dirigeables .

Leur structure de base peut être plus ou moins rigide , depuis les dirigeables souples (comme le modèle Parseval ), jusqu 'au x dirigeables rigides (comme le Zeppelin ) en passant par une série de modèles semi-rigides (comme le Lebaudy ou le Zeppelin Nn.

i@J!ihil{ii ·]i:!j PREMIERS BALLONS On peut considérer que l'aérostation démarre en 1782 avec les premiers essais de vol de Joseph Montgolfier .

~année 1783 s'avère fertile en réus sites : le 4 juin, Joseph et son frère Étienne Montgolfier réalisent la première démon­stration publique de vol d 'un aérostat à air chaud à Annonay .

Celui -ci dépa sse 1 000 mètres d'altitude et parcourt deux kilomètre s.

Pilâtre de Rozier et le marquis d 'Arlandes deviennent les premiers voyageurs aériens en effectuant le 21 novembre un survol de Paris en montgolfière, parcourant une dizaine de kilomètres .

En parallèle de ces exploits , Jacques Alexandre Charles mène des investigation s sur les ballons à gaz et réalise un ballon à l'hydrogène dont le premier vol a lieu le 1 ~ décembre.

UTILISATION PAR ~ARMÉE • PREMIERS BALLONS CAPTIFS Savants et militaires ne tardent pas à comprendre qu'un ballon constitue un exce llent atout dans un champ de bataille .

La première compagnie d'aérostiers est créée dès 1794 .

Ils participent aux opérations militair es en fourni ssant des renseignements sous les ordres de Jean-Marie Coutelle .

Ce dernier met sur pied une écol e d' aéro station militaire à Meudon avec l'aide de Nicolas Jacques Conté .

Mais la comp lexité de la construction et du transport des aérostats dissuade les généraux français de leur utilité : les aérostiers sont licenciés en 1799 .

Le ballon libre n 'offrant pas la maniabilité requise pour la guerre, les inventeurs se lancent très tôt dans l'étude de systèmes de navigation .

Le général Jean-Baptiste ­ Marie Meusnier est le premier à proposer un ballon de forme ellipso ·1dale, muni d 'un gouvernail.

Cependant son ballon ne s'avère pas pilotable.

En revanche l'ajout d 'une machine à vapeur actionnant une hélice par Henri Giffard permet une m aniabilité rudimentair e.

Grâce à l'ajout d'un moteur électrique en 1884 , Charles Renard et Arthur Krebs parviennent à effectuer un premier aller retour.

Par la suite, les progrès les plus signi ficatifs sont dus à l'invention du moteur à explosion.

ESSOR ET DÉCLIN DES DIRIGEABLES Le comte Zeppelin est l'une des figures les plus marquantes de l'avènement du dirigeable.

Tout au long de la première guerre mondiale, des dirigeables de plus en plus sophistiqués sont construits.

Ils participeront à de nombreuses attaques et missions de reconnaissance .

~enthousiasme pour les dirigeables ne faiblit pas pendant l'entre deux guerres.

Anglais, Allemands, Français, Italien s et Américains se disputent l'invention d 'engins de taille toujours plus spectaculaire.

La vocation des dirigeables déborde alors du domaine militaire pour conquérir le transport civil.

Mais les dirigeables s'avèrent très sensib les aux conditions climatiques.

Par ailleurs , l'hydrogène dont ils sont gonflés les rend hautement inflammables.

Plusieurs catastrophes vont refroidir irrémédiablement l'engouement qu'ils avaient suscité : la perte de l'ltalia en route pour le pôle en 1928 , l'accident d'un dirigeable anglais lors d'un trajet Londre s-Bombay en 1930 et la catastrophe du Hindenburg, qui prend feu à l 'aéroport de Lakehurst en 1937 .

Cette dernière catastrophe sign e la fin de l'utilisation des dirigeables à des fins commerciales.

Finalement, les progrès techniques de l 'aviation au cours de la Seconde Guerre mondiale donnent le coup de g râce à l'ère des dirigeables.

AÉROSTATION MODERNE En dépit des incidents , de nombreux passionnés n 'ont pas renoncé à la conquête de l'air par les ballons.

Le problème de l'inflammabilité de l'hydrogène a pu être résolu en élim inant le recours à ce gaz au profit de l'utilisation de l'hélium , plus cher car non renouvelable.

Les progrès technologiques assurent par ailleurs une meilleure sécuri t é par l'usage de matériaux plus résistants à la déchirure .

Cependant, les aérostats restent très sensi bles aux conditions climatiques en raison de leur grand volume .

Par ailleurs , leur vol n'est pas très économique car ils offrent une importante résistance au vent.

Cela se traduit par un surplus. »