Aérostat

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L'Aérostat Giffard en 1852, lors d'un vol de démonstration entre Paris et Élancourt.
Préparations avant le départ d'un concours de ballons libres, en Allemagne, en mai 1929, lors du grand printemps des ballons, en vue de la prochaine compétition Gordon-Bennett-Wettfliegen de Los Angeles.
L'USS Akron (ZRS-4) en vol (1931)

Un aérostat est un aéronef « plus léger que l'air », dont la sustentation est assurée par la poussée d'Archimède, contrairement aux aérodynes. Cette catégorie d'aéronefs inclut les ballons de type Montgolfière (non motorisés) et les dirigeables (motorisés). La densité moyenne d'un aérostat est plus faible que la densité de l'air du fait qu'une partie importante de son volume est remplie d'un gaz plus léger que l'air. Le gaz est contenu dans une ou plusieurs poches qui, dans le cas des dirigeable, sont protégées par une enveloppe globale.On appelle ces engins "aérostats" car ils utilisent une portance aérostatique.

Principes[modifier | modifier le code]

Le principe de base est de rendre un objet plus léger que l'air ou d'en assurer la sustentation (avec de l'air chaud, ou avec un gaz plus léger que l'air: de l'hydrogène ou de l'hélium par exemple).

Portance[modifier | modifier le code]

La portance est la force qui permet à un aérostat de s'élever et de se maintenir en altitude.

On parle de portance aérostatique pour les aérostats[1] (montgolfières, dirigeables). Cela correspond à la poussée d'Archimède découlant de la différence de masse volumique (moindre de l'air chauffé par rapport à de l'air à température ambiante plus frais et plus dense).

Histoire[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Histoire de l'aérostation.

Ce principe était probablement connu des chinois (inventeurs présumés du papier) : l'envol de petits ballons de papier gonflés à l'air chaud était pratiqué par eux (Lanterne céleste). De nombreux précurseurs (entre autres Bartolomeu de Gusmão, Francesco Lana de Terzi et Joseph Galien (en)) ont illustré ce principe. Les premières applications pratiques d'envol d'engins plus importants ont été réalisées par les Français Joseph et Étienne de Montgolfier, et le physicien Jacques Charles.

  • En 1782, les frères Montgolfier expérimentent des ballons de toile recouverte de papier, maintenus gonflés par un feu de paille et de laine entretenu sous l'orifice et vont jusqu'à envoyer des animaux dans les airs.
  • Le 15 octobre 1783, Jean-François Pilâtre de Rozier s'élève à 84 mètres avec un engin captif.
  • le 21 novembre 1783, « Pilâtre de Rosier et le Marquis François-Laurent d'Arlandes s'envolent à partir des jardins de la Muette, traversent la Seine à Passy et se posent - dix minutes plus tard - à la Butte-aux-Cailles après avoir atteint 1 000 mètres d'altitude[2]. »
  • le 26 juin 1794, la bataille de Fleurus voit la première utilisation militaire d'un ballon d'observation.
  • Le L'aérostat Giffard est le premier ballon dirigeable à hélice et gouvernail, expérimenté le de Paris à Élancourt, par Henri Giffard.
  • En 1873, est déposé par Joseph Spiess le brevet du seul et unique aérostat à coque rigide français, une année avant Ferdinand von Zeppelin.
  • En 1875, trois aérostiers français dépassent 8 600 m, deux d'entre eux y trouve la mort.
  • En 1931, le professeur Auguste Piccard et son assistant dépassent 16 000 mètres dans une cabine pressurisée.
  • Le 17 août 1978 , Ben Abruzzo, Larry Newman et Maxie Anderson effectuent la première traversée de l'Atlantique dans un ballon à l'hélium.

Les types d'aérostats[modifier | modifier le code]

Montgolfière[modifier | modifier le code]

Article principal : Ballon (aéronef).

Une Montgolfière est un aérostat non motorisé qui peut soit voler de manière libre en suivant la direction de la masse d'air, soit en étant accroché au sol par des câbles (dans ce cas il est nommé ballon captif). Du fait qu'un ballon libre vole à la même vitesse que le vent, pour les passagers, le vol est très calme car il n'y a aucun vent relatif.

Un ballon captif quant à lui est maintenu par câble, sa portance permet de lutter contre son poids et celui des câbles. Sa hauteur est contrôlée par un treuil. Un ballon rond subit l'effet du vent et n'est pas stable par nature, donc des ballons de la forme de dirigeables ont été développés. Les ballons captifs ont été utilisés en tant que ballons d'observation, ballons de barrage, ballons d'espionnage ou encore en tant qu'armement (projet Fugo).

Dirigeable[modifier | modifier le code]

Article principal : Ballon dirigeable.

Un ballon dirigeable est un ballon motorisé dont la direction, la vitesse et la hauteur peuvent être contrôlées. Cette classe d’aérostats se divise en trois catégories : les rigides, les semi-rigides et les enveloppes-souples.

Un dirigeable rigide possède des poches de gaz entourées d'un cadre recouvert d'une peau étanche. Les dirigeables de type Zeppelin étaient rigides.

Un semi-rigide possède une poche de gaz dégonflable mais un cadre pour le maintenir en place.

Un dirigeable à enveloppe souple se gonfle comme un ballon.

Gaz assurant la sustentation[modifier | modifier le code]

Air chaud[modifier | modifier le code]

L'air se dilate en chauffant, ce qui diminue sa densité permettant ainsi de s'élever. De petites montgolfières ou lanternes sont utilisées en Chine depuis l'Antiquité. Le premier aérostat moderne, fabriqué par les frères Montgolfier, était à air chaud, cependant la plupart des premiers ballons étaient à gaz. L’intérêt pour le vol en montgolfière ne s’est réveillé que dans la seconde moitié du XXe siècle.

Hydrogène[modifier | modifier le code]

L'hydrogène est le plus léger de tous les gaz. Un ballon à l'hydrogène ne nécessite pas de bruler du carburant et peut donc rester en l'air bien plus longtemps qu’un montgolfière à air chaud. Le premier ballon habité à l'hydrogène vola peu de temps après les frères montgolfière et l'hydrogène est rapidement devenu le gaz le plus courant pour les ballons et plus tard, les dirigeables. Cependant l'hydrogène est inflammable, après plusieurs catastrophes majeures dans les années 1930 (Hindenburg) il fut abandonné.

Hélium[modifier | modifier le code]

L'hélium présente l'avantage d'être ininflammable et non toxique. Il possède un pouvoir d'élévation presque équivalent (environ 92%) à celui de l'hydrogène. Il n’a été découvert en quantité qu’au début du XXe siècle et pendant de nombreuses années, seuls les États-Unis en avaient assez pour l'utiliser dans des dirigeables. Presque tous les ballons à gaz et les dirigeables utilisent maintenant de l'hélium.

Typologie[modifier | modifier le code]

Dirigeable souple Santos-Dumont en 1901.

Il existe différents types d'aérostats :

ballons libres ou captifs (reliés au sol par un câble).

Montgolfière (ballon à air chaud)

  • Ballon solaire, utilisant le rayonnement solaire pour chauffer l'intérieur du ballon

Charlière (ballon à gaz)

  • Rozière, un ballon mixte comprenant une enveloppe de gaz entourée d'une montgolfière

Les dirigeables : ballons munis d'au moins un moteur et de gouvernes leur permettant de se diriger.

Pilote[modifier | modifier le code]

Le pilote d'un aérostat est un aéronaute. Le terme « aérostier », souvent employé à tort, désigne un aéronaute militaire.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. archives.nantes.fr
  2. Dictionnaire des Inventions, Berger Levrault Ed. 1982
  3. Photo du Clément-Bayard sur Nogent-sur-Marne Aero-mondo.fr

Annexes[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

La montgolfière, histoire d'une innovation "made in Annonay"