LA MONTGOLFIERE
4 juin 1783 Annonay (Ardèche) :
Première démonstration publique de ballon à air chaud.
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La montgolfière est un moyen de transport aérien, un aéronef plus léger que l'air aussi appelé aérostat. Le concept est simple, on gonfle une enveloppe grâce à de l'air chaud. L'air chaud étant plus léger que l'air environnant, le ballon s'élève donc dans les airs.
La montgolfière a été inventée par les frères Montgolfier, Joseph-Michel et Jacques-Étienne, en 1782.
Les premières expériences
La découverte de l'hydrogène par Henry Cavendish date de 1766. Il découvre ainsi que « l'air inflammable » est un gaz 11 à 12 fois moins dense que l'air. En 1782, les frères Montgolfier avaient fait des expériences en produisant de l'hydrogène, en versant du vitriol sur de la ferraille, et en tentant de l'enfermer dans des sacs en papier, mais sans succès.
Cela serait en jetant un papier dans la cheminée que Joseph s’aperçoit que ce dernier est aspiré, ou alors en voyant monter la fumée dans la cheminée, les sources ne sont pas sures. En novembre 1782, alors que celui-ci est à Avignon, il fait une première expérience avec une chemise fermée, puis avec un « cube » de taffetas de soie d'un mètre cube environ qu'il arriva à faire monter au plafond de son logement.
En décembre, les deux frères sont réunis à Annonay, et la même expérience est refaite : une enveloppe cubique d'un mètre cube gonflée par un feu de laine et de paille mouillée s'envole à une trentaine de mètres d'altitude. Le feu produisait une épaisse fumée, car ils pensaient, par analogie aux nuages, que c'était la fumée la responsable de l'élévation.
Le 14 décembre 1782, ils gonflent avec de l’air chaud une sphère de 3 m³ qui parvient à s'envoler elle aussi. Ils décident donc de faire un ballon plus gros, d'une douzaine de mètres de diamètre. Ils utilisent de la toile en coton qu'ils doublent avec des feuilles de papier mince, découpée en fuseaux assemblés ensuite entre eux. Le poids du ballon était de 225 kg pour 800 m³. Le ballon est prêt en avril 1783 et quelques essais captifs sont réalisés. Le 25, le ballon est lâché et il monte à une hauteur estimée de 400 mètres.
La première expérience publique eut lieu le 4 juin 1783 à Annonay (Ardèche). C’est avec ce ballon qu'ils font une démonstration aux États particuliers du Vivarais. Il se serait élevé ce jour-là à 1 000 mètres et se posa 10 minutes après l'envol à 2 kilomètres. Les députés firent un rapport pour l'Académie des sciences de Paris. Les deux frères songent à se faire connaître à Versailles pour obtenir des financements. Tous leurs essais avaient été payés jusqu'alors sur leurs fonds propres.
Le 19 septembre de la même année, un coq, un mouton et un canard firent l'expérience du premier vol habité à Versailles devant le roi Louis XVI (leur ballon est monté jusqu'à 3.600 mètres).
Le 19 octobre à la Folie Titon, aujourd'hui située rue de Montreuil à Paris, à l'époque encore bourg de Saint-Antoine, le premier vol humain eut lieu, habité par Jean-Baptiste Réveillon, Jean-François Pilâtre de Rozier et Giroud de Villette. Le 21 novembre, Jean-François Pilâtre de Rozier et le Marquis d'Arlandes firent un second vol, qui fut commémoré plus officiellement comme étant le premier.
Jean-François Pilâtre de Rozier perdit la vie quelque temps plus tard lorsque sa rozière, aérostat hybride constitué d'un ballon à gaz enfermé dans une enveloppe de montgolfière (la chaleur du foyer dilate le gaz et évite ainsi l'emport de lest), prit feu et chuta.
À noter que la première femme à voler fut Élisabeth Thible, le 4 juin 1786 à Lyon.
Après des débuts prometteurs, les montgolfières vont être supplantées par les charlières, les ballons à gaz, dont le premier s'est envolé le 1er décembre 1783. Surtout quand l'hydrogène, coûteux et difficile à préparer, pourra être remplacé par du gaz d'éclairage bon marché.
Les montgolfières étaient délicates à mettre en œuvre avec le foyer qu'il fallait alimenter sans mettre le feu au ballon, avec des escarbilles ou un fétu de paille à moitié consumé.
Pendant la période de déclin, les ballons n'étaient pas équipés de foyer, ils étaient gonflés à bloc au sol puis on lâchait tout. La montgolfière s'élevait très rapidement pour un vol d'une dizaine de minutes.
En 1972, deux « inventions » allaient relancer la montgolfière : une fibre synthétique pour l'enveloppe, le nylon, et un gaz de pétrole liquéfié, le propane comme carburant.
Structure d’une montgolfière
Une montgolfière moderne est constituée de trois éléments principaux : l'enveloppe, le brûleur et la nacelle.
L'enveloppe
Celle-ci, constituée d'un tissu de nylon et traité avec un vernis de polyuréthane pour le protéger des rayons ultraviolets et améliorer la capacité thermique, peut être lisse ou lobée. Dans les deux cas, l'enveloppe est constituée de fuseaux qui sont cousus ensemble. La forme des fuseaux changent selon le type de ballon désiré. Au delà de 120°c le nylon fond.
Le volume peut aller de 550 m³, pour emmener une personne seule, à plus de 25 000 m³ pour les montgolfières modernes, permettant l'emport de plus de vingt personnes.
La diminution de température par arrêt d'alimentation en air chaud suffit à atterrir quand il y a peu de vent.
Les ballons sont équipés de système permettant de les vider très vite.
Il existe trois types de systèmes de dégonflement, deux réversibles et un définitif. Les systèmes réversibles sont soit une soupape parachute circulaire dans la partie supérieure de l'enveloppe qui est accrochée avant le gonflement grâce à des velcros, le pilote peut l'ouvrir, depuis la nacelle, en l'air pour libérer de l'air chaud en vue de mettre le ballon en descente, la pression interne permet à la soupape de se remettre en place dès que la corde d'ouverture est relâchée; soit le "dégonflement rapide", en réalité un dérivé du premier qui permet d'actionner cette même soupape et de la transformer en un cône permettant de libérer l'air beaucoup plus rapidement. La soupape revient en place en actionnant une autre corde. Ce système n'est normalement utilisé qu'à l'atterrissage par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol. Le système non réversible est un panneau de déchirure, triangle plus ou moins grand situé au dessus de l'équateur du ballon. Le pilote l'actionne au moyen d'une corde à l'atterrissage. Cette action a pour effet d'ouvrir le ballon libérant ainsi l'air chaud. Il faut remettre en place le système avant le prochain décollage au moyen de velcro ou autres sangles.
Le foyer
Le propane en état liquide est contenu dans des bouteilles cylindriques en aluminium (ou acier plus lourd), placées dans la nacelle. Il va vers le brûleur où il se vaporise et se réchauffe dans un serpentin. Le mélange air-propane est enflammé par une veilleuse continue. La longue flamme, juste sous l'ouverture de l'enveloppe, réchauffe l'air contenu dans le ballon, ce qui permet son ascension.
La nacelle
Elles sont pratiquement toutes en osier. Beaucoup d'autres matériaux ont été utilisés, mais on est toujours revenu à l'osier : le plus souple. Sauf pour la fabrication du constructeur Français « Ballons-Chaize » qui utilise le rotin et le constructeur Britannique « Cameron Balloons » qui utilise une combinaison d'osier et rotin de Kooboo, Palambang et Tahiti, dont le brin est plus régulier et plus résistant. Pour trois passagers, les bouteilles, un peu de bagage, la dimension classique est 1 m de hauteur, 1,20 m de longueur sur 1,10 m de largeur.
Fonctionnement d'une montgolfière
Les montgolfières exploitent d'une part le principe d'Archimède et d'autre part la caractéristique des gaz d'avoir leur produit (pression * volume) égal à leur produit (constante * température). Ce deuxième principe est décrit par l'équation d'état des gaz parfaits.
Sous l'action de la chaleur, l'air se dilate. Sa masse volumique diminue : donc, à pression constante, l'air chaud prend plus de place pour le même poids, ou pèse moins lourd pour le même volume que l'air froid. On peut vérifier ce phénomène, dans une pièce calme, en plaçant un thermomètre au sol et un autre au plafond. On constate ainsi qu'il y a une légère différence de température et que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol.
Le poids de l'ensemble {ballon + air} dépend du poids de l'air contenu dans l'enveloppe. Si l'on diminue la masse volumique de l'air contenu dans l'enveloppe, le poids de l'ensemble diminue et le ballon peut « flotter dans l'air ».
Comme la pression atmosphérique diminue avec l'altitude, d'environ 1 Hpa par 28 pieds(soit environ 8,40m), la masse de l'air déplacé par le ballon diminue. Un point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air qu'elle déplace. Notons que de l'air s'échappe de l'enveloppe du ballon lorsque la pression atmosphérique diminue.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Montgolfi%C3%A8re