LES AÉROSTATS
LES BALLONS À AIR CHAUD - MONTGOLFIÉRES
Introduction
À la fin des années 1950, l'utilisation d'une fibre synthétique pour l'enveloppe (le nylon), et d'un gaz de pétrole liquéfié (le propane) comme carburant, allaient relancer les ballons à air chaud appelés également Montgolfières, en permettant un usage souple et sécurisé. Les premiers ballons ainsi modernisés volent d'abord aux États-Unis. Elles arrivent en France dans les années 1970 et elles sont devenues un sport de loisir. En France, on compte plus d'une dizaine d'associations qui proposent des baptêmes de l’air et des cours de pilotage.
Un ballon à air chaud moderne est constitué de quatre éléments principaux :
- l'enveloppe ;
- la nacelle ;
- le brûleur ou les brûleurs reliés aux réservoirs de carburant ;
- les réservoirs de gaz.
L'enveloppe
C'est la pièce maîtresse du ballon. Elle a pour rôle d'emprisonner l'air chaud produit par le brûleur ou les brûleurs.
Elle est confectionnée avec du nylon très résistant ou polyester, matériau choisi pour sa légèreté (65 g/m2). Ces tissus gardent une bonne tenue à la température, car ils sont laqués ou enduits avec du polyuréthane. Elle est protégée à sa base par une jupe en tissu ininflammable. Pour un ballon de 3 000 m3 dont la capacité est 4 personnes, on emploie 1 200 m2 de tissu. L'enveloppe est partitionnée en fuseaux par des sangles de charge verticales, rassemblées au sommet sur un anneau. Le nombre de fuseaux est variable selon la forme et le volume de l’enveloppe.
Les sangles forment l’ossature du ballon, elles sont constituées, dans la partie basse, de câbles métalliques attachés par de solides mousquetons sur le cadre de charge, structure métallique reliant l’enveloppe à la nacelle, sur laquelle est fixé le ou les brûleurs.
Les sangles horizontales moins nombreuses ont une fonction d’anti-éclatement.
La jupe partie inférieure de l’enveloppe, à proximité du brûleur est généralement en Nomex, matériau ayant comme particularité de résister à de très hautes températures.
En dessous de la jupe, existe le scoop (ou écope, ou coupe vent), de forme triangulaire, il sert à canaliser le vent relatif vers l’intérieur de l’enveloppe pour la maintenir en pression. Le scoop permet également d’orienter le ballon par rapport au vent.
La corde de couronne permet au moment de la ventilation de l'enveloppe, de maintenir celle-ci dans le bon alignement.
Elle servira également à l'atterrissage pour aider le basculement du ballon dans l'axe désiré.
La soupape
La soupape est un clapet manuel placé au pôle supérieur du ballon. Elle permet de libérer une quantité plus ou moins grande de gaz pour faciliter les manœuvres en vol. Le pilote peut l'ouvrir depuis la nacelle, 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.
Les différents modèles de soupape
- La soupape à doubles clapets :
Elle a été conçue par Jacques Charles dès la naissance du ballon à gaz. C'est le système le plus employé encore aujourd'hui pour des soupapes rigides.
- La soupape à simple clapet :
Exemple de soupape à simple clapet.
- La soupape parachute :
Le parachute est une soupape circulaire qui doit avoir une surface suffisante pour que la pression interne le plaque bien sous l'enveloppe. Son diamètre est d'environ 15 m² (pour un ballon de 2 200 m3) il est fixé à l'aide de "Velcro", et est relié à la nacelle par une corde pour permettre au pilote de l'actionner. Fermé, il assure l'étanchéité du ballon, ouvert, il libère l'air chaud, pour accélérer la descente.
Ce système présente plusieurs avantages :
- En vol, en l'ouvrant légèrement elle est utilisée comme soupape classique.
- Au sol, en l'ouvrant entièrement elle dégonfle rapidement le ballon, et supprime ainsi le panneau de déchirure sur l'enveloppe.
- Elle est légère et reste fixée au ballon lors du pliage.
- Le panneau de déchirure :
Un panneau de déchirure permet un dégonflage rapide du ballon en cas d'atterrissage par fort vent, pour éviter d'être traîné longtemps au sol. Ce système placé a mi-hauteur de l'enveloppe (équateur) est non réversible. Il est actionné par le pilote au moyen d'une corde à l'atterrissage. Il faut remettre en place le panneau de déchirure avant le prochain décollage au moyen de "Velcro" ou autres sangles. Tous les ballons n'en sont pas équipés.
Le cadre de charge
C’est un cadre en acier inoxydable établissant la liaison entre l’enveloppe, le brûleur et la nacelle.
Ci-dessous les deux brûleurs fixés sur le cadre de charge de la nacelle.
La nacelle
La nacelle en osier ou en rotin tressé est reliée au cadre de charge par au moins quatre câbles en acier inoxydable. Sa structure en osier est flexible tout en offrant une structure rigide supportant les nombreux chocs qu’elle subit lors des transports et des atterrissages, mieux que l’aluminium ou certains plastiques. Les planchers peuvent être également en osier tressé, ce qui aide à l’absorption des chocs et à réduire le poids, ou en bois pour améliorer la rigidité. La partie basse extérieure est recouverte de cuir très rigide qui protège la structure des frottements et de l’usure. Le bord supérieur de la nacelle est rembourré et présente quatre orifices servant à placer les arceaux rigides porteurs du cadre de charge et du brûleur.
Le nombre de passagers varie d'un ballon à l'autre suivant le volume de l'enveloppe et de la nacelle. Les nacelles peuvent contenir deux, trois, quatre ou six personnes, quelquefois plusieurs dizaines, mais ce sont des cas particuliers de gros ballons. Sur les ballons de gros volumes, la nacelle peut être divisée en plusieurs compartiments.
Nacelle avec sièges.
Les brûleurs
Le brûleur est maintenu au-dessus des têtes des passagers et du pilote. Il est relié au cadre de charge par l’intermédiaire d’un cardan qui permet son orientation. Il peut être simple ou, plus généralement double. Le double brûleur permet une plus grande réactivité du ballon lorsque le pilote à besoin. Des quadri-brûleurs existent également pour des ballons plus gros. Il existe deux circuits de gaz, l’un pour les veilleuses, l’autre pour les brûleurs. Le brûleur est alimenté par un tuyau le reliant à la bouteille de gaz propane. Il est actionné par une vanne qui propulse le gaz, en phase liquide, à travers un serpentin où il se vaporise jusqu'au gicleur pour s'enflammer au contact de la veilleuse. Il délivre une flamme dirigée avec précision de 3 à 6 mètres de haut rentrant à l'intérieur de l'enveloppe par la partie inférieure "bouche". De nos jours, les brûleurs comportent au moins 2 circuits d'alimentation complètement indépendants, garantissant ainsi une plus grande sécurité. À ces circuits, s'ajoute un brûleur silencieux conçu pour le survol du bétail appelé brûleur à vache.
Ci-dessous un double brûleur
Les cylindres
La ou les bouteilles de propane liquide appelées cylindres sont reliés aux brûleurs par une tuyauterie souple et alimentent les veilleuses et les brûleurs. Les cylindres de gaz propane sont sanglés à l'intérieur de la nacelle. Chaque cylindre est équipé, d’une purge, d’une jauge graduée et d’une soupape de surpression. Les propriétés chimiques du propane en font le carburant idéal pour chauffer l'air contenu dans l'enveloppe : ce gaz ne gèle pas et sa combustion ne génère ni odeurs, ni imbrûlés.
Ci-dessous une nacelle équipée de 4 cylindres fixés dans chaque coin.
Les instruments
Les instruments indispensables embarqués à bord de la nacelle sont :
- un altimètre pour mesurer l’altitude par rapport au niveau de la mer ;
- un thermomètre qui indique la température à l’intérieur du ballon ;
- un variomètre qui mesure la vitesse ascensionnelle et indique si le ballon monte ou descend ;
- d’autres équipements complètent ce matériel : un extincteur, un émetteur-récepteur radio, etc.
