Aérostat

aéronef qui est plus léger que l'air

Un aérostat est un aéronef dont la sustentation est assurée principalement par une force aérostatique, la poussée d'Archimède, contrairement aux aérodynes, dits « plus lourds que l'air », qui utilisent la portance aérodynamique de leur voilure. Cette catégorie d'aéronefs, parfois appelés « plus léger que l'air », inclut les ballons (non motorisés) et les dirigeables (motorisés). Le pilote d'un aérostat est un aéronaute, le terme « aérostier » désignant plus spécifiquement un aéronaute militaire.

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 , 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)
Aérostat de barrage
Photo Vladimir Granovskiy (1942)

Principe de fonctionnement modifier

Origine du nom modifier

Le nom d'« aérostat » a été inventé par l'Académie royale des sciences dès les premiers vols en 1783, pour désigner tout appareil pouvant s'élever et se maintenir en altitude grâce à la portance aérostatique[1].

Description modifier

Un aérostat est constitué, pour une part importante de son volume, d'une ou plusieurs enveloppes remplies d'un gaz plus léger que l'air ambiant, tel que de l'air chaud (dans le cas des montgolfières), de l'hydrogène ou de l'hélium.

La force qui lui permet de s'élever et de se maintenir en altitude est la portance aérostatique[2] : c'est la poussée d'Archimède découlant de la différence de masse volumique entre le gaz contenu dans l'enveloppe de l'aérostat par rapport à l'air extérieur, plus dense. À l'équilibre, cette poussée compense exactement le poids de l'ensemble de l'aérostat, qui n'est donc alors pas « plus léger » mais « aussi léger » que l'air.

Gaz assurant la sustentation modifier

Air chaud modifier

L'air se dilate en chauffant, ce qui diminue sa densité, lui 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 de 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

Le dihydrogène (plus couramment appelé hydrogène) est le plus léger de tous les gaz. Un ballon à l'hydrogène ne nécessite pas de brûler du carburant et peut donc rester en l'air bien plus longtemps qu’une montgolfière à air chaud. Le premier ballon à hydrogène habité vola peu de temps après la montgolfière des Frères Montgolfier. L'hydrogène est rapidement devenu le gaz le plus courant pour les ballons et plus tard, les dirigeables. Cependant l'hydrogène est très inflammable, et après plusieurs accidents majeurs dans les années 1930 (notamment la catastrophe du dirigeable Zeppelin Hinderburg en 1937), il fut abandonné au profit de l'hélium.

Hélium modifier

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.

Le vide modifier

Un quasi-vide permet de se passer totalement de la masse restante d'un gaz plus léger que l'air et permet théoriquement une force de levage plus élevée. En pratique, la résistance à la compression de l'enveloppe de l'aérostat, qui doit cependant rester suffisamment légère, est un problème non résolu aujourd'hui.

Histoire modifier

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.

Types d'aérostats modifier

Ballon modifier

Un ballon est un aérostat non motorisé. ce peut être :

  • un ballon libre, qui dérive en subissant la vitesse et la direction du vent, mais peut se diriger en faisant varier son altitude. 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. Ces ballons furent utilisés en tant qu'armement par les Japonais (projet Fugo) ;
  • un ballon captif, maintenu par câble, Sa hauteur est contrôlée par un treuil, sa portance équilibre son poids et la traction du câble. Les ballons captifs ont été utilisés en tant que ballons d'observation, ballons de barrage, ballons d'espionnage.

On distingue :

Dirigeable modifier

Dirigeable souple Santos-Dumont en 1901.

Un « ballon dirigeable » est un ballon muni d'un ou plusieurs moteurs et de gouvernes permettant d'en contrôler la direction, la vitesse et la hauteur. Cette classe d’aérostats se divise en trois catégories : les rigides, les semi-rigides et les enveloppes-souples :

Notes et références modifier

  1. Barthélemy Faujas de Saint-Fond, Première suite de la Description des expériences de la machine aérostatique de MM. de Montgolfier..., Paris, chez Cuchet, , 366 p. (lire en ligne), préambule p 5
  2. « Archives municipales de Nantes : l'aérostat nantais, de 1783 à nos jours : évolution des aérostats depuis 1783 », sur www.archives.nantes.fr (consulté le )
  3. Dictionnaire des Inventions, Berger Levrault Ed. 1982.
  4. AU FIL DU VENT, L'idée aérienne, par François Peyrey, Henri Guiton Imprimeur-Éditeur, Paris, 1909, [1]
  5. AU FIL DU VENT, L'idée aérienne, François Peyrey, Henri Guiton, Imprimeur-Éditeur, Paris, 1909, [2]
  6. Photo du Clément-Bayard sur Nogent-sur-Marne Aero-mondo.fr

Annexes modifier

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Articles connexes modifier

Liens externes modifier

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