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Pour la plupart d'entre nous, les ballons sont des véhicules d'une autre époque qui eurent leurs heures de gloire à Valmy, au siège de Paris avec Gambetta et dans les ouvrages de Jules Verne. L'incendie du Zeppelin à New York en 1937 et les progrès de l'aviation après la deuxième Guerre mondiale mirent fin à leur brève carrière de transport commercial. Aujourd’hui," Ballon " est synonyme de sondeur météo, de véhicule de loisir ou de gadget commercial.
Et pourtant, il est un domaine où les ballons n'ont jamais cessé d'être utilisés et d'être perfectionnés depuis 50 ans, c'est la recherche scientifique et ses applications. L’Institut Français d’Histoire de l’Espace vient d'éditer un ouvrage qui expose la diversité des ballons actuels et montre l'apport à la recherche de ces véhicules d'un coût modeste. C'est pour nous l'occasion de faire une visite dans le monde de ces étonnants ballons.

 

Retour sur le principe

On les appelle « plus légers » que l’air et on se souvient qu’Archimède avec sa poussée les aide à s’envoler. Ils sont constitués d’une enveloppe étanche aux gaz, plus ou moins rigide et remplie d’un gaz léger. Si tout cet ensemble (enveloppe, gaz et nacelle) est moins dense que l’air ambiant, il s’envole. Il y a plusieurs façons de faire des ballons.

Ballons ouverts :

La méthode la plus classique est d’utiliser une poche inextensible (papier, tissu, plastique) que l’on va remplir par dessous d’un gaz léger. Si ce gaz est de l’air chaud maintenu par un bruleur à la bonne température, on a une montgolfière. En remplaçant l’air chaud par de l’hydrogène ou de l’hélium, on obtient un ballon libre, captif ou dirigeable. Dans tous ces aérostats, une partie du gaz peut s’échapper par une ouverture ou une soupape pour que la pression à l’intérieur de l’enveloppe reste dans des limites fixées et adaptées aux conditions de vol.

Ballons fermés:

Les matériaux modernes ont permis de faire des ballons entièrement fermés dont le gaz (hélium ou hydrogène) ne s’échappe pas. Soit l’enveloppe extensible en caoutchouc finit par éclater quand le ballon monte (météo ou jouet), soit l’enveloppe rigide en film plastique maintient le gaz sous pression et le ballon flotte à l’altitude d’équilibre (densité de l’air = densité moyenne de l’aérostat.).
Autour de ces grandes familles, on a pu développer de nombreuses formes d’applications. Certaines sont encore d’actualité et d’un très grand intérêt pour la recherche aux altitudes entre 15 et 50 km où avions et satellites fournissent peu d’informations utiles.

 

Les Ballons stratosphériques

Après la dernière guerre, alors que les ballons à enveloppe caoutchoutée avaient pratiquement disparu, les nouvelles matières plastiques relancèrent l'intérêt pour les plus légers que l'air, auxiliaires de la recherche en aéronomie et en astronomie. On vit apparaitre aux Etats Unis les premiers ballons ayant l'ambition d'emporter des instruments à plus de 30km d'altitude. Très vite dès 1960, en France le CNRS et le CNES fabriquent leurs propres ballons et créent un site de lancement à Aire sur l'Adour (Landes). Ces ballons gonflés partiellement d'hélium sont fabriqués en polyéthylène très mince (20 microns) et sont ouverts. Leur forme, dite naturelle, est celle d'une bulle qui se dilate avec l'altitude (plus de 1000 fois son volume au sol) pour atteindre le volume complet de l'enveloppe. Ces ballons peuvent dépasser les 50km d'altitude, d'où leur nom de stratosphériques. Les volumes vont de quelques milliers de m3 à plus d'un million de m3 et ils peuvent emporter des charges de plusieurs tonnes. Pour s'en faire une idée, les plus grandes enveloppes pourraient contenir Notre Dame de Paris avec ses tours. Ces vols ne durent la plupart du temps que quelques jours, mais ils fournissent des informations très utiles notamment dans les zones polaires (Climat et couche d'ozone). Enfin, pour la petite histoire, rappelons que les ballons partant d'Aire sur l'Adour, taches brillantes dans le soleil, ont suscité les premières années beaucoup d'alertes aux OVNI.

 

Les Ballons pressurisés

L'apparition de films plastiques très résistants (Terphane, Mylar,...) conduisit rapidement à la conception de ballons fermés, supportant une surpression interne, ne perdant pas de gaz et donc susceptibles de voler longtemps dans l'atmosphère. Si le principe est simple, la réalisation fut plus longue car la moindre fuite provoque la chute du ballon. Mieux adaptés pour voler en dessous de 15.000m ces ballons permettent l'étude très précise de l'atmosphère, de ses caractéristiques et de ses mouvements autour de la tropopause. Comme ils évoluent dans le domaine des avions, des mesures de sécurité sont prises en cas de collision. Deux campagnes peuvent être citées en exemple. Le programme Eole en 1971 où 500 ballons ont été lancés dans l'hémisphère sud pour l'étude des vents à 12.000m et le programme CLT (couche limite tropicale ) en 1975 pour étude de la mousson. Certains ballons Eole ont volé pendant près de 500 jours.

 

Les Montgolfières Infra Rouge, les aérobots et les autres!

Tous les types de ballons ont été étudiés et toutes les applications possibles ont été testées. Ainsi la montgolfière a été revue sous la forme d'un ballon solaire (MIR) montant à 30km de jour pour redescendre vers 20km la nuit. On a aussi redessiné des dirigeables, testé des ballons-grues pour emporter de lourdes charges, modifié les formes des enveloppes pour mieux les adapter à leurs missions scientifiques. Si la plupart de ces créations ont fonctionné correctement, elles n'ont toutefois pas connu de développement important. Coût de mise en œuvre et concurrence des moyens aéronautiques!
On ne peut terminer ce "voyage" en ballon sans parler de projets particulièrement originaux qui sont les ballons planétaires. On leur a même donné un nom: Les Aérobots (contraction de aéro-robot) C'est ainsi que des programmes scientifiques utilisant des ballons ont été étudiés pour voler sur Vénus, Mars, Titan, ... Deux ballons du projet VEGA ont volé sur Vénus. Le projet très avancé du CNES pour Mars en coopération avec les Russes a dû son abandon à la fin de l'URSS et à une malchance au lancement. Plus mobiles que les rovers, les aérobots sont de bons moyens de prospection des planètes ayant une atmosphère. Enfin, n'oublions pas les ballons de loisir dont les milliers de vols annuels saluent la mémoire des frères Montgolfier.

 

Conclusion

La France a une longue histoire avec les plus légers que l'air et les programmes de ballons développés depuis 50 ans ont perpétué ces liens traditionnels. On ne peut parler de ballons scientifiques en France sans rappeler que le Pr J. BLAMONT, directeur scientifique du CNES en fut l'initiateur et toujours l'ardent promoteur de nombreux programmes qui les utilisent. Les ballons sont des véhicules peu coûteux pour les expériences scientifiques, mais ils sont aussi fragiles et souvent imprévisibles. Les équipes françaises qui ont l'ingéniosité et l'esprit pratique qui conviennent pour ces manœuvres délicates y réussissent bien.

 

Textes : Jack Muller

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/