Montgolfière

Une montgolfière est un aérostat composé d'une nacelle surmontée d'une enveloppe légère et dont la sustentation est assurée par la poussée d'Archimède de l'air ambiant et une réduction de la masse par le chauffage de l'air contenu dans l'enveloppe. La maîtrise de la température de l'air dans l'enveloppe nécessite l'emport d'un carburant et d'un brûleur, ce qui limite l'autonomie par le poids correspondant.

Pour la constellation imaginaire, voir Montgolfière (constellation).

Histoire
Le 1er vol habité à la Folie Titon, le .
Manifestation aérostatique faite à Lille par Jean-Pierre Blanchard le .
La traversée de la Manche par Jean-Pierre Blanchard en 1785.

Si l'on excepte le prétendu vol de Kriakoutnoï effectué en 1731, il est généralement admis que la montgolfière a été inventée par les frères Montgolfier, Joseph-Michel et Jacques-Étienne, en 1782. Mais ils furent en fait précédés par les démonstrations de l'inventeur portugais Bartolomeu Lourenço de Gusmão, qui fit voler de petits ballons à air chaud et un premier aérostat (la Passarola) en au Portugal. Lourenço de Gusmão espérait transporter des hommes grâce à ses ballons mais l'expérience fut abandonnée avant qu'il y ait réussi[1],[2].

Le premier vol officiel du ballon à air chaud des frères Montgolfier a lieu place des Cordeliers, à Annonay, le . Le 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[3] : leur ballon s'envole jusqu'à environ 550 mètres de hauteur[4],[Note 1]. Le , à la Folie Titon, aujourd'hui située rue de Montreuil à Paris, à l'époque encore bourg de Saint-Antoine, a lieu le premier vol humain, effectué par Jean-François Pilâtre de Rozier et Giroud de Villette[5]. Le ballon est alors captif, c'est-à-dire amarré au sol par une corde. Le premier vol libre a lieu le suivant, le « lâcher » ayant lieu en lisière du Bois de Boulogne, et l'atterrissage à l'emplacement actuel de la place Paul-Verlaine dans le 13e arrondissement, soit un vol de 9 kilomètres.

La première femme à voler fut Élisabeth Tible, le à Lyon sur La Gustave[6].

Le , à Rodez (Aveyron), a lieu le 4e vol humain avec la montgolfière Ville de Rodez. À son bord deux hommes, Charles Carnus et Louis Louchet[7].

L'histoire des premiers vols en montgolfière est aussi l'histoire d'une exploration scientifique. Faire s'élever le ballon est une chose, savoir pourquoi il vole en est une autre. Le Journal de Paris en 1784 rapporte plusieurs témoignages d'expériences qui montrent cette incompréhension. Le « mystère » ne semble commencer à se dissiper qu'à la mi-, ou est imaginé le concept d'un ballon solaire :

« (…) nous avons même annoncé, dans la première partie de notre procès-verbal qui est imprimée, une conjecture de notre confrère M. le P. de Virly, qu'il ne serait peut-être pas impossible de faire un Ballon qui, rempli aux trois quarts d'air commun, s'élevât par la seule raréfaction occasionnée par la chaleur du soleil ; nous ne nous attendions pas à en voir aussitôt la vérification la plus complète (sic). »

— Extrait d'une lettre de M. de Morveau, Dijon, , Journal de Paris, 13 juin 1784, no 165, p. 712.

Jean-François Pilâtre de Rozier perd la vie en 1785 en essayant de traverser la Manche depuis la France, lorsque sa rozière, aérostat hybride constitué d'un ballon à gaz d'hydrogène accolé à une enveloppe de montgolfière, prend feu et s'écrase au sol (dans ce type d'aérostat qui évite l'emport de lest, la chaleur du foyer se transmet aussi bien au compartiment air chaud qu'à celui gaz). La première traversée de la manche a lieu la même année par Jean-Pierre Blanchard, mais dans le sens Angleterre vers France, et avec un ballon gonflé au dihydrogène (appelé communément hydrogène).

Les premières 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 ballot de paille à moitié consumé. Après des débuts prometteurs, elles sont donc supplantées par les « charlières », ballons à gaz, dont le premier gonflé à l'hydrogène s'envole le avec à son bord l'inventeur même de ce type de ballon le physicien Charles et les frères Robert. L'hydrogène, coûteux, difficile à préparer et extrêmement inflammable, est ensuite remplacé par du gaz d'éclairage bon marché.

Pendant la période de déclin, les montgolfières ne sont plus équipés de foyer, elles sont gonflées à bloc au sol puis on les laisse s'envoler librement. La montgolfière s'élève très rapidement et redescend avec l'abaissement progressif de la température de l'air dans le ballon, pour un vol d'une dizaine de minutes.

Le 11 novembre 1906, c'est la première traversée des Alpes en ballon, signée par les Italiens Celestino Usuelli et Carlo Crespi, entre Milan et Aix-en-Savoie (aujourd'hui Aix-les-Bains)[8].

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 la montgolfière, en permettant un usage souple et sécurisé. Les premières montgolfières ainsi modernisées volent d'abord aux États-Unis. Elles arrivent en France en 1972.

Il existe chaque année en juin, une fête de la montgolfière qui se déroule à Annonay, lieu de création, mise au point et premier décollage de l'appareil des frères Montgolfier.

Technique

Une montgolfière moderne est constituée de trois éléments principaux : l'enveloppe, le brûleur relié aux réservoirs de carburant (du propane en phase liquide) et la nacelle.

Intérieur d'un ballon.

L'enveloppe

Les frères Montgolfier avaient conçu leurs premières montgolfières en papier et en tissu (taffetas de soie), aujourd'hui l'enveloppe est constituée d'un tissu (généralement nylon ou polyester) enduit (polyuréthane, silicone…) destiné à le protéger des rayons ultraviolets et réduire le taux de fuite de l'air chaud. Le dessin de l'enveloppe peut être lisse ou lobée. Dans les deux cas, l'enveloppe est constituée de fuseaux qui sont cousus ensemble. La forme des fuseaux change selon le type de ballon désiré.

Selon le modèle, le volume de l'enveloppe gonflée est compris entre 250 m3, pour emmener une personne seule dans des conditions météorologiques très favorables, à plus de 24 000 m3 pour les plus grandes permettant l'emport de 45 personnes[9].

La diminution de température par arrêt d'alimentation en air chaud suffit à atterrir quand il y a peu de vent. Les ballons sont également équipés de systèmes permettant de les vider très vite. Il existe trois méthodes de dégonflement, deux réversibles et une définitive :

  • les systèmes réversibles :
    • la soupape circulaire (aussi nommée parachute en raison de sa forme) 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 ;
    • le dégonflement rapide ; en réalité c'est 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 ne doit être utilisé qu'à l'atterrissage (cas typique : par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol) ;
  • le système non réversible : il permet d'ouvrir une grande zone d'évacuation de l'air chaud, à proximité du sommet du ballon (triangle, zone circulaire, rectangulaire, etc.). Ce système non réversible doit être réarmé lorsque l'enveloppe est au sol (lors de la préparation du gonflement). Le pilote l'actionne au moyen d'une corde de commande lors de l'atterrissage.

Le brûleur
Chauffage de l'air dans le ballon. En bas à gauche, le ventilateur permet le gonflage de la montgolfière à froid avant de redresser le ballon à l'aide du brûleur.

Fixé à un cadre supporté par quatre cannes qui le supportent sur la nacelle, il se situe sous la « bouche » de l'enveloppe, au-dessus des passagers, et délivre une longue flamme (3 à 6 m). Il peut être simple ou, plus généralement, double, pour permettre au pilote une plus grande réactivité en disposant ainsi, au besoin, d'une double puissance de chauffe assurant une ascension plus rapide.

Nacelle de montgolfière.

Le propane à l'état liquide est contenu dans des bouteilles cylindriques en aluminium (ou acier, plus lourd ; ou encore en titane, plus léger mais très fragile et coûteux), placées dans la nacelle. Il alimente le brûleur à travers des tuyaux (grâce à la pression du gaz) où il se vaporise dans un serpentin de détente situé généralement autour du brûleur. 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

Elle est le plus souvent en osier ou en rotin, avec un plancher en contreplaqué. Beaucoup d'autres matériaux ont été utilisés, mais on est toujours revenu à ces matériaux naturels, qui offrent une souplesse indispensable, surtout lors d'atterrissages un peu sportifs. Pour embarquer 3 personnes et les bouteilles, la dimension classique est 1,15 m de hauteur, 1,20 m de longueur sur 1,10 m de largeur.

Technique de vol
Cette image thermique montre le gonflement d'une montgolfière par de l'air chauffé à l'aide d'un brûleur : l'air chaud s'élève.

Les montgolfières exploitent d'une part le principe d'Archimède et, d'autre part, la caractéristique des gaz selon laquelle le produit de la pression du gaz par son volume est toujours proportionnel à sa température. Ce deuxième principe est décrit par l'équation d'état du gaz parfait.

La poussée d'Archimède est la force reçue par un corps plongé dans un fluide (liquide ou gazeux) égale à l'opposé du poids du volume de fluide déplacé de ce corps.

Sous l'action de la chaleur, l'air se dilate. Sa masse volumique diminue : donc, à pression identique, l'air chaud est plus léger (pour le même volume) que l'air froid. On peut vérifier ce phénomène, dans une pièce calme (la pression étant donc constante à l'intérieur) que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol : il est plus léger et s'accumule en hauteur.

Le principe d'Archimède indique que, si le volume de l'ensemble (ballon chargé + air contenu dans l'enveloppe) est plus léger que le volume équivalent de l'air environnant, le ballon s'élève dans l'air.

Rassemblement au col des Saisies en 2005.

La pression atmosphérique diminuant avec l'altitude (d'environ 1 hPa par 28 pieds au niveau de la mer, soit environ 1 mbar par 8,53 m), la masse de l'air déplacé par le ballon réduit avec l'altitude du ballon. Le point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air déplacé (par sa présence). Le ballon est dit « ouvert », contrairement à un ballon à gaz dont la masse de gaz est constante, et l'altitude d'équilibre dépend de la température de l'air contenu dans l'enveloppe dont le volume est constant.

Le déplacement latéral d'une montgolfière ne dépend que du vent dans la zone où elle se situe. Dans certaines conditions météorologiques, le vent en altitude peut être très différent de celui au ras du sol : cette particularité est utilisée par les pilotes pour se diriger, et par exemple atteindre une cible donnée en faisant varier l'altitude de l'engin.

Utilisation

Militaire
Observateur durant la Première Guerre mondiale (1918, ballon à gaz).

L'utilisation d'aérostats dans un cadre militaire concerne surtout les ballons à gaz, dont la durée de vol n'est pas limitée par le poids du carburant embarqué. La première utilisation militaire d'un ballon à gaz eut lieu pendant la bataille de Fleurus : l’Entreprenant est déployé pour observer le déploiement ennemi. Il n'y a pas d'autre utilisation avant la guerre de Sécession. Les Britanniques utilisent les ballons sur le front ouest de la Deuxième Guerre des Boers, notamment lors de la bataille de Magersfontein en 1899.

Durant la Première Guerre mondiale, un usage intensif en est fait pour les réglages d'artillerie. Ils sont mis en compétition avec l'aviation qui en est encore à ses débuts.

La Deuxième Guerre mondiale marque la fin de ce type d'usage. Les ballons à gaz ont plutôt un usage défensif, pour gêner les mouvements de l'aviation.

Loisirs
Plaque commémorative du vol en montgolfière de 1969 à l'aérodrome de Temploux (Belgique).
Une montgolfière se rapprochant de la Lune.

Des sociétés commerciales ayant la licence de transport proposent de brèves excursions en montgolfière, généralement autour d'une heure de vol. Il s'agit d'un loisir assez onéreux.

Voler à titre autonome est un petit investissement puisque, outre l'acquisition du ballon et l'obtention du brevet d'aérostier, une remorque (ou une camionnette) est indispensable pour transporter à la fois l'enveloppe repliée dans un gros sac, la nacelle et ses brûleurs, les bouteilles de propane et au moins un ventilateur autonome puissant. Après l'atterrissage, le même véhicule doit aller récupérer la montgolfière, le pilote ainsi que ses passagers éventuels.

La plus grosse montgolfière au monde peut transporter 32 passagers[10].

Il est aussi possible d'acquérir sa propre montgolfière, neuve ou d'occasion, seul(e) ou à plusieurs, avec ses fonds propres ou à l'aide d'un commanditaire, les ballons offrant une importante surface, souvent exploitée par les publicitaires.

Une alternative est de pratiquer l'autoconstruction en réalisant soi-même son ballon, pour une somme bien inférieure aux prix du marché, mais en contrepartie d'environ 200 heures de travail[11].

  • L'aquaballoon de Mark Dworski

Compétitions et records

La Fédération aéronautique internationale (FAI), commission de l'aérostation, reconnait quinze catégories classées selon le volume de l'enveloppe :

Classe Taille
AX01 moins de 250 m³
AX02 250-400 m³
AX03 400-600 m³
AX04 600-900 m³
AX05 900-1 200 m3
AX06 1 200-1 600 m3
AX07 1 600-2 200 m3
AX08 2 200-3 000 m3
AX09 3 000-4 000 m3
AX10 4 000-6 000 m3
AX11 6 000-9 000 m3
AX12 9 000-12 000 m3
AX13 12 000-16 000 m3
AX14 16 000-22 000 m3
AX15 plus de 22 000 m3

Il existe chaque année durant l'été les championnats de France de montgolfière. Et tous les deux ans ont lieu les championnats d'Europe et du monde. Aujourd'hui les pilotes français les plus titrés sont : François Messines et Stéphane Bolze[réf. nécessaire]. Les français Hélène Dorigny et Michel Arnould furent détenteurs des records du monde toutes catégories de durée de vol (40 h 12 min 5 s le [12]), distance parcourue (1 154,75 km le [13]) et d'altitude (12 301 m le en catégorie AX08[14]).

Au , les records du monde validés[15] sont les suivants :

Type de record Valeur Date Détenteur
Altitude 21 027 m Vijaypat Singhania (Inde)
Distance 7 671,91 km Per Axel Lindstrand (Royaume-Uni)
Durée 55 h 10 Ivan Menyaylo (Russie)

Le record du monde d'envol simultané a eu lieu en France, le à l'occasion du Mondial Air Ballons de Chambley avec un décollage en ligne de 456 montgolfières[16].

Littérature
Cinq semaines en ballon, de Jules Verne.
  • Cinq semaines en ballon, de Jules Verne, raconte l'histoire d'un inventeur qui entreprend de traverser le continent africain (alors partiellement inexploré) au moyen d'un ballon gonflé à l'hydrogène. Samuel Fergusson, héros du roman, a en effet inventé un dispositif qui, en lui évitant de perdre du gaz ou de devoir jeter du lest pour régler son altitude, autorise de plus longs voyages.
  • Les Vingt-et-un Ballons (The Twenty-One Balloons) de William Pène du Bois raconte l'histoire d'un scientifique de San Francisco qui entreprend un voyage autour du monde en montgolfière en 1883. Des mouettes percent son ballon et il chute dans les eaux de l'archipel du Krakatoa. Alors qu'il nage vers la côte, il aperçoit un village de 80 habitants. Ils forment une société secrète qui s'enrichit en extrayant des diamants des mines du volcan. Lorsque le volcan explose le , les 81 personnes s'entassent sur une plateforme accrochée à 20 montgolfières et survolent le monde, avant de sauter en parachute. Ce roman a obtenu la médaille Newbery en 1948.
  • Louis-Ferdinand Céline décrit dans Mort à crédit les derniers soubresauts du plus léger que l'air : il est l'assistant d'un inventeur qui tente de gagner sa vie avec des démonstrations de montgolfières, alors que la mode est passée aux premiers aéroplanes.

Notes et références

Notes
  1. Deux astronomes de l'époque donnent les indications suivantes : « 280 toises [soit 545 mètres] au-dessus du second étage de l’Observatoire royal » (Guillaume Le Gentil) ; « 283 [soit 551 mètres] au-dessus du rez-de-chaussée du même observatoire » (Edme-Sébastien Jeaurat).

Références
  1. (pt) Afonso de Escragnolle Taunay, Bartolomeu de Gusmão, inventor do aerostato, Edições LEIA, , p. 347.
  2. Lien à établir entre la lanterne céleste chinoise qui fut utilisée depuis le IIIe siècle av. J.-C. et l'expérience du prêtre.
  3. « Le premier vol en montgolfière », sur Château de Versailles, (consulté le )
  4. Barthélemy Faujas-de-Saint-Fond, Description des expériences de la machine aérostatique de MM. de Montgolfier et de celles auxquelles cette découverte a donné lieu, Paris, Bruxelles, B. Le Francq, (lire en ligne), p. 25-33
  5. Faujas de Saint-Fond 1783, p. 275.
  6. Joseph Louis Lecornu, La navigation aérienne : histoire documentaire et anecdotique… / J. Lecornu, (lire en ligne).
  7. Charles Carnus, Lettre de M. l'abbé Carnus, impr. de M. Devic, .
  8. " MM. Usuelle et Crespi ont eu très froid (-22°) à 6 000 m, à bord du Milano, qui, parti de Milan, atterrit à Aix-en-Savoie." Félix Fénéon, Nouvelles en trois lignes, 1906, éditeur Libella, collection Libretto, 162 pages, Paris, 2019 (ISBN 978-2-36914-446-5), p. 130.
  9. Bartair, dernière ligne.
  10. The world's largest passenger ride balloon.
  11. Le site de Montgolfière France Records.
  12. (en) « Helene Dorigny (FRA) (218) | World Air Sports Federation », sur fai.org (consulté le ).
  13. (en) « Michel Arnould (FRA) (6987) | World Air Sports Federation », sur www.fai.org (consulté le )
  14. (en) « Michel Arnould (FRA) (5202) | World Air Sports Federation », sur fai.org (consulté le ).
  15. (en) « Records | World Air Sports Federation », sur www.fai.org (consulté le )
  16. « 456 montgolfières décollent en ligne, record du monde battu », Le Point,‎ (lire en ligne, consulté le ).

Voir aussi

Bibliographie
  • Marine Dupuy, "Objets/Décollage de la montgolfière des frères Montgolfier à Lyon", dans Histoires lyonnaises, carnet de recherches, (https://lyonnais.hypotheses.org/4635, consulté le ).
  • Rapport fait à l'Académie des Sciences, sur la Machine aérostatique, de Mrs de Montgolfier ; par Mrs Le Roy, Tillet, Brisson, Cadet, Lavoisier, Bossut, de Condorcet & Desmarest, dans Histoire de l'Académie royale des sciences - Années 1783, Imprimerie royale, Paris, 1786, p. 5-23 (lire en ligne).
  • Barthélemy Faujas de Saint-Fond, Description des expériences de la machine aérostatique de MM. de Montgolfier..., Paris, chez Cuchet, , 299 p. (lire en ligne). 
  • Barthélemy Faujas de Saint-Fond, Première suite de la Description des expériences de la machine aérostatique de MM. de Montgolfier et de celles auxquelles cette découverte a donné lieu ; contenant les voyages aériens, plusieurs mémoires, différentes manières d'obtenir l'air inflammable, un mémoire sur la gomme élastique ou caoutchouc, ouvrage orné de cinq planches en taille douce, chez Cuchet, Paris, 1784, tome 2 (lire en ligne).
  • A. Sircos et Th. Pallier. Histoire des Ballons et des Ascensions Célèbres. F. Roy, Paris, 1870 (ISBN 978-0-2590-6905-8) Document PDF chez Forgotten Books, 2016 : 480 pages

Cinématographie
  • Dans le film de Sydney Pollack, Bobby Deerfield (1977), avec Al Pacino, le personnage interprété par Marthe Keller participe à une régate de montgolfières, en Toscane.

Articles connexes

Liens externes
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