Montgolfière

Une montgolfière est un aérostat composé d'une nacelle surmontée d'une enveloppe légère et dont la sustentation est assurée par l'air chauffé qu'elle enferme, selon la force de la poussée d'Archimède. Le maintien de la température de l'air nécessite l'emport d'un carburant et d'un brûleur.

Histoire

Le 1^er vol habité à la Folie Titon, le 19 octobre 1783.

Manifestation aérostatique faite à Lille par Jean-Pierre Blanchard le 26 août 1785.

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 août 1709 au Portugal.

Le premier vol officiel du ballon à air chaud des frères Montgolfier a lieu place des Cordeliers à Annonay le 4 juin 1783. 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 s'est envolé jusqu'à 480 mètres. Le 19 octobre, 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-Baptiste Réveillon, Jean-François Pilâtre de Rozier et Giroud de Villette. Le ballon est alors captif, c'est-à-dire relié au sol par un cordage (plus tard un câble métallique).

Le 21 novembre 1783, Jean-François Pilâtre de Rozier et le marquis d'Arlandes firent un second vol, libre cette fois, qui fut commémoré plus officiellement comme étant le premier. Jean-François Pilâtre de Rozier perdit la vie en 1785 en essayant de traverser la Manche depuis la France, lorsque sa rozière, aérostat hybride constitué d'un ballon à gaz enfermé dans une enveloppe de montgolfière (dans ce type d'enveloppe, la chaleur du foyer dilate le gaz et évite ainsi l'emport de lest), prit feu et chuta. Blanchard le devança de quelques semaines et fut le premier à relier l'Angleterre à la France en 1785.

La première femme à voler fut Élisabeth Tible, le 4 juin 1784 à Lyon sur La Gustave.

Le 6 août 1784, à Rodez (Aveyron), a lieu le 4^e vol humain avec la montgolfière Ville de Rodez. À son bord deux hommes, Charles Carnus et Louis Louchet.

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 était 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-juin 1784 :

« (…) 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, 1^er juin 1784, Journal de Paris, 13 juin 1784, n^o 165, p. 712.

Après des débuts prometteurs, les montgolfières vont être supplantées par les charlières, les ballons à gaz, dont le premier s'est envolé le 1^er décembre 1783 avec à son bord l'inventeur même du ballon, le physicien Charles et les frères Robert. 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 ballot 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.

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.

Le volume peut varier de 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.

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 types de systèmes de dégonflement, deux réversibles et un définitif :

• les systèmes réversibles :
  • la soupape 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 ;
  • 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.

Il est arrimé à la nacelle par quatre cannes qui le supportent et il se situe sous la « bouche » de l'enveloppe en délivrant une longue flamme (3 à 6 m). Il peut être simple ou, plus généralement, double. Le double brûleur permet une plus grande réactivité du ballon car le pilote dispose, lorsqu'il peut en avoir besoin, d'une double puissance de chauffe (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 en caoutchouc (grâce à la pression du gaz) où il se vaporise dans un serpentin de détente. 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 principalement en osier ou en rotin, avec bien souvent 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 des gaz parfaits.

La poussée d'Archimède est la force reçue par un corps plongé dans un fluide (liquide ou gazeux) égale au 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 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 cet air, le poids de l'ensemble diminue et le ballon peut « flotter dans l'air », car le poids va devenir inférieur à la poussée d'Archimède qui est une force constante et dirigée vers le haut (poids de l'air déplacé).

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 se réduit avec l'élévation du ballon. Le point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air déplacé. De l'air s'échappe de l'enveloppe du ballon lorsque la pression atmosphérique diminue : le ballon est dit « ouvert » (donc non pressurisé).

La direction du déplacement latéral d'une montgolfière ne dépend que du vent dans la zone où elle se situe. Il faut noter que, dans certaines conditions météorologiques, le vent en altitude peut être très différent de celui au ras du sol : cette particularité est utilisée par certains pilotes pour atteindre une cible donnée en faisant varier l'altitude de son engin.

Utilisation

Militaire

Observateur durant la Première Guerre mondiale (1918).

La première utilisation militaire de la "montgolfière" (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.

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.

• 
  L'aquaballoon de Mark Dworski

Compétitions et records

La FAI, commission de l'aérostation, reconnait 15 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	900-1200 m³
AX06	1200-1600 m³
AX07	1600-2200 m³
AX08	2200-3000 m³
AX09	3000-4000 m³
AX10	4000-6000 m³
AX11	6000-9000 m³
AX12	9000-12000 m³
AX13	12000-16000 m³
AX14	16000-22000 m³
AX15	plus de 22000 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' 5" le 6 juillet 1984), distance parcourue (1 154,75 km le 26 novembre 1981) et d'altitude (12 301 m le 18 juillet 1980 en catégorie AX08).

Au 23 août 2018, les records du monde validés sont les suivants :

Type de record	Valeur	Date	Détenteur
Altitude	21 027 m	26 Novembre 2005	Vijaypat Singhania (Inde)
Distance	7 671,91 km	15 Jan 1991	Per Axel Lindstrand (Grande Bretagne)
Durée	55h 10minutes	09 Feb 2017	Ivan Menyaylo (Russie)

Le record du monde d'envol simultané a eu lieu en France, le 28 juillet 2017 à l'occasion du Mondial Air Ballons de Chambley avec un décollage en ligne de 456 montgolfières.

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 27 août 1883, 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.

Voir aussi

Bibliographie

• 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 et de celles auxquelles cette découverte a donné lieu, chez Cuchez, Paris, 1783 (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).

Articles connexes

• Ballon (aéronef)
• Ballon dirigeable
• Ballon à gaz
• Cinébulle
• Dynabulle
• Bulle des cimes
• Arboglisseur
• Lanterne céleste
• Montgolfiade
• Ballons Kubicek

Liens externes

• Schéma détaillé d'une montgolfière.
• Les montgolfières : expériences scientifiques et constructions sur Wikidébrouillard.
• Plusieurs photos de montgolfières.