CHAPITRE VIII

LA MAliCHE D'UNlil ASCENSION LIBRE

La zone d'équilibre. — Voilà donc notre ballon qui, libéré de ses dernières attaches avec le sol, s'élève sous l'aclion de sa Torce ascensionnelle. Comment va-t-il se comporter dans l'élément aérien ? C'est ici le lieu de nous rappeler les propriétés générales de l'atmosphère que nous avons indiquées dans un chapitre antérieur.

Tout d'abord, nous allons supposer que le ballon était entièrement gonflé au départ.

Dans ces conditions, souvenons-nous que la pression atmosphérique diminue h mesure que l'on s'élève dans l'atmosphère et que la densité des couches d'air va aussi en décroissant avec l'altitude. Le ballon va donc s'éiever et, h mesure qu'il montera, le gaz intérieur, dont la pression initiale était celle qui régnait au niveau du sol, va se trouver avoir une pression plus forte que celle de l'air ambiant : ce gaz s'échappera donc partiellement par l'orifice inférieur, et l'équilibre de pression entre l'air extérieur et le gaz intérieur tend h s'établir. La poussée du ballon, dont le volume n'a pas changé, diminue

d'ailleurs, puisque, d'après Archimède, cette poussée est égale au poids de lair déplacé et que cet air est de moins en moins dense à mesure que Ton s'élève.

Donc, la force ascensionnelle du ballon, supposé plein au départ, va en décroissant à mesure qu'il monte ; à un moment donné, cette force ascensionnelle finira par devenir-nulle et le ballon s'arrêtera, en état de flottaison immobile dans le sens de la hauteur.

On appelle zone d'équilibre la hauteur critique à laquelle il doit ainsi s'arrêter.

On a calculé quelle serait la hauteur de la zone d'équilibre pour ce que nous avons appelé le ballon type (ballon militaire) de 10 mètres de diamètre et de 520 mètres cubes de capacité. Si nous supposons qu'on ait donné à un tel ballon, au départ, une force ascensionnelle de 10 kilogrammes, on trouve par le calcul que la zone d'équilibre, atteinte sans jeté)' de lest, sera à une hauteur de 127 mètres. Si l'on veut dépasser cette altitude, il faut jeter du lest, et, si l'on a jeté en tout 40 kilogrammes de ce lest, le ballon atteindra finalement une zone d'équilibre située à une hauteur de 575 mètres.

Mais il faut remarquer que ces calculs sont faits en supposant que l'aérostat part d'une localité située au niveau de la mer ou à peu près. Si l'altitude du lieu de départ est déjà considérable, pour une même projection de lest, le ballon s'élèvera plus haut audessus de son point de lancement. Cela tient à ce que,

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à mesure qu'on s'élève dans l'air, la densité de celuici diminue moins vite que l'altitude (Voir la table des hauteurs par le baromètre). On a ainsi calculé que, si notre ballon-type de tout à l'heure partait, non plus du niveau de la mer, mais d'un lieu situé ^ une hauteur de 800 mètres, et qu'il fit une projection totale de lest de 40 kilogrammes, il atteindrait sa zone d'équilibre à une altitude de 650 mètres audessus de celle du point de départ.

Une fois cette zone d'équilibre atteinte, le ballon resterait indéliniment à cette hauteur s'il ne perdait pas de gaz par diffusion à travers l'enveloppe, si la température restait rigoureusement la même, si l'intensité calorifique des rayons du soleil ne changeaitpasisi aucune cause de refroidissement ne venait affecter l'aérostat, si aucune surcharge ne venait à l'alourdir.

Malheureusement aucune de ces conditions n'est jamais entièrement réalisée, encore moins sont-elles réunies ensemble. Aussi allons-nous voir maintenant les efi'ets que ces diverses causes peuvent avoir sur notre flotteur aérien.

Causes d'oscillations verticales. — i' La perte de gaz. — Dans une ascension de courte durée, on peut négliger cette cause, surtout avec un ballon neuf, car, pour une enveloppe de bonne qualité et en bon état, la déperdition oc dépasse pas 1 1/2 p. 100 par journée de 24 heures ; cela ferait, pour le ballontype de 520 mètres cubes, environ 8 mètres cubes

d'hydrogène, soit à peu près 8 kilogrammes de force ascensionnelle.

2° Le coup de soleil. — Quand le soleil, après avoir été longtemps caché, vient à envoyer subitement ses rayons sur l'aérostat, il se produit une augmentation brusque de force ascensionnelle, exac tement comme si Ton jetait du lest.

En effet, les gaz absorbent peu la chaleur. Donc, l'atmosphère ambiante sera peu échauffée au début d'un coup de soleil. Au contraire, l'étoffe du ballon, qui est un corps solide, absorbe une quantité notable de chaleur et la communique au gaz qu'elle contient. Celui-ci se dilate, une partie s'échappe par la manche d'appendice et, la densité de celui qui reste dans l'enveloppe ayant diminué par suite de sa dilatation, la force ascensionnelle augmente. Si donc on ne veut pas s'élever, il faut ouvrir la soupape et laisser échapper une certaine quantité de gaz.

3° Les surcharges accidentelles. — La pluie ou la neige qui survient à un moment donné de l'ascension peut alourdir le ballon d'une façon fort appréciable. Un refroidissement subit (disparition du soleil derrière un nuage, passage au-dessus d'une forêt, etc.)amènesur l'enveloppe, qu'il refroidit, une condensation de vapeur d'eau qui constitue, elle aussi, une surcharge.

Or, dans le cas d'un ballon en équilibre, flottant à hauteur constante dans la zone d'équilibre, toute surcharge, si elle n'est pas compensée par une évacuation de lest, provoque une descente qui tend à

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s'accélérer, el ce mouvement de descente ne s'arrête qu'à lerre.

On voit donc quetoutes les surcharges accidentelles amènent l'aéronaute h sacrifier petit à petit son lest. Quant aux coups de soleil, ilsl'amènent àsacj'ifier un peu de son gaz.

ParticularitâB de la descente. — Ballon flasque.

— Nous avons supposé que le ballon atteignait sa zone d'équilibre avec une vitesse pratiquement nulle : en réalité, il n'en est rien. Le ballon, en vortu de sa vilcsse préalablement acquise, dépasse cette zone d'équilibre d'une certaine quantité et peut atteindre la région oii, par suite de la diminution croissante de la densité de l'atmosphère, il est plus lourd que le poids de l'air qu'il déplace. Il est alors soumis h une force retardatrice qui l'arrête ; mais, avant de s'arrêter, il a navigué quelque temps dans une région où l'air a une densité encore plus faible que colle de l'air de la zone d'équilibre. Le gaz intérieur s'est donc dilaté encore, et une partie de ce gaz s'est échappée de nouveau par la manche d'appendice.

De sorte que, lorsque l'aérostat repasse, en descendant par la zone d'équilibre, il n'a plus la même quantité de gaz que celle qu'il avait quand cet équilibre momentané s'était établi. Tout se passe donc comme si on avait Idché un peu de gaz en donnant un coup de soupape, et le ballon va se mettre à descendre.

Mais alors le gaz, dont une partie s'est échappée, tant par l'appendice que par les soupapes, n'est plus en quantité suffisante pour remplir l'enveloppe, et celle-ci devient flasque. Le poids total de l'aérostat demeure constant, et le mouvement de descente s'accélérant irait avec une vitesse qui augmenterait

jusqu'à terre.

C'est pour éviter cette chute accélérée que l'on réserve toujours du lest pour la descente ; ce lest ne sert plus à s'élever : il ne sert qu'à diminuer la vitesse

de chute.

Il est à remarquer que la sensibilité « statique » des aérostats est énorme. La projection d'un poids très faible par-dessus le bord suffit à déterminer un mouvement ascensionnel très net : on observe cela, par exemple, en jetant par-dessus le bord une boîte de conserves vide.

Conduite de l'ascension. — Observation des instruments. — On voit, d'après tout cela, combien doit être tenue en éveil l'attention du pilote d'un aérostat.

Le but vers lequel il doit tendre, s'il veut faire un voyage de durée, est de maintenir son ballon sensiblement à la même hauteur, en sacrifiant le moins de lest, et, surtout, le moins de gaz posssible. 11 ne faut dépenser le lest que par petites quantités, de façon à ne pas faire de sauts ni de plongeons par trop brusques, mais à décrire une trajectoire aérienne à sinuosités douces et non heurtées.

L'aéronaute doit toujours avoir l'œil sur ses instru-

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nientSj nonBCulement sur le baromètre, mais cncoro sur le thermomètre et sur l'hygromèlre. Supposons, en elTet, qu'il soit dans la région des nuages^ dont il ignore l'épaisseur; s'il voit la température s'abaisser, la condensation se faire, il doit regagner la région du soleil pour soulager son aérostat et recevoir un coup

de soleil ; si, au contraire, celui-ci est par trop vif, il se peut que le pilote ait intérêt h regagner la région nuageuse placée au-dessous de lui.

Le baromètre indique admirablement ies grands mouvements d'ascension et de descente; il est utile de jeter de temps en temps par-dessus le bord des feuilles de papier à cigarettes : quand ces feuilles, tenues à peu près en place par la résistance de l'air, semblent monter, c'est que le ballon descend. Il monte, au contraire, si les feuilles paraissent tomber vers la terre.

En résumé, la durée d'une ascension dépend de la provision de lest que l'on a pu emporter et de la prudence avec laquelle on l'a dépensée.

l'our donner une idée de l'importance des causes

accidentelles sur la consommation du lest, nous allons prendre un exemple frappant: celui du ballon Lebaudy, ballon dirigeable il est vrai, mais dont les conditions générales de flottabilité et d'équilibre sont sensiblement les mêmes que s'il était sans moteur.

Le Lebaudy a une capacité de 3.000 mètres cubes et emporte à son ascension environ 600 kilogrammes de lest à bord.

Par un ciel uni, soit découvert avec soleil persistant, soit nébuleux uniformément et sans soleil visible, pour rester à la même hauteur, le ballon dépense, par heure, environ 30 kilogrammes de lest et 30 mètres cubes de gaz. L'atterrissage lui en coûte à peu près autant. Vient-il à recevoir de la pluie ? il faut sacrifier près de 100 kilogrammes de lest. Au-dessus d'une surface froide, forêt ou lac, il faut, suivant les cas, jeter par-dessus le bord de 30 à 100 kilogrammes; s'agit-il de surmonter un obstacle (chaîne de montagnes) ou d'éviter les projectiles ennemis en s'élevant à 1.000 mètres de hauteur ? cette petite excursion en hauteur exige l'abandon de 250 kilogrammes de la provision de sable. Si, au lieu de naviguer dans un ciel uniforme, on navigue dans un ciel où le soleil, tantôtbrille entre les nuages, tantôt est caché par eux, au lieu de 30 kilogrammes de lest à l'heure, on en dépense de 100 à 120, et ainsi de suite.

On voit donc l'intérêt qu'il y aurait à pouvoir emporter du lest qui fût une provision de gaz ou qui fût formé de matières propres, comme Thydrolfthe,

ascension, dont les effets furent si tragiques, refroidit singulièrement l'ardeur des aéronautes. L'étude de Tatmosphère devenait très intéressante dans les régions très hautes, mais dans ces régions-là précisément la raréfaction de l'oxygène rend les ascensions dangereuses et quelquefois mortelles. En effet, à cette hauteur on est atteint par ce qu'on appelle le « mal des montagnes ». De plus, il y a des effets physiques qui sont dus à la basse pression de l'air. Cette basse pression peut faire que les gaz dissous dans le sang se dégagent, interrompent ainsi la circulation dans les canaux capillaires et amènent la mort.

Paul Bert a indiqué les moyens de combattre ce danger. Il suffit pour empêcher l'asphyxie de respirer un mélange convenable d'air et d'oxygène, dont on emporte une provision. Malgré cela on hésitait beaucoup à continuer les ascensions à grande hauteur, car il faut remarquer que l'altitude de 10.000 mètres a été la plus forte que l'homme ait pu atteindre et cette altitude est loin de marquer la limite utile de l'atmosphère.

Les ballons sondes. Capazza, Hermite et Besançon, Teisserenc de Bort. — C'est en 1892 que l'aéronaute français Louis Capazza, qui venait de réaliser avec éclat l'unique traversée aérostatique de la Méditerranée qui ait jamais été faite, de Marseille en Corse, indiqua une solution aussi élégante que simple de ce difficile problème de l'exploration de

la haute atmosphère. A cette époque les constructeurs d'instruments de précision avaient réalisé un immense progrès et l'ingénieur Richard, en imaginant ses instruments enregistreurs, avait rendu à la science un service important. Gapazza eut ridée de lancer dans l'atmosphère un ballon sans aéronaute et qui emportait seulement des instruments enregistreurs, placés dans un petit panier et protégés contre les chocs qui pourraient se produire h la descente. L'idée de Gapazza fut accueillie avec enthousiasme et deux Français, Hermite et Besançon, eurent l'honneur de la réaliser les premiers. Le poids total qu'ont à porter ces ballons est très faible. Richard fait actuellement des instruments enregistreurs qui inscrivent à la fois les variations de la pression, de la température, de l'humidité et qui ne pèsent pas un kilo. Si donc on se rappelle qu'un mètre cube d'hydrogène possède la force ascensionnelle d'environ un kilo, on voit qu'avec un ballon de quelques mètres cubes on pourra lancer dans les airs des appareils qui rapporteront les indications inscrites des conditions de la haute atmosphère. Les seules précautions qu'il faille prendre sont de proportionner les dimensions de ces ballons à la hauteur qu'on veut qu'ils atteignent.

Un de ces ballons, appelé VAérophile, de 6 mètres de diamètre et de 1 13 mètres cubes de capacité, rempli de gaz d'éclairage et emportant un poids de 7 kilogrammes, a atteint une hauteur de 13 kilomètres (novembre 1896). Depuis l'année 1893 le nombre de

ces ascensions de « ballons explorateurs » (c'est ainsi que les avait nommés Capazza) ou des « ballons-sondes » (comme on les appelle maintenant) s'est augmenté et aujourd'hui ces explorations aériennes de la haute atmosphère sont faites d'une façon rationnelle et méthodique. En France c'est M. Teisserenc de Bort qui s'est surtout préoccupé de les réaliser. En Allemagne, grâce à la générosité de l'empereur Guillaume, les professeurs Assmann et Ilergesell ont fait de très belles expériences, et enfin depuis plusieurs années le prince de Monaco étudie les hautes couches de l'atmosphère au-dessus de l'Océan. La hauteur maximum atteinte par les ballons-sondes est de 20.000 mètres (les inscriptions barométriques en font foi).

Lancement et recherche des ballons-sondes. Travaux du prince de Monaco. — Gomment retrouver ces ballons ? Ceux qui tombent dans des lieux habités sont recueillis par des indigènes. Une enveloppe, contenant une lettre écrite en plusieurs langues les avertit d'avoir à expédier les instruments, sans y toucher, à une adresse qui leur est indiquée, et une petite somme d'argent lès récompense de leur docilité à suivre ces indications. Mais, quand on lance un ballon explorateur au-dessus des océans, il pourrait être difficile ou impossible de le retrouver, sans un artifice extrêmement ingénieux, dont s'est servi le prince de Monaco. Les ballons employés par le prince sont de petit diamètre (environ un mètre) et sont

130 DALLONS, DlRir.CABLES ET ABIIOPLANES

gonflés avec de l'hydrogène. Au lieu d'en employer un, le prince en emploie deux pour chaque ascension. Ces ballon^ ont une dimension telle que la force ascensionnelle d'un seul ne suffit pas pour enlever les instruments, mais que les deux, forces ascensionnelles réunies suffisent à les enlever ainsi qu'un peu de lest, contenu dans un flotteur hermétiquement fermé et qui est suspendu au-dessous des instruments au bout d'une corde longue de 50 mètres.

Avec une pile électrique et un petit électroaimant, un crochet lâche l'un des ballons et l'ahandonne librement dans l'atmosphère, lorsque tout ie système a atteint une certaine hauteur, que l'on peut fixer d'avance. Aussitôt que le ballon numéro 2 CRt abandonné, les appareils ne sont plus retenus que par le ballon numéro 1, dont la force ascensionnelle ne suffit pas h les maintenir. Ils vont donc lomber vers la mer. Mais la petite boite qui contient le lest touche la première la surface de l'eau. Elle flotte et le ballon, se trouvant ainsi déchargé du

Lancement de ballon s-sondi^ s en nier par le prineo de Monaco.

poids excédant, reste en Tair, portant les instruments au bout de leur corde de 50 mètres, c'est-àdire à Tabri des injures des vagues. Dans ces conditions le ballon constitue un signal que Ton voit de loin, et le navire peut aller recueillir les instruments. Cette méthode est tellement sûre que Ton ne perd pas plus d'un ballon sur vingt.

Les résultats obtenus par le prince de Monaco sont d'une importance capitale. Ainsi on a constaté de cette manière que les vents supérieurs, que l'on appelle conlre-alizés, n'ont pas été rencontrés jusqu'à l'altitude de 15.000 mètres dans les régions de l'Atlantique qui environnent les Açores. On a constaté à cette hauteur des températures de 70^ au-dessous de et enfin on a pu établir qu'il existait une couche, à partir de laquelle la température décroissait moins rapidement.

On voit ainsi quels services énormes l'aérostation rationnellement comprise peut rendre à la science. Il faut espérer que les gouvernements comprendront enfin l'importance de ces services et se décideront à encourager ces recherches d'une façon effective.