CHAPITRE XII

Le problème de la « direction ». — Un ballon dirigeable est un aérostat qui, indépendamment des voyageurs et du lest qu'il enlève, enlève également un moteur, dont la puissance doit servir à actionner un propulseur. Ce propulseur est généralement une hélice qui prend son point d'appui sur Tair lui-même. Il doit être muni d'un gouvernail qui lui permette de changer sa direction à son gré et de divers organes que nous verrons plus loin, destinés à assurer la stabilité de sa marche dans Tair.

Le problème de la direction des ballons est difficile et Ton ne peut en aucune façon le comparer au problème de la navigation maritime. Un navire en effet repose sur Teau, et le vent, qui agit pour le mouvoir ou pour le mettre en danger, peut être combattu précisément grâce à la résistance de l'eau, sur laquelle se meut le bâtiment, en partie immergé dans le fluide qui le porte.

Au contraire, un ballon est complètement plongé dans le fluide au travers duquel il doit se mouvoir. Si donc on veut faire une comparaison qui présente un peu de justesse, ce n'est pas à un navire qu'il faut

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comparer le ballon, mais bien à un sous-marin, et ici encore remarquons qu'il y a à l'avantage du sousmarin des circonstances qui sont au désavantage du ballon. Les courants marins, sauf dans quelques cas exceptionnels, ont, presque toujours, une vitesse bien inférieure à la vitesse de marche d'un bateau sous-marin. Par exemple, le Gulf Stream, à sa plus grande vitesse, parcourt à peu près 4 milles marins à l'heure, et la vitesse d'un sous-marin atteint facilement 8 à 9 milles. II n'y a que certains courants de marée, et dans certaines localités, dont la vitesse dépasse celle des sous-marins. Pour le ballon, au contraire, l'aérostat se trouve avoir à lutter contre des courants qui s'appellent les vents et dont la vitesse est très considérable. Aussi dans bien des cas est-il impossible de tenter la lutte. Cependant aujourd'hui on est arrivé à tenir tête à des vents faisant plus de 12 mètres par seconde, ce qui correspond à une vitesse d'environ 45 kilomètres à l'heure.

La condition essentielle, nécessaire à la marche età la dirigeabilité d'un aérostat muni d'un moteur est que celui-ci, en air calme, lui communique une vitesse propre plus grande que la vitesse des vents contre lesquels l'aérostat aura à se mouvoir.

Quand la vitesse propre de l'aérostat est plus grande que celle du vent, le navire aérien peut aller, à travers l'atmosphère, dans toutes les directions, sous rdsorvo de remarquer qu'il doit, dans les directions obliques à celle du vent, tenir compte de la combinaison géométrique des deux vitesses.

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Si la vitesse propre est égale à celle du vent, l'aérostat, s*il essaie de lutter, arrivera bien à se tenir « debout au vent », mais n'avancera pas contre lui. Toute une région de Tatmosphère lui est donc interdite. Enfin, si la vitesse propre est inférieure à celle du vent, le dirigeable ne pourra marcher que « sous le vent », sans même pouvoir arriver à l'immobilité dans Tair. Alors, non seulement la région de l'atmosphère d'où souffle le vent lui est interdite, mais encore, dans la région sovs le vent, dans laquelle il peut fuir, ne pourra-t-il opérer que de faibles déviations à gauche et h droite de la direction du vent, si celui-ci est un peu fort.

Résistance de l'air. Avantage des gros cubes. — Le premier point dont il est nécessaire de bien se rendre compte dans l'étude des ballons dirigeables, c'est la résistance de l'air. Quand on essaie de déplacer à grande vitesse une certaine surface, on éprouve de la part de l'air une certaine résistance, et cette résistance les physiciens ont essayé de la déterminer. Newton en a énoncé la loi qui est celle-ci : La résistance que l'on éprouve à faire avancer une surface est proportionnelle à cette surface et proportionnelle aussi au carré de la vitesse que Von veut atteindre. Si donc on fait intervenir cette loi dans le calcul de la force propulsive nécessaire à la réalisation de cette vitesse, on trouve, avec les mécanistes, que cette force est proportionnelle au cube de la vitesse à réaliser.

Par conséquent, une première condition s'impose à nous; c'est qu'il faut donner au ballon que Ton veut mouvoir et diriger dans l'atmosphère une forme telle qu'il présente le moins de surface possible dans le sens de l'avancement, c'est-à-dire une forme allongée.

Une autre conséquence très importante est que les ballons de grande capacité seront plus faciles à mouvoir et à diriger que les ballons de faible tonnage, et cela se conçoit aisément. En effet, la puissance du moteur dépend du poids que le ballon peut enlever, c'est-à-dire de sa force ascensionnelle, et par là de son volume, tandis que la résistance de l'air dépend de la surface de l'enveloppe. Or les volumes sont proportionnels aux cubes de dimensions et les surfaces aux carrés seulement. Donc, si nous avons deux ballons exactement semblables, mais l'un ayant des dimensions doubles de celles de l'autre, la force ascensionnelle du second sera à celle du premier comme le cube de deux, c'est-à-dire qu'elle sera huit fois plus forte. Le second ballon pourra donc emporter une force motrice qui sera huit fois plus importante, et, d'autre part, la résistance éprouvée par le second ballon sera à la résistance éprouvée par le premier seulement comme le carré de deux, c'està-dire quatreîoi^ plus grande. Donc le seôond ballon pourra être propulsé par une force huit fois plus grande que celle du premier et cependant la résistance qu'il aura à vaincre ne sera que quatre fois celle du premier ballon. On voit que le ballon de

dimension double sera avantagé par rapport à celui de dimension simple. Aussi, dans le problème de la navigation aérienne, le succès ne s'est-il nettement dessiné qu*à partir du moment où Ton s*est mis à construire des ballons de grand volume.

Forme des dirigeables. Le « fuseau » ou le « poisson ». — La loi de la résistance de Tair nous indique aussi quelle devait être la forme des ballons dirigeables. Gesballonsnedoiventpas être sphériques, ils doivent être de forme allongée, et ici interviennent de nouveau les lois de la résistance des fluides. Les premiers constructeurs de ballons dirigeables ont fait leurs ballons en forme de fuseau, c'est-àdire avec leurs deux, extrémités également pointues. On retrouvera cette forme dans les expériences de Giffard, de Dupuy de Lôme et de Tissandier et cette forme n'est pas avantageuse. Le calcul et l'expérience démontrent qu'il y a tout intérêt à donner aux ballons non pas la forme d'un fuseau syûiétrique, mais celle d'un poisson ou d'un œuf très allongé, marchant le gros bout en avant. Déjà, dès le commencement du XIX® siècle, Marey-Monge disait qu'un bon ballon doit avoir la tête d'une morue et la queue d'un maquereau, c'est-à-dire qu'il doit être plus gros à l'avant et plus fin à l'arrière.

L'observation de la nature confirme cette règle. Regardons en effet tous les animaux qui se déplacent à grande vitesse soit dans l'air soitdans l'eau : pigeons, hirondelles, parmi les oiseaux, ou, parmi les pois-

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sons, requins et surtout marsouins. Nous les voyons tous constitués de la sorte ; tous marchent le gros bout en avant.

C'est le colonel Renard qui a eu le mérite de réaliser le premier un ballon dirigeable pisci forme construit sur ces principes rationnels.

Équilibre des dirigeables. Équilibre statique, équilibre dynamiaue. — Dans l'étude d'un dirigeable il y a plusieurs points à examiner. Le dirigeable, môme quand il estau repos, doit se tenir en équilibre dans l'atmosphère et doit pouvoir être mçtnœuvré comme un bon ballon ordinaire (c'est téquilibre statique), mais de plus il faut que, pendant là marche, sous l'action combinée de son propulseur, de la résistance de l'air, de son gouvernail, de sa force ascensionnelle, il conserve une stabilité suffisante et n'exécute pas des mouvements désordonnés de tangage ou de roulis (c'est Y équilibre dynamique). Pour réaliser l'équilibre statique d'un dirigeable on peut disposer des mêmes moyens que pour l'équilibre statique d'un ballon ordinaire, c'est-à-dire le lest et l'abandon du gaz, mais il faut remarquer que ce dernier moyen doit être rejeté dans le cas du dirigeable, car l'équilibre dynamique d'un tel instrument est calculé en tenant compte de sa formé et en supposant que cette forme soit invariable. Or qu'arrivet-il, si nous lâchons du gaz? Lorsque le ballon descendra, le gaz intérieur se contractera, le ballon ne sera plus rempli, il deviendra, comme on dit, flasque^

donc il n'aura plus sa forme primitive, et par conséquent, le centre de résistance de l'air aura changé de place, ainsi que le centre de poussée ; les conditions dans lesquelles l'équilibre statique a été calculé ne sont plus les mêmes, et cet équilibre se trouvera détruit.

Pour éviter ces inconvénients il n'y a qu'une chose à faire, c'est de maintenir le ballon toujours gonflé. Mais, d'autre part, comme nous l'avons vu précédemment, il est nécessaire de laisser s'échapper le gaz pendant l'ascension ; il faut donc pendant la descente compléter le volume intérieur du gaz enfermé dans l'aérostat. Si l'on pouvait emporter avec soi une provision d'hydrogène ce serait évidemment la solution la plus simple. On enverrait, avec une pompe, de l'hydrogène dans l'enveloppe, de façon à remplacer le gaz disparu ; mais un simple calcul montre que, pour emporter dans des tubes l'hydrogène comprimé nécessaire, il faudrait emporter un poids de tubes absolument exagéré. Aussi doiton renoncer h employer ce moyen théoriquement parfait et se borne-ton à remplacer le volume de l'hydrogène disparu par un égal volume d'air. Toutefois il n'est pas possible d'envoyer cet air directement dans l'enveloppe de telle façon qu'il se mélange h l'hydrogène qu'elle renferme. En efl'et, on remplacerait ainsi un volume de gaz déjà dangereux, parce qu'il est inflammable, par un volume égal d'un mélange gazeux mille fois plus dangereux, puisqu'il serait explosif.

Le « ballonnet » à air. — On a réussi à résoudre cette difficulté par remploi du ballonnet intérieur. Ce ballonnet, l'idée en est due au général Meusnier, qui l'a imaginé en 1784, un an après la découverte de Montgolfier. L'idée de Meusnier est restée complètement dans l'oubli jusqu'en 1872, où elle fut reprise par Dupuy de Lôme. Mais c'est le colonel Renard qui en a démontré toute l'excellence en faisant voir que le ballonnet était pour le dirigeable non seulement un organe utile, mais un organe nécessaire.

On ne peut pas mieux comparer le rôle du ballonnet qu'à celui de la vessie natatoire des poissons. On sait que ces animaux peuvent remplir d'air, à leur gré, une cavité de leur corps, ce qui leur permet de faire varier à leur volonté la poussée que le fluide environnant exerce sur eux. Le ballonnet agit à peu près de la même manière.

Il est constitué par une séparation en toile, placée dans l'intérieur du ballon, de façon à le diviser en deux compartiments dont l'un soit, environ, la cinquième partie de l'autre. Cette séparation en toile, lorsque le ballon est rempli d'hydrogène au départ, s'applique contre la paroi intérieure de l'enveloppe qu'elle recouvre directement comme d'une doublure. Quand le ballon s'élève, l'hydrogène intérieur se dilate et une partie sort librement par la manche d'appendice. Tant que le ballon monte, tout va pour le mieux et l'enveloppe reste complètement pleine d'hydrogène dilaté; mais le ballon vient-il à descendre, alors l'hydrogène ne le remplit plus et, si

BALLONS DIHIGBAULËS l&S

l'on n'y prenait garde, l'enveloppe deviendrait flasque.

C'est ici que commence le rôle du ballonnet. Dès que la descente s'accuse, on envoie, à l'aide d'une

Le comle de la V&ulx.

pompe, de l'air dans le ballonnet, de façon à le gonfler petit à petit et à lui faire occuper par accroissements successifs tout le volume abandonné par l'hydrogène, qui est sorti pendant l'ascension. Dans ces conditionslaformeextéricuredu ballon reste la même, ainsi que son volume. La poussée exercée sur lui par

Tair environnant n'a donc pas changé ; donc le centre de résistance et le centre de poussée sont à la même place, et l'on comprend immédiatement quelle importance capitale joue un tel organe dans la conduite d'un ballon dirigeable. Il est inutile d'ajouter que le ballonnet à air, excellent pour les ballons dirigeables, est également excellent pour les ballons sphériques libres.

Dans une ascension demeurée justement célèbre et au cours de laquelle il a traversé la Manche pour atterrir dans le nord de l'Angleterre, M. le comte de la Vaulx avait muni son ballon, le Djinn, de forme sphérique, d'un ballonnet à air; grâce à la manœuvre judicieuse et habile qu'il fit de ce merveilleux organe, il put, en s'élevant et en s'abaissant alternativement chercher et trouver les courants d'air qui lui étaient nécessaires pour l'accomplissement de sa traversée aérienne.

Une précaution essentielle à prendre dans la construction du ballonnet est la suivante. Si le ballonnet occupe toute la longueur d'un ballon dirigeable, il est indispensable de le cloisonner par Je petites séparations en toile, percées seulement de quelques trous qui assurent le passage lent de l'air de part et d'autre de leur surface. Si l'on ne prenait pas cette précaution, voici ce qui arriverait : lorsque le ballonnet n'est pas complètement plein et que la portion intérieure de son enveloppe n'est pas tendue, l'air pourrait, dans un mouvement d'inclinaison du ballon, refluer tout entier, par suite de son poids, du

riALLONS DlHKiEABLES V69

rMé OLt le bntlon s'incline ; et, comme i'air pèse environ un kilogramme par mètre cube, il en l'ésiiHe qu'on pourrait avoir, aune extrémité, de l'air en surcharge surfisanle pour détruire l'équilibre. On conçoit iiiimédiatcnient que cela ne se produira pas en employant des cloisons.

Le déversement. " Tangage et roulis». — Un phénomène contre lequel il faut également se prémunir est celui qui est connu des aéronautes sous le nom de déoersemenl. Un aérostat dirigeable est, en effet, construit de telle façon qu'au-dessous de son enveloppe est accrochée une nacelle, etc'est sur cette nacelle qu'agissent les moteurs et les propulseurs. Or comme la surface de la nacelle est très petite par rapport à celle du ballon lui-même, l'effort résistant de l'air se portera sur l'enveloppe du ballon, tandis qu'au contraire tout i'elTort moteur de la [nachine et de l'hélice agit sur la nacelle qui est suspendue plus bas. Dansces conditions tapuissance n'est pas directement opposée il la résistance et l'ensemble de ces doux forces qui sont de sens contraire constitue un couple. Ce couple aura un « bras de levier a d'autant plus grand que la nacelle sera suspendue plus bas.

TbÉoriquement l'hélice devrait avoir son arbre dirigé dans l'axe même du ballon, mais ce tic condition est difficile â remplir. Dans l'impossibilité de la réalisercomplètement il fautbien se contenter de la disposition qui consiste à faire agir le moteur sur la nacelle; seulement on comprend de suite qu'il en résulte

une inclinaison pour tout le système, inclinaison qui fait que la nacelle tend h partir avant le ballon, et Ton comprend même que, si la nacelle était suspendue au ballon par des cordes infiniment longues, lorsque le moteur serait en marche, l'action du propulseur se bornerait à soulever la nacelle en inclinant ses cordes à la façon d'un fil à plomb. Dans cette position le moteur, en travaillant, aurait pour effet principal de soulever la nacelle et ne propulserait le ballon que d'une façon tout à fait insignifiante.

C'est ce phénomène qui s'appelle le déversement. Ne pouvant pas l'éviter, on calcule l'importance de ce couple qui tend à incliner le système et on en tient compte dans la formule de l'équilibre général du dirigeable.

Ce dont il faut se préoccuper en navigation aérienne, c'est d'éviter le tangage et le roulis. En effet, quand l'enveloppe éprouve des oscillations par trop fréquentes, ces oscillations peuvent avoir pour résultat de déplacer le gaz intérieur et, par conséquent, de changer les conditions d'équilibre. L'étude du tangage et du roulis d'un ballon dirigeable doit donc être faite avec le plus grand soin, si l'on veut garantir la sécurité des passagers.