CHAPITRE PREMIER
Comment s'élever dans lair? Le principe dArchimède. — C'est h Archimède que Ton doit l'énoncé du principe qui régit l'équilibre des corps flottants. Ce principe est celui-ci :
Tout corps plongé dans un milietc fluide (liquide ou gazeux) subit une perle apparente de poids égale aie poids du fluide déplacé par le corps.
Ce principe s'applique à tous les corps flottants, soit dans l'eau, soit dans l'air.
Prenons, par exemple, un corps dont le volume extérieur soit un litre, et qui pèse seulement 500 grammes; jetons-le dans l'eau. Il s'enfoncera en partie, et la partie immergée déplacera un certain volume d'eau : le principe d'Archimède nous permet d'aflirmer que la moitié du corps émergera, puisque la moitié immergée déplace un volume d'eau de oOO centimètres cubes et que le poids de 500 centi-
mètres cubes d'eau est exactement de 500 grammes^ poids total du corps ; à ce moment, il y aura équilibre entre le poids du corps et la poussée exercée par le liquide.
Si le corps, dont le volume est de 1 litre, pèse 1 kilogramme, il subit de la part de l'èau une poussée égale au poids d'un litre d'eau, soit de 1 kilogramme également : il restera donc en équilibre en n'importe quel point duliquide, il « flottera entre deux eaux ». Enfin, si le poids du corps dépasse t kilogramme, ce poids est supérieur à la poussée, et le corps tombe au fond.
Définition du ballon. — Cela nous permet de définir ce qu'est un ballon: c'est un appareil tel que son poids total soit plus petit que le poids de l'air qui occupe le même volume que lui.
Pour réaliser un tel appareil on se trouve en présence d'une première difficulté, c'est la légèreté spécifique de l'air : un mètre cube d'air pèse l''8,293, a la température de zéro degré, et quand le baromètre est h la hauteur de 760 millimètres. On ne pourra donc réaliser le ballon qu'en enfermant dans une enveloppe légère et imperméable un volume d'un gaz plus léger que l'air.
Il existe, aujourd'hui, deux types de gaz légers que l'industrie peut fournir facilement, en quantité considérable : l'un est le gaz d'éclairage dont un mètre cube, à zéro, pèse environ 500 grammes : l'autre est l'hydrogène purifié, fourni en tubes où il
est comprimé, et dont le mètre cube ne pèse que MO grammes !
La différence entre le poids d'un mètre cube d'air, à zéro et sous la pression barométrique normale, et le poids d'un mètre cube d'hydrogène dans les mêmes conditions est donc 1,293-- 110, soit l'^e, 183. Si nous cherchons la même différence pour le gaz d'éclairage, nous trouverons 790 grammes seulement.
Or c'est cette différence qui, grâce au principe d'Archimède, pousse le ballon de bas en haut, le fait monter. Donc il y aura avantage à gonfler le ballon avec de Thydrogène, qui donne ainsi une force soulevante bien plus considérable que le gaz d'éclairage.
Les montgolfières. — Mais il est une troisième manière de réaliser un gaz plus léger que l'air ordinaire, c'est Vair chaud.
Considérons une masse d'air qui occupe, à zéro, un mètre cube et qui pèse, dans ces conditions, \^^,^113. Les physiciens, et en particulier Tillustre Gay- Lussac, ont étudié les lois précises de la dilatation du gaz sous l'action de la chaleur et ont ainsi démontré que, quand un gaz peut se dilater librement, sans compression extérieure, « sous pression constante », pour employer le terme technique, chaque fois qu'on élève sa température de 1 degré de thermomètre, son volume augmente de la 273® partie de sa valeur première. Une masse d'air échauffée à 273 degrés
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occuperait donc un volume double de celui qu'elle occuperait h zéro. Donc, si à zéro la masse d'air pesait i^t'^TS par mètre cube, elle ne pèsera plus à 273 degrés que la moitié de ce poids, soit 636 grammes. L'air chaud est donc un moyen d'élever dans les airs
un ballon qui en serait jov/fa^ rempli.
Rappelons que c'est ce moyen qui a permis d'effectuer la première ascension, celle des frères Montgolfler :
les ballons gonflés d'air chaud s'appellent des montgolfières.
On réserve le nom ^'aérostats à ceux qui sont remplis d'hydrogène, de gaz d'éclairage ou d'un autre gaz plus légers que l'air.
Il est certain que l'hydrogène et le gaz de houille ne sont pas les seuls que l'on puisse employer : le gaz ammoniac, en particulier, a comme densité 0,597, soit, en chiffre rond 0,6; cela veut dire qu'il ne pèse que les 6 dixièmes du môme volume d'air, et un litre de ce gaz, à zéro, pèse 890 grammes : il pourrait donc être, à la rigueur, employé au gonflement des aérostats si des difficultés d'un ordre
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Schéma d'un ballon sphérique.
spécial ne s'opposaient à son emploi. Nous reviendrons, d'ailleurs, sur celte question dans un chapitre ultérieur.
Disons tout de suite qu'un ballon se compose essentiellement d'une enveloppe d'étoffe légère et imperméable, généralement sphérique. Cette enveloppe est recouverte d'un filet de fins et forts cordages, qui supporte, par l'intermédiaire d'un cercle de suspension en bois, la nacelle, petit récipient d'osier dans lequel se tient l'aéronaute, ayant à sa portée tous les organes de manœuvre dont nous donnerons plus loin le détail.
La « force ascensionnelle ». — Il est un mot que nous n'avons pas encore prononcé, un terme que nous n'avons pas encore défini, c'est le mot : « force ascensionnelle » qui revient à chaque instant dans les récits des voyages aériens, dans les ouvrages bu les articles qui traitent des ballons. Il est temps, maintenant, d'en donner la définition.
La force ascensionnelle disponible d'un ballon, au moment où il va quitter la terre pour s'élancer dans les airs, c'est le nombre de kilogrammes qu'il est susceptible d'enlever. Ce nombre de kilogrammes mesure, en même temps, lu force avec laquelle il faut retenir le ballon pour l'empêcher de s'élever dans l'atmosphère.
Mais on peut examiner la question autrement et se demander, une fois l'enveloppe du ballon construite et remplie de gaz, quel sera le poids total que
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le système pourra enlever. Gela nous permettra d'indiquer dans une première approximation comment on peut, par un calcul élémentaire, déterminer les données caractéristiques d'un aérostat.
Supposons un aérostat sphérique de 10 mètres de diamètre : son volume sera facile à calculer, c'est celui d'une sphère de 5 mètres de rayon ; ce sera, en chiffres ronds, 520 mètres cubes. Ce ballon est celui qui sert dans les parcs aérostatiques militaires français; on l'appelle souvent le ballon type.
L'enveloppe de cette sphère, nous la réalisons avec une étoffe dont chaque mètre carré pèse un certain poids. La surface de la sphère ci-dessus, de 10 mètres de diamètre, est de 314 mètres carrés. Une excellente étoffe à ballon (celle qui a servi à la fabrication du célèbre ballon Lebaudy) pèse 330 grammes, par mètre carré. Donc l'enveloppe totale pèsera 314 fois 330 grammes, soitenviron 104 kilogrammes.
Quand le ballon sera plein d'hydrogène à zéro degré, le poids du gaz sera 520 fois 110 grammes, soit 57 kilogrammes. Ajoutons à cela le poids de l'enveloppe, cela fait, pour le poids du ballon nw : 104 -f- 57, c'est-à-dire 161 kilogrammes.
Or le ballon déplace 520 mètres cubes d'air qui exercent sur lui une poussée égale à leur poids. Cette poussée sera donc 520 fois 1*^8,293, soit 670 kilogrammes.
La différence entrcla jpowssée et le poids du ballon sera 670 — 161, c'est-à-dire 509 kilogrammes.
Le ballon nu, de 10 mètres de diamètre, pourra
donc, s'il est rempli d'hydrogène, enlever 809 kilogrammes.^
Mais une partie de ces 509 kilogrammes doit être constituée par le filet qui enveloppe le ballon et supporte la nacelle dans laquelle se. tiendra Taéronaute. Donc, il faut retrancher de cela le poids dudit filet et de la nacelle, le poids de Taéronaute lui-même, et l'on voit alors la force restant disponible au moment du départ. Cette force, on Tutilise en embarquant, à bord, un certain nombre de sacs de sable, qui constituent le lest ; on ne conserve, au départ, qu'une force ascensionnelle réelle de quelques kilogrammes pour s'élever initialement.
Ces petits calculs sont une première approximation : en réalité les choses ne se passent pas aussi simplement que nous venons de le dire. Mais, avant d'aller plus loin, il est nécessaire d'indiquer les principales propriétés du milieu dans lequel le ballon est appelé à voyager, c'est-à-dire de consacrer quelques pages à l'étude de Vatmosphère.
