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Zone abordable

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les vents atteignent, en moyenne, en France, les différentes vitesses un nombre de jours par an représenté approximativement par la courbe ci-contre (fig. 20).

Cette courbe montre, par exemple, qu'on ne peut espérer trouver dans toute Tannée qu'une dizaine de journées pendant lesquelles le vent conserve une vitesse inférieure à 3 m. à la seconde, c'est-à-dire qu'un dirigeable fournissant une vitesse propre de 3 m. ne pourra, que dix jours par an, par conséquent tout à fait exceptionnellement, marcher en tous sens; elle montre que cent quatre-vingts jours par an, la moitié de l'année, les vents atteignent 9",5o ; que pendant une journée sur trois le vent arrive à 12 m.

Et on jugera de la difficulté que l'on a eue jusqu'ici à diriger les aéronats, si l'on se souvient que le Dupuy^ de-Lôme n'a pu marcher qu'à 2", 80, que le Giffard n* 2 avait fait 3 m., que le Tlssandier n° 2 a atteint 4 ro-» que \ai France, dans ses dernières expériences, est arrivée à 6",5o, le Santos'Dumont n** 6 à 8 m., enfin le Lebaiidy à 1 1 m. et la Patrie à i3 m.

Cette courbe montre également que les vents les plus fréquents étant voisins de 9 m., il y a le plus grand intérêt à les dominer, qu'il est même utile d'atteindre i4ou i5m., mais que chercher à obtenir des vitesses plus grandes ne donnerait qu'un profit minime, tout à fait disproportionné avec les difficultés immenses qu'une plus grande augmentation de vitesse entraînerait. On peut donc deviner qu'on s'efforcera d'atteindre des vitesses de i5 m. mais qu'on ne cherchera pas à aller beaucoup plus loin.

Enfin cette figure fait ressortir le pas considérable accompli par le Lebaudy, qui peut, avec ses 1 1 m. de vitesse, évoluer à peu près deux cent trente jours par an, tandis que les dirigeables de 6 à 8 m. ne peuvent le faire que soixante à cent fois.

« en

6o LA CONQUÊTE DE l'aIR

Le ballonnet. — Il est un autre point sur lequel il nous paraît utile de fixer les idées : c'est sur le rôle du ballonnet, imaginé par Meusnier dès 1784 et reconnu aujourd'hui indispensable aux ballons libres et encore plus aux dirigeables.

Cet organe joue dans nos aéronats un double rôle : il sert de stabilisateur dans le sens vertical, et il assure la permanence de la forme.

Lorsqu'un ballon libre a été équilibré à la surface du sol, c'est-à-dire que son lest a été gradué de façon que le poids total corresponde exactement au poids de l'air déplacé, ou à la force ascensionnelle brute, l'aéronat ne pèse rien, il est en équilibre, un rien le ferait monter. Ce ballon n'est pas plein, c'est-à-dire que le gaz qu'il renferme n'occupe pas la totalité de la capacité de l'enveloppe, on verra tout à l'heure pourquoi.

Le moment est venu de partir, on jette 5 kg de lest par-dessus bord ; la force ascensionnelle va être maintenant de 5 kg supérieure au poids, le ballon va donc monter sous cette poussée de 5 kg.

Pendant cette ascension que se passe-t-il ? Le ballon, en s'élevant, pénètre dans une couche d'air dont la pression est moindre; le poids de chaque mètre cube d'air déplacé diminue donc. Mais, d'autre part, le gaz, qui n'est pressuré que par l'air ambiant, étant moins pressuré, se dilate (c'est pour permettre cette dilatation que le ballon n'était pas rempli au départ). Le volume total du ballon va donc être plus grand, l'air déplacé plus considérable, ce qui va contrebalancer la diminution de densité de cet air.

Le calcul et l'expérience démontrent que ces deux phénomènes se compensent exactement Q) et que l'excédent

I. D'après la loi de Mariotte, le volume occupé par un gaz est inversement proportionnel à la pression qu'il supporte, tandis que le poids spécifique de l'air lui est directement proportionnel ; le produit de c«s deux facteurs, représentant la poussée, est donc constant.

QUELQUES NOTIONS 6l

de force ascensionnelle que nous venons de créer tout à l'heure va rester constant ; le ballon va donc monter, et monter indéfiniment, du moins tant qu'une cause déterminante nouvelle n'interviendra pas pour modifier la valeur de cette poussée.

Mais le gaz, qui peu à peu se dilate, finit, à un moment donné, par remplir le volume de l'enveloppe.

A partir de ce moment, tant que le ballon poursuit son mouvement d'ascension, l'air déplacé continue à devenir de plus en plus léger, mais le volume de cet air déplacé, c'est-à-dire du ballon, ne croît plus. On voit donc que bientôt la poussée qui avait jusque-là fait monter l'aérostat, va disparaître. Le mouvement ascensionnel va s'arrêter, le ballon ne montera plus : il sera en équilibre, à une hauteur qui dépend uniquement du moment où le ballon sera plein.

Cet équilibre va-t-il au moins pouvoir être conservé ? Hélas ! non, car, sans parler d'autres causes de modification, la température n'est pas uniforme. Que l'aérostat, véhiculé par le vent, vienne à passer au-dessus d'une rivière ou d'une forêt, cela produit, jusqu'à d'assez grandes hauteurs, un abaissement de température beaucoup plus considérable qu'on ne peut se le figurer : le gaz se condense, déplace moins d'air, le ballon descend (').

Qu'on sorte du cône d'ombre d'uu nuage pour recevoir les rayons du soleil, voilà, pour le gaz renfermé dans le vase clos qu'est le ballon^ une élévation de température presque subite et importante.

Si ce ballon était hermétiquement clos, le gaz, que l'élévation de température tend à dilater, ne tarderait pas à faire éclater l'enveloppe. C'est pour cela qu'on l'a

I. On pourrait croire que celle modification de température agissant sur l'air en même temps que sur le gaz du ballon, les effets produits se compensent. Ce n'est pas yrai, car Je coefficient de dilatation d'un gaz léger comme l'hydrogène est beaucoup plus considérable que celui d'un fluide lourd comme l'air.

pourvu de soupapes d'échappement, qui s'ouvrent automatiquement, dès que ce qaz atteint une surpression déterminée, et qui laissent fuir la quantité de gaz voulue pour ramener la pression intérieure à une valeur très voisine de la [iression extérieure.

Mais ce gaz échappé a diminué la force ascensionnelle de I, 2 ou 3 kg par exemple. Le poids total devenant maintenant plus fort que le poids de l'air déplacé, l'équilibre est rompu, le ballon descend.

Et un phénomène identique à celui que nous venons d'expliquer pour la montée va se produire, mais en sens inverse : cet excédent de poids va rester constant pendant toute la descente, le ballon va baisser... jusqu'à ce qu'une cause nouvelle intervienne.

S'il ne se produit pas d'élévation de température pendant cette descente, ou si on ne jette pas de lest, le ballon va donc descendre jusqu'à teire.

Pour l'éviter, si on veut continuer le voyage, on va jeter du lest. Mais il ne suffit pas de jeter juste la quantité correspondante à l'excédent de poids qu'a déterminé la descente et que d'ailleurs on ne connaît pas. Cela n'amènerait pas l'arrêt du mouvement de descente, car, en vertu de la force d'inertie, le mouvement commencé continuerait sans autre ralentissement que celui, très faible en l'espèce, de la résistance de l'air.

On jettera donc plus de lest qu'il ne faut pour produire l'équilibre; de nouveau la force ascensionnelle dépassera le poids et le ballon recommencera à monter et à monter jusqu'à ce que le gaz, en se dilatant, arrive à remplir l'enveloppe. Et cela se produira plus haut que la première fois, car on a moins de gaz, il faudra par conséquent une ascension plus élevée pour produire la dilatation au même volume.

Une fois la nouvelle zone d'équilibre atteinte, un nouvel incident ne tardera pas à amener une descente, qu'on arrêtera au moyen du lest, et à laquelle succédera une

nouvelle montée encore plus haut, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'on soit à court de lest ou qu'on atteigne les régions où l'on ne peut plus respirer.

En somme, l'aérostat ordinaire est absolument instable dans le sens vertical; il n'y a pour lui dans l'atmosphère qu'une seule zone d'équilibre et il ne peut même pas s'y maintenir. Cette particularité semble avoir été comprise, il y a plus de cent vingt ans, par Meusnier, au lendemain même de la naissance de l'aérostation, car, c'est lui, quelque étonnant que cela paraisse, qui a imaginé le remède qu'on commence seulement depuis quelques années à appliquer aux ballons libres !

Mettons à l'intérieur du ballon un autre ballon plus petit dans lequel on peut insuffler de l'air au moyen d'un ventilateur, véritable soufflet mécanique.

Au début de l'ascension tout se passe comme nous venons de le raconter, mais lorsque l'aéronaute estime qu'il a assez monté, il lui suffit d'envoyer de l'air dans sou ballpnnet, il amène ainsi son ballon à la situation de plénitude, le gaz ne peut plus se dilater, l'ascension s'arrête.

L'aéronaute a donc pu choisir sa zone d'équilibre.

Qu'une élévation de température intervienne, le gaz, en tendant à se dilater, au lieu de sortir et de se perdre, va simplement refouler un peu de l'air sans valeur du ballonnet. Celte zone d'équilibre va donc pouvoir être conservée. L'aéronaute est maître de ^aro/ie d'équilibre.

C'est ce qui explique pourquoi les ballons français, qui ont adopté le principe du ballonnet, sont bien plus dociles et capables d'aller beaucoup plus loin que les ballons simples, en particulier ceux des étrangers, qui ont beaucoup hésité à nous imiter (^).

1. n faut toutefois rendre justice au major allemand von Parseval, Tinvcnlcur des Draehen'Ballons (ballons-cerfs-volants), et qui a utilisé pour eux le principe du ballonnet d'une façon particulière fort ingénieuse. En outre, depuis quelque temps, les aéronautes étrangers se mettent à nous imiter.

64 LA CONQUÊTE DE l'aIK

Bien entendu, ce que nous venons de dire du rôle du ballonnet pour l'équilibre vertical des ballons libres, s'a|>plique, dans une très large mesure, aux ballons dirigeables, qui ont tout autant besoin d'être capables de s'équilibrer à la hauteur qu'ils veulent.

Mais cet organe précieux répond en ménir temps, dans les dirigeables, à une nécessité en apparence toute différente, quoique, en réalité, elle se confonde presque avec celle de l'équilibre vertical.

Pour réduire au minimum la résistance de l'air et permettre en conséquence d'obtenir la plus grande vitesse possible, on a dû réduire au minimum la surface de résistance en donnant au ballon une forme allongée en fuseau ou en cigare.

Or il importe au plus haut chef que ce l)alIon allongé conserve absolument cette forme. S'il lui arrivait de se tordre, de se plier, on comprend que les fds de suspension se rompraient, que le ballon se déchirerait (*). La moindre déformation, si même elle ne conduisait pas à semblable catastrophe, nuirait gravement à la sûreté de la marche.

Il faut donc coûte que coûte empêcher ce ballon de se déformer, et pour cela de devenir flasque, il faut assurer la permanence absolue de sa forme.

Pour y arriver on a employé plusieurs moyens, et c'est surtout par là que diffère la méthode anglo-allemande, qui a jusqu'ici si médiocrement réussi, de la méthode française, qui a seule triomphé.

Les Allemands et les Anglais ont cru pouvoir assurer cette permanence au moyen de carcasses métalliques, inévitablement lourdes et fragiles. Ils n'ont guère obtenu que des résultats négatifs ou des catastrophes.

En France la plupart des inventeurs et à leur suite

1. C'est ce qui est nrrivé au dirigeable de Bradsky, au n" G de Santon Duniont, etc.

M. JuUiot ont profité du ballonnet Meusnier pour assurer la permanence de la forme en maintenant constamment le gaz à une pression suffisante pour empêcher Tenveloppe de se déformer sous quelque influence que ce soit, pression qui, toutefois, ne doit jamais être assez forte pour risquer de la faire éclater.

A proprement parler, cette pression du gaz ne doit pas être constante, il serait plus exact de dire qu'elle doit être supérieure à la pression de l'air qui l'entoure, d'une différence constante.

Pour cela le gaz sera légèrement comprimé, par l'envoi dans le ballonnet, par l'aéronaute ou par des moyens mécaniques automatiques, de la quantité d'air voulue.

A-t-on dû, pour un motif quelconque, lâcher un peu de gaz, ou bien le gaz se condense-t-il, le ballon deviendrait flasque s'il n'y avait pas de ballonnet, tandis que ce précieux organe permet de maintenir exactement la pression, et d'éviter ainsi tout risque de déformation.

La source de force, — Enfin il nous paraît utile de dire quelques mots des moteurs, de leur puissance et des relations qui lient la vitesse obtenue à cette puissance.

On sait que la résistance de l'air, toutes choses égales d'ailleurs et pour une vitesse déterminée, est proportionnelle à la surface maximum que le corps en mouvement présente dans le sens de ce mouvement ; il y a donc intérêt à faire -un ballon dirigeable le plus mince possible, à lui donner le plus d'allongement possible. Mais il y a à cet allongement une limite pratique : plus on allonge le corps du ballon, en efiet, plus on augmente la surface de l'enveloppe, c'est-à-dire son poids. En outre, un ballon très allongé a une tendance plus grande au balancement qu'un autre, enfin il est plus difficile d'y assurer la permanence de la forme, puisque tout effort latéral agit aux extrémités sur un plus grand bras de levier.

L'expérience a montré, après le calcul, qu'un allonge-

CONQUÂTE DE l'aIK 5

ment (proportion entre la longueur et le diamètre maximum) voisin de 6 était le plus avantageux. C'est celui que nous avons trouvé dans la France, ce sera à peu près celui du Lebaudy et de la Pairie.

Il est évident que la forme du corps qui se meut influe considérablement sur la valeur de la résistance de Tair : un corps très pointu éprouvera moins de difficulté à avancer qu'un corps dont Tavant serait plat, les formes arrondies sont entre les deux. A l'arrière du corps se produit un remous très analogue à celui de la chasse d'air de l'avant, et la forme de la poupe a autant d'influence que celle de la proue. Ces influences échappent à peu près au calcul, mais l'expérience a montré que les formes les plus favorables étaient celles qui se rapprochent du fuseau, pointu aux deux bouts. C'est celle des sous-marins, c'est aussi celle de la coupe de la partie immergée des bateaux flottants. C'est enfin, sauf l'arrière, obligatoirement tronqué dans un projectile pour permettre la poussée de départ, celle de la balle française D et de la balle allemande S son imitatrice, qui sont les deux projectiles les plus récents du monde et qu'on peut par conséquent considérer comme les plus parfaits comme forme.

Enfin la résistance de Tair croît avec la vitesse, mais beaucoup plus vite qu'elle : elle est proportionnelle au carré de cette vitesse, c'est-à-dire que pour doubler la vitesse d'un mobile il faut une force quadrupje, pour la tripler il faut une force neuf fois plus grande. Cette loi fait comprendre quelle énorme difficulté on a éprouvée à passer des vitesses de a à 4 m. obtenues auparavant, à celle de 6°,5o atteinte par la France, et quelle distance considérable séparait encore cet aéronat des vitesses désirables de lo, 12 et i5 m.

On voit donc quelle importance capitale il y a à accroître dans la plus grande proportion possible la force du moteur. Mais à bord d'un dirigeable on est étroite-

ment limité par une question de poids. Si, pour des raisons financières, pour ne pas avoir un appareil trop embarrassant, ou pour tout autre motif, on s'arrête à un volume déterminé, on a, avec le gaz hydrogène, le plus avantageux, une force ascensionnelle brute donnée ; en déduisant les poids inévitables de l'enveloppe, de la nacelle, du gréement et des accessoires, points sur lesquels on ne peut pas gagner indéfiniment sans nuire à la solidité, il ne reste qu'une différence très limitée, un quart à un tiers dans les aéronats les mieux conditionnés, qu'il faut partager entre le moteur, le lest et les aéronautes.

C'est ce qui fait la grande importance, au point de vue qui nous occupe, plus encore qu'en matière d'automobilisme, de ce que l'on appelle vulgairement (quoique improprement au point de vue mécanique) le rendement des moteurs, c'est-à-dire leur poids par cheval-vapeur fourni.

Pour mieux faire ressortir l'influence de cette donnée, et nous permettre de nous rendre compte des motifs principaux pour lesquels on n'avait pas pu, avant la création des moteurs légers que nous possédons aujourd'hui, obtenir des vitesses suffisantes pour vaincre les vents ordinaires, examinons les poids et le travail fourni par les moteurs de nature différente des principaux dirigeables ; pour rendre la comparaison plus claire, nous calculerons le poids qu'il aurait fallu donner à ces moteurs pour qu'ils pussent fournir le même travail que le dernier considéré, celui du Lebaady, soit 4o chevaux-vapeur pendant cinq heures.

Tout d'abord, remarquons qu'il y a dans un moteur à considérer deux choses distinctes : le moteur proprement dit, simple transformateur de force, et la source de force elle-même, charbon et eau pour les machines à vapeur, accumulateurs ou piles avec l'électricité, essence de pétrole avec les moteurs à explosion. Le premier de ces éléments est généralement indépendant de la durée du travail ; au contraire, le second est en principe propor-

iionnel au temps pendant lequel on demande le travail. Pour le moteur animal seul, il n'y a pas de combustible îi faire entrer en ligne de compte, mais il faut, pour lui, considérer la limite de travail au delà de laquelle il doit être relevé.

Force musculaire humaine. — Dans le Dupuy-de- Lôme, les huit hommes d'équipe fournissaient un travail total en chevaux-vapeur de o,65. En outre, ils n'eussent pu fournir ce travail que pendant un temps assez court. Pour le donner pendant cinq heures, il eût fallu doubler l'équipe. Le poids d'un homme vigoureux étant de 75 kg, pour 4o chevaux et cinq heures, une simple règle de trois montre qu'il eût fallu 986 hommes, soit 74 000 kg I

Vapeur. — D'après Lecornu, la machine à vapeur du Giffard modèle i852 aurait pesé iBg kg avec la chaudière, et on aurait emporté 248 kg d'eau et de charbon, le travail fourni étant estimé à 3 chevaux. Enfin il est vraisemblable que cet approvisionnement pouvait permettre ce travail pendant une heure. En ce cas, le calcul de proportion nous donnerait pour 4o chevaux et cinq heures environ i6 5oo kg(*).

Électricité. — 1° Le Tissandier avait, d'après le colonel Renard, une machine de 225 kg, capable de fournir un travail de i^^^ZZ pendant deux heures et demie, ce qui correspondrait, pour le travail et le temps considérés, à i3 5oo kg.

2** Dans la France le travail pouvait atteindre 9 chevaux, pendant une heure quarante-cinq minutes de durée, ou 8 chevaux pendant deux heures. Pour cinq heures et 4o chevaux, cela ferait en chiffres ronds 6 200 kg.

Essence de pétrole. — Enfin le moteur à pétrole du Lebaudyy qui donne ce travail de 4o chevaux, pèse

I . II est évident que ces chififres sont plus qu'approximatifs. Le poids d'un moteur, sauf les moteurs humains, n'est pas proportionnel au travail, etc., mais nous nous sommes contenté des proportions arithmétiques, pour simplifier, l'exactitude des résultats n'ayant aucune importance en l'espèce.

3oo kg. Comme combustible il ne consomme que r4 kg d'essence par heure, soit en cinq heures 70 kg. Au total le poids considéré est donc de 870 kg.

En résumé, pour produire un effet analogue à celui d'un bon moteur à pétrole, en prenant pour types les moteurs des dirigeables qui ont existé, nous voyons que la force musculaire serait 200 fois trop lourde, la vapeur 44 fois et l'électricité 17 fois.

Ces chiffres, quelque approximatifs que puissent ^Ire quelques-uns d'entre eux, montrent quel immense progrès a fait faire à la question l'apparition du moteur à pétrole.

Avec lui la résolution du problème était devenue possible.

La stabilité. — Mais elle était encore arrêtée par une autre grosse difficulté, celle de la stabilité longitudinale.

C'est cette difficulté de la stabilité longitudinale qui a fait échouer la plupart des tentatives faites depuis l'apparition des moteurs légers. C'est en grande partie à l'heureux remède trouvé pour la combattre qu'est dû le succès du fameux dirigeable français. Il est donc intéressant d'examiner un peu cette question particulièrement importante et de rechercher à qui est dû le mérite de l'invention de l'empennage.

Comme nous l'avons déjà dit, la question de la stabilité longitudinale dans l'air est tout à fait nouvelle. En effet, il était à peu près impossible qu'on se doutât de cette difficulté d'ordre tout particulier avant qu'elle se fût manifestée, et elle ne pouvait se manifester que lorsqu'on atteindrait avec des dirigeables des vitesses assez grandes, c'est-à-dire lorsque les moteurs arriveraient à une puissance inconnue avant ces dernières années.

Toutefois, dès i855, nous avons vu que le Giffard n° 2, très allongé, avait subi des mouvements de tangage prononcés, qui ont été, d'ailleurs, la cause déterminante de l'accident arrivé au moment de l'atterrissage.

Plus tard, les différents Santos-Dumont ont tous été extrêmement instables; c'est par suite d'un renversement que le n° 6 est tombé dans la Méditerranée. A la même époque la catastrophe mortelle du Bradsky est due à la même cause.

Le phénomène s'affirmait donc peu à peu, provoquant de la part des gens sérieux la recherche du remède.

La médecine nous apprend qu'il y a deux sortes de moyens de combattre un mal : les moyens préventifs et les moyens curatifs. Il en est à peu près de même en physique, lorsqu'il s'agit de s'opposer à un phénomène fâcheux : on peut chercher à éviter ou diminuer les causes, ensuite, si cela ne suffit pas, à contrebattre leurs effets.

Dans le premier ordre d'idées, Texpérience a eu vite démontré que les ballons avaient une tendance d'autant plus prononcée au balancement qu'ils étaient plus allongés. Il importe donc de ne pas exagérer l'allongement, comme l'ont fait Giffard, Santos-Dumont et Deutsch de la Meurthe (au début), avant d'être bien sûr de posséder des moyens efficaces d'en empêcher le fâcheux effet.

Mais, d'autre part, il y a des inconvénients importants à réduire par trop l'allongement, puisqu'en le faisant, on augmente la surface de résistance à l'avancement et on diminue par conséquent la vitesse.

Le colonel Renard a déterminé que l'allongement (proportion entre la longueur et le diamètre principal) de 6 était celui qui répondait le mieux aux diverses conditions. Nous verrons que c'est également celui adopté par M. JuUiot.

D'autre part, il est de toute évidence que la permanence de la forme est une condition indispensable de la stabilité : toute poche créée par le vent (comme cela se produit dans les ballons sphériques) aurait, avec un ballon allongé, l'inconvénient capital de détruire l'équilibre d'ensemble, et de provoquer, par sa variabilité très

grande, des modifications brusques de stabilité, ceci sans parler de la possibilité qu'aurait Tenveloppe de se replier ou s'écraser en accordéon, ce qui amènerait vite des déchirures fatales.

Pour assurer cette permanence de la forme, on n'a guère imaginé jusqu'ici que trois moyens : celui des carcasses rigides, solution allemande sur laquelle nous reviendrons plus tard, et qui peut t^trc maintenant considérée comme mauvaise ; celui du ventre élastique italien, qui possède d'irrémédiables inconvénients ('), enfin, celui du ballonnet intérieur, dans lequel on envoie la quantité d'air nécessaire pour maintenir constante la pression du gaz, déterminant ainsi un effort constant sur Tenveloppe qui doit rester suffisamment tendue, pour ne pas céder devant les poussées diverses.

Mais ce ballonnet, aujourd'hui presque universellement reconnu indispensable, aurait un défaut qui annihilerait une grande partie de ses avantages, notamment au point de vue de la stabilité, si on n'y portait remède : il contient plus ou moins d'air, et cet air étant beaucoup plus lourd que le gaz hydrogène qui l'entoure, a une forte tendance à se précipiter toujours vers la partie la plus basse qu'il puisse atteindre. Si ce ballonnet était gonflé à refus, et qu'il fût complètement fixé, il est évident qu'il n'y aurait aucun déplacement de cet .air, mais il ne peut en <Mre ainsi : pour des motifs de construction et de légèreté d'enveloppe, on lui donne généralement à peu près la forme d'une demi-ellipse coupée suivant un plan passant par le grand axe. Ensuite, pour permettre le jeu même de ce ballonnet, il ne doit pas être rempli, puisqu'il doit, de par sa fonction même, contenir plus ou moins d'air suivant que le gaz sera plus ou moins dilaté ou plus ou moins consommé.

Dans ces conditions, (jue va-t-il se passer, lorsque,