CHAPITRE PREMIER

CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

Qu’est-ce qu’un aérostat? — L’Océan marin et l’Océan aérien. — Les analogies d’un' ballon et d’un sous-marin. — La division de la question : sustentation et direction. — Principe d’Archimède. — Ballons à vide. — Ballons à gaz. — Force ascensionnelle et rupture d’équilibre. — Nécessité de l’étude du milieu.

Qu’est-ce qu’un aérostat? — A ne s’en rapporter qu’à l’étymologie de son nom, un aérostat est un appareil capable de se soutenir dans l’espace ; mais , parmi les appareils qui répondent à cette définition, il faut distinguer tout d’abord ceux qui sont plus légers que l’air et ceux qui sont plus lourds.

Nous réserverons le nom à' aérostatioii à tout ce qui concerne les premiers , en appliquant le nom à* aviation

à ce qui concerne les seconds.

1 La Propulsion et la Direction seront traitées dans un second volume de I’Encyclopédie , sous le titre : Technique des Dirigeables.

La Technique du Ballon. 2* édit.

Nous assistons en ce moment même aux triomphantes prouesses des appareils d’aviation : des aéroplanes h et la faveur du public semble un peu délaisser leur frère aîné, le ballon, qui a eu pourtant le mérite d’avoir jiermis, le premier, d’explorer l’Océan aérien.

C’est pourtant du ballon que nous allons nous occuper dans cet ouvrage, et nous espérons montrer, par les aspects divers de sa technique, que ce premier instrument de la navigation aérienne n’a rien perdu de son intérêt.

Est-ce curiosité simple, est-ce plutôt l’inconscient besoin qui pousse les hommes à la découverte à travers les régions inconnues , le problème de la conquête de l’air est vieux comme le monde. On retrouve celte préoccupation décevante dans les mythes anciens, et la légende d’Icare est encore dans toutes les mémoires.

Le besoin d’expansion est chez nous si puissant, que nous n’hésitons pas à consacrer le meilleur de notre activité et de notre industrie à créer des voies de communication, jetant des ponts par-dessus les torrents qui s’opposent à notre passage, ])erçant les montagnes qu’on ne saurait aplanir, trop heureux d’utiliser les routes naturelles que nous offrent les mers et les fleuves . malgré la rapidité et les méandres de ceux-ci, malgré les écueils et les colères de celles-la.

Faut -il donc laisser inutilisée cette autre voie naturelle qui s’offre à nous, læ meilleure peut-être, parce qu’elle est l’élément même où nous vivons, la plus vaste, parce qu’elle enveloppe le globe tout entier : l’Océan aérien, en un mot

- Technique de V Aéroplane.

CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

Les deux Océans. — Tandis que les mers ne permettent d’atteindre que les rivages baignés par elles, tous les points de la terre sont des ports baignés par cet autre Océan, autrement immense que l’Océan marin, et dont l’épaisseur est telle qu’il n’est pas de sommet si élevé et si inaccessible où l’on ne puisse parvenir en le traversant, à l’exemple des oiseaux qui le parcourent’^'' en tous sens.

Si l’on poursuivait la comparaison entre les deux Océans, il conviendrait de faire encore une autre remarque.

Sur mer, les navires, flottant à la surface de séparation de deux fluides soumis à des régimes différents, sont le jouet à la fois de la fureur de l’air et de la fureur des flots. Le navire aérien, au contraire, plongé au milieu du fluide c[ui l’emporte, échappe à la lutte des éléments, lutte qui fait tout le danger de la navigation maritime.

Les analogies du ballon et du sous -marin.

— On a souvent établi le parallèle entre les deux navigations aérienne et maritime : à l’aurore d’une notion nouvelle, on est toujours tenté de lui chercher ainsi des analogies parmi les notions déjà acquises, et de puiser une plus facile perception des phénomènes dans cette comparaison avec des phénomènes dès longtemps étudiés. Mais de semblables parallèles ne procèdent le plus souvent que par apparences.

On réalise facilement des carènes dont l’ensemble est plus léger que l’eau déplacée ; il n’y a point de corps solides, au contraire, plus légers que l’air où ils baignent de toute part.

Le navire flotte à la surface de l’eau dans une complète stabilité, car toute modification de son poids ouf de la poussée est bien vite compensée par une immersion plus grande ou un relèvement modéré. Il n’en saurait être de même pour l’aérostat plongé entièrement dans un seul et même milieu ; et si le ballon est comparable au sous -marin, avec lequel il a certains avantages communs, il a, comme celui-ci, l’inconvénient d’une instabilité originelle sur la verticale, instabilité qui ne permet de le maintenir en équilibre dans l’air qu’au prix d’efforts incessants.

L’aérostat, et mieux encore le ballon dirigeable, sont en cela comparables au sous-marin qui, pour peu qu’il s’enfonce au-dessous du niveau de la mer, se trouve à l’abri des agitations de la surface. Mais le sous -marin ne peut être considéré que comme un engin de guerre d’un emploi exceptionnel , parce que l’homme ne peut vivre sous l’eau qu’en vàse clos et grâce a des artifices particuliers, aléatoires, et dont l’efficacité n’a qu’une durée limitée. L’air est au contraire l’élément de notre vie, et sa raréfaction elle-même ne deviendrait un danger pour nous qu’à des altitudes considérables qu’il ne sera pas nécessaire de dépasser, et que les ballons de capacités moyennes ne peuvent même pas atteindre.

L’atmosphère est donc merveilleusement apte à recevoir les véhicules que l’invention humaine lui voudra confier, et l’homme attiré par l’attrait de l’inconnu, par la puissance magnétique des grandes solitudes, l’homme dont le visage se dresse vers le ciel, a dit le poète, n’a pas cessé d’élever vers les espaces aériens ses désirs et ses tentatives.

CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES H

Aucun insuccès ne l’arrête, et pourtant cpie d’obstacles s’opposent à ses efforts !

L’aéronautique ne date que du jour où les frères Montgolfier réussirent à composer ce corps plus léger que l’air qui devait constituer le flotteur aérien nécessaire. Il restait à réaliser l’art de naviguer à son gré dans l’espace, et les obstacles qui se dressent aussitôt qu’un pilote prétend diriger son véhicule sont tels, qu’il a fallu cent ans avant qu’un ballon devînt un véritable navire. Jusque-là le ballon est resté ce qu’il était le jour de l’expérience d’Annonay : une bouée aérienne que le vent emporte à sa fantaisie.

Division du problème. — Le problème général se scinde ainsi en deux problèmes secondaires : la sustentation, sans autre appui que l’air, de l’ensemble solide qui constitue l’ensemble du navire aérien ;

La propulsion et la direction, qui lui impriment une vitesse plus ou moins grande par rapport au milieu et dans une direction déterminée.

Nous n’aurons pas à nous occuper ici de la seconde face de la question. Il nous suffira d’étudier l’aérostat au point de vue technique, sa forme, ses organes, les éléments qui lui donnent la vie, sa construction enfin.

Principe d’Archimède. — Par opposition avec les moyens dynamiques qui permettraient de soutenir dans l’espaôe un appareil plus lourd que l’air, la sustentation d’un aérostat est obtenue par des moyens statiques dont le principe d Archimède nous donne le secret.

Ce principe peut s’énoncer ainsi :

Tout corps plongé dans un fluide en reçoit une poussée

verticale dirigée de bas en haiity et égcde au poids du fluide déplacé.

Il en résulte clairement que , si le poids d’un corps est inférieur au poids du fluide qu’il déplace, il s’élèvera sous l’action de la poussée.

Le phénomène est bien connu pour les liquides, parce qu’il existe un grand nombre de corps solides naturellement plus légers que l’eau, par exemple, et qu’en tout cas, une carène que l’air remplit arrive aisément à posséder cette légèreté spécifique indispensable à la flottaison. Au contraire, aucun corps solide n’est plus léger que l’air ; mais le principe est général et s’applique aussi bien aux produits gazeux qui s’élèvent dans l’air s’ils sont plus légers que lui : tel est le cas des colonnes ascendantes d’air chaud, que peut rendre visibles à nos yeux la présence des particules solides, comme il arrive pour la fumée.

Ballons à vide. — L’idée cpii vient tout naturellement alors, lorsqu’il -s’agit de constituer un flotteur aérien, est de contre -balancer le poids des organes solides par des parties beaucoup plus légères , en ménageant dans la masse une capacité où l’on pratique le vide. Cette conception n a rien d’irralionnel en soi ; mais on s’aperçoit bien vite qu’elle est irréalisable, par la nécessité qu’elle impose de construire un récipient de très grande capacité, dont les parois doivent être à la fois très légères et susce[)tibles cependant de résister à l’effort considérable de la pression que l’atmosphère exerce sur sa surface extérieure, sans qu’aucune contrepression intérieure vienne lui faire équilibre.

Si l’on voulait donner à l’enveloppe du récipient la

CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

résistance nécessaire, on perdrait tout le bénéfice de la légèreté obtenue en pratiquant le vide.

Malgré cette considération très simple qui condamne les ballons à vide, il se trouve encore des inventeurs pour chercher dans cette voie. Le très judicieux esprit qu’était Marey-AIonge s’y était trompé lui -même. Ce savant éminent s’est absorbé longtemps dans la réalisation d’un ballon à vide dont l’enveloppe en cuivre était si mince qu’il fallait la soutenir, pendant la construction, par une charpente intérieure, adroitement combinée pour pouvoir être démontée ultérieurement, lorsque la pression atmosphérique s’exerçant symétriquement sur la sphère, on pouvait espérer que la pellicule extérieure se maintiendrait d elle -même; mais, comme il était à prévoir, tout s’elTondra pendant qu’on enlevait les étais.

Le calcul suffirait, d’ailleurs, pour détourner d’une pareille tentative.

Supposons, en effet, un récipient sphérique de rayon R exprimé en mètres. Nous désignerons par e l’épaisseur de la paroi, en millimètres, et par P la pression atmosphérique par mètre carré, cette pression étant exprimée en kilogrammes .

Sur un hémisphère ABC , l’effort de compression dû à l’atmosphère est, comme on le sait, égal

à la pression sur une surface de grand cercle, soit

D’autre part , pour résister à cet effort , on a la section de l’enveloppe suivant le grand cercle, et cette section mesure : 2t:R X i ooo X ^

en millimètres carrés.

Et si l’on désigne par T l’effort de compression que le métal doit supporter par millimètre carré , on devra avoir pour l’équilibre :

. 2t:R I ooo c X T =p X

D’où, toutes réductions faites, on tire la valeur de

l’épaisseur :

D’autre part, en désignant par c le poids de i m’ de métal, par ^^=1,25 le poids de i m^ d’air dans les conditions communes, le poids de la sphère et celui de l’air déplacé seront respectivement, pour la sphère : '

Q = 4xR2 " - I ooo

pour l’air déplacé :

ou 1= 4xR^ X T"

Q' = -|-::R3Xi

Et pour l’équilibre, on devra avoir : Q = Q'; ou,

toutes réductions faites :

En admettant qu’on puisse avoir un métal ne pesant que 7,000 k. par mètre cube, et que la pression par

CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

mèlrc carre soit /)=ioooo, il vient: T = 84k.

Ainsi le métal devrait travailler à 84 k. par millimètre carré.

En admettant que l’on possédât un tel métal, l’épaisseur devrait être :

Rp R X loooo lo

C ou 'T~z Q / 7Tq~ R y

OU sensiblement en millimètres :

Cette épaisseur ne dépasserait donc pas un demimillimètre pour une sphère de 10 mètres de rayon. Il serait impossible d’établir une pareille pellicule sans l’étayer d’une charpente intérieure qui l’alourdirait, à moins qu’elle ne fût que provisoire ; mais, dans ce cas même, on peut prévoir que la sphère s’effondrera au décintrage, comme il advint à Marey-Monge, et enfin, si l’on parvenait à réaliser cette opération sans accident, une pareille construction ne résisterait pas au premier atterrissage.

En résumé, les lois de la résistance des matériaux suffisent à montrer l’impossibilité de réaliser des ballons à vide.

Ballon à gaz. — 11 est heureusement possible de tourner la difficulté et, en renonçant à maintenir le vide sur l’une des faces de la paroi, d’équilibrer par une contre -pression intérieure cette dangereuse pression de l’atmosphère qui met à mal les ballons à vide. Il suffit pour cela de remplir la vaste enveloppe d’un gaz ayant sensiblement la même pression que l’air environnant ; les parois se trouvent immédiatement soulagées du

prodigieux effort qu’on leur demandait tout à l’heure et n’éprouvent pour ainsi dire plus de fatigue.

En réalité, cet équilibre parfait n’existe pas, et l’on verra plus loin que les pressions du gaz et de l’air, égales sur un plan déterminé, sont différentes sur toutes les autres parties de l’enveloppe. 11 convient d’ailleurs que le gaz ait un léger excès de pression qui, s’exerçant de l’intérieur, tend l’enveloppe; celle-ci, n’ayant plus à résister qu’à des efforts de traction, peut être constituée par une étoffe souple et légère, en même temps facile à replier pour le transport du ballon dégonflé.

Que le gaz soit plus léger que l’air, la nécessité en est évidente ; puisque l’ensemble de l’appareil comprend des matériaux solides et par conséquent plus lourds, et puisqu’il faut cpie la somme des poids de ces éléments solides et du gaz lui-même soit inférieure ou tout au plus égale au poids de l’air déplacé.

Tel est le jirincipe sur lequel sont fondés les aérostats. Plusieurs physiciens ont entrevu cette application au lendemain même de la découverte de l’hydrogène par Cavendish.

II était réservé au génie de Montgolfier de réaliser enfin, en 1783, la mise en pratique de ce principe, en se servant, non pas d’hydrogène, il est vrai, mais d’air chaud.

Un ballon à (jaz est donc une bulle de gaz léger renfermée dans une enveloppe imperméable (jui la sépare de l'air ambiant.

Si tout cet ensemble pèse moins que l’air déplacé, on y pourra suspendre des fardeaux que le ballon enlèvera avec lui.

CONSIDÉRATIONS CÉNÉRALES

Les deux parties esseutielles du ballon sont donc ainsi : le ballon constituant le llotteur, et la nacelle destinée à recevoir les passagers, ainsi que les divers tardeauxqu’il s’agit d’enlever.

Pour réunir la nacelle au ballon, il convient de prévoir des organes intermédiaires. Ce sera d’abord une chemise ou un filet recouvrant le ballon, et auquel s’attachent les cordes de la suspension.

Le flotteur lui-même, le ballon proprement dit, comporte une enveloppe Imperméable au gaz ; mais, en outre, il est nécessaire de munir cette enveloppe de deux organes accessoires.

L’un est la manche d’appendice, en étofTe, cousue ou fixée au pôle inférieur; son rôle est

de permettre le gonflement avant l’ascension, et, au cours même de l’ascension , l’évacuation du gaz en excès, lorsque la dilatation provoque une augmentation de volume déterminant un accroissement de pression auquel l’étoffe ne pourrait résister.

Le second organe nécessaire est une soupape, qu’on

manche d'appendice. — b, soupape.

— N, nacelle. — SSS, suspentes de filet. — mu, cercle de charge. — S'S'S', suspentes de nacelle.

place au zénith et qui permet au pilote d’évacuer du gaz, pour la manœuvre en cours de route, ou pour vider le ballon à l’atterrissage.

Un ballon ainsi équipé prend la forme habituelle représentée schématiquement par la figure 2 , lorsqu’il s’agit d’un ballon libre sphérique.

Pour les ballons dirigeables, pourvus d’appareils de propulsion et de direction, le flotteur affecte une forme allongée, offrant une moins grande résistance au mouvement dans l’air.

Force ascensionnelle et rupture d’équilibre.

— Si l’on considère une brûle de gaz de i mètre cube et pesant un poids § , tandis que i mètre cube de l’air déplacé pèse un poids d, il suffit que S soit plus petit que d pour que la bulle de gaz tende à s’élever, sollicitée par une force qui est la différence de ces deux

poids : a = d — c.

C’est ce qu’on appelle proprement la force ascensionnelle, et si cette bulle, au lieu d’occupçr i mètre cube, remplit une capacité V (en mètres cubes), la force ascensionnelle totale sera évidemment :

A = aV.

Enfermons alors toute cette quantité de gaz dans une enveloppe; suspendons à celle-ci une nacelle avec tous ses agrès, des passagers, du lest. Si nous désignons par P le poids de tous ces éléments solides et indépendants du gaz, et si P est plus petit que la force ascensionnelle A, tout le système tendra à s’élever, sollicité par une force :

CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES 13

Or il est de langage courant de désigner cette différence sous le nom de force ascensionnelle (la ballon , ou meme de force ascensionnelle tout court. On dira, par exemple : Cet aéronaute est parti avec une force ascensionnelle de lo k. , ce qui veut dire qu’après avoir équilibré, pesé l’aérostat en le chargeant de lest autant qu’il en faut pour qu’il se soutienne tout juste en équilibre, flottant dans l’air sans monter ni descendre, l’aéronaute a vidé un sac de lest de lo k. pour déterminer le départ de l’ascension. Ces lo k. constituent une rupture cV équilibre, rupture d’équilibre momentanée , à chaque instant variable , puisque à chaque instant le pilote peut jeter du lest ; et s’il porte dans sa nacelle loo k. de lest, on peut dire qu’il dispose d’une force latente, d’une rupture d’équilibre totale disponible de loo k. Mais il serait souhaitable qu’on réservât le uom de force ascensionnelle à la différence entre le poids du gaz et le poids de l’air déplacé : c’est une caractéristique bien nette du gaz employé ; elle est permanente , abstraction faite , bien entendu , des pertes et des effets dus aux changements atmosphériques.

On ne saurait pourtant disputer sur les mots ; de vaines discussions philologiques ne prévaudront jamais^ contre les habitudes du public, et l’on continuera longtemps, — toujours peut-être, — à appliquer le nom de force ascensionnelle , au risque d’amphibologie , à la fois à la force portante totale du gaz contenu dans lo ballon , — force permanente , — à la rupture d’équilibre essentiellement variable qui détermine l’ascension ou la descente du ballon, à un moment donné.

Nécessité de Tétude du milieu. — Quoi qu’il <311 soit, la force ascensionnelle du gaz se compose, comme l’indique notre première formule , de deux éléments distincts^ : le poids de i mètre cube d’air et le poids de i mètre cube du gaz considéré.

Pour avoir une exacte notion de ce potentiel de notre porteur, il est donc nécessaire d’analyser chacun de ces deux éléments séparément, et cela nous conduit naturellement à nous occuper tout d’abord de l’air.

Aussi bien , une autre raison nous incite à cette étude préliminaire. L’atmosphère est le milieu où il s’agit de naviguer; il est naturel de se rendre compte avant tout de la nature de ce milieu , des circonstances qui le modifient; chacun sait qu’il n’est pas toujours égal à lui -même, puisque sans cesse nous consultons le baromètre et le thermomètre pour essayer de connaître son état, qui réagit sur notre pauvre organisme animal, tout comme sur un ballon inanimé.

Nous ne nous occuperons pas, à proprement parler, des grands déplacements de la masse aérienne , du vent ; car, suivant la jiarole imagée du colonel Renard, il n’y a pas de vent pour l’aéronaute (il faut entendre : pour l’aéronaute en ballon libre). Le ballon est une bouée abandonnée ; elle fait partie du milieu où elle flotte et qui l’emporte avec lui. A bord, c’est le calme parfaite Mais l’Océan aérien nous intéresse à d’autres titres, et avant tout nous avons besoin, pour déterminer la force ascensionnelle dont nous disposons à chaque instant, de connaître les variations de poids de l’air avec l’altitude et la pression, qui en est le principal facteur.

* Pourvu toutefois que ralmosphère ne soit pas le siè^e de •rafales et de remous.