CHAPITRE XXIII

Construction et remplissage des aérostats h gaz hydrogène et b gaz d'éclairage. — Construction et remplissage des montgolfières. — Les petits ballons h gaz hydrogène h l'usage des enfants.

Nous croyons utile, en terminant ce volume, de décrire la manière de construire les aérostats. Nous di-

rons aussi quelques mots des ballons que peuvent exécuter les jeunes gens, tant pour leur instruction que pour leur plaisir, ainsi que de ces petits ballons que l'on fabrique à Paris depuis quelques années, pour l'amusement des enfants.

Un ballon, de forme spliérique, résulte de l'assemblage de larges fuseaux, cousus les uns aux autres. La matière du ballon est le papier quand il s'agit d'une montgolfière, et la soie quand il s'agit d'un aérostat à gaz hydrogène ou à gaz d'éclairage.

Il existe plusieurs moyens de découper ces fuseaux, de manière à composer un globe sphérique par leur juxtaposition. Le savant anglais Tibère Cavallo a

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il' d' c' ô'a'A.

Figure géométrique pour la taille des fuseaux d'un ballon.

donné une formule logarithmique qui permet de tailler les patrons de ces fuseaux : mais cette méthode exige des calculs préliminaires assez longs;

nous ferons connaître, pour arriver à ce résultat, un procédé géométrique très simple et à la portée de tous.

Il s'agit d'abord de tailler un modèle en papier, sur lequel on découpera ensuite les fuseaux de taffetas. Voici la manière de tailler ces fuseaux de papier.

On décrit sur la feuille de papier, dont les dimensions sont les mêmes que celles qui doivent entrer dans la composition du ballon, un quart de cercle, AOB (figure de la page 2G8), dunl le rayon est égal à celui du ballon. On divise ensuite l'arc AB eu six parties égales; pour cela il suffit de porter successivement le rayon AO sur la circonférence de A en D et de B en C. On obtient trois arcs égaux AC, CD, DB ; si l'on divise chacun d'eux en deux parties égales par les points E, F, G, l'arc AB sera divisé en six parties égales. Par les points de divisions on mène des parallèles au rayon AO qui coupe le quart de cercle aux points E', C, D', G'. On joint alors le centre au milieu M de l'arc AE et on décrit du même point comme centre, avec des rayons respectivement égaux à EE', CG', etc., des arcs de cercle aa', bb', etc. Admettons que le cercle auquel appartient l'arc AB soit l'équateur du ballon, l'arc AM en sera la vingt-quatrième partie, les arcs aa' , bb', elc, seront alors la vingt-quatrième partie des parallèles de rayons EE', CC, FF', etc.

Ceci posé, sur une ligne droite XY (figure de la page 270) portons douze fois la longueur AM, et des points de division, 1, 2, 3, i, 5, 6, départ et d'autre du milieu 1, décrivons des arcs de cercle avec des rayons respectivement égaux aux longueurs AM, aa', bb', etc. Si l'on trace une courbe tangente à la fois à tous ces arcs et qui passe en X et Y, on obtiendra un fuseau dont la surface est la vingt-quatrième partie de celle de la sphère. 11 suffira donc de découper vingt-ouatre

bandes égales à celles-ci, en laissant un bord qui permette de les réunir entre elles. On construira ainsi un ballon dont la forme sera à peu près sphérique.

On voit que ce procédé repose principalement sur ce Y que les arcs A M, aa, bb', etc. (Qgure

de la page 268) peuvent être considérés comme sensiblement égaux à leurs cercles, ce qui n'a lieu que s'ils sont assez petits.

Si le ballon doit avoir de grandes dimensions, on divisera l'arc AB en douze parties égales, au lieu de 6, et en répétant une construction analogue à la précédente, on obtiendra des fuseaux qui, dans ce cas, devront être au nombre de quarante-huit pour formerl'enveloppe sphérique toutentière.

Les ballons sont généralement terminés par un appendice qui leur donne une forme particulière. Pour construire cet appendice, on ne termine pas en pointe l'extrémité inférieure de chaque fuseau; on laisse de la sorte une largeur variable avec le nombre de fuseaux et qui permet de donner au ballon la forme qu'on veut.

La soie est le tissu qui sert à former les aérostats à gaz hydrogène et à gaz d'éclairage. On a la précaution de la recouvrir d'avance d'un vernis afin de boucher ses pores et de s'opposer au passage du gaz hydrogène à travers l'enveloppe. On choisit la soie cuite, le taffetas

Figure géométrique pour la taille des fuseaux d'un ballon.

de Lyon ou le satin croisé, parce que ces étoffes sont à la fois solides et de longue durée.

La composition des vernis dont on recouvre la soie destinée à former un aérostat est assez variable. Nous indiquerons la manière depréparerquelques-uns de ces enduits.

On fait, au bain-marie, une dissolution de caoutchouc dans l'essence de térébenthine, en ayant soin d'agiter le mélange, pendant toute la durée de l'opération. La dissolution arrive ainsi à avoir une consistance sirupeuse. On la laisse bien refroidir; puis on la décante dans un autre vase, en inclinant légèrement et peu à peu celui qui la contient. Enfin, on mélange la dissolution de caoutchouc ainsi obtenue avec de l'huile de lin. Il suffit d'enduire de ce vernis les deux faces de chaque fuseau, l'une après l'autre, à douze heures d'intervalle, et de laisser sécher pendant un jour. La soie ainsi vernissée sert à tailler les fuseaux destinés à former l'aérostat à gaz hydrogène.

On emploie également, comme vernis, un mélange d'essence de térébenthine et d'huile de lin, rendue siccative par une ébullition prolongée avec la litharge.

Quelquefois, le ballon est fabriqué avec de la baudruche, c'est-à-dire la membrane interne du gros intestin du bœuf; mais on ne peut confectionner ainsi que des ballons d'un faible volume, car la baudruche est une substance assez chère

Depuis quelques années, on se sert, pour fabriquer les ballons, d'un tissu peu perméable au gaz, qu'on nomme makintosfi, et qui est formé d'une lame de caoutchouc interposée entre deux feuilles de taffetas ou de toile. C'est ainsi qu'était fabriquée l'enveloppe de l'aérostat captif d'Henri Giffard.

L'aéroslal, ou la montgolfière, étant construits, il s'agit de les remplir. Nous parlerons d'abord du remplissage des aérostats par le gaz hydrogène et par le gaz d'éclairage.

La production du gaz hydrogène est basée sur la décomposition de l'eau par l'action simultanée du fer ou du zinc et de l'acide sulfurique. On sait que l'eau est formée, sur 100 parties, de 89 parties d'oxygène et de 11 d'hydrogène. L'oxygène de l'eau, ayant une grande affinité pour le fer, peut se séparer de l'hydrogène par l'effet d'un agent chimique convenable. Cette séparation se produit facilement par l'action de l'acide sulfurique, qui tend à se combiner avec l'oxyde de fer.

Quand on n'a besoin que de très peu de gaz, cette opération se fait, dans les laboratoires de chimie, au moyen de flacons de verre. Mais pour la production en grand, il faut substituer aux flacons des tonneaux, dont le fond supérieur soit percé de deux trous, livrant passage à deux tubes, l'un pour le gaz dégagé, l'autre pour l'acide sulfurique qui sert à provoquer la réaction. Ces tubes sont en plomb : le premier est droit et muni d'un entonnoir pour verser l'acide; le deuxième, qui est recourbé, conduit le gaz dans une sorte de cuve pleine d'eau destinée à laver le gaz hydrogène avant qu'il pénètre dans le ballon.

La réaction se produit aussitôt après l'introduction des matières dans le tonneau. Elle s'accompagne, pendant toute sa durée, d'une effervescence, qui sert, en quelque sorte, de régulateur dans l'opération ; car, suivant que cette effervescence est plus ou moins vive, l'arrivée du gaz dans le ballon est plus ou moins rapide. Il convient d'agiter souvent la masse afin d'établir un

contact intime entre l'acide sulfurique et les morceaux de fer qui n'auraient pas encore été attaqués.

Il est essentiel de laver le gaz dans l'eau ; car le fer et l'acide employés étant impurs, il se produit, par leur réaction, de l'acide sulfureux et de l'hydrogène sulfuré.

Ces deux gaz, étant solubles dan? l'eau, restent dissous

dans l'eau de la cuve.

11 est bon de disposer, sur le trajet du gaz hydrogène, avant de le laisser pénétrer dans le ballon, un tube plein de chaux vive, qui dépouille le gaz de son humidité, et qui arrête la petite quantité de gaz acide carbonique qui peut s'y trouver mélangée.

Au sortir du tube plein de chaux, le gaz hydrogène est dirigé dans le ballon au moyen d'un tuyau de caoutchouc.

On met dans les tonneaux de l'eau, de l'acide sulfurique' et du fer, ou mieux, de la tôle découpée en menus fragments.

Il est important de savoir dans quelles proportions on doit employer les matières nécessaires à la production de l'hydrogène. L'expérience indique que 3 kilogrammes de fer et 5 kilogrammes d'acide sulfurique, à 66° de l'aréomètre, donnent au moins un mètre cube de gaz. Il suffira donc de connaître le volume du ballon et de prendre autant de fois 3 kilogrammes de fer et 5 kilogrammes d'acide qu'il contiendra de mètres cubes. Calculer le volume du ballon est chose facile, à cause de sa forme sphérique. Son volume et sa surface se calculent par la méthode géométrique ordinaire : it représentant le rapport de la circonférence au diamètre et D le diamètre du ballon, la surface du ballon est égale à -jtD 2 et son volume à V .

On voit, sur la figure, l'ensemble des dispositions qu'il faut donner à l'appareil pour la préparation du gaz hydrogène par l'action de l'acide sulfurique sur le fer. Cette figure reproduit avec exactitude les dispositions qui furent employées par Henri Giffard pour préparer le gaz hydrogène destiné à remplir le vaste

aérostat qui servit à opérer des ascensions captives à Paris, en 1867 et 1878.

AA sont les tonneaux de bois dans lesquels l'acide sulfurique réagit sur le fer ; BB, les tubes qui conduisent le gaz sortant des tonneaux ; CC, le grand tube dans lequel se réunit le gaz dégagé dans tous les tonneaux ; D, la cuve dans laquelle le gaz vient se laver. F représente le cylindre plein de chaux que le gaz doit traverser pour s'y dessécher et y laisser son acide carbonique avant de se rendre dans l'aérostat. H est un manchon de verre contenant un hygromètre et un thermomètre pour s'assurer de l'état de dessiccation du gaz et de sa température.

La cuve à lavage est d'une disposition particulière, l'eau s'y renouvelle sans cesse. A cet effet, une pluie d'eau tombe à travers une multitude d'orifices percés dans un tube intérieur, et elle s'écoule ensuite par un trop-plein. De cette manière le lavage du gaz est parfait.

Nous représentons à part, en coupe verticale, l'intérieur de cette cuve à lavage. C est le tube d'entrée et E le tube de sortie du gaz ; aa est le tube, persillé de trous, par lequel l'eau tombe en pluie dans l'intérieur du vase ; f le trop-plein par lequel cette eau s'écoule sans cesse ; d le robinet d'arrivée de cette même eau. Le gaz arrivant par une série d'orifices /, /, /, est très divisé et peut se mêler parfaitement avec l'eau pour se laver.

Ainsi préparé, le gaz hydrogène revenait à M. Henri Giffard à 1 franc le mètre cube. C'est dire qu'il serait impossible de préparer en grand, avec économie, le gaz hydrogène par cette méthode. C'est pourtant avec le gaz ainsi obtenu, que fut rempli, pour la première fois

en 1867, l'aérostat captif de M. Giffard. Et comme les dimensions de cet aérostat n'étaient pas moindres, ainsi que nous l'avons dit, de 5,000 mètres cubes, le coût du remplissage était de 5,000 francs. Aussi, M. Giffard a-t-il eu recours, en 1878, pour préparer le gaz hydrogène, à une opération plus économique con-

Coupe de la cuve à lavage du gaz hydrogène.

si-tant à décomposer l'eau par le charbon porté au rouge.

On ne doit jamais remplir complètement un ballon avant l'ascension; car le gaz, qui le gonfle, a une pression égale à la pression de l'air ambiant, et cette pression diminue à mesure qu'on s'élève. Si l'aérostat était entièrement gonflé au départ, l'excès de pression intérieure amènerait bientôt la rupture de l'enveloppe. C'est ce qui est arrivé plusieurs fois, ainsi que nous l'avons rapporté.

On ne remplit donc l'aérostat qu'aux deux tiers; de celle façon, le gaz intérieur peut, par son expansion.

faire équilibre à la pression extérieure, sans presser contre les parois du ballon. L'appareil ne se gonfle dans son entier qu'en s'élevant, et il conserve une force ascensionnelle à peu près constante jusqu'à ce qu'il ait atteint son volume définitif. On peut du reste régler le gonflement de l'aérostat de façon à atteindre la hauteur à laquelle on veut qu'il s'arrête.

Au début de l'opération, le ballon doit être soutenu par une corde fixée à sa partie supérieure et passant sur des poulies portées par deux grands poteaux, de façon à ce qu'on puisse l'élever ou l'abaisser à volonté. Mais, à mesure que le gaz le remplit, la poussée qu'il occasionne rend cette suspension inutile; il faut alors, au contraire, retenir le ballon vers la terre au moyen de cordes attachées au filet dont on a eu soin de recouvrir préalablement l'aérostat.

Ce filet est d'une nécessité absolue; il permet de répartir sur tous les points du ballon la traction exercée par la nacelle, et d'éviter ainsi les chances de rupture aux points qui, sans cela, auraient été soumis à des tiraillements trop énergiques et trop prolongés.

On construit le filet très solidement en corde de chanvre, en faisant les mailles de la partie supérieure assez petites, et en les agrandissant à mesure qu'on s'en éloigne. Cette disposition a pour but d'augmenter la résistance de l'enveloppe dans les points où elle est soumise à la plus grande pression de la part du gaz. Le filet doit envelopper totalement le ballon dont il embrasse exactement la surface jusqu'au milieu. A partir de là, les différentes cordes dont il est formé convergent vers un même cercle de bois ou d'osier, auquel on suspend la nacelle.

Par tous les délails contenus dans ce volume, on sait déjà que les moyens qui permettent à l'aéronaute de s'élever ou de descendre, une fois qu'il plane dans les airs, se réduisent aux sacs de lest, qu'il jette pour s'élever, et à la soupape placée à la partie supérieure du ballon, qu'il ouvre pour perdre du gaz, s'alléger et descendre. Inutile de dire, par conséquent, que l'aéronaute doit emporter avec lui, dans sa nacelle, une quantité de sacs de sable dont le nombre et le poids varient avec la force ascensionnelle qu'il entend conserver. Il doit en même temps bien s'assurer du bon état de la soupape, qui lui permettra de vider le gaz à volonté pour opérer sa descente.

(Juant à l'orifice inférieur du ballon, il doit rester constamment ouvert; la raison en est facile à comprendre. À mesure que le ballon s'élève dans une région plus haute, le gaz intérieur se dilate, subit une expansion, qui est proportionnelle à la diminution de la pression des couches de l'air extérieur raréfié. Il faut donc que le gaz puisse prendre, sans obstacle, cette expansion ; sans cela, il presserait contre les parois de l'aérostat, les distendrait et les ferait infailliblement éclater. C'est ce que l'on évite en laissant l'orifice inférieur du ballon toujours ouvert. L'hydrogène, étant extrêmement léger comparativement à l'air, ne peut se perdre en quantité sensible par cet orifice ouvert, tant que la pression extérieure ne diminue pas; ce n'est qu'au moment de la diminution de celte pression, qu'il s'échappe au dehors, et proportionnellement à l'affaiblissement de celte pression.

Nous ajouterons maintenant que là est la cause fondamentale de la faible course que peut fournir un aéroslat. Dès qu'il s'élève un peu plus haut, quand il

atteint 2,500 mètres, à plus forte raison 4,000 mètres, un aérostat perd, par son orifice inférieur ouvert, une quantité énorme de son gaz. Cette perte lui 6te toute sa force ascensionnelle, et oblige bientôt l'aéronaute à descendre.

On s'imagine communément que la cause de la prompte déperdition du gaz d'un aérostat, c'est le passage de l'hydrogène à travers l'enveloppe. D'après ce qui vient d'être dit, cette cause de perte de gaz, dans le faible intervalle de temps d'une ascension, n'est presque rien, comparée à celle qui résulte de l'expansion du gaz dans les hautes régions et de son dégagement par l'orifice inférieur. Si le ballon pouvait se conserver clos, sans briser ses parois, il pourrait fournir une carrière très longue. Les ballons captifs des aérostiers militaires de la fin du dernier siècle, et les ballons captifs de M. Henri GifTard, étaient dans ce cas.

Comment connaître d'avance le poids que peut enlever l'aérostat, c'est-à-dire la force qui le sollicite à s'élever? Il est facile, comme on vient de le voir, de connaître la surface du ballon et le volume d'hydrogène qu'il renferme. Ce gaz, dans les conditions ordinaires de température et de pression, pèse environ 100 grammes le mètre cube. D'autre part, on évalue à 250 grammes le poids d'un mètre carré du taffetas formant l'enveloppe. On obtiendra le poids total de ballon en ajoutant le poids du gaz et celui du taffetas. Connaissant le volume de l'aérostat, on connaît le volume, et par suite le poids de l'air déplacé par le ballon. La différence entre ces deux poids, évaluée en kilogrammes, représente la charge que peut soulever le ballon.

Il faut remarquer, toutefois, qu'on prend toujours

une charge moindre que cette différence; sans cela le ballon resterait en équilibre dans l'air. 11 faut qu'il possède une certaine force ascensionnelle, pour pouvoir s'élever.

Le tableau ci-dessous donne, connaissant le diamètre d'un ballon à gaz hydrogène, sa charge et sa force ascensionnelle, évaluées en kilogrammes.