POIDS

maximum

par

refroidisse-

ment.

ri

kc

ker

SURCHAR6K

totale .

fefi

ks

es fa

kf

Ces nombres ont été obtenus en 1893 par M. Hcrmite à la suite d'expériences laites par M. Besançon, en adoptant pour le coefficient numérique de la formule de Laplace K = 18929, valeur proposée par Dupuy de Lomé. Les étoffes « mployées étaient très lourdes : coton, 3505«" par mètre carré; poughie, 800C; Noie de Lyon, 2508»', y compris un bon vernissage. Il supposait que le gas «l éclairage avait un poids de 5938' par mètre cube, et l'hydrogène pur no poids de 1938'. Ces nombres sont donc loin de représenter ceux que ronpest

pmr ballons explorftt«ars.

La pression de cette couche peut se trouver par une formule tout à fait élémentaire. Sa valeur inconnue, en vertu de la loi de Mariotte, doit satisfaire à Téquation

Si, au lieu d'un gaz d'éclairage (exceptionnellement JDon), l'on avait du gaz hydrogène pur enlevant 1 200«'' au niveau de la mer, la valeur de x serait donnée par la résolution de l'équation du premier degré

Les deux valeurs de x seraient donc proportion-

nelles à ^^^ et à j^jr-: ou , en simplifiant, à ^ et à ^

Si au lieu d'être de 10"" le diamètre du ballon était de 20"", le poids de l'enveloppe serait quadruple, ainsi que celui du filet; supposons que Ton a doublé la charge, le poids du matériel montant serait quadruplé, mais le volume serait octuplé, de sorte que le poids que chaque mètre cube de gaz aurait à supporter dans la couche d'équilibre serait deux fois moindre. Comme ces raisonnements sont visiblement indépendants de la valeur particulière donnée aux nombres, on peut dire que la pression régnant dans la couche d'équilibre est proportion-

THÉOBIE DE L'ASCENSION D' U N. BA L LO N- S N D li. 51

nelle au poids matériel montant et inversement proportionnelle à la force ascensionnelle du gaz ainsi qu'au diamètre du ballon.

Les formules auxquelles nous arrivons sont au fond les mêmes que celles que M. le commandant Renard a établies dans un Mémoire fort intéressant publié en 1892 dans les Comptes rendus de V Académie des Sciences, mais nous pensons qu'il est préférable de les présenter sous cette forme tout à fait élémentaire. Nous éclairerons en outre leurs usages par des exemples numériques très simples.

Plus cette couche aura une densité moindre, plus le ballon s'éloignera de la surface de la Terre, et plus rintérêt des expériences augmentera. En effet, tout est encore inconnu dans ces hautes régions : la température de Tair, la direction des vents. Tétai électrique , et même la composition de l'atmosphère . Il est vrai, on sait que la température est très basse, on suppose que la composition de l'air est la même qu'à la surface de la Terre, on admet qu'il règne des vents très violents dont la direction est toujours à peu près d'Ouest en Est, c'est-à-dire parallèle au sens du mouvement diurne de la Terre ; on enseigne que l'électricité de l'air va en augmentant de potentiel et qu'elle est toujours négative, on fait l'hypothèse qu'il n'y a plus de vapeur d'eau, on pense que la constante de la radiation solaire possède une valeur prodigieuse, que celle de la Lune

O'i LES BALLON8-SOXDE3.

est complètement nulle, etc., etc., mais toutes ces hypothèses n'ont aucune valeur absolue, aucun fondement réellement scientifique. Biot (*) se demande même si la loi de décroissance de la pression avec Taltitude s'applique à ces régions élevées dont l'exploration est indispensable à la constitution de la Météorologie rationnelle, et dans lesquelles s'effectue en quelque sorte la fusion des questions astronomiques et des questions météorologiques.

Si Ton examine la formule empirique à laquelle nous sommes arrivés pour déterminer la valeur théorique de la couche limite, on voit que la force ascensionnelle du gaz ne peut dépasser 1200«^ mais que l'on peut disposer en apparence de deux éléments, le poids du matériel montant et le rayon du ballon; toutefois ces deux éléments, au lieu d'être indépendants, sont en réalité fonction l'un de l'autre.

Plus le rayon du ballon est grand, plus il faut que l'enveloppe qui le constitue soit résistante. En etîet, Henry Giffard a démontré que les lois qui régissent la construction des chaudières sphériques s'appliquent aux constructions aérostatiques. Toutes choses égales d'ailleurs, l'épaisseui' dune étoffe doit être proportionnelle au rayon,

' Astronomie phijsique, t. 1.

THÉORIE DE L'aSCENSION D'UN B A L L O N -S N D F.. H

lie sorte que la surface variant comme le carré de celte quantité, le poids de l'enveloppe varie comme le cube, c'est-à-dire de la même manière que la force ascensionnelle. Si les aéronautes forains trouvent intérêt à grossir les ballons qu'ils fabriquent avec les étoffes du commerce, c'est uniquement parce qu'ils n'ont pas à leur disposition ces étoffes ultra-légères qui suffiraient pour les petits cubes, pour lesquels le calicot le plus commun possède forcément une résistance infiniment tro[> grande.

Cette vérité est surtout essentielle lorsqu'il s'agit des ballons-sondes qui sont exposés à supporter de grands efforts mais qui en même temps doivent être très légers. Il faut que l'enveloppe ait une résistance déterminée par le volume, et l'art du constructeur est de la donner suffisante, sans surcharger l'aérostat d'un poids inutile qui arrête son essor.

L'excellente qualité des étoffes que M. Besançon est parvenu à se procurer et la préparation qu'il leur fait subir pour réaliser une imperméabilité absolue sans altérer leur résistance primitive, est une des causes des succès que les ballonssondes français ont obtenus jusqu'ici dans les expériences internationales. Ces ballons sont fabriqués avec un tissu de soie très serré, qui ne pèse que 30*^' le mètre carré, c'est-à-dire qui est

54 LESBAl. LONS-SONDES.

presque aussi léger que le papier du Japon que Ton avait employé claas les premières expériences ; de plus il jouit de la propriété d'opposer une résistance très grande à la déchirure. Un mètre linéaire supportera une traction de 600''« à 800*8^ sans rompre.

Mais il ne suffît pas que ce tissu soit peu pesant et très résistant, il faut encore qu'il soit complètement imperméable au gaz, même au gaz hydrogène. C'est une condition qu'on ne peut remplir que par l'application d'un grand nombre de couches avec des soins particuliers. En effet, si l'on ne prend pas de précautions spéciales, l'étoffe sera attaquée par l'action de l'oxygène de l'air, elle subira une sorte de combustion lente, sa solidité sera altérée à tel point qu'elle n'offrira pas une consistance supérieure à celle de l'amadou. Le danger est d'autant plus difficile à éviter que le nombre des couches appliquées successivement est très grand. On en jugera par un chiffre. Le poids de ce tissu qui, vierge, est de 30«', ne s'élève pas à moins d'une centaine par une série de vernissages successifs. On peut donc dire sans exagération qu'un aérophile bien construit doit être une bulle de vernis consolidé par un réseau de iils de soie servant de charpente.

Si les ballons-sondes de Berlin se sont déchirés à plusieurs reprises, deux fois notamment devant

TBÊUEIE OK L*ASCE5SI0^ D'UK B AL L05-S0 .^ U E . ô^

l'empereur d'Allemagne, on doit attribuer cet accident principalement à ce que les physiciens de Berlin emploient dans la construction de leurs ballons-sondes une étoffe caoutchoutée dont la résistance a été trouvée très insuffisante. Les expériences faites par M. Andrée, lorsqu'il étudiait les tissus destinés à la fabrication de son ballon polaire, ont mis ce fait en évidence de fac^on telle qull a rejeté toutes les soies allemandes, dont en outxe l'imperméabilité était aussi médiocre que la résistance. MM. Yon Hergesell et Mœdebeck, ([ui emploient à Strasbourg des étoffes vernissées pour la construction de leurs ballons-sondes n'ont jamais éprouvé de déchirure au départ. Le seul accident qui leur soit arrivé est une rupture de câble.

M. Assmanna, déplus, l'habitude de ne pas gonfler complètement son ballon-sonde, de sorte (luc Tétoffeest assujettie à de brusques eflbrts lorsque le ballon est lancé dans Tatmosplièrc. Au contraire, M. Besançon a soin de fabriquer une enveloppe qui s'applique exactement sur le filet et de la remplir complètement de gaz, de sorte qu'elle s'appuie bien sur les mailles.

Ces précautions sont très nécessaires; en (îlVet, la pression de l'air est tellement grande que le ballon-sonde se creuse à la partie supérieure, d(î manière que son volume diminue dans une proportion notable (voir fig. o). .

l.r.i DALLONS-SONDES,

Il résulte de ce mode de lancement que le gaz se précipite avec violence par l'orifice et que la force ascensionnelle diminue d'une façon très rapide.

Le capitaine Mœdebeck a publié dans le Promeiheus du 3 mars 1897 un excellent article sur les ascensions du 14 novembre, où se trouve le Tableau des vitesses constatées par les diagrammes des trois ballons-sondes.

TEMPS

après le départ.

C\ miu

VITKSSKS CONSTATEES EX METRES.

Paris.

Strasbourg.

Berlin.

On voit que la vitesse décroit très rapidement, et que le danger qui en résulte ne dure pas longtemps, mais au départ la pression de Tair est immense. On a donc songé à la diminuer avec un sac de délestage. Cette opération n'est pas sans difficultés, mais dans Tascension du 13 mai, le capitaine Kovanko s'en est servi d'une façon très heureuse. Il a même imaginé un procédé fort simple et très curieux pour le débarrasser du sac. Cet

THÉUBIE DE L'ASCESSIOH I»*UN B A L L t»N - j: O M» T. ;>7

ohjet est retenu par un ressort, qui se déclenche de lui-même lorsgue, par suite de la disparition du lest- le poids en est deyeim trop faible,

M. Besançon avait pensé à donner à s^on A crophi le une forme allongée analogue à celle d'un obus. Mais les calculs auxquels il s'est livré lui ont appris que cette disposition n'offrirait en réalité aucun avantage. Elle aurait, en outre, l'inconvénient de favoriser le mouvement giratoire du grand axe dr l'ellipsoïde de révolution et d'augmenter les mouvements du ballon contre lesquels il est indispensable de se prémunir. Si le ballon-sonde a été laucé sans précaution comme un ballon ordinaire, les mouvements giratoires acquièrent immédiatement une intensité alarmante.

On les diminue d'une façon très remarquable.

en employant le procédé que nous avons indiqué et qui a été légèrement modifié à Strasbourg. Mais, aussitôt qu'on détruit la forme sphérique, ces mouvements augmentent d'une façon peu rassurante. On s'en est aperçu lors de Texpérience du 16 février, où VAèrophile II avait reçu un léger accroissement de volume obtenu à l'aide de l'addition d'une bande équaloriale de 1'" de hauteur.

Un moyen d'une certaine efficacité pour lutter contre la rapide vidange du gaz et conserver plu> longtemps la force ascensionnelle est de diniinuor

l'orifice de sortie, et de le pourvoir d'uilc manche d'une certaine longueur. On crée ainsi une pression inliîirieure qui peut atteindre uu chiffre con-

Photograpliie du paniev parasoleil dans lequel on place lea enrcgistreurâ. L'instrument est garni d'un rouleau vertical de papier argenlé faisant cheminée. Ce papier . a été enlevé poi^r que le mode de auspenaïon des appareils puisse être aperçu.

sîdérable et qui fait équilibre à celle qui est produite par la résistance de l'air.

La forme sphérique esl évidemment très commode pour que l'aérostat résiste à la tension du gaz qui le remplit. Mais il faut s'arranger pour Fig. n.

Photographie d'un Aérophile prise s va retirer le cordage accessoire et le laisser suspendu parle câble de retenue.

que le ballon-soode ne fasse point explosion par un surcroît de charge intérieure à la suite d'un débit insuffisant, comme il est arrivé à l'aéronaute

belge Toulet dans une ascension où il a péri avec rleus voyageurs.

Fig. 18.

Disposition des enregistreurs français et de leur suspension élastique.

Nous estimons gue le procédé le plus simple et

TpÉORIE DE l'ascension D'UN B AL L N - S O N D E. 01

le plus efficace serait de pourvoir le ballon-sondr. d'une soupape à Tappendice. Le pression sous laquelle s'ouvrirait cette soupape devrait être réglée de manière à rester toujours bien inférieure à celle qui produirait l'explosion du ballon. Ce-

Fig. 19.

Procédé de lancement du ballon-sonde employé

à Strasbourg.

lui-ci serait du reste consolidé par un filet qui l'envelopperait d'une façon complète.

Chaque fois que le gaz fuserait, il le ferait avec force et donnerait une impulsion au ballon dont ilaugmenterait la force vive. Quant au ballon qui voyagerait ainsi sous pression, il garderait sa forme d'une façon absolue et n'offrirait aucune

de ces dépressions et de ces déformations irrégu-

THÉOBIE SE L ASCENSIO:! D LN B A I. t.O N -S O M) K.

lières gni augmentent dans une proporlion prodigieuse les frottements sur Tair.

L'ascension serait à la fois plus calme ol plus lapide, et, tout en ne compromoltanl pas l'cxpôrience, on conserverait au gaz une pressif)n suffisante.poor maintenir la forme géoniô(ri(|i]o.

Actuellement la vitesse de départ peut c^lrc mwsidérée comme étant le principal facteur de Tallitude i laquelle on arrive à la Hu de rasccusiun.

En effet, si nous comparons les vili^ssos initiales ealcnlées par le capitaine Mœdebcck, et les altitudes finalesconstatées dans rex[)éi'ienro du I i no Yembre, nous arrivons aux résultats suivants :

TILLBfl

HKKI.IN.

.•*ruA>*noi un.

t:t8oo I5:i:ia

Vitesses initiales

lîGO

IIUO

Altitudes maxima

Altitudes

Vl^CdcCa

L'altitude extrême varie doue à p(Mi près dans le rapport des vitesses initiales.

L'altitude de 13800™ a été corri.i^ée par le docteur Hergesell, qui a appliqué au ballon français le calcul du second terme de la formule do Laplac(*