CHAPITRE XV

CONSTRUCTION ET REMPLISSAGE DES AÉIÏOSTATS A GAZ HYDROGÈNE ET A GAZ D'ÉCLAIRAGE. — CONSTRUCTION ET REMPLISSAGE DES MONTGOLFIÈRES* — LES PETITS . BALLONS A GAZ HYDROGÈNE A L'DSAGE DES ENFANTS.

Nous croyons utile, avant de terminer cette Notice, de décrire la manière de construire les aérostats* Nous dirons 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 qui sont fabriqués depuis quelques années pour l'amusement des enfants.

Un ballon de forme sphérique, 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.

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

On décrit sur la feuille de papier, dont les dimensions sont les mêmes que celles du bai- Ion, un quart de cercle AOB, dont le rayon est égal à celui du ballon. On divise ensuite l'arc AB en six parties égales ; pour cela il suffit de porter successivement le rayon AO

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Fig. 317. — Figure géométrique pour la taiHe des fuseaux

d'un ballon,

sur la circonférence de A en D et de B en C, On obtient ainsi 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 division on mène des parallèles au rayon AO qui coupe le quart de cercle aux points E', C', F', D', G'. On joint alors le centre 0 au milieu M de l'arc AE et on décrit du même point 0 comme centre avec des rayons respectivement égaux à EE', CC', etc., des arcs de cercle ad, 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\ bù\ete., seront alors la vingt -quatrième partie des parallèles de rayons EE\ CC, FF', etc.

Ceci posé, sur une ligne droite XY portons douze fois la longueur AM et des points de division, i, 2? 37 4, 5, 6, départ et d'autre du milieu 1, décrivons des arcs de cercle avec

Fig. 318. — Figure géométrique pour la taille des fuseaux

d'un ballon

des rayons respectivement égaux aux longueurs AM, aa\ bb\ etc. Si Ton 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. Il suffira donc de découper vingt quatre bandes égales à cellesci, 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 que les arcs AM, aa\ bb\ etc., peuvent être considérés comme sensiblement égaux à leurs cordes, ce qui n'a lieu que s'ils sont assez petits.

Si le ballon doit avoir de grandes dimen-

sions, on divisera Tare 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 former l'enveloppe sphérique tout entière.

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. 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 généralement la soie cuite, le taffetas 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 de préparer quelques-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, Tune 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.

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

LES AÉROSTATS

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 aux gaz, qu'on homme makintosk^ et qui est formé d'une lame de caoutchouc, interposée entre deux feuilles de taffetas ou de toile . C'est ainsi qu'est fabriquée l'enveloppe de l'aérostat captif de M. Giffard, dont nous aurons à parler dans le chapitre suivant.

L'aérostat, 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 Faction simultanée du fer ou du zinc, et de Facide sulfurique. On sait que l'eau est formée, sur 100 parties, de 89 parties d'oxygène et de il parties d'hydrogène. L'oxygène, ayant une grande affinité pour le fer, peut se séparer de l'hydrogène. Cette séparation se produit facilement sous l'influence de Facide sulfurique, qui tend à se corn biner 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, Fun pour le gaz dégagé, Tautre pour Facide sulfurique qui sert à provoquer la réaction. Ces tubes sont en plomb; le premier est droit, et muni d'un entonnoir, pour verser Facide, le deuxième, qui est recourbé, conduit le gaz dans une sorte de cuve pleine d'eau, destinée à laver le gaz hydrogène, avant son introduction dans le ballon.

La réaction se produit aussitôt après l'introduction des matières dans les tonneaux. 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 Facide sulfurique et les morceaux de fer qui n'auraient pas encore été attaqués.

11 est essentiel de laver le gaz dans l'eau, car le fer et Facide employés étant impurs, il se produit, par leur réaction, de Facide sulfureux et de l'hydrogène sulfuré. Ces deux gaz étant solubles dans Feau, restent dissous dans Feau de la cuve.

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

Au sortir de ce tube à dessèchement, le gaz hydrogène est dirigé dans le ballon, au moyen d'un tuyau de caoutchouc.

Ainsi que nous l'avons déjà dit, on met dans les tonneaux, de l'eau, de Facide 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. Sonvolume et sa surface se calculent parla méthode géométrique ordinaire : * représentant le rapport de la circonférence au diamètre, et D le diamètre du ballon, la surface du

ballon est égale à et son volume à ~-

La figure 320, représente l'ensemble des dispositions qu'il fautdonnerà l'appareil pour la préparation du gaz hydrogène par Faction de l'acide sulfurique sur le fer. Cette figure reproduit avec exactitude les dispositions qui ont été employées par M. Henry Giffard, pour préparer le gaz hydrogène, destiné à remplir le vaste aérostat, qui a servi à opérer des ascensions captives à Paris en 1 867 .

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 ; B, 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 untrop-plein. De cette manière le lavage du gaz est parfait.

Fig. 319. — Coupe de la cuve à lavage du gaz hydrogène.

Nous représentons à part [fi<f. 319) 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, / 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 avec l'eau, pour se laver parfaitement.

Ainsi préparé, le gaz hydrogène revenait à M* Henry Giffard au prix de 1 franc le mètre cube. C'est dire qu'il serait impossible de pratiquer en grand, avec économie, la préparation du gaz hydrogène par cette méthode. C'est pourtant avec le gaz ainsi obtenu, que fut rempli, pour la première fois, l'aérostat de M. Giffard. Et comme les dimensions de cet aérostat ne sont pas moindres, comme nous le dirons bientôt, de 5,000 mètres cubes, le coût du remplissage était de 5,000 francs. Aussi, comme nous le verrons tout à l'heure, M. Giffard a-t-il eu recours, pour préparer le gaz hydrogène, à une opération plus économique, consistant à décomposer l'eau par le charbon porté au rouge. C'est ce que nous aurons à décrire plus au long, dans le chapitre suivant, consacré aux ascensions en ballon captif.

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.

On ne le remplit donc qu'aux deux tiers ; de cette façon, le gaz intérieur peut, par son expansion, faire équilibre à la pression extérieure, sans presser contre les parois du ballon. Ainsi 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

Fig. 320. — Appareil pour la préparation, par l'acide sulfurique et le fer,du gaz hydrogène destiné au remplissage

d'un aérostat*

être soutenu par une corde, fixée à sa partie supérieure, et passant sur des poulies portées par deux grands poteaux, de façon à pouvoir 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 ï. ii.

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 détails contenus dans cette Notice, on sait déjà que les moyens qui permettent à Faéronaute 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 .Faéronaute doit emporter avec lui, dans sa nacelle, une

quantité de sacs de sable, dont ie 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.

Quant à l'orifice inférieur du ballon, il doit rester constamment ouvert; la raison en est facile à comprendre. A 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 Fair extérieur ra réfié. 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 Ton évite en laissant l'orifice inférieur du ballon toujours ouvert. L'hydrogène étant extrêmement léger, comparativement à Fair, 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 cette pression, qu'il s'échappe au dehors, et proportionnellement à l'affaiblissement de cette pression.

Nous ajouterons maintenant que là est la .sause fondamentale de la faible course que peut fournir un aérostat. Dès qu'il s'élève un peu 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 ôte 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, 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.

Comment connaître d'avance le poids que peut enlever Faérostat, 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 du 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. Il 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.

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