A. ~ AÉROSTATION. - GÉNÉRALITÉS

Au point de vue technique, au moment où j'ai commencé à m'occuper des ballons, ces appareils étaient construits presque tous d'après des règles empiriques, le plus souvent injustifiées, et, tandis que l'art de l'ingénieur était appliqué à toutes les constructions nées des besoins modernes en tenant un compte rigoureux des lois de la résistance des matériaux, il n'en était pas de même pour les ballons, où cependant l'importance d'une construction rationnelle est beaucoup plus grande que partout ailleurs.

On ne pourrait guère citer comme ingénieurs s'étant occupés de ballons que Giffard et Dupuy de Lômc, mais s'ils avaient pu tirer de leur fond les notions nécessaires pour la construction des aérostats dont ils s'étaient momentanément occupés, ils n'ont eu ni le loisir ni peut-être le désir de laisser à leurs successeurs un ensemble de principes et de règles sur cette délicate matière.

(]e fut à Chalais l'objet de mes premières préoccupations. La résistance des matériaux appliquée aux ballons comprenait deux parties distinctes, le calcul des efforts et la détermination matérielle des éléments résistants.

Au calcul des efforts se rattachent la théorie des pressions apparentes (Chapitre du Cours, voir Aéronaute de i88i, études sur les ballons à volume maximum variable) et la théorie des tensions superficielles des enveloppes (inédite), autre Chapitre dont une faible partie a paru récemment dans le Cours de M. Marchis.

La détermination des éléments résistants exigeait, d'une part, des expériences nombreuses sur ces éléments (cordages, étoffes, etc.) et la construction d'appareils spéciaux.

A cette partie principale de la théorie de la construction des aérostats se rattachent les recherches sur les organes spéciaux alors inefficaces ou dangereux (soupapes, ancres, etc.) pour lesquels des types nouveaux durent être créés, les recherches sur l'imperméabilité des étoffes pour lesquelles un appareil de mesure (balance Renard) fut établi.

Pour l'emploi des ballons en général et surtout à la guerre, il fallait perfectionnner le mode de production de Vhydrogène. Ces recherches ont été l'objet de nombreuses expériences à Chalais et ont abouti : i** à l'invention des appareils à circulation continue (1875-1877); 2" à celle des appareils à gazéine ou glycérine sodée (1880-1882); 3** à la construction des voiturcs à hydrogène y légères et puissantes, à circulation, marchant au zinc et produisant 3oo°' de gaz à l'heure, poids 2600*"^ (1886), et à un système industriel d'électrolyse de l'eau [voltamètres Renard (avril 1888)]; enfin à l'organisation des voitures à hydrogène comprimé (1890), que la France a été la première à posséder pendant plusieurs années.

Entre temps, j'avais entrevu la possibilité de produire chimiquement l'hydrogène en employant le minimum de poids de réactif par mètre cube (1879) : c'est en attaquant Taluminium par une dissolution de soude caustique, mais ce procédé était alors inapplicable en raison du prix élevé de l'aluminium. En ce moment il est employé par les Russes en Mandchourie et il est à recommander en campagne quand on manque de tubes à hydrogène comprimé.

Il reste de ces travaux sur l'hydrogène des procédés universellement adoptés aujourd'hui (appareils à circulation fixes et mobiles, voltamètres industriels à liquide alcalin, et voitures à hydrogène comprimé).

L'emploi des ballons captifs à la guerre nécessita d'autres recherches.

En 1877 j'imaginai la suspension captive employée sous le nom de suspension Renard et en usage depuis cette époque dans notre matériel français. Le treuil à ballons, où fut appliqué pour la première fois le principe du touage sur deux tambours parallèles y ce qui permit d'alléger considérablement l'appareil et de le rendre pratique en campagne, fut construit en 1878-1879 avec la collaboration de M. Krebs. Il figura aux manœuvres de 1880. Ce système a été universellement adopté depuis tant en France qu'à l'Étranger. Enfin un matériel roulant accessoire fut créé pour compléter ce qu'on appelle aujourd'hui les parcs de ballons captifs. La France eut les premiers parcs mobiles de ce genre; ils ont été imités ailleurs depuis lors avec des modifications plus ou moins profondes.

11 n'est pas inutile de rappeler ici que l'emploi des ballons à la guerre, essayé sous la première République et dont l'étude avait été confiée à des hommes de la valeur de Conté et de Coutellc, fut rapidement abandonné en raison surtout de la complication^ du poids excessif et de la faible puissance des appareils à hydrogène et aussi à cause de Tabsence d'un engin mécanique propre à faciliter les ascensions. Depuis lors, en 1828, une Commission présidée par le baron Thenard avait conclu à la presque impossibilité de construire des appareils de gonflements utilisables en campagne. Toutes ces difficultés ont disparu aujourd'hui à la suite des travaux dont je viens de parler.

Toutes ces recherches sur les ballons en général et leur utilisation à la guerre furent à peu près terminées en 1890, mais pendant cette période j'avais obtenu les ressources nécessaires pour entreprendre l'étude beaucoup plus difficile des ballons dirigeables.

Le problème de la dirigeabilité des ballons se confondant avec celui de la vitesse propre par rapport à l'air, toutes les tentatives faites au commencement du XIX* siècle, époque où les moteurs étaient d'un poids spécifique (poids par cheval) considérable, étaient nécessairement vouées à l'insuccès. Les perfectionnements des moteurs électriques industriels (Exposition d'Electricité de 1 881) et la découverte d'une pile légère (pile Renard, i88;5) me donnèrent l'espoir de réussir dans une première démonstration consistant à décrire en ballon une courbe fermée.

Le 9 août 1884, le ballon La France^ monté par M. Krebs et moi, fit sa première sortie et réussit facilement à revenir à son point de départ, 11 put faire ensuite tant en 1884, avec M. Krebs, qu'en i885, avec M. P. Renard et Duté-Poitevin, six autres ascensions dont quatre donnèrent de nouveau

la démonstration de la possibilité de diriger ces nouveaux navires de l'air.

Quelques personnes peuvent se rappeler encore l'impression considérable que firent ces expériences du premier ballon qui ait jamais été dirigé. Elles eurent pour résultat essentiel de modifier profondément l'opinion des ingénieurs et même des savants qui crurent désormais à la possibilité de la navigation aérienne par ballons, et c'est certainement grâce à cette première démonstration que d'autres personnes ont récemment repris avec de plus puissants moteurs la suite de ces expériences. Les résultats déjà importants de ces récentes tentatives auraient été beaucoup plus complets sans les difficultés nouvelles que j'ai récemment signalées et qui se rattachent à la stabilité longitudinale {Comptes rendus^ ^ juin, 20 juin et 18 juillet Î904).

Les expériences de r88/^-i88'j avaient permis d'obtenir une vitesse propre de G", 5o par seconde, vitesse qui a été fort peu dépassée depuis lors. Cette vitesse était suffisante pour une démonstration, mais complètement insuffisante pour rendre les ballons dirigeables réellement pratiques.

De là, les recherches entreprises à Chalais sur les moteurs légers^ recherches qui aboutirent en 1888 à la construction d'un moteur à explosion de 4^^ à 5"*^ par cheval. C'était très léger à l'époque, mais en présence des dangers de ce genre de moteurs où l'échappement des gaz brûlés se fait à l'air libre et où la combustion produit un allégement progressif du ballon, je pensai qu'il fallait avant tout construire des aérocondenseurs pouvant à la fois pourvoir à la réfrigération de l'eau qui entoure les cylindres des moteurs et aw refroidissement des gaz de l'échappement^ refroidissement allant jusqu'à opérer la condensation de Veau produite par la combustion du pétrole.

L'emploi de ces appareils devait présenter divers avantages essentiels :

i** Supprimer les dangers d'incendie par les gaz d'échappement;

2° Permettre de maintenir constant le poids du ballon, car chaque kilogramme de pétrole en brûlant produit un peu plus de i*** d'eau.

Des expériences méthodiques furent entreprises sur l'aérocondensation ; elles n'ont pas été publiées; elles nous ont permis d'établir, jusqu'à des vitesses d'air de plus de 4o°* par seconde, la proportionnalité de la chaleur soustraite à la vitesse de circulation de l'air et à la diflérence de tempéra* ture entre l'air et la paroi. Elles ont permis d'établir que le rendement thermique de ces appareils est indépendant de la vitesse de l'air et ne dépend que de la forme géométrique du circuit qui lui est imposé. Cette forme d'ailleurs se traduit par un nombre caractéristique que j'ai appelé le lami-nage et auquel le rendement est relié par une formule simple.

Des appareils spéciaux furent construits pour ces études. Le dernier est un aérocondenseur de i4oo tubes de i^-^^de diamètre sur o",4o de longueur disposé pour permettre la mesure simultanée du volume d'air employé, de la vitesse de cet air, de son échauffement, du travail dépensé pour la circulation de Tair et de la quantité de vapeur condensée dans un temps donné.

L'ensemble de ces recherches permet d'établir la théorie complète de ces appareils et de calculer les meilleures proportions à leur donner en vue d'un but déterminé. Ce but était pour nous de trouver l'aérocondenseur qui sous un poids donné et une puissance donnée condensât la plus grande quantité d'eau possible. Notre théorie permet de résoudre ce problème sans tâtonnements. Elle a été appliquée à un appareil dit de îo chevaux pouvant condenser loo'*'^ à l'heure et ne pesant que 20^^ en dépensant i cheval seulement.

Ces appareils, dans ma pensée, étaient destinés à compléter les moteurs à explosion qui n'exigent pour leur fonctionnement qu'une réfrigération relativement facile à obtenir, ce qui peut faire passer sur leurs défauts et les dangers qu'ils présentent.

Les moteurs à vapeur, au contraire, bien préférables au point de vue de la sécurité et de la continuité de l'effort, ont le grave défaut d'exiger pour la condensation de la vapeur l'absorption d'une quantité de chaleur beaucoup plus grande (cinq à six fuis), ce qui, a prioriy m'avait paru condamner leur emploi en navigation aérienne.

Mais en raison des résultats très favorables obtenus avec mes nouveaux aérocondenseurs je dus modifier mon opinion. L'aérocondensation de la vapeur pouvant être obtenue avec des appareils de i*''^, 5 à 2^8 par cheval; d'autre part, les moteurs à vapeur proprement dits pouvant être réduits à moins de i***^, toute la difficulté se bornait donc en 189^ à la construction d'une chaudière ne dépassant pas 2*^^ par cheval afin d'arriver à un poids moteur total voisin de 5^^ que nous ne voulions pas dépasser.

Telles sont les raisons qui me conduisirent à m'occuper dès 1893, après mes expériences d'aérocondensation, de l'intéressant problème des chau^ dières légères à vapeur. Le pas à franchir était difficile. Les chaudières les plus légères connues (employées en Marine) pesaient 8^^ à 10^^ par chenal. 11 fallait descendre à 2^«. Dès 1897, le problème était résolu. Une première chaudière de 80 chevaux, pesant 1 28*"^, c'est-à-dire 1 ^^y 600 par cheval , fut construite et expérimentée avec succès. Elle avait certains défauts qui ont disparu dans les types plus puissants que j'ai créés pour la Marine depuis cette époque. Le poids de 2^^ par cheval, avec un rendement thermique de

85 pour loo, est maintenant atteint d'une façon régulière et pratique. Nous l'avons réalisé jusqu'ici pour des appareils de aoo à 3oo chevaux (soit i5oo''R à 1800''^ de. vapeur à l'heure).

En dehors de leurs applications possibles à la navigation aérienne, ces chaudières en trouvent de toutes naturelles dans les appareils de locomotion en général (navires et véhicules terrestres).

C'est ridée d'appliquer ma chaudière à la locomotion sur route des lourds fardeaux militaires qui m'a conduit à imaginer (1898-1903) le système de train à propulsion continue et à tournant correct dont j'ai exposé les principes à l'Académie {Comptes rendus^ 28 décembre iQoS).

Un train militaire de 35 tonnes a été construit sur ces données et a parfaitement fonctionné en igoS et 1904 avec une seule chaudière de 3oo chevaux pesant 600^^ seulement.

D'autres trains de mon système se construisent maintenant dans l'industrie qui y a trouvé la solution d'un problème que les besoins croissants du trafic avaient posé depuis longtemps.

C'est ainsi que les exigences particulières du problème de la navigation aérienne m'ont conduit à deux découvertes d'un tout autre ordre : celle de chaudières légères à haut rendement, applicables à la Marine, et celle d'un nouveau système de locomotion sur roules.

Cependant, je n'abandonnais pas pour cela les ballons dirigeables. Ayant construit et dirigé le premier appareil de ce genre, j'avais le plus vif dé^r de ne pas terminer ma carrière sans faire faire à la question un dernier pas.

Au moment des essais de la France^ nous manquions de moteurs légers; aujourd'hui, ces moteurs abondent.

L'industrie automobile a créé les moteurs à explosion de 4"*^ à 5!^^ par cheval très suffisants pour obtenir la vitesse de i3"* à i5™ par seconde dont ne peuvent se passer nos ballons dirigeables; mes chaudières fournissent une solution à peu près équivalente. Cependant, les essais tentés récemment avec les moteurs légers d'automobiles n'ont donné que des vitesses très inférieures à celles que nos formules de i885 {Comptes rendus j 7 décembre i885) permettaient d'espérer.

J'ai cherché les raisons de ces mécomptes, et je les ai trouvées dans le phénomène de Vin^tabilité longitudinale. L'inclinaison du ballon provoque un couple perturbateur proportionnel au sinus de cette inclinaison (ce couple croît comme le carré de la vitesse, et il arrive un moment où il

est égal au couple statique de rappel de l'appareil). On a alors atteint la vitesse critique. Elle est voisine de lo™ par seconde pour des ballons du type France ou analogues de 2000™ à sSoo"* de capacité. Pratiquement, la navigation aérienne cesse d'être possible bien au-dessous de cette vitesse critique (Comptes rendus, 6 juin 1904).

Un appareil spécial a été construit pour mesurer les couples perturbateurs, les vitesses critiques, etc. (méthode du tunnel). Il m'a permis d'élucider les modifications à faire subir aux formes des ballons pour supprimer la vitesse critique. Je considère que, désormais, la construction d'un ballon faisant id"" par seconde, et, par conséquent, digne du nom de dirigeahU^ n'est plus qu'une question d'argent.

Avant de quitter l'exposé sommaire de mes études sur les ballons dirigeables et autres, je dois mentionner mes recherches sur les ballons-sondes, universellement employés aujourd'hui, mais parfaitement inconnus quand je m'en suis occupé à Chalais en 1890.

Dans un Mémoire déposé à l'Institut, et présenté par M. Cornu en 1 892 ('), j'ai exposé la théorie de ces ballons et montré suivant quelle énorme progression doit croître leur volume en fonction de la hauteur maxima. Il faut décupler le volume pour gagner Gooo" environ. Il semble qu'à partir d'une certaine hauteur les ascensions de ces ballons sont arrêtées par un plafond di^ÀTQm {Comptes rendus, 12 décembre 1892).

De 1900 a 1902, l'Établissement de Chalais a participé aux ascensions de ballons-sondes de la Commission internationale d' Aérostation scientifique et a réussi à envoyer un de ces ballons à près de 16000" d'altitude. Il a continué à lancer des ballons de ce genre jusqu'au moment où les ressources pécuniaires lui ont fa it défa ut. Le Mémoire a été publié in extenso dans la Revue de V Aéronautique, 1892.