mis à jour le 02.08.2011
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Cette montgolfière comporte deux moyens de chauffage : condensation exothermique de vapeur d'eau et effet de serre. Elle comporte un ballon (10) pourvu, dans sa partie supérieure (12), d'une paroi à la fois transparente et absorbante et, à l'intérieur, d'un écran (44) absorbant le rayonnement solaire. L'écran (44) peut être disposé de manière à pouvoir capter au mieux ce rayonnement. En outre, l'air de gonflage du ballon (10) est suffisamment chaud et humide pour qu'une condensation exothermique de la vapeur d'eau qu'il contient, puisse, au moins à partir d'une certaine altitude, être suffisante pour augmenter la poussée d'Archimède et accélérer la vitesse de montée du ballon.
Jouet nouveau (diamètre 2m); montgolfière de loisir (diamètre 20m); montgolfière-treuil (diamètre 100m).
L'invention se rapporte aux montgolfières, c'est-à-dire à des ballons ouverts à la base et gonflés à l'air chaud.
Une montgolfière tient en l'air par la poussée d'Archimède, son poids total
étant inférieur au poids de l'air extérieur déplacé.
La poussée est égale au produit du volume du ballon par l'accélération de la
pesanteur et par la différence des masses volumiques interne et externe au ballon,
due à la différence des températures de l'air à l'intérieur et à l'extérieur
du ballon.
Au niveau de l'ouverture, l'air à l'intérieur du ballon est en équilibre de
pression avec l'air extérieur, aussi longtemps que la vitesse ascensionnelle
du ballon est nulle. Au sommet du ballon, l'air intérieur est plus chaud qu'à
la base et il est soumis à une pression supérieure à la pression de l'air extérieur.
Pour que se maintiennent la surpression qui gonfle le ballon et la poussée d'Archimède
qui le fait monter, il faut faire un apport constant ou périodique de chaleur,
afin de compenser le refroidissement dû à la détente adiabatique de l'air du
ballon au cours de son ascension et les pertes par conduction thermique à travers
sa paroi. Pour réaliser cet apport de chaleur, il est usuel de brûler du gaz
propane à l'intérieur du ballon d'une manière discontinue. A titre d'exemple,
pour maintenir en l'air, pendant une heure, une montgolfière de vingt mètres
de diamètre pesant deux cent cinquante kilogrammes, il est nécessaire de brûler
quatorze kilogrammes de propane, c'est-à-dire d'apporter au ballon cent soixante
kilowatts en moyenne.
Une manière de pallier cette nécessité a brièvement été décrite dans un article du journal français Le Figaro daté du 19/11/91, concernant la campagne européenne d'étude de l'ozone dans l'Arctique. Des montgolfières présentant une partie inférieure transparente et une partie supérieure aluminisée, initialement gonflées à l'hélium, évoluent à haute altitude entre deux niveaux extrêmes. Cela, grâce au rayonnement solaire pendant le jour et au rayonnement infrarouge de la terre pendant la nuit; le mélange air-hélium, qui gonfle ces ballons dès la première descente, reste toujours suffisamment chaud pour leur permettre de se comporter en ludions, pendant une durée relativement longue.
- Un premier objet de l'invention est un procédé nouveau pour gonfler une
montgolfière, afin de lui permettre de s'élever jusqu'à une altitude élevée,
sans nécessiter de nouvel apport de chaleur extérieur.
- Un deuxième objet de l'invention est une montgolfière perfectionnée, partiellement
gonflée selon le procédé en question, qui puisse monter très rapidement jusqu'à
une première altitude sans apport d'énergie extérieure puis modifier automatiquement
son comportement et continuer à monter moins rapidement que précédemment jusqu'à
une deuxième altitude, sans pour autant requérir d'apport d'énergie extérieur.
- Un troisième objet de l'invention est une montgolfière perfectionnée, susceptible
de continuer à monter jusqu'à une troisième altitude très élevée, lorsque le
moyen de gonflage, mis en oeuvre par le procédé en question, a épuisé ses effets.
1 - Selon l'invention, un procédé nouveau pour gonfler une montgolfière est
caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser à cet effet, de l'air chaud suffisamment
humide pour qu'une condensation de la vapeur d'eau contenue dans cet air puisse
se produire au cours de l'ascension de cette montgolfière, au moins à partir
d'une altitude donnée. Une montgolfière ainsi gonflée monte rapidement en altitude,
sous l'effet d'une poussée d'Archimède qui augmente avec la vitesse ascensionnelle
du ballon. Cela, parce que la montée du ballon provoque une baisse de pression
au niveau de l'ouverture, ce qui engendre la détente du mélange air-vapeur,
la condensation exothermique d'une partie de cette vapeur et finalement un écart
de température croissant entre l'intérieur et l'extérieur du ballon et donc,
au moins dans un premier temps, une augmentation de la poussée d'Archimède et
de la vitesse de montée. Le tout s'arrêterait instantanément si la vitesse de
montée du ballon s'annulait. Ce phénomène cumulatif s'apparente aux conditions
d'instabilité météorologique qui provoquent orages et cyclones. Des puissances
considérables sont ainsi mises en jeu qui atteignent 50 MW pour une montgolfière
de cent mètres de diamètre.
L'atmosphère standard est définie entre le niveau de la mer et la tropopause
(plateau thermique de 216,5 K commençant à une altitude de 11.000 mètres), par
une température au sol Te de 288 Kelvins, une pression au sol P de 101.325 Pascals,
et un gradient vertical de température dTe/dz de -6,5 K/km. Par ailleurs, la
variation relative de pression en fonction de l'altitude dP/P.dz = -0,12/km
(soit -12.200 Pa/km au niveau de la mer et -2.500 Pa/km à la tropopause), ce
qui entraîne une diminution de la température du point de rosée dTs/dz en fonction
de l'altitude, d'environ -2 K/km. Pour ce qui concerne la variation de la pression
de saturation en eau, elle suit une loi indépendante de la pression ambiante
et elle passe de 100 à 300 Pa/K pour une température intérieure Ti variant de
288 K à 310 K. Par ailleurs, à partir de l'équation des gaz parfaits et de l'évolution
de la pression avec l'altitude, on montre que la détente adiabatique de l'air
intérieur d'une montgolfière, provoque une diminution de la température Ti de
cet air de 9,77.(Ti/Te) K/km.
En combinant les équations caractéristiques d'une montgolfière (équations d'équilibre
dans l'air et équations d'état de l'air à l'intérieur et à l'extérieur), on
montre que la variation dTi de la température intérieure Ti, nécessaire pour
maintenir en l'air à une altitude donnée, une charge constante donnée, dans
l'atmosphère standard décrite plus haut, en fonction de la variation d'altitude
dz (en km) est une fonction croissante dTi/dz = 27,7.(Ti/Te)(2) - 34,2.(Ti/Te),
représentée à la figure 1. A partir de l'équation d'équilibre visée plus haut,
on peut calculer les écarts de températures (Ti-Te) et de masses volumiques
( rho e- rho i), au niveau de la mer et à celui de la tropopause, qui correspondent
aux valeurs maximales des rapports (Ti/Te) à mettre en oeuvre au sol et en altitude,
pour pouvoir décoller et ensuite se maintenir en l'air. Ces écarts sont représentés
par deux lignes A et B à double graduation, respectivement placées au-dessous
et au-dessus de la courbe de la figure 1. Cette superposition de courbes permet
d'expliquer la totalité des phénomènes thermodynamiques qui prennent naissance
au cours de la montée d'une montgolfière gonflée selon le procédé de l'invention.
Tout d'abord, on voit
qu'en atmosphère standard, une montgolfière peut s'élever alors que sa température
interne diminue avec l'altitude. Cela est vrai tant qu'elle se trouve sous la
tropopause et à la seule condition que le rapport Ti/Te entre les températures
absolues, interne et externe à la montgolfière, reste inférieur à 1,234 en atmosphère
standard. La valeur maximale de ce refroidissement est de 6,5 K/km (le gradient
dTe/dz) pour Ti=Te et elle correspond à une montgolfière fictive dont la masse
totale est nulle.
Par conséquent, si l'on veut qu'une montgolfière puisse être chauffée par la
condensation exothermique de l'eau initialement contenue sous forme de vapeur
dans l'air chaud qu'elle renferme, et cela jusqu'à la tropopause, il faut qu'à
l'altitude de cette dernière, l'écart de température minimal, nécessaire pour
la maintenir en l'air, n'excède pas 51 K (soit 0,234 fois 216,5 K). Ce qui correspond,
sur la ligne B de la figure, à un écart maximal de masse volumique de 70 gr/m3.
En reportant ce terme sur la ligne A de la figure, on voit que cet écart maximal
final de masse volumique correspond à un valeur maximale initiale de 1,07 pour
le rapport Ti/Te nécessaire au décollage, si l'on veut atteindre la tropopause
sans apport extérieur de chaleur.
Par ailleurs, on a vu plus haut que le gradient vertical de température du point
de rosée est de -2 K/km. Si l'on reporte cette valeur sur la figure 1, elle
constitue une borne qui sépare le domaine des montgolfières usuelles de celui
des montgolfières selon l'invention. Cette valeur de seuil correspond à un rapport
Ti/Te = 1,17. Les montgolfières usuelles, généralement chargées à 250 gr/m3
et chauffées au propane, fonctionnent avec un écart de température (Ti-Te) supérieur
à 72 K au niveau de la mer. Par la suite, un rapport croissant Ti/Te (débutant
à 1,26) devra être assuré pour réaliser une montée continue du ballon. Compte-tenu
du poids des bouteilles de propane qu'il faut emporter, cette obligation limite
assez rapidement l'altitude maximale habituelle des montgolfières de type courant
et, par ailleurs, explique pourquoi une telle montgolfière ne peut en aucun
cas provoquer de condensation exothermique, d'autant plus que l'air intérieur
est loin d'être saturé en eau.
Au contraire, les montgolfières selon l'invention fonctionnent grâce à la récupération
de la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau qu'elles contiennent,
dès lors que, à partir d'une altitude donnée, le refroidissement de l'air intérieur
est, d'une part, nettement supérieur à la diminution de la température du point
de rosée (2 K/km) et nettement inférieur au refroidissement de l'air extérieur
(6,5 K/km). Ces valeurs, reportées sur la figure 1, définissent les conditions
de fonctionnement d'une montgolfière selon l'invention. Lorsque le rapport Ti/Te
se rapproche de sa limite inférieure, la charge utile diminue mais le phénomène
exothermique de condensation augmente en même temps que la vitesse de montée
et l'altitude maximale susceptible d'être atteinte. Lorsque ce rapport Ti/Te
se rapproche de sa limite supérieure, la charge possible par unité de volume
augmente jusqu'à un plafond de 178 gr/m3, mais l'intensité du phénomène
exothermique de condensation diminue, de même que la vitesse de montée et l'altitude
maximale.
En pratique, ces différents cas de figures sont explorés tout au long de la
montée de la montgolfière. Le phénomène cumulatif décrit plus haut démarre à
partir d'une altitude donnée, déterminée par les conditions au décollage qui
sont la charge par unité de volume, les températures interne et externe et la
pression relative en vapeur d'eau saturante. Le phénomène se termine au moment
où la pression relative de saturation en eau devient insuffisante pour que l'apport
de chaleur dû à une condensation de vapeur d'eau, consécutive à une variation
donnée de température, compense les pertes thermiques de la montgolfière (détente
adiabatique et pertes à la paroi). Ensuite, l'ascension se poursuit quelque
peu, d'une part, sous l'effet de la vitesse acquise et, d'autre part, sous l'effet
de la condensation modérée de vapeur d'eau qui continue jusqu'à ce que l'air
intérieur ne soit plus saturé en vapeur d'eau. Après avoir ainsi atteint son
plafond sans apport de chaleur extérieur, la montgolfière commence sa descente.
Pendant toute la durée de la détente pseudo-adiabatique du mélange saturé, l'eau
de condensation tombe en pluie, brouillard, neige ou glace, suivant les conditions
de température, pression et saturation en eau de l'air extérieur.
En pratique,la quantité de chaleur produite par la condensation de la vapeur
d'eau varie en fonction de la température à laquelle le phénomène apparaît.
A titre d'exemple, à 300 K, la condensation d'un gramme de vapeur d'eau produit
2.400 joules, ce qui augmente de 2,4 K la température d'un kilogramme d'air.
Le phénomène de condensation est directement lié à dPs/dTi, la variation, en
fonction de la température, de la pression de vapeur d'eau saturante dans la
montgolfière.
Pour produire une détente exothermique efficace de l'air chaud saturé en vapeur
d'eau d'une montgolfière gonflée selon l'invention, il faut que l'écart entre
la variation de sa température finale et celle consécutive à la seule détente
adiabatique soit nettement supérieur (le double, par exemple) à l'écart entre
la diminution de la température du point de rosée et celle de la température
finale. Cette situation apparaît au niveau de la mer, pour un air à 294 K saturé
en vapeur d'eau auquel correspond une variation dPs/dTi = 140 Pa/K. Au niveau
de la mer, cette température intérieure de 294 K correspond elle-même à une
valeur dTi/dz de 5 K/km et à une charge maximale par unité de volume de 70 gr/m3,
pour une température Te de l'ordre de 276 K. Ce sont les conditions minimales
à remplir pour pouvoir compenser localement la perte de température due à la
détente adiabatique consécutive à une montée élémentaire dz, par l'apport calorique
de la condensation de vapeur d'eau pendant cette montée. Bien entendu, si l'on
veut que le phénomène se poursuive jusqu'à la tropopause, il sera nécessaire
de disposer d'un air nettement plus chaud, sous réserve toutefois que la température
intérieure Ti, nécessaire au décollage, présente avec la température extérieure
Te, un rapport Ti/Te ( 1,17. Si ce rapport est trop proche de ce maximum, c'est-à-dire
si la charge par unité de volume est importante, l'altitude maximale que la
montgolfière pourra atteindre sans apport de chaleur extérieur, décroît rapidement.
(#s) A titre d'exemple, le plafond est seulement d'environ 5.000 m pour une
charge par unité de volume de 150 gr/m3, en atmosphère standard.
2 - Selon une deuxième caractéristique de l'invention, d'une part, la montgolfière
au décollage est seulement partiellement gonflée et la température de l'air
chaud saturé en vapeur d'eau qu'elle contient est d'autant plus grande que la
montgolfière est moins gonflée et que la charge par unité de volume au décollage
est importante et, d'autre part, un obturateur est installé d'une manière relativement
étanche sur l'ouverture de la montgolfière ainsi gonflée, les moyens de fixation
de cet obturateur étant adaptés à permettre son arrachement automatique lorsque
la pression à l'intérieur devient un peu supérieure à la pression à l'extérieur.
Grâce à ces dispositions, une montgolfière ainsi gonflée en partie et fermée
pour un temps, (par exemple, gonflée à moitié avec un air saturé en vapeur d'eau
à 306 K), monte beaucoup plus rapidement qu'une montgolfière ouverte, complètement
gonflée selon le procédé de l'invention, produisant la même poussée initiale.
En effet, avec une montgolfière ainsi gonflée et fermée, une condensation exothermique
de la vapeur d'eau se produit avec une efficacité bien meilleure au cours de
la montée. Le phénomène se déroule non plus à volume de ballon constant et à
masse de gaz décroissante, comme dans le cas d'une montgolfière ouverte, mais
à masse de gaz sensiblement constante, puisque le volume d'un ballon fermé,
partiellement gonflé, augmente jusqu'à un maximum au fur et à mesure de sa montée
en altitude. Il s'en suit que les lois régissant le phénomène de maintien en
l'air d'un tel ballon fermé, sont différentes de celles concernant un ballon
ouvert et deviennent Ti/Te = Cte et dTi/dz = -6,5.Ti/Te K/km. A titre d'exemple,
pour un rapport Ti/Te = 1,10, la charge maximale par unité de volume au décollage
devient 125 gr/m3 et le rapport dTi/dz = -7,5 K/km. Le gradient vertical,
ainsi autorisé pour Ti, est plus important que dans le cas d'une montgolfière
standard ouverte, parce que toute l'énergie de condensation de la vapeur d'eau
est dégagée à l'intérieur du ballon fermé et que l'efficacité du phénomène est
alors beaucoup augmentée. Le processus s'arrête dès que le volume du ballon
atteint son maximum et que la pression intérieure augmente jusqu'à nettement
dépasser la pression extérieure. Cela a pour effet de provoquer un brusque décrochage
de la fixation élastique de l'obturateur et de placer le ballon dans les conditions
de montée d'une montgolfière standard ouverte. A cet instant, cette montgolfière
est à la fois, gonflée avec de l'air particulièrement chaud saturé en vapeur
d'eau, déjà placée à une altitude relativement élevée et, de plus, animée d'une
grande vitesse de montée. Cet ensemble de conditions est particulièrement favorable
pour permettre à la montgolfière de monter très haut, avant d'avoir épuisé toute
l'énergie latente de condensation contenue dans la vapeur d'eau emportée.
3 - Selon un troisième aspect de l'invention, une montgolfière, du genre comportant
une partie de paroi transparente et des moyens de chauffage exploitant le rayonnement
solaire, est caractérisée en ce que, d'une part, au moins la partie supérieure
de la paroi du ballon est réalisée au moyen d'une pellicule plastique à la fois
transparente et absorbante vis-à-vis du rayonnement solaire, avec un coefficient
d'absorption d'environ vingt pour cent et, d'autre part, un écran absorbant
au mieux le rayonnement solaire est disposé à l'intérieur.
Grâce à ces dispositions, le rayonnement solaire, absorbé par la paroi partiellement
transparente de la montgolfière, maintient la température de cette paroi à une
valeur suffisante pour empêcher une condensation de vapeur d'eau sur cette paroi
qui réduirait considérablement le rayonnement solaire frappant l'écran intérieur
au ballon et augmenterait les pertes par conduction à la paroi. Le rayonnement
ainsi absorbé par l'écran est un apport extérieur d'énergie qui s'ajoute à la
chaleur produite par la condensation de la vapeur d'eau puis qui se substitue
à elle lorsque le phénomène qui l'engendre n'apparaît plus. A cet égard, on
notera que la valeur maximale de la chaleur produite par condensation de vapeur
d'eau dans une montgolfière de grande taille est près de quinze fois supérieure
à celle fournie par l'absorption du rayonnement solaire. A un moment donné de
l'ascension de la montgolfière, le rayonnement solaire ainsi absorbé peut être
suffisant pour compenser les pertes thermiques, par détente adiabatique et par
conduction de la paroi du ballon, lorsque la condensation exothermique de la
vapeur d'eau de l'air du ballon a épuisé ses effets. Dans ce cas, la poussée
d'Archimède peut se stabiliser jusqu'à ne compenser que le poids du ballon qui
alors demeure à une altitude constante. Si le rayonnement solaire est suffisant
pour que la poussée d'Archimède demeure supérieure au poids du ballon, celui-ci
continue à monter. Dans ce cas, sa température moyenne interne continue à baisser,
pour autant que l'on soit sous la tropopause et que le rapport Ti/Te soit inférieur
à 1,234. Toutefois, pour conserver une vitesse ascensionnelle au ballon, la
température intérieure doit constamment présenter un écart croissant avec la
température extérieure, comme cela est indiqué à la figure 1. Cet impératif
est d'autant plus contraignant que le volume du ballon est grand, puisque les
échanges thermiques avec le soleil et avec l'air extérieur sont proportionnels
aux surfaces concernées alors que la masse d'air à chauffer est, quant à elle,
proportionnelle au volume du ballon.
L'écran intérieur d'une montgolfière selon l'invention, constitue une source
d'énergie dont le maximum, compte-tenu du coefficient d'absorption de la paroi,
est de 0,8 kW par mètre carré de surface efficace. Avec une telle source de
chaleur, l'air intérieur du ballon est chauffé par effet de serre. En effet,
l'écran se comporte comme un corps noir plus ou moins parfait qui, d'une part,
absorbe le rayonnement solaire qui lui parvient à travers la paroi partiellement
transparente du ballon et, d'autre part, dissipe par convection l'énergie ainsi
transformée. Avec un ballon de vingt mètres de diamètre, on dispose d'un écran
absorbant dont la surface efficace peut atteindre 314 m2, c'est-dire
peut engendrer 250 kW, ce qui est très supérieur à ce qu'il est nécessaire d'apporter
comme énergie pour tenir en l'air une telle montgolfière.
Avec les deux types d'énergie exploités par une montgolfière perfectionnée et
gonflée selon les trois aspects complémentaires de l'invention, le coût d'une
ascension avec une telle montgolfière est particulièrement faible. L'altitude
maximale susceptible d'être atteinte et la vitesse de la montée sont principalement
déterminées par les conditions dans lesquelles une condensation de vapeur d'eau
peut se produire. Quant à la durée du vol, elle dépend principalement de l'intensité
et de la durée de l'ensoleillement du lieu. Dans ces conditions, avec un bon
ensoleillement, une montgolfière ouverte, de 100 m de diamètre, pourvue d'une
paroi transparente et d'un écran intérieur selon l'invention et, au départ,
remplie d'air chaud à 300 K, qui, à un moment donné plus tard, devient saturé
en vapeur d'eau à 294 K, peut emporter une une charge de 25 tonnes (soit 50
gr/m3) jusqu'à une altitude de 20.000 mètres. Au cours de cette ascension,
la tropopause est atteinte en 25 minutes, sous l'effet principal de la condensation
exothermique de la vapeur d'eau emportée (22 tonnes) et l'altitude finale, en
trois heures environ, sous l'effet complémentaire du rayonnement solaire absorbé
par l'écran.
Si cette montgolfière avait été gonflée à moitié avec un air saturé en vapeur
d'eau à au moins 306 K et son ouverture, fermée au moyen d'un obturateur décrochable
selon l'invention, la charge aurait pu augmenter jusqu'à 50 tonnes, la durée
de la montée jusqu'à la tropopause, tomber à environ 15 minutes et l'altitude
finale, devenir très supérieure à l'altitude maximale précédente.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront d'une manière
plus précise à la suite de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple
non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 représente les courbes commentées plus haut;
la figure 2 représente une coupe axiale d'une montgolfière perfectionnée selon
l'invention.
Selon la figure 2, une montgolfière selon l'invention comprend un ballon 10
ayant une partie supérieure 12, sensiblement sphérique, et une partie inférieure
14, sensiblement tronconique, ouverte vers le bas, avec un diamètre d'ouverture
mesurant de dix à quinze pour cent de celui du ballon. La paroi 16 du ballon
10 est à la fois étanche, relativement transparente, pourvue d'un coefficient
d'absorption du rayonnement solaire, d'environ vingt pour cent, et hautement
résistante à la traction. A cet effet, elle sera, par exemple, constituée, par
un assemblage de lès de pellicule de polyéthylène, de couleur brune et de vingt
microns d'épaisseur, soudés le long de cordons à haute résistance (carbone ou
kevlar). Dans un tel cas, la masse d'un ballon de vingt mètres de diamètre,
sera d'environ trente cinq kilogrammes. La loi de variation de la résistance
au déchirement d'une telle pellicule plastique soumise à une température relativement
élevée, détermine la valeur maximale de la température de l'air saturé en vapeur
d'eau utilisé pour gonfler la montgolfière.
Les bords de l'ouverture du ballon 10 sont solidement fixés à un collier circulaire
18 auquel sont attachés, d'une part, des suspentes 20 soutenant une charge 22
et, d'autre part, un obturateur décrochable 24, réalisé en tissu imperméable
et pourvu d'un bord élastique 26. Le collier 18 comporte un rebord extérieur
28 sur lequel est engagé le bord élastique 26 de l'obturateur 24. L'obturateur
24 comporte en son centre une ouverture circulaire raccordée à un manchon 30
relativement long, pourvu d'un orifice de sortie étroit. Cette ouverture centrale
et ce manchon permettent une évacuation continue de l'eau de condensation sans
autoriser celle de l'air intérieur. De la sorte, un décrochage prématuré de
l'obturateur 24 ne peut se produire sous le poids de cette eau. Le diamètre
du manchon 30 mesure environ dix pour cent du diamètre de l'obturateur 24. La
force de décrochage du bord élastique de l'obturateur, engagé sur le rebord
du collier 18, correspond, par exemple, à un excès de pression intérieure d'environ
50 Pascals. Le diamètre du collier 18 a été choisi suffisamment grand pour que,
après décrochage de l'obturateur 24, l'air intérieur puisse s'échapper avec
un écart de pression faible, par exemple, inférieur à 20 Pascals.
A l'intérieur du ballon 10, à intervalles réguliers, le long du grand cercle
horizontal 34 de la partie sphérique 12 et le long de quatre autres grands cercles
séparés les uns des autres par un angle de dix degrés environ, sont fixées des
boucles telles que 36-38-40-42. A ces boucles, sont accrochés des mousquetons
(non représentés) solidaires de la périphérie d'un écran 44 à contour sensiblement
circulaire, réalisé en un matériau noir mince, une feuille de plastique ou d'aluminium
anodisé par exemple. L'écran 44 comporte, en son centre, une ouverture 46, de
diamètre moyen comparable à celui de l'ouverture du ballon. Cette ouverture
46 permet une bonne circulation de l'air à l'intérieur du ballon. Sous son propre
poids, l'écran 44 prend la forme d'un tronc de cône plus ou moins déformé, dirigé
vers le bas.
Lorsque le ballon 10 doit être utilisé avec un écran 44 soutenu par des boucles
40-42 disposées suivant un grand cercle plus ou moins incliné sur l'horizon
parce que, à l'époque concernée, le soleil monte peu ou, au contraire, beaucoup
dans le ciel du lieu, il est alors nécessaire d'orienter l'axe de l'écran 44
au même azimut que le soleil, afin d'avoir la meilleure surface efficace d'écran.
A cet effet, un dispositif d'orientation 48 comprenant une hélice 50 à axe orthoradial,
entraînée par un moteur électrique 52, est fixé à l'extérieur du ballon, au
niveau de l'équateur. Ce moteur 52 peut être alimenté dans un sens ou dans l'autre,
par une batterie ou par des panneaux solaires. Pour un ballon de vingt mètres
de diamètre, une puissance de dix watts électriques et une hélice de cinquante
centimètres de diamètre sont amplement suffisants pour correctement orienter
l'écran en quelques minutes et/ou pour constamment lui faire suivre le mouvement
du soleil.
Une montgolfière selon l'invention, de vingt mètres de diamètre, remplie au
décollage d'un air suffisamment chaud et humide pour pouvoir présenter, à un
moment donné, un point de rosée à une température d'au moins 294 K, peut théoriquement
emporter une charge de 250 kg (soit 60 gr/m3) à toute altitude compatible
avec la résistance humaine en l'absence de réserve d'oxygène et cela, pendant
toute la durée d'ensoleillement du lieu. Elle constitue donc une parfaite montgolfière
de loisir. Après avoir gonflé le ballon d'une telle montgolfière, à l'aide des
moyens habituels (ventilateur), on le préchauffera au moyen d'un brûleur à propane
fixe, dans la flamme duquel on injectera de l'eau pulvérisée. L'altitude d'une
telle montgolfière est pilotable de deux façons. La première consiste à la faire
tourner sur son axe, à l'aide de l'hélice d'orientation. De la sorte, on peut
placer l'écran dans un état de surface efficace minimale, insuffisante pour
maintenir l'écart de température nécessaire à la production d'une poussée équilibrant
le poids de l'ensemble. La seconde manière consiste à utiliser des moyens conventionnels,
par exemple l'ouverture d'une soupape disposée au sommet du ballon.
On notera que pendant toute la descente d'une montgolfière, l'air intérieur
se comprime pour rester en équilibre de pression avec l'air extérieur. De ce
fait, comme en montée, la température intérieure augmente plus que celle de
l'extérieur. Ce qui a pour effet de stabiliser la vitesse de descente.
Une montgolfière pourvue d'un écran fixe selon l'invention, de deux mètres de
diamètre et d'une masse totale de deux cents grammes, peut avec un bon ensoleillement,
s'élever à plusieurs centaines de mètres. Reliée au sol par un fil, elle constitue
un jouet nouveau intéressant que l'on peut gonfler assez rapidement au moyen
d'un séchoir à cheveux portatif, de préférence raccordé au ballon à travers
un manchon en tissu maintenu humide. On notera ici que, pour cette application
particulière, les trois aspects complémentaires de l'invention peuvent ne pas
être associés.
Une montgolfière selon l'invention de cent mètres de diamètre peut être gonflée
assez rapidement au moyen d'un réacteur à double flux, associé à une chambre
adaptée à humidifier et refroidir le jet de gaz chauds produits, au moyen d'un
rideau de jets d'eau. Dans des conditions favorables, une telle montgolfière,
perfectionnée et gonflée selon l'invention, peut emporter une charge pesant
jusqu'à 50 tonnes à une altitude de trente kilomètres (cas d'une montgolfière
gonflée à moitié, remplie d'air saturé en vapeur d'eau à au moins 310 K et fermée
pour un temps par un obturateur automatiquement décrochable), dans des conditions
économiques particulièrement intéressantes. Une telle charge sera, par exemple,
un véhicule aérien équipé d'un statoréacteur, que l'on pourra amener à la vitesse
d'amorçage d'environ 500 m/s, à la suite d'une ressource effectuée à la fin
d'un piqué de 15.000 mètres.
1. Procédé pour gonfler une montgolfière, caractérisé en ce qu'il
consiste à utiliser à cet effet, de l'air chaud suffisamment humide pour qu'une
condensation exothermique de la vapeur d'eau qu'il contient, puisse se produire,
au cours de son ascension, au moins à partir d'une certaine altitude.
2. Procédé pour gonfler une montgolfière selon la revendication 1, caractérisé
en ce que, au moment du décollage, la température du point de rosée de cet air
est au moins égale à 294 Kelvins.
3. Procédé pour gonfler une montgolfière selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la température moyenne Ti de l'air intérieur, nécessaire pour tenir
en l'air, présente vis-à-vis de la température extérieure Te, un rapport Ti/Te
inférieur à 1,17.
4. Procédé pour gonfler une montgolfière selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la charge par unité de volume de la montgolfière complètement gonflée,
est inférieure à 70 gr/m3.
5. Procédé pour gonfler une montgolfière selon la revendication 1, caractérisé
en ce que, au moment du décollage, la température du point de rosée de l'air
intérieur est notablement supérieure à 294 K; le ballon est incomplètement gonflé;
l'ouverture du ballon est obturée d'une manière relativement étanche et est
adaptée à le demeurer jusqu'à ce que le volume du ballon devienne constant et
que la pression intérieure devienne un peu supérieure à la pression extérieure.
6. Montgolfière du genre comprenant un ballon (10) ouvert à la base et une charge
(22), caractérisé en ce que, au moment du décollage, elle est incomplètement
gonflée; l'air intérieur est saturé en vapeur d'eau à une température notablement
supérieure à 294 K, ladite température étant d'autant plus élevée que le ballon
est moins gonflé et que la charge par unité de volume est importante; l'ouverture
du ballon (10) est fermée par un obturateur (24) adapté à se décrocher automatiquement
lorsque l'écart de pression entre l'intérieur et l'extérieur excède un certain
seuil.
7. Montgolfière du genre comprenant: un ballon (10) ouvert à sa base, une partie
de paroi réalisée en un matériau transparent, des moyens de chauffage adaptés
à exploiter le rayonnement solaire et une charge (22) accrochée au ballon; caractérisé
en ce que: ladite partie de paroi transparente du ballon est la partie supérieure
(16); ledit matériau est une pellicule plastique, à la fois transparente et
absorbante pour le rayonnement solaire, avec un coefficient d'absorption d'environ
vingt pour cent; un écran (44), adapté à absorber efficacement le rayonnement
solaire, est disposé à l'intérieur du ballon (10).
8. Montgolfière selon la revendication 7, caractérisée en ce que, d'une part,
le diamètre de l'ouverture pratiquée à la base du ballon (10) est suffisamment
grand pour qu'une différence de pression faible soit maintenue entre l'air intérieur
et l'air extérieur, lorsque le ballon gagne de l'altitude et en ce que, d'autre
part, l'écran (44) comporte en son centre une ouverture (46), de diamètre proche
de celui de l'ouverture du ballon.
9. Montgolfière selon la revendication 7, caractérisée en ce que, la partie
supérieure (12) du ballon (10) étant sensiblement sphérique, des fixations (36-38)
sont disposées à intervalles réguliers le long du grand cercle horizontal et
le long de quelques autres grands cercles, écartés les uns des autres d'environ
dix degrés; des attaches, adaptées à coopérer avec lesdites fixations, sont
disposés à la périphérie de l'écran (44); une hélice (50), à axe orthoradial
solidaire de l'arbre d'un moteur électrique (52), est fixée à la paroi extérieure
du ballon, au voisinage de l'équateur, afin de pouvoir orienter l'écran (44)
par rapport au soleil.
10. Montgolfière de très grande dimension selon les revendication 6 et 7, caractérisée
en ce que la charge utile (22) est un véhicule aérien équipé d'un statoréacteur.