Unballon dirigeable ou simplementdirigeable est unaéronef utilisant un gaz porteur destiné à assurer l'essentiel de sasustentation, et des systèmes de propulsion lui conférant une certaine manœuvrabilité tridimensionnelle. Ce type d'aérostat peut être un peu plus lourd ou un peu plus léger que l'air selon sa configuration de vol. Les dirigeables se distinguent des autres types deballons (montgolfières etballons à gaz libres) par leur dispositifs de manœuvrabilité et systèmes propulsifs pour évoluer sur le plan horizontal et vertical.
Pour se déplacer, les dirigeables utilisent la propulsion parhélices. Elles peuvent être orientables et mues par différents systèmes, comme lesmoteurs à combustion, lesmoteurs électriques, les systèmes hybrides, ou un pédalier[1].
La taille des ballons dirigeables peut varier considérablement. Lesappareils à propulsion humaine comme leLiftium 2 deDidier Costes, ont une vingtaine de mètres de longueur et une masse en vol d'environ 180 kg tandis que les dirigeables transatlantiques desannées 1930, comme leLZ 129Hindenburg, peuvent atteindre 247 mètres de longueur avec une masse en charge de 248 tonnes.
Projet d’aérostat conçu par Meusnier de La Place en 1784.
Bartolomeu Lourenço de Gusmão (1685-1724) est considéré comme un précurseur de la navigation aérienne ayant imaginé des aérostats[2]. En1783, dès les premiersballons à gaz l'idée de dirigeable émerge car le défaut majeur de ces ballons est leur incapacité à se diriger. Sous l'égide desfrères Robert, la forme du ballon s'allonge. Dès 1783, le savant généralJean-Baptiste Marie Meusnier de La Place imagine les organes de direction et expose dans ses travaux, qui sont à la base de l'aérostation actuelle, les conditions d'équilibre d'un aérostat dirigeable de formeellipsoïdale, muni d'un gouvernail. Le projet ne vit cependant jamais le jour du fait de la mort prématurée de son inventeur et de l'absence de moteur à cette époque. Il propose une gestion du gaz avec l'installation de ballonnet d'air dans l'enveloppe, pour passer du pilotage de vol à volume constant, vers un pilotage à masse de gaz constante[3].
Après avoir clairement exposé le principe de l'aéroplane dès le début duXIXe siècle, l'inventeur anglais SirGeorge Cayley envisage en 1816 l'emploi du dirigeable pour la grande navigation et prévoit la réalisation des dirigeables rigides mus par un propulseur fonctionnant à la vapeur[4].
En 1825, le physicien françaisEdmond-Charles Genêt propose un projet d'aérostat comportant une partie supérieure en forme de coupole allongée et plate en dessous. L'appareil propulseur constitué d'immenses roues à aubes est actionné par deux chevaux.
La première tentative de motoriser un aérostat est à mettre au compte de deux Français. Le premier, Pierre Jullien, horloger de son état, parvient à faire voler deux modèles réduits actionnés par mouvement d'horlogerie sur la piste de l'hippodrome de Paris. En 1852, il construisit un ballonpisciforme (ressemblant à un poisson) baptisé « Précurseur » qui ne vola jamais mais qui présentait la configuration requise pour soutenir un vol. Il était en effet équipé de gouvernails de direction et de profondeur à la poupe[4].
Animation du vol du dirigeable à vapeur de Giffard.
Le second,Henri Giffard, passe à la postérité en 1852 pour avoir imaginé et construit le premieraérostat Giffard qui, mû par une machine à vapeur placée dans la nacelle, put opérer « avec le plus grand succès diverses manœuvres de mouvement circulaire et de déviation latérale. » (par rapport au vent)[a 1].
Le vol historique a lieu le entre l'hippodrome de Paris etÉlancourt, soit environ 27 km, grâce à un dirigeable de 44 m de long en forme de cigare. Il est équipé d'unmoteur à vapeur développant3 ch (2,21 kW) et actionnant une hélice placée sous le ventre de l'engin[5],[4].
L'aérostat atteignait la vitesse de10 km/h (2,78 m/s) mais pouvait difficilement remonter un vent soutenu malgré ses capacités incontestables de « dirigeabilité ». Henri Giffard pouvait ainsi énoncer : « l'action du gouvernail se faisait parfaitement sentir et à peine avais-je tiré légèrement une des deux cordes de manœuvre que je voyais immédiatement l'horizon tournoyer autour de moi ».
Henri Giffard peut être considéré comme l'égal des plus grands précurseurs que furent lesfrères Montgolfier et lesfrères Wright. Il fut incontestablement en avance sur son époque, puisqu'il faut attendre près de vingt ans pour assister à une nouvelle tentative de motorisation d'un aérostat.
En 1883 et 1884, les frères aéronautesGaston etAlbert Tissandier, construisent un ballon dirigeable qu'ils munissent d'une hélice entraînée par un moteur électrique alimenté par des piles et avec lequel ils réussissent à remonter un courant aérien.
Pour cause de manque de financement, il n'y eut que deux vols, qui eurent lieu par temps venté, minimisant l'effet du moteur[7],[8].
Ce dirigeable électrique est alimenté par des piles « Tissandier ». La masse par unité de puissance, l'inverse de lapuissance massique, de ces piles est de 170 kg ch−1[9].
Une campagne definancement participatif est lancée le, par l'association des amis du Musée de l'air (AAMA), pour restaurer les éléments restants du dirigeable. La souscription, clôturée le, a permis de récolter 10 375 euros. La gouverne, l'hélice, la nacelle, les piles, ainsi que le moteur électrique, sont exposés dans la Grande Galerie dumusée de l'Air et de l'Espace du Bourget, depuis le[10],[11],[6].
Les restes de l'appareil avait déjà été présentés au public, lors d'une exposition auGrand Palais, en 1983[11].
Ce dirigeable souple possède deuxhélices, une de propulsion et une inférieure pour la montée et la descente, en toile tendue. L'hélice horizontale, est inspirée de lavis aérienne duXVe siècle deLéonard de Vinci.
Le,David Schwarz fait s'élever le premier dirigeable entièrement en métal (en utilisant de l'aluminium), àBerlin.Le vol se termine par un écrasement au sol.
Les progrès des moteurs à explosion qui présentent la particularité de peser peu au cheval développé, impriment un progrès définitif à la locomotion aérienne. Dès 1898, le brésilien d'origine françaiseAlberto Santos-Dumont expérimente de petits dirigeables souples de sa conception équipés de moteurs à essence et qui lui valent une immense popularité avant même qu'il expérimente le plus lourd que l'air quelques années plus tard. Le, il remporte le prix de 100 000 francs-or[13],[c 1] offert par le mécène de l'aviationHenry Deutsch de la Meurthe, pour avoir relié le parc d'aérostation deSaint-Cloud à latour Eiffel, avec retour au point de départ, en une demi-heure à bord de son modèle : leSantos-Dumont numéro 6(en)[14]. Pour la petite histoire,Alberto Santos-Dumont distribua son pactole à ses ouvriers et aux pauvres de Paris. Il avait failli se tuer lors d'une tentative précédente[4].
Le, c'est la première traversée des Alpes en ballon, signée par les ItaliensUsuelli etCrespi, à bord duMilano, en un peu plus de quatre heures, entre Milan et Aix-en-Savoie (aujourd'hui Aix-les-Bains)[15].
Les firmesZeppelin,Lind Er Schtrümpf etSchütte-Lanz(de) vont marquer l'essor du dirigeable rigide, construisant respectivement 96 et 22 aérostats.Zeppelin privilégie l'utilisation de l'aluminium pour la construction de la structure tandis que la seconde se fait la spécialiste des ossatures en bois[17]. Durant les quatre années de laPremière Guerre mondiale, les dirigeables construits enAllemagne deviennent de plus en plus gros, allant jusqu'à dépasser les 200 mètres de longueur. Ils effectuent 1 189 missions de reconnaissance et 231 attaques à la bombe, visant tout particulièrement la ville deLondres.
Percer les secrets de fabrication de ces dirigeables rigides fut donc une des missions prioritaires des services de renseignement britanniques[17]. L'Amirauté commanda donc à la firmeVickers : leType 9, un dirigeable rigide inspiré des réalisationsZeppelin, dont sera dérivé une série de quatreVickers Type 23. Devant le peu de succès de ces appareils, l'Amirauté prit ensuite directement en charge, la conception des dirigeablesType 23X à structure métallique etType 31 largement copiés sur lesSchütte-Lanz. Sur 14 dirigeables rigides, mis en chantier enGrande-Bretagne durant laPremière Guerre mondiale, neuf seulement furent achevés avant l'Armistice et un seul participa effectivement à des opérations militaires[17].
EnAllemagne comme enGrande-Bretagne, on tenta d'assurer la protection de ces géants des airs, contre les attaques des chasseurs en réalisant les premières expériences dechasseur parasite : Un ou deux monoplaces étaient accrochés sous le dirigeable.
Le dirigeable porte-avionsUSS Akron (ZRS-4) récupérant un chasseur N2Y-1 en 1932.
Dans lesannées 1920 et1930, Allemands, Américains, Français, Italiens et Anglais se lancent dans la construction d'engins de taille spectaculaire qui servent le prestige national. Ils ont surtout une vocation de transport de passagers au long cours, mais les Américains testent desdirigeable porte-avions pour des usages militaires, poursuivant en particulier la technique deschasseurs parasites. La presse enthousiaste les surnomme« paquebot volant »,« vaisseau du ciel », relatant les croisières souvent effectuées par des personnalités, qui ont le moyen de s'offrir ce type de transport coûteux.
LeLZ 127Graf Zeppelin est le plus grand dirigeable jamais construit avec plus de 236 mètres de longueur lors de sa mise en service en 1928. Sous le commandement d'Hugo Eckener, il va établir plusieurs records. Il réalisera le premier tour du monde en août 1929, incluant la première traversée du Pacifique (Tokyo-San Francisco) sans escale. Il parcourut plus d'un million et demi de kilomètres au cours de 590 vols, durant son exploitation jusqu'en 1937, dont 143 traversées de l'Atlantique et transporta entre 1928 et 1937 13 110 passagers.
Mais plusieurs catastrophes vont alors marquer l'histoire des dirigeables. Ces catastrophes sont essentiellement dues au fait que le dirigeable est trop sensible aux mauvaises conditions climatiques (vent, pluie, neige, givre et foudre) et que le gaz utilisé, ledihydrogène (appelé communément hydrogène[d 1]), est hautementinflammable[d 2].
En1928, le dirigeableItalia, second engin d'Umberto Nobile s'abîme sur la route duPôle Nord, probablement à cause de la glace accumulée sur le ballon et de la surcharge qu'elle a créée. Les opérations de sauvetage des aérostiers italiens seront tragiques ;Amundsen etGuilbaud y laisseront la vie[e 1].
Construit à la fin des années 1920 par le gouvernement britannique, leR100 devait assurer des liaisons entre Londres et l'Empire britannique en concurrence avec lesZeppelin allemands. Il fit un aller-retour triomphal entre Londres etMontréal (Canada) du 28 juillet au 16 août 1930. Le, son jumeau leR101, parti deLondres, s'écrase pendant son voyage inaugural versBombay, sur les collines dePicardie, à proximité deBeauvais. La catastrophe a lieu de nuit et par mauvais temps, mais la cause de l'accident reste inconnue. 48 personnes trouvent la mort et le Royaume-Uni interdira l'usage de l'hydrogène[d 1] pour les ballons et vendra le R100 à la casse.
En1925, le dirigeable américainUSS USS Shenandoah (ZR-1) brûle en plein ciel et se brise en 3 morceaux, faisant 15 morts. Deux des trois dirigeables porte-avions de l'US Navy s'écrasèrent en mer. LeUSS Akron (ZRS-4), le, tua 73 membres d'équipage et passagers et leUSS Macon (ZRS-5), le, entraîna le décès (évitable) de deux marins.
L'Allemagne reste le seul pays avec des dirigeables à usage commercial. Ils sont principalement utilisés pour des traversées de l'Atlantique, mais ces dernières ne se font que d'avril à octobre, pour éviter le mauvais temps hivernal et les tempêtes de l'Atlantique nord. Le, leHindenburg, gonflé audihydrogène (200 000 m3 de gazinflammable[d 2]), prend feu lors de son atterrissage à l'aéroport deLakehurst, non loin deNew York. Cet accident fait 35 victimes (parmi 97 personnes à bord) et met fin aux vols de dirigeables commerciaux.
Devenus inutiles pendant laSeconde Guerre mondiale, ils vont être détrônés à la fin de celle-ci, par les progrès techniques décisifs de l'aviation. Durant lesannées 1950, les premiers vols transatlantiques commerciaux sont réalisés, grâce à des appareils comme lesDC3,DC4 etLockheed Constellation[18]. Ces progrès se poursuivront par l'apparition et la généralisation des avions de ligne à réaction, sur de grandes distances durant lesTrente Glorieuses.
Cependant, lamarine américaine dans les années 1950, à côté de modèles utilisés comme engins d'observation et de sauvetage, mets en œuvre comme stationsradar volantes, de gros dirigeables. C'est le cas du ZPG-3W, dérivé dudirigeable de type N(en) mis au point en 1953. Cet appareil, conçu pour la veille éloignée de la défense aérienne du territoire est le plus gros dirigeable souple jamais construit. Il possède une longueur de 123 mètres, un volume de 42 450 m3, 2 moteurs de 600 kW (800ch) et une vitesse de128km/h[19].
Le dirigeableMZ-3 de l’US Navy en service depuis 2006.Zeppelin NTD-LZZR durant un vol à basse altitude en 2003.Projet NATAC de Voliris.Dirigeable au-dessus deFrancfort.
Unappel à projets du gouvernement français est lancé en 2014, dans le cadre de la « Nouvelle France industrielle », demandant entre autres des dirigeables porteurs de charges lourdes et multimissions. Onze dossiers sont déposés, aucun n'est retenu[23],[24],[25] car l'un des principaux obstacles rencontré est lié au ballastage : l'appareil ne doit pas décoller brutalement lorsqu'on le décharge[23],[26]. Des concepts de dirigeable hybride pour le transport de containers (40 pieds, 30 tonnes) émergent[27]. À l'aide de nombreux prototypes, des enveloppes en forme d'aile volante favorisant la portance aérodynamique sont imaginées, fabriquées et testées sur l'aérodrome de Moulins - Montbeugny, parvenant à atteindre une sustentation à 60% grâce à la portance aérodynamique. À la suite des validations en vol des spécifications pour le transport de charges, le projet NATAC (Navette Aérienne de Transport Automatique de Containers)[28] est lancé.
De 1985 à 2004, un dirigeable à air chaud dénomméAS 300 est utilisé comme plateforme d'observation de lacanopée, lors de l'opération d'inventaire de labiodiversité dénommée « radeau des cimes ». L'appareil permet l'envol d'un radeau pneumatique du sol vers la canopée. Il a été notamment utilisé enGuyane, auGabon et auCameroun[35],[36].
Gonflage d'un dirigeable à air chaud - Gefa-Flug AS 105.
Ces appareils se gonflent de la même manière qu'unemontgolfière. On utilise d'abord un souffleur afin de faire entrer de l'air dans l'enveloppe. Une fois suffisamment gonflée, les brûleurs vont dilater l'air interne et donner sa forme finale au ballon.
LeGefa Flug(de) AS 105 utilise deux brûleurs positionnés l'un contre l'autre en forme de « V » et dirigés vers l'avant et vers l'arrière. Cela permet une meilleure répartition de l'air chaud. L'intérieur de l'enveloppe est divisé en plusieurs cloisons. Le système est comparable au réglage des ballasts dans les dirigeables à gaz, lorsque l'on veut modifier l'assiette du ballon[37],[38].
Le dirigeable gros porteur « CL 160 », prévu pour porter jusqu'à 160 tonnes, avec 242 mètres de longueur et 550 000 m3[39], n’a pas été construit car le financement de 204,517 millions d'euros s'est avéré insuffisant, d'autant que les fonds disponibles étaient aussi utilisés pour développer d’autres engins[39],[40],[41]. En 2004, le hangar géant de ce dirigeable, en acier auto-portant, de 360 mètres de long et 107 mètres de haut, est reconverti en parc aquatique[42].
AuRoyaume-Uni, depuis 2010, un prototype dedirigeable hybride[43] émerge pour le compte de l'US Army et aboutit au développement du LEMV (Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle) pour un montant de 517 millions de dollars US[44]. À peine a-t-il décollé le que l'armée américaine se retire du projet[45]. Un autre dirigeable nomméAirlander 10 est relancé par une opération américaine[46] decrowdfunding[47], et effectue deux vols en août 2016, mais écrase son cockpit lors de son deuxième atterrissage[48].
En 2014, une flotte de dirigeables de grandes capacités de transport ditsAeroscraft[49], avec trois modèles, le « ML 866 » (rigid variable buoyancy air vehicle), le « ML 868 » (avec une capacité de 60 tonnes) et le « ML 86X » (avec une capacité de 500 tonnes) sont proposés aux investisseurs et clients potentiels[50] pour, par exemple, apporter et installer deséoliennes dans des lieux isolés sans routes ou voies ferrées. Mais les technologies classiques ont la vie dure et aucune commande n'est passée.
Aux États-Unis, laDARPA lance en 2005 unappel à projets baptiséWalrus (« morse »). Lecahier des charges exige que les appareils doivent pouvoir transporter 500 tonnes sur 20 000 kilomètres en moins de sept jours. La DARPA ne communique pas sur le projet, se contentant d'indiquer que le programme Walrus « est clos ». En fait lePentagone travaille sur un dirigeable capable de voler à plus de 20 kilomètres d'altitude : leP-791(en) dont le premier vol de test a lieu le[51],[52],[53].
Des projets similaires existent en France[56], enGironde[57],[58] et àChâteaudun (Eure-et-Loir)[59]. En 2023 ce dernier reçoit le labelNext40 décerné aux entreprises que le gouvernement français considère prometteuses et susceptibles de devenir des leaders technologiques.
Projets sur les systèmes propulsifs à faible puissance
Plusieurs programmes universitaires travaillent sur l'utilisation des faibles puissances associées au ballon dirigeable. Le but recherché n'est pas lié à une exploitation commerciale du ballon, mais un support de travail pour la recherche sur les systèmes propulsifs.
En même temps, son équipe d'étudiants[65],[66] travaille sur un dirigeable fonctionnant à l'énergie solaire[67] : leNéphélios. Celui-ci décolle en, et un second vol d'une durée de2 h 30 min a lieu avec succès le[68].
Les ballons captifs modernes utilisent une technologie similaire à celle des ballons dirigeables pour la construction souple et une technique de pilotage du gaz.
EnProvence, le projetHorus mis en place en 2010 comporte une plateforme aérostatique multi-mission et un ballon dirigeable captif pour la surveillance civile et militaire[72],[73],[74],[75],[76],[77].
En France toujours,l'escadron Syderec utilise un ballon captif pour effectuer des transmissions de secours et émettre des ordres essentiels aux sous-marins lorsque tous les autres moyens ont été détruits[78]. En 2013 dans le cadre de la modernisation des forces armées, le projet « Syderec Ng » est lancé et mis en œuvre[79],[80].
LaSuisse, depuis le début des années 2000, utilise des dirigeables radio-commandés de 3 à 22 mètres de long, utilisés à des fins de recherche scientifique, de supports publicitaires et de plates-formes de prises de vues aériennes vidéo et photo. Leur propulsion est soit électrique soit thermique ou même hybride[82].
L'ingénieur suisseAuguste Piccard qui a travaillé sur les deux types d'appareils, expliquait que les principes de fonctionnement du dirigeable dans l'air et dubathyscaphe dans l'eau (ici leFNRS-3) sont analogues : pour la sustentation des réservoirs emplis d'un fluide plus léger (hydrogène ou hélium dans le cas du dirigeable, essence dans le cas du bathyscaphe) ; pour les mouvements verticaux des vessies de compensation ou du lest ; pour la propulsion des moteurs à hélice (électriques pour le bathyscaphe) ; pour l'équipage et l'appareillage, des cabines suspendues en-dessous[83],[84],[85].
Pour se sustenter, le dirigeable utilise majoritairement la portance aérostatique directement créée par lapoussée d'Archimède existant sur son enveloppe ; il utilise aussi laportance aérodynamique (naissant de la vitesse et de la mise en incidence de l'enveloppe) ainsi que la composante verticale de la poussée vectorielle des moteurs. Il est constitué d'une enveloppe souple ou rigide remplie d'un gaz plus léger que l'air dont la somme des poids (enveloppe + gaz + charge) est proche du poids du volume d'air déplacé par l'enveloppe. La propulsion horizontale de l'appareil en vol dans l'air environnant[86] est réalisée, en général, par la composante horizontale de la poussée des hélices, mais des dispositifs éoliens peuvent être utilisés (voir l'articleVoilier des airs).
Le vol est un vol lourd ou léger selon les décisions du pilote. Un vol lourd a pour objectif d'être plus lourd que le poids du volume d'air déplacé, dans ce cas le ballon va s'élever par l'action de la poussée vectorielle du système propulsif ou de la portance aérodynamique. Pour les vols longues distances, un pilotage léger est apprécié car moins consommateur de poussée (absence de composante verticale de la poussée) : le ballon cherche tout seul à rejoindre son altitude de plénitude établie par les paramètres de départ.
Le pilotage du gaz est un vol à masse de gaz constante.
Spécificité du pilotage d'un ballon à masse de gaz constante avec une enveloppe souple ou semi-rigide.
L'enveloppe, qu'elle soit souple ou semi-rigide, est considérée comme ayant un volume constant (on ne tient pas compte des faibles variations d'élongation du tissu de l'enveloppe dans le pilotage, même si celles-ci ont une influence sur le volume général, pour la simple raison que l'on se donne une surpression maximum à ne pas dépasser dans l'enveloppe).
Ballon dirigeable : composants de sustentation, de compensation, de propulsion, de direction.
La surpression du gaz dans l'enveloppe est nécessaire pour le maintien de la forme aérodynamique de l'enveloppe ; cette surpression est importante pour deux raisons essentielles : d'une part, c'est une limite structurelle (trop de surpression peut causer la rupture du tissu) et d'autre part, la surpression implique une masse de gaz supplémentaire défavorable au vol) :
Pour obtenir cette surpression, il y a plusieurs solutions pour le pilote selon le type de construction, soit par ajout de masse de gaz supplémentaire, soit par gonflage des ballonnets d'airs. Dans les deux cas, ces actions ont une influence sur lapoussée d'Archimède qui porte le ballon.
Les ballons dirigeables peuvent être construit selon trois méthodes différentes selon l'application du ballon et les contraintes mécaniques imposées. On parle de construction souple (oublimp) semi-rigide (type Zeppelin NT) ou rigide (TypeLZ 129 Hindenburg).
Dans le cas desdirigeables souples, la forme de la carène est maintenue par la pression intérieure du gaz. Pour remédier aux différences des volumes occupés par le gaz lors des variations de pressions, qui modifieraient la forme du ballon et risqueraient de la rendre flasque, la pression est classiquement maintenue par un ou plusieurs ballonnets gonflés au moyen d'un ventilateur. Par ailleurs, des soupapes automatiques ou commandées limitent la pression. La nacelle est jointe à la carène par des câbles de suspension fixés à une ralingue de l'enveloppe. Cette nacelle est une poutre armée en bois ou en métal sur laquelle sont groupés le personnel et les appareils de pilotage (commandes de moteurs, de gouvernail de profondeur et de direction). La propulsion est assurée soit par une hélice dans l'axe de la nacelle, soit par deux hélices latérales.
Enfin, dans le cas du dirigeable semi-rigide, l'enveloppe est souple, mais comporte à sa base une quille rigide.
Pour les dirigeables rigides, dont le prototype fut leZeppelin, la carène rigide est en alliage léger, formée de larges anneaux reliés entre eux par des poutres longitudinales. Chaque extrémité est terminée par un cône, et celui de l'arrière, le plus effilé, porte les empennages et les gouvernails de profondeur et de direction. Cette charpente est recouverte de toile étanche et vernissée pour diminuer la résistance à l'avancement. L'intérieur est divisé en tranches dans chacune desquelles se trouve unballonnet rempli d'hydrogène[d 1]. Ce type est plus lourd qu'un aérostat souple de même cubage, en raison du poids de la structure, mais il peut atteindre des vitesses plus élevées, grâce à la solidité de sa carène, et transporter un tonnage plus fort, grâce à la possibilité de construire des enveloppes de grande capacité (10 000 m3 en 1900, 70 000 m3 en 1924 et 200 000 m3 en 1938).
L'enveloppe assure différentes fonctions selon le type de construction. Elle est étanche et assure la rétention du gaz aérostatique, dans le cas des dirigeables souples et semi-rigide.
Dans les dirigeables contemporains, les enveloppes doivent remplir différentes fonctions. Ainsi qu'une résistance à l'abrasion, au déchirement, auxultraviolets, mais aussi une résistance au vieillissement et aux champignons. Elles doivent aussi supporter la surpression interne. Pour réunir ces différentes qualités, l'enveloppe est constituée de plusieurs couches (au moins deux ou trois) defilms plastiques assurant chacun un rôle spécifique. Ces films sont ensuite collés ensemble par unélastomère lors d'unlaminage à chaud, lorsque la soudure directe est impossible (certains films plastiques ne sont pas soudables). Puis ces films laminés sontdécoupés au laser, ou avec une autremachine à commande numérique, suivant un profil défini par la forme finale que l'on veut obtenir. Enfin, les différents patrons et leurs joints de renforcement peuvent être assemblés, en utilisant lesoudage haute fréquence, lesoudage par ultra son ou le collage[87].
Parmi les films plastiques les plus utilisés comme composant de base, on peut trouver lepolyuréthane (thermoplastique) qui est très polyvalent, lepolyester utilisé pour ses propriétés mécaniques, l'éthylène alcool vinylique. La couche externe peut-être en nylon, ou enpolyfluorure de vinyle[87]. Sur certains dirigeables, on peut trouver un film aluminisé argenté, qui réfléchit une grande partie des rayons du soleil et évite l'échauffement par lesrayons infrarouges au travers de l'enveloppe et sa dilatation.
Les dirigeables peuvent employer comme gaz aérostatique, ceux plus légers que l'air. Deux gaz sont principalement employés : le dihydrogène, le plus utilisé avant la Seconde Guerre mondiale et l'hélium, qui lui a succédé.
Ledihydrogène, deformule chimique[d 1], est le plus léger de tous les gaz. Sadensité est de 0,0695 et samasse volumique de0,089 9kg m−3 à 20 °C[88]. C'est le gaz le plus porteur et bon marché, mais sujet auxfuites (moins que l'hélium cependant), hautementinflammable etexplosif, suivant les conditionsstœchiométriques. La plage d'inflammabilité du dans l'air est très large et comprise entre 4 % et 75 % en volume de. La plage dedétonabilité dans l'air est comprise entre 13 % et 65 % en volume de. D'autre part l'énergie minimale d’inflammation dans l’air, l'énergie d'activation nécessaire pour déclencher la réaction est également très faible avec 0,02 mJ[89]. Ce fut la cause d'accidents spectaculaires (désormais interdit pour une utilisation commerciale ou de loisir) ; gaz « historique », il a pratiquement été abandonné, excepté pour certains ballons stratosphériques[90] et parfois pour certains ballons libres (qui ne sont pas des dirigeables)[91],[92],[93]. Pour les ballons (dirigeables ou non) évoluant dans la haute atmosphère, l'utilisation du est moins problématique. Pour Patrick Hendrick, professeur en aéro-thermo-mécanique à l’Université Libre de Bruxelles, le dihydrogène ne pose pas de problème, lorsqu'il est utilisé correctement (notamment pour les drones à hautes altitudes). Il ajoute : « l’hélium est un gaz trop cher et qui pourrait se raréfier à l’avenir. On ne le trouve que dans des poches de gaz naturel en profondeur. L’hydrogène[d 1], lui, peut être produit (N.D.L.R, parélectrolyse), avec desénergies renouvelables, telles que lesolaire ou l’éolien[94]. »
Beaucoup de types demoteurs couplés à unehélice ont déjà été essayés sur les dirigeables. Généralement, on installe un nombre pair de moteurs afin de ne pas subir leCouple de renversement des hélices et des moteurs. LeZepplin NT utilise trois moteurs dont un orientable en lacet pour offrir plus de manœuvrabilité.
L'Aerosail, dirigeable à pédales et foil antidérive.
Les dirigeablesZeppy 2 et 3,Lithium-1000 et l’Aérosail rentrent dans la catégorie desvoiliers des airs en utilisant la technologie du « chien de mer » deDidier Costes. Ils utilisent la force du vent comme moyen de propulsion, le « chien de mer » permettant d'orienter cette propulsion à un cap très différent du lit du vent[106].
Mode de transport consommant moins d'énergie selon un rapport « masse transportée / consommation d'énergie[107] ».
Nécessité d’infrastructures bien moins importantes que d’autres moyens de transport aériens : pas d’aéro- ou héliports nécessaires, ce qui se révèle utile soit en cas d’absence de telles infrastructures, soit en cas de saturation de celles-ci[107].
↑Le jour du vol, le vent « soufflait avec une assez grande violence » et la machine à vapeur de3 ch (2,21 kW) ne pouvait donner au ballon qu'une vitesse de2 à 3m·s-1. (Les ballons dirigeables, Expériences de M. Henri Giffard en 1852 et en 1855 et de M. Dupuy de Lôme en 1872, par Gaston Tissandier, 1872.Voir la source sur gallica.bnf.fr.)
↑Dupuy de Lôme et Zédé sont arrivés à la conclusion que le problème de la conservation du cap et de l'incidence (soit la stabilité en lacet et en tangage), peut être résolu par l'installation d'un empennage. Cf. : L'encyclopédie des sous marins français, Éditions SPE Barthélémy,p. 49.
↑Voir à ce sujet l'article Stabilité aéronautique et sa sectionDirigeable.
↑abcd ete« Hydrogène » s'utilise souvent en substitution dedihydrogène (synecdoque), dans les ouvrages de vulgarisation, dans les expressions courantes, mais seul ce dernier existe en tant quemolécule (à l'état libre).
↑a etbLa plage d'inflammabilité du dihydrogène () dans l'air est très large et comprise entre 4 % et 75 % en volume de. La plage dedétonabilité dans l'air est comprise entre 13 % et 65 % en volume de. D'autre part l'énergie minimale d’inflammation dans l’air, l'énergie d'activation nécessaire pour déclencher la réaction est également très faible avec 0,02 mJ.Voir la source sur aria.developpement-durable.gouv.fr.
↑Reproduction d'un dessin à la plume de l'aéronef, de sa description et de la pétition adressée par Bartolomeu de Gusmao au roi Jean V de Portugal en latin (1709) -[1]
↑August Riedinger,Ballonfabrik Augsburg Gmbh, Meisenbach riffarth and co Munich, 162 p.,p. 28.
↑abc etdCourtlandt Canby, Histoire de l'Aéronautique, Éditions Rencontre and Erik Nitsche International, 1962.
↑Jane's Encyclopedia of Aviation, compilé et édité par Michael J.H. Taylor, New York, Portand House, 1989.
↑abcde etfLe Commandant Charles Renard (1847-1905),Les piles légères (piles chlorochromiques) du ballon dirigeable « La France » par Charles Renard, gallica.bnf.fr,(lire en ligne)
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