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Principe physique :

1°) Introduction. ( Présentation d'une Montgolfière ).

La Montgolfière est un moyen de transport aérien inventé par deux Français, les frères Montgolfier, en 1782. C'est un ballon ouvert généralement en forme de sphère. Elle contient donc de l’air que l’on peut chauffer à l’aide d’un réchaud à gaz ou de tout autre système producteur d’air chaud ( pistolet à air chaud, brûleur électrique etc… ). Il existe deux types de ballons :

  • La Montgolfière gonflée à l'aide d'un ventilateur, à l'air ambiant que l'on chauffe ensuite au propane.
  • Le ballon à gaz gonflé à l'hydrogène ou à l'hélium.

  • Une Montgolfière, comme vous l'avez sûrement remarqué, peut se déplacer verticalement ( ascension ) et horizontalement ( translation ). Son déplacement horizontal est toujours assuré par le vent que subit la montgolfière. Le déplacement vertical quant à lui, est contrôlé par le pilote, qui doit tenir compte des mouvement verticaux d'origine thermique ou dynamique au sein de la masse d'air. Plus précisément, de la température thermique dont est victime l'air. Par conséquent, plus le pilote chauffera l'air contenu dans l'enveloppe grâce au gaz propane, et plus la montgolfière prendra de l'altitude. Au contraire, en refroidissant l'air contenu dans l'enveloppe, cela provoquera la descente progressive du ballon.

    2°) Techniques de la Montgolfière. ( Principes Physiques ).

    Au niveau de la manipulation, le concept s'avère en réalité très simple, on gonfle une enveloppe ( ballon ) grâce à de l'air chaud ( chauffé par le brûleur relié aux réservoirs de carburant ). L'air est un fluide expansible et compressible ( principe physique de la poussée d'Archimède... ). En le chauffant, on diminue sa densité et il devient plus léger que l'air ambiant. Ainsi, un ballon gonflé d'air chaud a tendance à s'élever dans le ciel. Il en est de même pour un ballon gonflé d'hydrogène ou d'hélium, en raison de la faible densité de ces gaz.

    La Montgolfière exploitent donc d'une part le principe de la poussée d'Archimède, que nous allons tenter de vous révéler, et d'autre part, diverses caractéristiques des gaz ( dont l'équation d'état des gaz parfaits ). Nous ne nous attarderons pas sur ce point, par faute de la complexité du phénomène...
    La poussée d'Archimède est la force reçue d'un corps plongé dans un gaz égale au poids du volume déplacé de ce gaz...

    Sous l'action de la chaleur, l'air se dilate. Sa masse volumique diminue diminue :

    L'air chaud prend plus de place pour le même poids, ou pèse moins lourd pour le même volume que l'air froid...

    Ce phénomène peut être vérifié très simplement :

    A l'aide de deux thermomètres, que vous placerez l'un au plafond, l'autre au sol, dans une pièce relativement calme, vous constaterez rapidement qu'il y a une légère différence de température et que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol. Ainsi, le poids de l'ensemble ( ballon + air ) dépend du poids de l'air contenu dans l'enveloppe. Si l'on diminue la masse volumique de l'air contenu dans l'enveloppe, le poids de l'ensemble diminue, provoquant à une température suffisante, l'élévation du ballon ( le poids va devenir inférieur à la poussée d'Archimède, force constante dirigée vers le haut )...