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Les matériaux pour ballons stratosphériques

par R. REGIPA
et
M. FERRONNIERE
Directeur Technique du Groupe Industriel Zodiac

L'Aéronautique et l'Astronautique 1976

La mise en œuvre des enveloppes nécessaires à la confection des ballons stratosphériques a conduit à des développements importants dans la définition des films de matière plastique, simple ou complexe.
Des moyens de contrôle et de simulation ont été mis en place. L'assemblage des films entre eux a nécessité la création d'une technique appropriée ainsi que la réalisation de toute une chaîne d'assemblage.

Les ballons stratosphériques sont des ballons destinés à emporter des charges scientifiques, en général dans les couches les plus hautes de l'atmosphère où la pression résiduelle est de l'ordre du millième de la pression au niveau du sol. Ces ballons se composent d'une enveloppe souple enfermant une bulle de gaz de faible densité, hydrogène ou hélium. La charge utile est solidarisée à l'enveloppe par l'intermédiaire d'un crochet.
L'évolution de la bulle de gaz ascensionnel depuis le sol dans l'atmosphère se caractérise par une augmentation de volume proportionnelle en première approximation à la diminution de la densité de l'air. L'enveloppe qui contient ce gaz subit la présence de l'atmosphère (évolution de la température et sa composition chimique) et du rayonnement solaire (cycle d'échauffement et refroidissement et dégradation des liaisons inter-moléculaires par le rayonnement ultraviolet).
- Les enveloppes dilatables éclatent lorsque le ballon atteint une altitude correspondant à sa limite de dilatation.
- Les enveloppes non dilatables permettent de contenir l'expansion du gaz, soit par évacuation de l'excédent qui a permis l'ascension, soit par leur mise sous tension en maintenant le gaz sous pression.
Les vols non plafonnants pour de faibles charges peuvent s'exécuter avec des enveloppes dilatables
(ballons de sondages météorologiques), mais les vols plafonnants pour charges faibles ou fortes sont réalisés avec des enveloppes non dilatables.
Ces ballons sont construits pour satisfaire à des types de missions très différenciées:

	- Mission de courte durée en vol libre (inférieure à 24 heures) Ce sont des ballons de grand volumes construits soit sous la forme d'un tétraèdre, soit d'une goutte d'eau renversée, permettant d'enlever des charges de plusieurs centaines de kg à une pression résiduelle de 2 millibars. La technologie actuelle permet la construction de ballons de volume de plusieurs millions de m3. - Mission de longue durée de vie en vol libre à altitude constante. Ce sont des ballons pour faibles charges de forme sphérique aux altitudes moyennes, de forme en goutte d'eau pour les charges lourdes à très haute altitude. Le record mondial de durée, soit 605 jours est détenu par un ballon français de 4 m de diamètre volant à une altitude de 15 km. - Mission de longue durée de vie en vol libre avec accroissement en altitude. Ce sont des ballons comportant une double enveloppe, le gaz aérostatique étant contenu entre les deux enveloppes. La variation d'altitude du ballon est obtenue par une variation de pesée due à la masse d'air introduite dans l'enveloppe intérieure. De tels ballons volent pour assurer des missions spécifiques telles que vols suivant des niveaux à entropie constante.
	Gonflage d'un ballon stratosphérique
	BALLONS CAPTIFS Les ballons captifs contenus au sol par un câble forment une plate-forme stable en altitude, permettant de nombreuses utilisations comme relais hertziens, plate-forme d'observation etc. Ils sont construits en forme fuselée dans les tranches inférieures d'altitude, pour conserver une bonne stabilité dans une large fourchette de vitesse de vent. Ils sont construits en goutte d'eau pour les tranches d'altitude supérieures à 15 km où la pression dynamique du vent est beaucoup plus faible. BALLONS DIRIGEABLES Ces ballons dont la construction a été interrompue depuis l'essor irrésistible du "plus lourd que l'air", connaît aujourd'hui un regain d'intérêt et donnent lieu à des études approfondies.

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