Ballon dirigeable

aéronef léger avec un système de propulsion
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Un ballon dirigeable est un aéronef léger, plus précisément un aérostat, renfermant des dispositifs destinés à assurer la sustentation ainsi que des systèmes de propulsion lui conférant une certaine manœuvrabilité. Les dirigeables se distinguent des autres types de ballons, les montgolfières et ballons à gaz libres qui subissent les vents (ils sont immobiles dans la masse d'air en mouvement) et ne sont donc manœuvrables que verticalement.

Ballon dirigeable
Présentation
Type
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Pour se déplacer, les dirigeables utilisent la propulsion par hélices. Elles peuvent être orientables et mues par différents systèmes, comme les moteurs à combustion, les moteurs électriques, les systèmes hybrides, ou un pédalier[1].

Les sources d'énergies nécessaires au système propulsif, peuvent provenir de combustibles fossiles, dans le cas des moteurs thermiques et de batteries, de capteurs photovoltaïques ou de piles à combustible, pour les motorisations électriques. Il est aussi possible d'utiliser la propulsion humaine, ou la propulsion vélique produite par l'effort du vent sur une voile.

HistoireModifier

Les pionniersModifier

 
L'aérostat Giffard, à vapeur, d'Henri Giffard (1852).
 
Aérostat dirigeable Dupuy de Lôme, à propulsion humaine (1872)
 
Ballon dirigeable électrique des frères Gaston et Albert Tissandier (1883)
 
La France, ballon dirigeable électrique de Charles Renard et Arthur Constantin Krebs (1884)
 
Ballon dirigeable Daimler, à premier moteur essence à explosion, de Gottlieb Daimler (1888)

Dès les premiers ballons à gaz en 1783, l'idée de dirigeable fait son chemin. Il apparaît clairement, par nature même, que le défaut majeur de ces ballons réside dans leur incapacité à se diriger. Sous l'égide des frères Robert, la forme du ballon s'allonge. Dès 1783, le savant général Jean-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 forme ellipsoïdale, 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 par un pilotage à masse de gaz constante[2].

XIXe siècleModifier

Après avoir clairement exposé le principe de l'aéroplane dès le début du XIXe siècle, l'inventeur anglais Sir George 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[3].

En 1825, le physicien français Edmond-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 ballon pisciforme (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[3].

Le second, Henri Giffard, passe à la postérité en 1852 pour avoir imaginé et construit le premier aérostat Giffard qui, mû par une machine à vapeur placée dans la nacelle, put subir quelques modifications de direction par rapport au vent. Le vol historique a lieu le entre l'hippodrome de Paris et Élancourt, soit environ 27 km, grâce à un dirigeable de 44 mètres de long en forme de cigare. Il est équipé d'un moteur à vapeur développant 3 ch et actionnant une hélice placée sous le ventre de l'engin[4],[3]. L'aérostat atteignait la vitesse de 10 km/h 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 les frères Montgolfier et les frères 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 1870-1872, l'ingénieur de la marine française Henri Dupuy de Lôme réalise un aérostat allongé mû à bras d'homme et destiné originellement à briser le siège de Paris : l'aérostat dirigeable Dupuy de Lôme. Il effectue son vol d'essai le . De la construction au vol d'essai, Henri Dupuy de Lôme extrait les données scientifiques dans une Note à l'Académie des Sciences.

En 1873 est déposé le brevet d'un aérostat à coque rigide, une année avant Ferdinand von Zeppelin. L'appareil, conçu par Joseph Spiess, est construit en 1913. Il fut le seul et unique dirigeable rigide français et porte le nom de son concepteur : le « Spiess ».

En 1883 et 1884, les frères aéronautes Gaston et Albert 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[5],[6].

Le premier dirigeable vraiment manœuvrable voit le jour à la même époque. Il est conçu par les capitaines Charles Renard, officier du génie, et Arthur Krebs à l'établissement aérostatique de Chalais Meudon, dont Charles Renard était le directeur. La France est propulsé par un moteur pesant 44 kg au cheval, développant 8 ch et fonctionnant à l'électricité grâce à des piles[7]. Le 9 août 1884, l'aérostat réalise le premier parcours en circuit fermé, d'environ 7 km. L'expérience est renouvelée trois fois au cours de l'année 1884. Ce dirigeable est également le premier à comporter un empennage à l'arrière afin de maintenir la stabilité en lacet et tangage de l'appareil, dispositif conceptualisé par Henri Dupuy de Lôme et Gustave Zédé[8],[9].

En 1888, Gottlieb Daimler, inventeur du moteur à essence à explosion, motorise avec succès son premier ballon dirigeable Daimler à Stuttgart et réalise le 10 août 1888 un premier aller-retour de 10 km entre Stuttgart et la ville voisine de Remseck am Neckar à la vitesse de 20 km/h.

Le 3 novembre 1897, David Schwarz (en) fait s'élever le premier dirigeable entièrement en métal, à Berlin. Le vol se terminera malheureusement par un écrasement au sol.

XXe siècleModifier

 
Le premier vol d'un Zeppelin LZ 1 en 1900.
 
Dirigeable Clément-Bayard no 1 en 1908.
 
USS Akron (ZRS-4) en construction (novembre 1930).
 
L'USS Akron (ZRS-4) en approche sur son mât d'amarrage.
 
L'USS Los Angeles (ZR-3) apponté sur le mât d'ancrage de la marine de guerre.

Le 2 juillet 1900, c'est aussi en Allemagne, sur le lac de Constance, qu'a lieu le vol inaugural du premier dirigeable rigide Zeppelin, le LZ-1, de Ferdinand von Zeppelin, propulsé par 2 moteurs 4 cylindres Daimler NL-1 de 14 ch, de Daimler Phoenix.

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 française Alberto Santos-Dumont expérimente de petits dirigeables souples de sa conception équipés de moteurs à essence et qui lui valent une immense popularité avant même d'expérimenter le plus lourd que l'air quelques années plus tard. Le 19 octobre 1901, il remporte le prix de 100 000 francs-or offert par le mécène de l'aviation Henry Deutsch de la Meurthe, pour avoir relié le parc d'aérostation de Saint-Cloud à la tour Eiffel, avec retour au point de départ, en une demi-heure à bord de son modèle : le Santos-Dumont numéro 6 (en). 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[3].

En 1902, Leornardo Torres Quevedo présente à l'Académie des sciences de Paris, un nouveau type de dirigeable avec une conception nouvelle, pour le maintien et le renfort de la voilure par un système auto-rigide au moyen de câbles flexibles. À partir de 1911, il collabore avec l'ingénieur en aéronautique Édouard Surcouf, au sein de la société aéronautique Astra, pour la réalisation d'un nouveau modèle de dirigeable dans les ateliers d'Issy-les-Moulineaux. Ce nouveau dirigeable, l'Astra-Torres no 1 est beaucoup plus rapide et performant. Il y aura ensuite d'autres "Astra-Torres", dont le Pilâtre de Rozier (Astra-Torres N° XV), en l'honneur de l'aérostier Jean-François Pilâtre de Rozier, qui atteindra 23 000 m3, les dimensions du Zeppelin.

Le 12 novembre 1902, le premier dirigeable semi-rigide des frères Lebaudy, conçu par l'ingénieur Henri Julliot, fait le trajet Paris - Moisson, soit 62 km en 1 h 40.

Le 11 novembre 1906, c'est la première traversée des Alpes en ballon, signée par les Italiens Usuelli et Crespi, à bord du Milano, en un peu plus de quatre heures, entre Milan et Aix-en-Savoie (aujourd'hui Aix-les-Bains)[10].

Le 16 octobre 1910, le dirigeable français souple Clément-Bayard-II (78,50 m de long), construit dans l’Oise par Adolphe Clément-Bayard, est le premier à traverser la Manche en parcourant en 6 heures, le trajet de Breuil (Oise) à Londres[11] (390 km), à la vitesse moyenne de 65 km/h et avec 7 personnes à son bord.

Première Guerre mondialeModifier

Les firmes Zeppelin, Lind Er Schtrümpf et Schütte-Lanz 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[12]. Durant les quatre années de la Première Guerre mondiale, les dirigeables construits en Allemagne 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 de Londres.

Percer les secrets de fabrication de ces dirigeables rigides fut donc une des missions prioritaires des services de renseignement britanniques[12]. L'Amirauté commanda donc à la firme Vickers : le Type 9, un dirigeable rigide inspiré des réalisations Zeppelin, dont sera dérivé une série de quatre Vickers Type 23. Devant le peu de succès de ces appareils, l'Amirauté prit ensuite directement en charge, la conception des dirigeables Type 23X à structure métallique et Type 31 largement copiés sur les Schütte-Lanz. Sur 14 dirigeables rigides, mis en chantier en Grande-Bretagne durant la Première Guerre mondiale, neuf seulement furent achevés avant l'Armistice et un seul participa effectivement à des opérations militaires[12].

En Allemagne comme en Grande-Bretagne, on tenta d'assurer la protection de ces géants des airs, contre les attaques des chasseurs en réalisant les premières expériences de chasseur parasite : Un ou deux monoplaces étaient accrochés sous le dirigeable.

Entre-deux-guerres : l'âge d'orModifier

 
Le dirigeable porte-avions USS Akron (ZRS-4) récupérant un chasseur N2Y-1 en 1932.

Dans les années 1920 et 1930, 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 des dirigeable porte-avions pour des usages militaires, poursuivant en particulier la technique des chasseurs 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.

Le LZ 127 Graf 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, le dihydrogène (appelé communément hydrogène[13]), est hautement inflammable.

En 1928, le dirigeable Italia, second engin d'Umberto Nobile s'abîme sur la route du Pôle 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 et Guilbaud y laisseront la vie[14].

Construit à la fin des années 1920 par le gouvernement britannique, le R100 devait assurer des liaisons entre Londres et l'Empire britannique en concurrence avec les Zeppelin allemands. Il fit un aller-retour triomphal entre Londres et Montréal (Canada) du 28 juillet au 16 août 1930. Le , son jumeau le R101, parti de Londres, s'écrase pendant son voyage inaugural vers Bombay, sur les collines de Picardie, à proximité de Beauvais. 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 pour les ballons et vendra le R100 à la casse.

En 1925, le dirigeable américain « 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. Le USS Akron (ZRS-4), le , tua 73 membres d'équipage et passagers et le USS 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 , le Hindenburg, gonflé au dihydrogène (200 000 m3 de gaz inflammable), prend feu lors de son atterrissage à l'aéroport de Lakehurst, non loin de New York. Cet accident fait 35 victimes (parmi 97 personnes à bord) et met fin aux vols de dirigeables commerciaux.

Seconde Guerre mondiale et Trente GlorieusesModifier

Devenus inutiles pendant la Seconde Guerre mondiale, ils vont être détrônés à la fin de celle-ci, par les progrès techniques décisifs de l'aviation. Durant les années 1950, les premiers vols transatlantiques commerciaux sont réalisés, grâce à des appareils comme les DC3, DC4 et Lockheed Constellation[15]. Ces progrès se poursuivront par l'apparition et la généralisation des avions de ligne à réaction, sur de grandes distances durant les Trente Glorieuses.

Cependant, la marine américaine dans les années 1950, à côté de modèles utilisés comme engins d'observation et de sauvetage, mets en œuvre comme stations radar volantes, de gros dirigeables. C'est le cas du ZPG-3W, dérivé du dirigeable 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 (800 ch) et une vitesse de 128 km/h[16].

Nouveaux projetsModifier

 
Le dirigeable MZ-3 de l’US Navy en service depuis 2006.
 
Zeppelin NT D-LZZR durant un vol à basse altitude en 2003
 
Projet NATAC de Voliris. Navette Aérienne de Transport Automatique de Containers[17]
Dirigeable au-dessus de Francfort

Des projets de dirigeables commerciaux réapparaissent avec la crise pétrolière des années 1970. La société Zeppelin renaît en 1993 et se nomme : Zeppelin Luftschifftechnik. En 2013, elle développe et exploite trois Zeppelin NT, pour un usage de croisière, de publicité aérienne ou de surveillance[18]. Ils ne sont utilisables que par beau temps, ce qui limite les possibilités. Un quatrième appareil fut détruit, à la suite d'une tempête au Botswana le , alors qu'il était attaché à son mât d'amarrage[19]. La société travaille également sur des projets de dirigeables de grande taille à coque semi-rigides[réf. nécessaire].

Les forces armées des États-Unis développent depuis le début du XXIe siècle, plusieurs projets de dirigeables, comme le MZ-3 de l'US Navy, pour des missions de renseignement, de surveillance et de reconnaissance. En 2012, il s'agit encore de démonstrateurs et de prototypes[20].

Un appel à manifestation d'intérêt est lancé par le gouvernement français durant l'été 2014, dans le cadre des programmes de la Nouvelle France industrielle, qui inclut des projets de dirigeables porteurs de charges lourdes et multimissions. Sept projets et quatre avant-projets sont déposés[21]. Ils sont regroupés autour de SAFE Cluster (l'ancien Pôle Pégase), qui est un pôle de compétitivité situé en région PACA ; pour relancer cette nouvelle filière industrielle[22],[23]. Un des principaux obstacles rencontré est lié au ballastage : l'appareil ne doit pas décoller brutalement lorsqu'on le décharge[21]. Le projet de la société Voliris, basée à Yzeure (Allier), prévoit pour cela une carène aplatie générant jusqu'à 60 % de portance aérodynamique. La contrepartie est que le décollage nécessiterait une piste de 800 mètres. Exploitant de dirigeables depuis 2001[24], Voliris est rachetée en 2008 par la Business Angel NYFI (New York Finance Innovation) pour travailler sur un concept de dirigeable hybride pour le transport de containers 40 pieds 30 tonnes[25]. 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) est lancé.

Pour promouvoir le « redécollage » des dirigeables dans l'espace aérien, un partenariat est lancé en 2010, entre l'Unesco et la World Air League, une ONG américaine militant pour le développement du transport aérien plus léger que l'air. Point d'orgue de leur campagne : la World Sky Race[26],[27]. Cette première course autour du monde en aérostat est prévue pour 2023 ou 2024[28]. Le parcours d'environ 48 000 km, est jalonné d'étapes sur des sites naturels et culturels majeurs, comme les pyramides de Gizeh, le Taj Mahal ou le mont Fuji[26],[29]. Ses organisateurs espèrent convaincre le public et l'industrie aéronautique du potentiel des dirigeables. S'ils réapparaissent, ce sera dans des « niches particulières » : surtout le fret, pour des convois exceptionnels et le tourisme.

Projets de ballons stratosphériquesModifier

Des projets militaires sont également à l'étude : Thales Alenia Space, filiale de Thales et de Leonardo, étudie la réalisation d'un ballon dirigeable de 100 m de long et d'un volume de 50 000 m3, pilotable à distance et capable d'embarquer 200 kg de charge utile : le Stratobus. Il est conçu pour rester fixe à 20 km d'altitude, au-dessus de l'espace réservé aux avions de ligne, permettant de surveiller une zone de 100 km2[30].

Projets de dirigeable transporteur de charges lourdesModifier

Une société allemande, Cargolifter AG (de), destinée au transport de marchandises encombrantes sur longue distance, est lancée en Allemagne, à la fin des années 1990. Une offre publique d’actions se déroule en . La structure de l’actionnariat qui en résulte, est caractérisée par une forte proportion de petits investisseurs, attirés par la couverture médiatique importante, de la percée des nouvelles technologies[31]. Le dirigeable gros porteur, le CL 160, prévu pour porter jusqu'à 160 tonnes, avec 242 mètres de longueur et 550 000 m3, n’a pas été construit. Le financement de 204 516 752 euros s'est trouvé insuffisant pour un projet d'une telle complexité. Elle s’apparente à celle d’un avion de ligne. Les fonds disponibles étaient aussi utilisés pour le développement d’autres engins. Le calendrier de développement trop serré, a été mal conçu et certaines difficultés ont été sous-estimées[31]. Le , la compagnie annonce son insolvabilité[32],[33]. En 2004, le hangar géant en acier auto-portant, de 360 mètres de long et 107 mètres de haut, est reconverti en parc aquatique : Tropical Islands[34]. Cependant, une nouvelle société : CL CargoLifter GmbH & Co. KG, fondée en 2005 par d'anciens actionnaires de CargoLifter AG, poursuit des recherches sur les « plus léger que l'air » en s'appuyant sur les technologies et l'expérience acquises par sa prédécesseure[32],[35].

En Angleterre, la société Hybrid Air Vehicles développe en 2010, un prototype[36] de dirigeable hybride, qui permet de conclure un partenariat financier avec Northrop Grumman pour le compte de l'US Army. Il aboutit au développement du LEMV (Long Endurance Multi-Intelligence Vehicule) pour un montant de 517 millions de dollars US[37] avec un seul et unique vol le . À la suite de l'arrêt des financements de l'armée américaine, le démonstrateur LEMV est vendu à HAV[38] et retourne en Angleterre. À l'aide de financements britanniques[39], américains[40] et de crowdfunding, le dirigeable nommé Airlander 10 est remis en opération. Il effectue deux vols en août 2016 et écrase son cockpit, lors de son deuxième atterrissage[41].

En 2014, l'Américain Aeros (en) annonce être sur le point de construire une flotte de dirigeables de grandes capacités de transport dits Aeroscraft[42] destinés aux militaires ou à des activités industrielles, commerciales ou humanitaires. Trois modèles sont prévus : 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)[43]. Ils pourraient par exemple, servir à l'installation d'éoliennes dans des lieux isolés, en transportant leurs pales et leur mât, sans que l'on ait besoin d'infrastructures, telles que les routes ou les voies ferrées.

Aux États-Unis, la DARPA lance en 2005 un appel à projets baptisé Walrus. Les contraintes du cahier des charges, établissent 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 ». Lockheed Martin, groupe d'aéronautique et de défense avec l'aide du Pentagone, continue de travailler sur un projet de dirigeable capable de voler à plus de 20 kilomètres d'altitude : le P-791 (en) dont le premier vol de test a lieu le [44],[45],[46].

En France, la société Flying Whales travaille depuis 2012 sur un dirigeable de transport de charges lourdes[47],[48]. La société Varialift Airships installée à Châteaudun (Eure-et-Loir) construit un démonstrateur capable de transporter une charge utile de 50 tonnes[49].

Projets sur les systèmes propulsif à faible puissanceModifier

Plusieurs programmes universitaires travaillent sur l'utilisation des faibles puissances associée 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.

Lors de l'édition 2011 du salon du Bourget, l'association Dirisoft Recherche[50],[51] présente un dirigeable de 500 m3 : le MC-500. Il est alimenté par une pile à combustible à hydrogène du Groupe PSA[52],[15],[53].

Le , Stephane Belgrand Rousson tente la traversée de la Manche en dirigeable à pédales, à bord du Mlle Louise. Il parcourt 35 kilomètres en 8 heures en reliant la plage de Hythe, près de Douvre, jusqu'à un point situé à 18 km au large de la plage de Wissant (sur la côte française). Le ballon est ensuite dégonflé par les bateaux d'assistance[54]. C'est une première mondiale pour un aérostat à propulsion humaine. Deux hélices indépendantes de 3 m de diamètre propulsaient l'appareil de 160 m3 et de 16 m de longueur qui évoluait en moyenne à 30 m au dessus des flots[55],[56],[57].

En , l'équipe du Projet Sol'R, menée par un collectif d'étudiants initié par Stephane Rousson[58],[59], travaille sur un dirigeable fonctionnant à l'énergie solaire[60]. Le Néphélios effectue son baptême de l'air en , et un second vol d'une durée de h 30 min a lieu avec succès le . Après plusieurs reports, il était prévu qu'il traverse la Manche en [61], mais en 2012, le projet semble en panne. La même année, une équipe de chefs d'entreprise, d'ingénieurs, de designers et de professionnels du monde de la communication créent l'association Transocéans[62]. Le , l'équipe Transocéans, emmenée par Pierre Chabert (le fondateur d'Airstar) et Gérard Feldzer, établit une traversée de la Manche en dirigeable électrique, à bord de l'Iris Challenger 2. L'aérostat de 560 m3, relie Cap Gris-Nez à Dymchurch au sud de l'Angleterre, en parcourant 46 km en h 23 min. C'est un record du monde de distance et de temps pour un dirigeable de Classe 5. De forme lenticulaire, il se propulse grâce à deux hélices en bois de 1,30 m de diamètre, actionnées par deux moteurs de 7 kW, alimentés par un système de batteries[63],[64].

La propulsion vélique est proposée par l'ingénieur Didier Costes. En 1992, Zeppy 2 est le premier ballon à faire la démonstration d'un dirigeable maritime naviguant comme un voilier des airs en utilisant le vent et une dérive stabilisée sur 3 axes : le « chien de mer » ou « seaglider »[65]. C'est le premier « ballon-voile ». En 2007, Stephane Belgrand Rousson réalise le premier vol en solo à bord de son Aérosail[66] et met au point avec son équipe le principe de navigation.

Projets de ballons captifsModifier

Les ballons captifs modernes utilisent une technologie similaire pour la construction souple et une technique de pilotage du gaz similaire à celle des ballons dirigeables.

Le projet Horus, mis en place en 2010 par le chef de projet Stephane Rousson, porté par le consortium Zodiac International, Onera et CS Systeme et Atem, plateforme aérostatique multi-mission, ballon dirigeable captif, labelisé en 2011 par le Pôle mer Paca et Pôle SAFE recevra les aides FUI (fond interministériel) pour sa mise en développement[67],[68]. En 2011, l'Onera remporte un appel d’offres pour capacité expérimentale ROEM pour ballons et aérostats légers (Cerbere). En 2015 la societé Airstar aerospace (Hodling Airstar) reprend la societé Zmarine anciennement Zodiac international pour participer au Stratobus et developper le projet Horus-aérostat[69],[70]. En 2019 CNIM AIR SPACE fait l'acquisition à 85 % de Airstar Aerospace et propose une gamme de ballon captif pour répondre à des besoins militaires pour répondre à différents type de missions[71]. La DGA expérimente le système Cerbere (Capacité expérimentale ROEM pour ballon et aérostats légers) avec CNIM et ONERA[72].

En France, L'escadron Syderec utilise un ballon captif pour effectuer de la transmission de secours et émettre des ordres essentiels aux sous-marins lorsque tous les autres moyens ont été détruits[73]. En 2013 dans le cadre de la modernisation des forces armées, le projet Syderec Ng est lancé et mis en oeuvre par Thales Aliena Space[74],[75].

Autres projetsModifier

 
A-N400 évitement BAN Hyères

A-NSE a testé un démonstrateur de dirigeable conçu pour les missions de surveillance maritime. Long de 25 mètres pour une largeur de 5 mètres et une hauteur de 7 mètres, l'A-N 400, qui présente un volume de 400 m3, a été déployé fin septembre 2011 sur la base d'aéronautique navale de Hyères, à l'occasion d'une présentation au profit de la Direction générale de l'armement et de la Marine nationale[76].

En Suisse, la société Minizepp[77] fabrique depuis le début des années 2000 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.

TechniqueModifier

VolModifier

Pour se sustenter, le dirigeable utilise majoritairement la portance aérostatique directement créée par la poussée d'Archimède existant sur son enveloppe ; il utilise aussi la portance 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[78] est réalisée, en général, par la composante horizontale de la poussée des hélices, mais des dispositifs éoliens peuvent être utilisés (voir l'article Voilier 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.Modifier

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).

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).

  • La limite structurelle de l'enveloppe est définie par les caractéristiques de résistance du tissu utilisé. Le concepteur donne une valeur de surpression au pilote pour le vol en condition normal et une limite à ne pas dépasser (au-delà de cette limite l'enveloppe peut se déchirer par « déchirure explosive » et c'est la destruction totale du ballon). Cette surpression est définie en hectopascal et peut être très facilement visualisée sur un tube coudé rempli d'eau. Une partie du tube étant mis à l'air libre et l'autre à la pression interne du ballon la différence se mesure en centimètre : 1 cm d'écart équivaut à 1 hectopascal. La limite structurelle et cette valeur de surpression vont définir la pression dynamique admissible sur l'enveloppe : en effet, si la vitesse du ballon est trop forte, la pression dynamique au point d'arrêt (c.-à-d. à l’extrême avant du ballon) fera que le nez du ballon va s'écraser et s'éloigner de sa forme aérodynamique.
  • 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 2 cas, ces actions ont une influence sur la poussée d'Archimède qui porte le ballon.

ConstructionModifier

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 (ou blimp) semi-rigide (type Zeppelin NT) ou rigide (Type LZ 129 Hindenburg).

Dans le cas des dirigeables 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 le Zeppelin, 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 un ballonnet rempli d'hydrogène. Ce type est évidemment 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).

EnveloppeModifier

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.

Son rôle est aussi de donner au ballon, soit une forme de moindre traînée aérodynamique à volume donné, soit une forme de moindre traînée à portance aérodynamique donnée (formes lenticulaires) si le cahier de charges le demande[79].

Certain tissus permettent une fonction auto-rebouchante selon la dimension et type de fissure en fonction de la pression interne du ballon.

Enveloppe des dirigeables souples et semi-rigideModifier

Dans les dirigeables contemporains, les enveloppes doivent remplir différentes fonctions. Il faut une bonne rétention de l'hélium, ainsi qu'une résistance à l'abrasion, au déchirement, aux ultraviolets, 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) de films plastiques assurant chacun un rôle spécifique. Ces films sont ensuite collés ensemble par un élastomère lors d'un laminage à chaud, lorsque la soudure directe est impossible (certains films plastiques ne sont pas soudables). Puis ces films laminés sont découpés au laser, ou avec une autre machine 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 le soudage haute fréquence, le soudage par ultra son ou le collage[80].

Parmi les films plastiques les plus utilisés comme composant de base, on peut trouver le polyuréthane (thermoplastique) qui est très polyvalent, le polyester utilisé pour ses propriétés mécaniques, l'éthylène alcool vinylique (EVOH) pour son imperméabilité à l'hélium. La couche externe peut-être en nylon, ou en polyfluorure de vinyle[80]. Sur certains dirigeables, on peut trouver un film aluminisé argenté, qui réfléchit une grande partie des rayons du soleil et évite l'échauffement par les rayons infrarouges au travers de l'enveloppe et sa dilatation.

Si l'aspect esthétique du Zeppy Or connut de nombreux succès publicitaire, son enveloppe avec un film extérieur aluminisé Or favorisait les infrarouges dans l'enveloppe et un fort réchauffement du gaz, rendant le ballon délicat à piloter.

GazModifier

Il emploie comme gaz :

  • le dihydrogène[13], très léger, bon marché, mais sujet aux fuites, inflammable et explosif, ce qui fut la cause d'accidents spectaculaires (désormais interdit pour une utilisation commerciale ou de loisir) ; gaz « historique », il a pratiquement été abandonné ;
  • l'hélium, plus coûteux mais sûr, le plus couramment employé de nos jours ; c'est une ressource naturelle qui coute cher à extraire.
  • l'air chaud, proportionnellement très peu porteur par rapport à l'hélium[81]. Essentiellement une variante de la montgolfière auquel on a donné une forme aérodynamique au ballon doté d'une propulsion.

PropulsionModifier

La propulsion motoriséeModifier

Beaucoup de types de moteurs couplés à une hélice ont déjà été essayés sur les dirigeables.
Généralement, on installe un nombre pair de moteurs afin de ne pas subir le couple de giration des hélices et des moteurs. Le Zepplin NT utilise trois moteurs dont un orientable en lacet pour offrir plus de manoeuvrabilité.

De nos jours, la propulsion avec moteurs électriques est à l'étude.

La propulsion humaineModifier

La propulsion humaine fut utilisée à plusieurs reprises à bord de ballon dirigeable de petite taille.

En 1986, Luc Geiser et son père construisent le Zeppy, il s'agit d'un dirigeable à propulsion humaine.

En 2018, Stephane Belgrand Rousson réalise un vol libre de 20 minutes à Villefranche sur mer avec un Zeppy[82],[83].

La propulsion VéliqueModifier

Les dirigeables Zeppy 2 et 3, Lithium-1000 et l’Aérosail rentrent dans la catégorie des voiliers des airs en utilisant la technologie du « chien de mer » de Didier Costes. Ils utilisent la force du vent comme moyen de propulsion[84].

Sources d'energiesModifier

la grande surface des ballons permet de positionner des panneaux solaires sur l'enveloppe pour alimenter diverses servitudes.

Avantages et défautsModifier

AvantagesModifier

Les qualités du dirigeable sont :

  • mode de transport écologique (meilleur rapport « masse transportée / consommation de carburant)
  • capacité de rester dans le ciel très longtemps et de manière silencieuse par beau temps.

DéfautsModifier

  • une forte prise au vent du fait d'un volume important, ce qui le rend très vulnérable par mauvais temps ou lors de rafales de vent ; actuellement, au delà d'un vent de 20 nœuds (37 km/h), le dirigeable n'est pas manœuvrable ;
  • un risque de surcharge dû à la pluie, à la neige ou au givre.
  • un rapport « encombrement / volume de charge utile » très défavorable. On considère en effet qu'il faut 1 m3 d'hélium pour transporter 1 kg de charge ;

Dirigeables dans l'art la cultureModifier

Notes et référencesModifier

  1. (fr) La Manche en dirigeable à pédales : Stéphane Rousson en rêve toujours sur futura-sciences.com
  2. August Riedinger, Ballonfabrik Augsburg Gmbh, Meisenbach riffarth and co Munich, 162 p., p. 28
  3. a b c et d Courtlandt Canby, Histoire de l'Aéronautique, Éditions Rencontre and Erik Nitsche International, 1962
  4. Jane's Encyclopedia of Aviation, compilé et édité par Michael J.H. Taylor, New York, Portand House, 1989
  5. L'aérostat dirigeable électrique
  6. L'aérostat électrique à hélice de MM Tissandier frères
  7. LES PILES LÉGÈRES (piles chlorochromiques) DU BALLON DIRIGEABLE "LA FRANCE"", par le commandant Renard [1].
  8. 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.
  9. Voir à ce sujet l'article Stabilité aéronautique et sa section Dirigeable.
  10. Félix Fénéon, Nouvelles en trois lignes, 1906, éditeur Libella, collection Libretto, 162 pages, Paris, 2019 (ISBN 978-2-36914-446-5), p.130.
  11. 1910 - Dirigeable Clément-Bayard II (France) users.skynet.be
  12. a b et c Peter W Brooks, Zeppelin : Rigid Airships 1893-1940. Smithsonian Institution Press, Washington, DC (1992). (ISBN 1-56098-228-4).
  13. a et b "Hydrogène" s'utilise souvent en substitution (Synecdoque), dans les ouvrages de vulgarisation, dans les expressions courantes.
  14. Voir articles dans l'Illustration no 4450 et 4451 de juin 1928 avec des photos de l'hydravion Latham et de l'embarquement d'Amundsen et de Dietrichson
  15. a et b Franck Ferrand, Le règne des dirigeables, émission « Au cœur de l'histoire » sur Europe 1, 18 avril 2011
  16. (en) « ZPG-3W | United States blimp », sur Encyclopedia Britannica (consulté le )
  17. (en-US) « Home - Voliris », sur Voliris (consulté le )
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  19. Andreas, « Airshipworld Blog: Zeppelin NT prototype damaged - while moored [5th update] », sur Airshipworld Blog, (consulté le )
  20. Philippe Chapleau, « "US Airships": 15 programmes en 5 ans et 7 milliards de dollars plus tard », sur Ouest-France, (consulté le )
  21. a et b Un nouveau souffle dans le ballon, Libération, 21 septembre 2014
  22. « 2018 : l’envol du dirigeable Made in france », sur Capital.fr, (consulté le )
  23. « Dirigeables | Safecluster » (consulté le )
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  27. Voir détails de la compétition sur le site de l'organisation worldskyrace.com
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  78. Cet air environnant est entraîné à la vitesse du vent météo par rapport au sol.
  79. Les voiliers des airs devraient théoriquement tomber dans cette catégorie (du fait de la nécessité de créer la portance horizontale que nécessite leur propulsion) si leur enveloppe n'avait pas également une fonction plus généraliste.
  80. a et b (en) Honglian Zhai et Anthony Euler, « Material Challenges for Lighter-Than-Air Systems in High Altitude Applications », sur tcomlp.com,
  81. Pour porter 1 kg, il faut approximativement 1 m3 d'hélium ou le double d'air chaud (Source Aerogaia)
  82. « C’est quoi ce ballon dirigeable à pédales au-dessus de la Méditerranée? », sur www.20minutes.fr (consulté le )
  83. (en) Reuters Editorial, « INSIGHT: Balloonist tests out his pedal-powered airship | Reuters Video », sur www.reuters.com (consulté le )
  84. « L’ « Aérosail », le navire des airs de Stéphane Rousson, ou comment relancer le dirigeable | Seableue », sur www.seableue.fr (consulté le )

AnnexesModifier

BibliographieModifier

Articles connexesModifier

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Liens externesModifier