La montgolfière est un aérostat composé d'une nacelle surmonté d'une enveloppe légère et dont la sustentation est assurée par l'air chauffé qu'elle enferme, selon la force de la poussée d'Archimède. Le maintien de la température de l'air nécessite l'emport d'un carburant et d'un brûleur.

Une montgolfière.

Histoire

Le 1 vol habité à la Folie Titon, le 19 octobre 1783

Manifestation aérostatique faite à Lille par Jean-Pierre Blanchard le 26 août 1785

La traversée de la Manche par Jean-Pierre Blanchard en 1785

Si l'on excepte le prétendu vol de Furvin Kriakutnoi effectué en 1731, il est généralement admis que la montgolfière a été inventée par les frères Montgolfier, Joseph-Michel et Jacques-Étienne, en 1782. Mais en fait ils furent précédés par les démonstrations du prêtre brésilien Bartolomeu Lourenço de Gusmão, qui a fait voler des petits ballons à air chaud en août 1709, au Portugal (lien à établir entre la lanterne céleste chinoise qui fut utilisée depuis le III siècle av. J.-C. et l'expérience du prêtre).

Le premier vol officiel de leur ballon à air chaud a été expérimenté place des Cordeliers à Annonay le 4 juin 1783. Le 19 septembre de la même année, un coq, un mouton et un canard firent l'expérience du premier vol habité à Versailles devant le roi Louis XVI, leur ballon s'est envolé jusqu'à 480 mètres. Le 19 octobre à la Folie Titon, aujourd'hui située rue de Montreuil à Paris, à l'époque encore bourg de Saint-Antoine, le premier vol humain eut lieu, effectué par Jean-Baptiste Réveillon, Jean-François Pilâtre de Rozier et Giroud de Villette. Le ballon est alors captif, c'est-à-dire relié au sol par un cordage (plus tard un câble métallique).

Le 21 novembre 1783, Jean-François Pilâtre de Rozier et le marquis d'Arlandes firent un second vol, qui fut commémoré plus officiellement comme étant le premier. Jean-François Pilâtre de Rozier perdit la vie quelque temps plus tard lorsque sa rozière, aérostat hybride constitué d'un ballon à gaz enfermé dans une enveloppe de montgolfière (la chaleur du foyer dilate le gaz et évite ainsi l'emport de lest), prit feu et chuta.

La première femme à voler fut Élisabeth Thible, le 4 juin 1784 à Lyon.

Le 6 août 1784, à Rodez (Aveyron), a lieu le 4ème vol humain avec la montgolfière "ville de Rodez". A son bord deux hommes, Charles Carnus et Louis Louchet.

L'histoire des premiers vols en montgolfière est aussi l'histoire d'une exploration scientifique. Faire s'élever le ballon est une chose, savoir pourquoi il vole en était une autre. Le Journal de Paris en 1784 rapporte plusieurs témoignages d'expériences qui montrent cette incompréhension. Le « mystère » ne semble commencer à se dissiper qu'à la mi-juin 1784 :

« (...) nous avons même annoncé, dans la première partie de notre procès-verbal qui est imprimée, une conjecture de notre confrère M. le P. de Virly, qu'il ne serait peut-être pas impossible de faire un Ballon qui, rempli aux trois quarts d'air commun, s'élevât par la seule raréfaction occasionnée par la chaleur du soleil ; nous ne nous attendions pas à en voir aussitôt la vérification la plus complète (sic). »

— Extrait d'une lettre de M. de Morveau, Dijon, 1 juin 1784, Journal de Paris, 13 juin 1784, n 165, p. 712.

Après des débuts prometteurs, les montgolfières vont être supplantées par les charlières, les ballons à gaz, dont le premier s'est envolé le 1 décembre 1783 avec à son bord l'inventeur même du ballon le physicien Charles et les frères Robert. Surtout quand l'hydrogène, coûteux et difficile à préparer, pourra être remplacé par du gaz d'éclairage bon marché.

Les montgolfières étaient délicates à mettre en œuvre avec le foyer qu'il fallait alimenter sans mettre le feu au ballon, avec des escarbilles ou un ballot de paille à moitié consumé.

Pendant la période de déclin, les ballons n'étaient pas équipés de foyer, ils étaient gonflés à bloc au sol puis on lâchait tout. La montgolfière s'élevait très rapidement pour un vol d'une dizaine de minutes.

À la fin des années 1950, l'utilisation d'une fibre synthétique pour l'enveloppe (le nylon), et d'un gaz de pétrole liquéfié (le propane) comme carburant, allaient relancer la montgolfière, en permettant un usage souple et sécurisé. Les premières montgolfières ainsi modernisées volent d'abord aux États-Unis. Elles arrivent en France en 1972.

Il existe chaque année en juin, une fête de la montgolfière qui se déroule à Annonay, lieu de création, mise au point et premier décollage de l'appareil des frères Montgolfier.

Technique

Une montgolfière moderne est constituée de trois éléments principaux : l'enveloppe, le brûleur relié aux réservoirs de carburant (du propane en phase liquide) et la nacelle.

Intérieur d'un ballon.

L'enveloppe

Les frères Montgolfier avaient conçu leurs premières montgolfières en papier et en tissu (taffetas de soie), aujourd'hui l'enveloppe est constituée d'un tissu (généralement nylon ou polyester) enduit (polyuréthane, silicone...) destiné à le protéger des rayons ultraviolets et réduire le taux de fuite de l'air chaud. Le dessin de l'enveloppe peut être lisse ou lobée. Dans les deux cas, l'enveloppe est constituée de fuseaux qui sont cousus ensemble. La forme des fuseaux change selon le type de ballon désiré.

Le volume peut varier de 250 m, pour emmener une personne seule dans des conditions météorologiques très favorables, à plus de 24 000 m pour les plus grandes permettant l'emport de 45 personnes.

La diminution de température par arrêt d'alimentation en air chaud suffit à atterrir quand il y a peu de vent. Les ballons sont également équipés de systèmes permettant de les vider très vite. Il existe trois types de systèmes de dégonflement, deux réversibles et un définitif :

les systèmes réversibles : la soupape circulaire dans la partie supérieure de l'enveloppe qui est accrochée avant le gonflement grâce à des velcros ; le pilote peut l'ouvrir depuis la nacelle, en l'air, pour libérer de l'air chaud en vue de mettre le ballon en descente ; la pression interne permet à la soupape de se remettre en place dès que la corde d'ouverture est relâchée ; le dégonflement rapide ; en réalité c'est un dérivé du premier qui permet d'actionner cette même soupape et de la transformer en un cône permettant de libérer l'air beaucoup plus rapidement. La soupape revient en place en actionnant une autre corde. Ce système ne doit être utilisé qu'à l'atterrissage (cas typique : par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol) ;

la soupape circulaire dans la partie supérieure de l'enveloppe qui est accrochée avant le gonflement grâce à des velcros ; le pilote peut l'ouvrir depuis la nacelle, en l'air, pour libérer de l'air chaud en vue de mettre le ballon en descente ; la pression interne permet à la soupape de se remettre en place dès que la corde d'ouverture est relâchée ;

le dégonflement rapide ; en réalité c'est un dérivé du premier qui permet d'actionner cette même soupape et de la transformer en un cône permettant de libérer l'air beaucoup plus rapidement. La soupape revient en place en actionnant une autre corde. Ce système ne doit être utilisé qu'à l'atterrissage (cas typique : par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol) ;

le système non réversible : il permet d'ouvrir une grande zone d'évacuation de l'air chaud, à proximité du sommet du ballon (triangle, zone circulaire, rectangulaire, etc.). Ce système non réversible doit être réarmé lorsque l'enveloppe est au sol (lors de la préparation du gonflement). Le pilote l'actionne au moyen d'une corde de commande lors de l'atterrissage.

Le brûleur

Chauffage de l'air dans le ballon. En bas à gauche, le ventilateur propulse l'air chaud plus rapidement.

Il est arrimé à la nacelle par quatre cannes qui le supportent et il se situe sous la « bouche » de l'enveloppe en délivrant une longue flamme (3 à 6 m). Il peut être simple ou, plus généralement, double. Le double brûleur permet une plus grande réactivité du ballon car le pilote dispose, lorsqu'il peut en avoir besoin, d'une double puissance de chauffe (ascension plus rapide).

Nacelle de montgolfière

Le propane à l'état liquide est contenu dans des bouteilles cylindriques en aluminium (ou acier, plus lourd ; ou encore en titane, plus léger mais très fragile et coûteux), placées dans la nacelle. Il alimente le brûleur à travers des tuyaux en caoutchouc (grâce à la pression du gaz) où il se vaporise dans un serpentin de détente. Le mélange air-propane est enflammé par une veilleuse continue. La longue flamme, juste sous l'ouverture de l'enveloppe, réchauffe l'air contenu dans le ballon, ce qui permet son ascension.

La nacelle

Elle est principalement en osier ou en rotin, avec bien souvent un plancher en contreplaqué. Beaucoup d'autres matériaux ont été utilisés, mais on est toujours revenu à ces matériaux naturels, qui offrent une souplesse indispensable, surtout lors d'atterrissages un peu sportifs. Pour embarquer 3 personnes et les bouteilles, la dimension classique est 1,15 m de hauteur, 1,20 m de longueur sur 1,10 m de largeur.

Technique de vol

Cette image thermique montre le gonflement d'une montgolfière par de l'air chauffé à l'aide d'un brûleur : l'air chaud s'élève

Les montgolfières exploitent d'une part le principe d'Archimède et, d'autre part, la caractéristique des gaz selon laquelle le produit de la pression du gaz par son volume est toujours proportionnel à sa température. Ce deuxième principe est décrit par l'équation d'état des gaz parfaits.

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 : donc, à pression constante, l'air chaud prend plus de place pour le même poids, ou pèse moins lourd pour le même volume que l'air froid. On peut vérifier ce phénomène, dans une pièce calme, en plaçant un thermomètre au sol et un autre au plafond. On constate ainsi qu'il y a une légère différence de température et que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol.

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 cet air, le poids de l'ensemble diminue et le ballon peut « flotter dans l'air », car le poids va devenir inférieur à la poussée d'Archimède qui est une force constante et dirigée vers le haut (poids de l'air déplacé).

La pression atmosphérique diminuant avec l'altitude (d'environ 1 hPa par 28 pieds au niveau de la mer, soit environ 1 mbar par 8,53 m), la masse de l'air déplacé par le ballon se réduit avec l'élévation du ballon. Le point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air déplacé. De l'air s'échappe de l'enveloppe du ballon lorsque la pression atmosphérique diminue : le ballon est dit « ouvert » (donc non pressurisé).

Rassemblement au col des Saisies en 2005

Utilisation

Militaire

Observateur durant la Première Guerre mondiale (1918).

La première utilisation militaire se fit pendant la bataille de Fleurus avec l’Entreprenant qui permettait d'observer le déploiement ennemi. Il n'y aura pas d'autres utilisations avant la guerre de Sécession.

Durant la Première Guerre mondiale un usage intensif en est fait pour les réglages d'artillerie et ils seront en compétition avec l'aviation encore à ses débuts.

La Deuxième Guerre mondiale marque la fin de ce type d'usage, ils seront plutôt défensifs, pour gêner les mouvements de l'aviation.

Loisirs

Plaque commémorative du vol en montgolfière de 1969 à l'aérodrome de Temploux, (Belgique).

Des sociétés commerciales ayant la licence de transport proposent de brèves excursions en montgolfière, généralement autour d'une heure de vol. Il s'agit d'un loisir assez onéreux.

Voler à titre autonome est un petit investissement puisque, outre l'acquisition du ballon et l'obtention du brevet d'aérostier, une remorque (ou une camionnette) est indispensable pour transporter à la fois l'enveloppe repliée dans un gros sac, la nacelle et ses brûleurs, les bouteilles de propane et au moins un ventilateur autonome puissant. Après l'atterrissage, le même véhicule doit aller récupérer la montgolfière, le pilote ainsi que ses passagers éventuels.

La plus grosse montgolfière au monde peut transporter 36 passagers.

Il est aussi possible d'acquérir sa propre montgolfière, neuve ou d'occasion, seul(e) ou à plusieurs, avec ses fonds propres ou à l'aide d'un commanditaire, les ballons offrant une importante surface, souvent exploitée par les publicitaires.

Une alternative est de pratiquer l'autoconstruction en réalisant soi-même son ballon, pour une somme bien inférieure aux prix du marché, mais en contrepartie d'environ 200 heures de travail.

Littérature

Cinq semaines en ballon, de Jules Verne.

Cinq semaines en ballon, de Jules Verne, raconte l'histoire d'un inventeur qui entreprend de traverser le continent africain (alors partiellement inexploré) au moyen d'un ballon gonflé à l'hydrogène. Samuel Fergusson, héros du roman, a en effet inventé un dispositif qui, en lui évitant de perdre du gaz ou de devoir jeter du lest pour régler son altitude, autorise de plus longs voyages.

Les Vingt-et-un Ballons (The Twenty-One Balloons) de William Pène du Bois raconte l'histoire d'un scientifique de San Francisco qui entreprend un voyage autour du monde en montgolfière en 1883. Des oiseaux percent son ballon et il chute dans les eaux de l'archipel du Krakatoa. Alors qu'il nage vers la côte, il aperçoit un village de 80 habitants. Ils forment une société secrète qui s'enrichit en extrayant des diamants des mines du volcan. Lorsqu'il explose le 27 août 1883, les 81 personnes s'entassent sur une plateforme accrochée à 20 montgolfières et survolent le monde, avant de sauter en parachute. Ce roman a obtenu la médaille Newbery en 1948.

Louis-Ferdinand Céline décrit dans Mort à crédit les derniers soubresauts du plus léger que l'air : il est l'assistant d'un inventeur qui tente de gagner sa vie avec des démonstrations de montgolfières, alors que la mode est passée aux premiers aéroplanes.

气球（英语：balloon）是航空器的一种，它配备有用来填充气体的袋状物，当充入气体的密度小于其周围的环境的气体密度，且由此压力差产生的静浮力大于气球本身与其搭载物的重量时气球就可浮升。气球作为一种交通工具可用来运载观测仪器和乘客，只装载设备的无载人气球经常用于对高空大气环境的科学研究，有时也用于测定宇宙射线。

历史

孔明灯、天灯。 西元1786年的热汽球。 热气球由中国人发明，称为天灯，约在公元2世纪或3世纪被发明，被用来传递军事信号。知名学者李约瑟也指出，1241年蒙古人曾经在李格尼兹（Liegnitz）战役中使用过龙形天灯传递信号。而欧洲人至1783年才向空中释放第一个内充热空气的气球。 18世纪，法国造纸商孟格菲兄弟在欧洲重新发明了热气球。他们受碎纸屑在火炉中不断升起的启发，用纸袋把热气聚集起来做实验，使纸袋能够随着气流不断上升。1783年****，孟格菲兄弟在里昂安诺内广场做公开表演，一个圆周为110英尺的模拟气球升起，飘然飞行了1.5英里。同年9月19日，在巴黎凡尔赛宫前，孟格菲兄弟为国王、王后、宫庭大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演。同年11月21日下午，孟格菲兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次载人空中航行，热气球飞行了25分钟，在飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近。这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行早了整整120年。在充气气球方面，法国的罗伯特兄弟是最先乘充满氢气的气球飞上天空的。 第二次世界大战以后，高科技使球皮材料以及致热燃料得到普及，热气球成为不受地点约束、操作简单而方便的公众体育项目。1978年8月11日至17日，「双鹰3号」成功飞越了大西洋，而在1981年它又成功跨越太平洋。1980年代西方的热气球被引入中国。1982年美国著名刊物《福布斯》杂志创始人福布斯先生驾驶热气球、摩托车旅游来到中国，自延安到北京，完成了驾球飞临世界每个国家的愿望。 今天，热气球作为一个体育项目正日趋普及，它曾创造上升34668公尺高的记录。 图中显示了早期的热气球样貌

原理

作为航空器的气球可分为热气球和充气气球两类。两者原理相同，即使气囊内的气体密度小于气囊外的空气密度，借此产生浮力；当浮力大于气球及负载的物体两者合起来之总重量时，气球就可以向上飞行。 更仔细的来看，热气球是借由：「调控热气球上的加热器，以调整气囊中的空气温度，从而达到控制气球升降的目的。」当气囊内的空气温度愈高时，气囊内气体的密度就愈小，便能产生更大的向上浮力，让热气球向上飞行；当气囊内的空气温度渐渐降低时，气囊内气体的密度就渐渐变大，浮力渐渐变小，若浮力渐渐小于热气球及其上负载物的总重量时，滞留于空中的热气球，便会因所受的向下重力，渐渐大于向上的浮力，而缓缓降落。 飞行用的充气气球借由调整气囊内的外界空气比例，改变气囊内气体密度，来控制气球升降；必要的时候，还可采用抛弃压舱物的方法，减轻气球的载重，让气球获得更多向上的力量，而不致下降。 安全问题 热气球慢起慢落，一般相信是安全的，除非超载。但加热器与其发送气体燃料的管线仍需定时保养，并告知游客与相关操作人员避免拉扯管线，以避免发生气体燃料泄漏。

结构

材质

常见的热气球材质有橡胶、牛津布。