Une montgolfière vole pour une seule raison : l'air à l'intérieur de l'enveloppe est plus chaud, et donc plus léger, que l'air à l'extérieur. L'air frais et plus dense qui entoure la montgolfière s'abaisse et pousse l'enveloppe plus légère vers le haut, de la même manière que l'eau pousse un bouchon immergé vers la surface. Archimède a formulé cette règle il y a plus de 2 200 ans : tout ce qui est immergé dans un fluide est poussé vers le haut par une force égale au poids du fluide qu'il déplace. Une montgolfière est un navire, et l'océan dans lequel elle flotte est l'atmosphère.
L'air chaud est un air raréfié
Lorsque l'air est chauffé, ses molécules accélèrent, se dispersent et occupent plus de volume. Comme l'enveloppe est ouverte en bas, l'excès d'air s'échappe simplement, et l'air qui reste à l'intérieur est moins lourd. À des températures normales, un mètre cube d'air pèse environ 1,2 kilogrammes. Si tu le chauffes à environ 100 °C, environ un cinquième de cette masse s'échappe de l'enveloppe.
Le poids de l'air qui s'est échappé représente la quantité de charge que tu peux emporter. Tout ce que la montgolfière transporte, le tissu, la nacelle, le carburant, le pilote et toi, doit peser moins que cet air qui a disparu.
Les calculs pour un vol transportant quatre passagers
Voici le seul calcul dont tu as besoin. L'air chauffé à environ 100 °C soulève environ 250 à 300 grammes par mètre cube, selon le jour. Maintenant, additionne une charge typique : quatre passagers et un pilote (environ 400 kg), <0>de la nacelle, les brûleurs et les réservoirs de carburant pleins (peut-être 250 kg), plus environ 200 kg de tissu et de ruban pour l'enveloppe. Appelons cela 850 à 900 kg. À 270 grammes par mètre cube, tu as besoin de bien plus de 3 000 mètres cubes d'air chauffé, et c'est exactement pour cela que les <0>montgolfières pour quatre personnes ont un volume de 3 000 à 4 000 mètres cubes. Si tu doubles la charge utile, tu as besoin d'environ deux fois plus de volume pour l'enveloppe.
Pourquoi les matinées fraîches sont meilleures que les après-midis chauds
La portance provient de la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur, et seule une partie de cette différence est réglable. L'enveloppe a une limite de température : les pilotes maintiennent le tissu en dessous d'environ 120 °C, car le nylon chaud vieillit rapidement (voir la durée de vie d'une enveloppe de montgolfière).
L'air extérieur, c'est une autre histoire. Par une aube d'hiver à 0 °C, une enveloppe à 100 °C bénéficie d'un écart de cent degrés entiers et chaque mètre cube tire fort. Par un après-midi à 35 °C, la même enveloppe offre beaucoup moins de portance, et le ballon doit emporter moins de passagers ou moins de carburant. C'est pour cela, en plus d'un air plus calme, que les vols partent aux premières lueurs : plus de détails dans le meilleur moment pour voler.
Jusqu'où peut-on monter ?
La plupart des vols en montgolfière se déroulent entre 150 et 600 mètres au-dessus du sol, une altitude suffisamment basse pour entendre les chiens aboyer et sentir l'odeur de l'herbe fraîchement coupée. La physique ne s'arrête pas là, mais l'air se raréfie avec l'altitude, donc chaque mètre cube de l'enveloppe soulève moins, et la nacelle des montgolfières est ouverte sur le ciel, sans pressurisation, sans chauffage et sans alimentation en oxygène. Les pilotes restent à basse altitude car c'est là que l'air est le plus dense et que la vue est la plus belle.
La limite extrême n'en reste pas moins remarquable. En 2005, l'aviateur indien Vijaypat Singhania est monté dans une capsule pressurisée suspendue sous une énorme enveloppe jusqu'à 21 027 mètres, soit environ 21 kilomètres d'altitude, un record d'altitude en montgolfière qui tient toujours. Son histoire, et d'autres, se trouvent sur notre page records et aventures.
Vole quand la physique t'aide
Le calme, la clarté et la fraîcheur sont toujours préférables à la chaleur et aux turbulences. Trouve la période de l'année et l'heure qui offrent le meilleur rendement et les conditions de vol les plus stables.
FAQ sur les montgolfières
Quelle est la température de l'air à l'intérieur d'une montgolfière ?
Généralement, la température se situe entre 90 et 110 °C en vol, et elle est ajustée pour chaque vol. Les pilotes veillent à ce que l'enveloppe ne dépasse pas environ 120 °C pour protéger le nylon. Ainsi, les jours chauds, une montgolfière peut moins de charge et transporte des charges plus légères.
Pourquoi une montgolfière ne peut-elle pas continuer à monter indéfiniment ?
L'air devient moins dense avec l'altitude, donc chaque mètre cube de l'enveloppe déplace moins de poids et génère moins de portance, tandis que la température de l'enveloppe reste limitée. À une certaine altitude, la portance égale le poids et la montée s'arrête d'elle-même.
Est-ce que les passagers ont besoin d'oxygène dans une montgolfière ?
Ce n'est pas le cas lors de vols ordinaires. Les vols touristiques se font à quelques centaines de mètres, voire un couple de milliers de mètres au-dessus du sol, bien en dessous des altitudes où l'oxygène supplémentaire devient nécessaire. Seules les tentatives de records et les traversées de montagnes nécessitent l'utilisation d'oxygène ou de capsules pressurisées.
Est-ce qu'une montgolfière en vol pèse moins qu'une montgolfière au sol ?
Non. La montgolfière, son air chaud et ses passagers pèsent exactement la même chose en vol. Elle s'élève parce que l'air plus froid qu'elle déplace est plus lourd que l'ensemble, donc l'atmosphère la pousse vers le haut, tout comme l'eau fait flotter un navire.