Pourquoi mettre du gaz dans le ballon d'un dirigeable?

[inviteb198c4b5]

Hello !
J'anime des ateliers auprès de jeunes ados et samedi dernier, l'un d'eux m'a posé la question "pourquoi mettre du gaz dans le ballon d'un dirigeable et pas du vide?"
Effectivement, il m'a posé une colle je dois dire.

Je précise; je connais le principe d’Archimède en sois, je sais que le but est de faire en sorte que le poids total du dirigeable, (incluant le gaz du ballon) soit inférieur au poids de l'air du même volume.
Pour ce faire on utilise de L'hélium (et autrefois de l’hydrogène, mais ça fait trop kaboom), chose que j'ai expliqué aux jeunes (ils ont 10 a 12 ans, donc je ne peut pas me permettre d'aller dans de l'ultra technique non plus. Et pour être honnête, je pense pas être qualifié haha)

Du coup, après avoir expliqué basiquement que l'on utilise du gaz plus léger que l'air permet de réduire la masse volumique du ballon, et donc, via la poussée d’Archimède, de "soulever" ce dernier, est venu la fameuse question "pourquoi mettre du gaz dans le ballon? le vide serait pas plus léger?".

Sur le coup, j'avoue que j'ai pas su répondre;
De but en blanc, j'aurais dis pour un soucis de pression équilibrée entre l'intérieure et l'extérieur du ballon, mais l'air ambiant étant autour de 1 bar (en fonction des altitudes, températures etc, certes), je me dis que créer un ballon semi rigide qui peu encaisser 1 bar sur sa surface extérieure, ça doit pas être si sorcier, même à poids/prix raisonnable, si?

J'ai aussi pensé à un soucis pour ce qui est de créer le vide en question. Si c'est pas ultra compliqué de s'en approcher pour de petits volumes, ramené à des dizaines, voir centaines de m cubes d'air, ça doit être un sacré défi, mais je doute que cela soit impossible?

Bref, j'ai été collé par un jeune homme de 11 ans, que je revois samedi, et j'apprécierais si un esprit plus scientifique que le miens pouvait m'apporter une réponse haha (je demande pas forcement une réponse formatée pour un ado de 11 ans, je cherche surtout à comprendre moi même, je me débrouillerais pour transmettre ça au mieux ^^)

Merci à vous <3
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[coussin]

je me dis que créer un ballon semi rigide qui peu encaisser 1 bar sur sa surface extérieure, ça doit pas être si sorcier, même à poids/prix raisonnable, si?
J'ai aussi pensé à un soucis pour ce qui est de créer le vide en question. Si c'est pas ultra compliqué de s'en approcher pour de petits volumes, ramené à des dizaines, voir centaines de m cubes d'air, ça doit être un sacré défi, mais je doute que cela soit impossible?

Vous répondez vous-même à votre question...
Construire une structure capable de résister à la pression atmosphérique et pouvoir faire le vide (même pas poussé) dans une telle structure, bah c'est difficile technologiquement. Bien plus difficile que de remplir d'hélium.
Surtout que si la structure doit être rigide, elle sera probablement plus lourde. Je ne sais même pas si c'est en fait possible...

[inviteb198c4b5]

Désolé du double post le message du forum m'indique qu'il est pas possible d'éditer un message après 5 minutes Je souhaitais rajouter ;

PS: j'ai vu sur le forum plusieurs post, notamment celui ci ; http://forums.futura-sciences.com/as...le-a-vide.html, mais au final, la réponse n'est pas tout à fait apportée, on parles de contrainte poids - masse, des personnes semblent s'accorder à dire que pour de très grosses nefs, c'est plausible. Entre temps il y a eu plein de projets "importants" (beaucoup relayés par FS d'ailleurs) de Nefs gigantesques, et je présume que ça a du agiter pas mal d'esprits sur la thématique du gaz, ou de son absence, mais je n'ai rien trouvé de probant :/
Par exemple, si le ballon était cylindrique, et que seul les deux anneaux externes + quelques tiges métalliques pour la longueur, cela n'offrirait pas un ratio résistance / poids acceptable selon les matériaux? J'avais très envie de citer le carbone, mais je me doute que ca reviendrais a une carcasse de plusieurs millions d'euros (si c'est pas plus), mais il y a sans doute d'autres matériaux rigides, solides, et légers?

[inviteb198c4b5]

Ahh merci Coussin, c'était donc pas aussi con que je le pensais mon raisonnement xD

Effectivement, sur de vieux postes sur le web ( 2002) je voyais cet argument, entre temps il y a eu tant de bonds technologiques que je me demandais si cet état de fait était encore la raison plausible ^^

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Peut-être est-ce possible technologiquement si une équipe d'ingénieurs y passe du temps (je suis sûr qu'on peut discuter sans fin, ici, de la faisabilité). Mais ce sera une "curiosité" extrêmement chère. Pas du tout rentable.

[inviteb198c4b5]

D'ac, merci beaucoup pour la réponse / confirmation apportée du coup !

[obi76]

Surtout qu'à la moindre faiblesse structurelle, j'imagine la violence de l'implosion...

[inviteb198c4b5]

Effectivement, j'avais pas pensé à ça non plus haha dans le cas d'un gaz léger de remplacement s'il y a une "petite" fuite, le gaz s’échappe lentement et le ballon descend plus ou moins vite mais pas forcément de façon catastrophique, alors que si c'est le vide à l'intérieur je présume que l'éclatement total est quasi instantané?

Bah en tout cas je suis content que cette question m'ait été posé, c'est toujours rafraichissant une question qui sort de la routine!

[Bluedeep]

En tout cas, chapeau au gamin de 11 ans pour sa réflexion.

[obi76]

Pour le vide il peut aussi y avoir des fuites, mais effectivement s'il y a un début d'implosion, ça ira très, très vite (vu les forces mises en jeu, on a quand meme 10N/cm²...). Rien que sur 1m² du ballon, ça fait déjà 100 kN (~ 10 tonnes f).

[inviteb198c4b5]

Oui Bluedeep, il a toujours des raisonnements et interrogations qui me laissent sur le cul pour son age, mais c'est assez rare qu'il me colle totalement sur un sujet haha

Outch en effet obi76 merci pour la mise en chiffres, un joli petit cocktail "implosif" pour le coup. Ça ou de l’hydrogène à l'ancienne remarquez...

En tout cas je prends note des valeurs, je connaissais la force d'un bar / cm², qui n'est pas négligeable mais du coup n'est pas vraiment alarmant, cela dit j'avoue ne pas avoir eu la présence d'esprit de ramener ça à une surface aussi grande, de suite ça mets en avant le risque potentiel du system !

[invite204b8442]

Sans parler de l'énergie nécessaire pour fabriquer un tel dirigeable rien que vider d'aire un mettre cubes ça reviendrais à soulever 10 tonnes à un mettre de hauteur
alors un dirigeable de seulement 200 mettre cubes il fraudais de quoi soulever 2 kilotonnes à un mettre de hauteur (environ 5 avion de lignes).

[obi76]

Ne jamais sous-estimer le vide

[inviteb198c4b5]

Effectivement, le vide, c'est pas rien ! *poupoumtchhh*

Rien a voir avec le sujet initial du coup, mais je serais curieux de savoir pourquoi il y a tant de développement dans les technologies dirigeables ces derniers temps, compte tenu que le vide semble exclu, que l’hydrogène est dangereux, et qu'on nous rabâche que l’hélium se raréfie sur notre petite planète toute percée de partout. A se demander pourquoi des millions s'investissent dans une technologie qui du coup semble peu viable sur la durée faute de "carburant" (pas sur que carburant soit le mot le plus adapté mais bref )

[invite204b8442]

Pour produire une poussé équivalente le volume du dirigeable remplie d'hélium doit être seulement multiplier par 1.174 = 1.2/(1.2-0.178) environ , donc les dimensions multiplier par 1.05 environ , cela ne sert à rien de multiplier le risque d'une gigantesque implosion pour seulement avoir un dirigeable seulement 1.05 fois plus petit .

[Bluedeep]

Effectivement, le vide, c'est pas rien ! *poupoumtchhh*

Rien a voir avec le sujet initial du coup, mais je serais curieux de savoir pourquoi il y a tant de développement dans les technologies dirigeables ces derniers temps, compte tenu que le vide semble exclu, que l’hydrogène est dangereux, et qu'on nous rabâche que l’hélium se raréfie sur notre petite planète toute percée de partout. A se demander pourquoi des millions s'investissent dans une technologie qui du coup semble peu viable sur la durée faute de "carburant"

N'exagérons pas : l'hélium se raréfie (enfin surtout son prix augmente .... beaucoup : pour un particulier il a presque triplé en 10 ans ), mais un dirigeable n'en consomme pas beaucoup une fois rempli.

C'est pas un matelas de plage : on le regonfle pas à chaque usage.

[invite204b8442]

Mais je crois plutôt que ce genre de dirigeable est prévu pour les très hautes altitudes là ou la pression diminue de manière conséquente .

[inviteb198c4b5]

Merci ChaosGenius, effectivement, la question était surtout théorique du coup, comme dit plus haut c'est un jeune ado qui me l'a posée et je la trouvais intéressante, (et accessoirement n'étais pas sur d'avoir la bonne réponse: p), du coup effectivement, c'est beaucoup de risque pour un gain quasi inexistant (voir une perte, si on considère le surpoids lié ensuite à la carcasse pour résister à la pression de l'air extérieur).

C'est sur Bluedeep, j'étais juste interpelé par le coter presque paradoxal de la démarche de ces entreprises. Même si on omet que l'humain ne sait pas consommer une ressource sans sur-consommer, (et donc que si le dirigeable deviens une alternative écolo - économe pour le fret, leur utilisation va exploser, au sens figuré, cette fois espérons) leur but est de proposer des vols rapide mais plus économique qu'un avion, or si le prix de l'hélium continue à grimper à se rythme, même en considérant qu'une toute petite partie de l'hélium est brulé, il va rapidement devenir léger leur avantage économique. -en tout cas ma réflexion concernant la viabilité de ces entreprises est totalement hors sujet et j'ose espérer que vu la quantité de fric et d'ingénieurs sur le projets ils ont déjà considéré ça.-

[Bluedeep]

Mais je crois plutôt que ce genre de dirigeable est prévu pour les très hautes altitudes là ou la pression diminue de manière conséquente .

??????

Quel intérêt un dirigeable de haute altitude ?

[invite204b8442]

A haute altitude l'hydrogène fait exploser les dirigeable .

[Bluedeep]

leur but est de proposer des vols rapide mais plus économique qu'un avion, or si le prix de l'hélium continue à grimper à se rythme, même en considérant qu'une toute petite partie de l'hélium est brulé, il va rapidement devenir léger leur avantage économique. -en tout cas ma réflexion concernant la viabilité de ces entreprises est totalement hors sujet et j'ose espérer que vu la quantité de fric et d'ingénieurs sur le projets ils ont déjà considéré ça.-

- Un dirigeable n'est pas rapide.
- L'helium ne brûle pas.
- Les réserves d'He prouvées sont de 50 milliards de m^3 environ.
- La consommation annuelle actuelle est de l'ordre de 200 millions de m^3.
- La relative pénurie d'He est plus un problème de production qu'un problème de réserve.
- Le pourcentage de conso que représenterait quelques très grands dirigeables est infime (pour fixer les idées , il faut en gros 1m^3 d'helium pour soulever 1kg).

[Bluedeep]

A haute altitude l'hydrogène fait exploser les dirigeable .

Tu racontes n'importe quoi.

[invite204b8442]

A haute altitude l'hydrogène fait exploser les dirigeable .

Et l'hélium aussi qui est à la pression atmosphérique .
Se serais le problème inverse l'explosion en haute altitude .

[Bluedeep]

Et l'hélium aussi qui est à la pression atmosphérique .
Se serais le problème inverse l'explosion en haute altitude .

Tu n'as visiblement aucune idée sur la façon dont se pilote un dirigeable et notamment la gestion du volume d'enveloppe pendant le vol; mais ça ne t'empêche pas d’émettre des absurdités.

[inviteb198c4b5]

-Les dirigeables "actuels" (ceux en développement du moins ) comme le ML866 de chez Aeros annoncent 220km/h tout de même ! alors oui, c'est environ 5x plus lent qu'un avion, mais beaucoup plus rapide qu'un bateau cargo, ou qu'un camion, et est un peu moins soumis aux aléas de la route (accident sur l'autoroute, vigilance des camionneurs, risques de vols durant les arrets, etc...).
-C'était un abus de langage que de parlé de brulé, le terme désignant un gaz qui s’échappe (et donc est perdu, puisque va se balader aux confins de notre atmosphère) m'ayant, lui aussi, échappé )
-un seul dirigeable comme le ML86X, de la firme Aeros lui aussi, est théoriquement conçu pour transporter 500 tonnes, soit si on garde votre estimation de 1kg / m^3 , autour de 500 000m^3 rien que pour la charge utile, sans compter le poids du dirigeable en lui même qui a mon avis est largement au dessus. Dit comme ça, ça ne représente qu'une fraction de la conso annuelle, mais multipliez le par le nombre possible de dirigeables qui seraient en circulation...
Les projets actuels étant très loin du ballon sonde qui soulève péniblement 50kg de matos, c'est tout sauf négligeable je trouve

[invite204b8442]

Tu n'as visiblement aucune idée sur la façon dont se pilote un dirigeable et notamment la gestion du volume d'enveloppe pendant le vol; mais ça ne t'empêche pas d’émettre des absurdités.

Désolé confusion avec les ballons sondes , mais à haute altitude la taille du dirigeable va augmenter de manière bien plus conséquente quand remplie avec de l'helium (donc le vide serais bien mieux) , puisque la masse volumique de l'air va diminuer .

[inviteb198c4b5]

Il me semble que l’hélium est évacué du ballon à mesure que l'on monte pour contrôler la montée et la pression / déformation du ballon. J'ai absolument aucune idée du procédé par lequel c'est fait cela dit mais il me semble avoir lu ça quelque part

[Bluedeep]

-Les dirigeables "actuels" (ceux en développement du moins ) comme le ML866 de chez Aeros annoncent 220km/h tout de même

On se rappellera qu'il n'est pas encore construit.

-C'était un abus de langage que de parlé de brulé, le terme désignant un gaz qui s’échappe (et donc est perdu, puisque va se balader aux confins de notre atmosphère) m'ayant, lui aussi, échappé )

Un principe intéressant sur les Aeros c'est que le pilotage d'enveloppe se fait sans lest ni largage de gaz : quand on veut diminuer la poussée, on pompe du gaz de l'enveloppe vers le réservoir et inversement pour l'augmenter.

Les seules consommation de gaz sont les fuites.

-un seul dirigeable comme le ML86X, de la firme Aeros lui aussi, est théoriquement conçu pour transporter 500 tonnes, soit si on garde votre estimation de 1kg / m^3 , autour de 500 000m^3 rien que pour la charge utile, sans compter le poids du dirigeable en lui même qui a mon avis est largement au dessus. Dit comme ça, ça ne représente qu'une fraction de la conso annuelle, mais multipliez le par le nombre possible de dirigeables qui seraient en circulation...

Le ML86X n'est qu'à l'état de projet.

Le ML866 mentionné plus haut est prévu lui pour 60t il me semble.

Et encore une fois, la consommation d'He est "one shot"; après il "suffit" de compenser les fuites.

[invite204b8442]

Un principe intéressant sur les Aeros c'est que le pilotage d'enveloppe se fait sans lest ni largage de gaz : quand on veut diminuer la poussée, on pompe du gaz de l'enveloppe vers le réservoir et inversement pour l'augmenter.

Tu dis n'importe quoi , là poussé d'Archimède dans ce cas là serai constante , tu veux dire que le gaz de l'enveloppe est remplacer par de l'air , mais que l'hélium est bien pompé vers les réservoirs , comme avec les ballastes de sous marins .

[Bluedeep]

Tu est ridicule , là poussé d'Archimède dans ce cas là serai constante , tu veux dire que le gaz de l'enveloppe est remplacer par de l'air , mais que l'hélium est bien pompé vers les réservoirs , comme avec les ballastes de sous marins .

Tu es absolument grotesque à poster sans réfléchir.

La poussée d'Archimède dépend du volume enveloppe. Les Aeros se pilotent comme des blimp, pas comme des Zeppelin.
Le volume d'enveloppe n'est pas constant.