Éléments gazeux utilisés dans les ballons

Un ballon est un conteneur élastique qui maintient sa forme grâce à la surpression d'un gaz de gonflage. Selon le type de gaz et le poids du ballon, celui-ci peut être plus lourd, égal ou plus léger que l'air.

Depuis le premier vol habité en ballon par les frères Montgolfier en 1783, divers éléments gazeux ont été utilisés pour gonfler des ballons de tous types et tailles. Aujourd'hui, trois gaz élémentaires dominent l'aérostation : l'air (un mélange d'oxygène et d'azote), l'hélium et l'hydrogène.

L'air

Pour que l'air puisse soulever un ballon, il doit être plus chaud que l'atmosphère environnante. Le ballon original des frères Montgolfier était à air chaud. En observant une cendre s'élever d'un feu, ils ont correctement déduit qu'elle était portée vers le haut par l'air chaud du feu.

Aujourd'hui, les ballons à air chaud utilisent des brûleurs au propane sous une enveloppe pour chauffer l'air à l'intérieur du ballon à plus de 150 °F (65 °C). La régulation des brûleurs permet au ballon de s'élever, de flotter avec les courants d'air, puis de redescendre à mesure que l'air chaud se refroidit ou est évacué.

L'hydrogène

L'hydrogène est un élément très volatil, la substance la plus légère de l'univers. Sa production implique la séparation électrolytique des éléments composant l'eau pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène libres. L'hydrogène s'élève alors au-dessus de l'oxygène et est collecté dans un conteneur séparé.

Bien que des incendies d'hydrogène aient causé de nombreux accidents spectaculaires en aérostation au fil des siècles, ce gaz est encore utilisé aujourd'hui non seulement pour les ballons libres, mais aussi pour les ballons météorologiques jetables. Comme l'hydrogène n'est inflammable que lorsqu'il est contaminé par l'air, les aérostiers prennent grand soin de maintenir l'hydrogène pur dans leurs enveloppes pendant le gonflage et le vol.

L'hydrogène étant relativement peu coûteux, il est facile à remplacer lorsqu'il est évacué. Lorsqu'un aérostier souhaite descendre, il évacue l'hydrogène et le ballon perd de la portance. À l'atterrissage, l'aérostier ouvre un grand panneau de déchirure et tout l'hydrogène s'échappe.

L'hélium

Aujourd'hui, tous les dirigeables habités (blimps) et la plupart des ballons libres utilisent l'hélium. L'hélium est un gaz de portance plus cher que l'hydrogène, car il est moins abondant. Cependant, il a l'avantage d'être complètement inerte : il ne brûle pas et ne corrode aucun autre matériau.

L'US Navy a commencé à faire voler des dirigeables remplis d'hélium dans les années 1920 ; depuis, tous les dirigeables aux États-Unis ont volé exclusivement à l'hélium. Le coût de l'hélium représente une part significative des dépenses d'exploitation des dirigeables. Pour cette raison, les opérateurs de dirigeables évitent d'évacuer le gaz autant que possible.