dossier la montgolfiere

T.P.E :
LA MONTGOLFIERE
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Sommaire
1.
Introduction page 2
* Définition page 3
* Histoire
page 4
* Ouverture page 5
2.
Composition
page 6
* l'enveloppe page 7
* le bruleur page 8
* la nacelle
3.
4.
page 9
Technique de vol page 9
Aspect physique page 10
5.
Conclusion
bilan des forces page 11
réalisation
page 14
page 15
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La Montgolfière
Définition:
La montgolfière est un
aérostat dont la
sustentation est assurée par
l'air chauffée contenue
dans une enveloppe et
fonctionne sur le principe
de la poussée d'Archimède.
Après une étude
approfondie de la
montgolfière, c'est à dire
de sa structure et de sa
réalisation, nous avons
posé nos calculs et dessiné
nos plans, surmonté des
difficultés et finalement
réussi la construction de
notre propre montgolfière.
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Historique:
Il y a 200 ans, les frères Montgolfière Joseph et Étienne eurent l'idée
d'utiliser l'air chaud en observant la fumée s'élever au dessus du feu.
Les deux frères emprisonnèrent de l'air chaud dans un sac en soie qui
se souleva. Ils purent alors mettre en point leur ballon. Leurs premiers
essais furent informés à Louis XVI, les invités à faire une
démonstration devant la cour de Versailles. Le premier vol du ballon à
air chaud eut lieu le 19 Septembre 1783 avec les courageux pilotes: un
coq, un canard et un mouton. Le premier vol humain eut lieu le 15
Octobre 1783 avec un autre ballon où Montgolfière emporta son
premier passager humain: Jean- François Pilâte avec une altitude de
25m.
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Ouverture
Le vol en montgolfière est aujourd'hui un simple loisir aussi
utilisé dans l'industrie du tourisme (safari, baptême ...).
Néanmoins les ballons à gaz ont leur utilité dans les études
météorologiques (les ballons stratosphériques) et ont servit
dans le passé pour des missions de reconnaissance militaire
(avant l'avènement de l'aviation), en particulier pendant la
première Guerre Mondiale. Les dirigeables connaissent
aujourd'hui une ère nouvelle, ils permettent en particulier de
survoler des villes ou des sites sportifs avec des cameras
embarquées (Pour les jeux olympique par exemple). Alors
pourquoi ne pourrait-on ne pas imaginer un renouveau de la
montgolfière dans un futur proche ou l'écologie est un axe
primordial de notre développement durable ?
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Composition:
L'enveloppe :
Si les frères Montgolfier avaient conçu leurs premières montgolfières
en papier et en tissu de soie aujourd'hui l'enveloppe est constituée d'un
tissu généralement polyester 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 varie de 250 m3, pour emmener une personne seule dans
des conditions climatiques très favorables, à plus de 24 000 m3 pour
les plus grandes permettant l'emport de 45 personnes.
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Le brûleur :
Le brûleur est le moteur du ballon à air chaud. Il brûle
le propane (gaz) pour chauffer l'air dans l'enveloppe, ce
qui permet au ballon de voler. Le propane (gaz)
contenu dans les cylindres (bonbonnes) placés dans la
nacelle est sous pression et se présente à l'état liquide.
Sur commande de la vanne, le gaz traverse le serpentin
du brûleur. Il est ainsi réchauffé et sort par les gicleurs.
La veilleuse (petite flamme) allume alors le propane
pour chauffer l'air contenu dans l'enveloppe.
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La nacelle :
Elle est principalement en bois 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.
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Technique de vol :
A quoi sert-elle ?
La montgolfière sert à voler mais pas que ça, elle servait pour l'armée
à surveiller les positions d'ennemie et diriger les tirs d'artillerie. Les
militaires l'utilisaient aussi pour les bombardements aériens (1994 les
japonais envoyèrent plusieurs montgolfières aux États-Unis pour
bombarder les villes et les forêts. C'est le dernier bombardement par
aérostat.
Comment décoller ?
Tout d'abord il faut choisir un terrain dégagé. La nacelle est couchée
sur le sol dans l'axe du vent l'enveloppe est attachée au cadre de
charge de la nacelle. De l'air froid y est insufflé à l'aide d'un
ventilateur pour réchauffer l'aide d'un brûleur.
Pour quitter le sol il suffit d'élever la température à l'intérieur de
l'enveloppe.
Comment atterrir ?
En diminuant progressivement le temps de chauffer, l'intérieur du
ballon commencera à perdre de sa chaleur et entamera une décente
contrôlée.
A quelque mètre du sol couper l'alimentation du propane et ouvre la
« soupape » qui contrôle l'ouverture de l'enveloppe qui libère de l'air
chaud. Et pour la libérer le pilote ouvre complètement l'enveloppe.
Elle s'oriente dans le sens du vent. Il suffit de la replier et la remettre
dans son sac.
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Aspect physique
Le bilan des forces est généralement le même pour tous les aérostats.
Ils sont munis deux forces :
* La poussée d'Archimède :
Parchimède = Pfluide . V . g
* Le poids :
P = mg
Une montgolfière peut s'élever uniquement si la valeur de la poussée
d'Archimède est supérieure à son poids.
Plus l'écart entre les deux est différent plus la force est importante,
plus rapide et plus haut.
En montgolfière, le principe pour s'envoler est de chauffer un grand
volume d'air afin de rendre l'ensemble (montgolfière + passagers) plus
léger que l'air. En effet, l'air chaud est plus léger que l'air froid:
Vair chaud < Vair froid
On explique cela en utilisant d'abord l'approximation consistant à dire
que l'air est un gaz parfait:
PV = nrT
En notant que la quantité de matière n est proportionnelle à la
masse d'un gaz P, on déduit aussi que si la température T
augmente, la masse P diminue.
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Ensuite on applique le principe d'Archimède:
'' Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale
dirigée de bas en haut égale au poids du fluide déplacé ''.
Poussée d'Archimède - force résultante ascensionnelle - Poids
Les forces s'exerçant sur la montgolfière sont donc sont poids, dirigé
vers le bas et la poussée d'Archimède dirigé vers le haut. Comme le
poids de la montgolfière est plus faible que l'air déplacé, la résultante
des forces s'exerçant sur la montgolfière vas du bas vers le haut, et fait
décoller le ballon.
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A un utilisateur
désirant se
déplacer d’un
point A vers un
point B
Sur la possibilité
d’atteindre une
certaine altitude
La montgolfière
Diminuer le bilan carbone de l’homme qui utilise la montgolfière
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FP1: Permettre à un utilisateur de se déplacer d’un point A vers
un point B écologiquement.
FC1: Agréable et amusant à regarder.
FC2: Prendre en compte les perturbations climatiques.
FC3: Permettre à l’homme de diminuer son bilan carbone.
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Réalisation
Matériel
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Un sachet de plastique.
1,1 m de scotch double face ou un tube de colle méoprère.
0,9 m environ de fil de fer fin.
Construction
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Découper le sachet de plastique, 6 bandes de 0,70 X 0,25 m
Plier chaque bande en deux dans le sens de la longueur (demifuseau)
Réaliser un gabarit en carton en respectant les indications du
tableau présenté
Reporté à l'aide d'un marqueur le gabarit sur les bandes de mylar
en faisant attention de faire correspondre la base d'un demi
fuseau sur le pli.
Découper les fuseaux
Coller les fuseaux bord à bord avec le scotch double face (on
peut alterner les côtés du sachet plastique) puis le dernier
collage, les ourlets doivent être à l'intérieur de la montgolfière
Nouer le sommet avec une ficelle et faire une boucle
Ajouter un anneau du fil de fer fin autour de la base de la
montgolfière afin de laisser toujours la base ouverte lors du
chauffer l'air
Gonfler à l'air chaud
Soit un gaz avec un entonnoir en tôle ou en bois agglomère et stratifié,
soit avec un pistolet à air chaud (découpeur thermique de bricolage)
ou soit avec un brûleur électrique.
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Conclusion :
Les travaux personnels encadrés nous ont beaucoup appris sur
le fonctionnement et l'organisation du travail en groupe. En
effet nous avons su à la fois travailler cote à cote dans la
réalisation de la maquette et séparément pour les recherches.
Les TPE nous ont surtout montré comment mener a bien un
projet de sa conception à son aboutissement.
Nous remercions tout d'abord Mr Bonnet et Mme Barbet pour
nous avoir encadré durant ce travail plus particulièrement Mr
Alain Trouillez et de nouveau Mr Critelli pour leur aide
précieuse et leur conseil tout au long du projet. Nous
remercions toutes les personnes qui nous ont apporté leur
soutient pendant ce TPE.
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