Dans ce document, un enseignant rapporte le déroulé d’une séquence d’activités qu’il a menée en classe - réactions des élèves, difficultés rencontrées, conseils aux autres enseignants... Ces témoignages peuvent être utiles à la fois dans le cadre de la préparation d’une séquence ou activité de classe, ou servir de matière aux enseignants pour construire leurs propres activités de classe.
Notions et connaissances travaillées : Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions ; Reconnaître les situations où l’énergie est stockée, transformée, utilisée.
Disciplines : Sciences et technologie; Technologie (Collège)
Message à emporter : Une montgolfière est un engin composé d'une nacelle surmontée d'une enveloppe emplie d'air chaud lui permettant de s'élever dans les airs. Ce qui gêne une montgolfière pour monter, c'est son poids donc la surface (de toile, de papier, du ballon) ; ce qui permet son ascension, c'est le volume du ballon : comme le volume croît plus vite que la surface, plus nos montgolfières seront grosses, plus elles iront haut et loin.
Introduction
Ce témoignage a été publié dans une revue des CEMEA en 1981.
Nous étions en camp dans les Pyrénées. Lors de la fête locale, un lancement de montgolfière était prévu. L'engin, acheté dans le commerce, sans doute mal utilisé, ne s'éleva que fort peu et ne franchit pas les limites de la place du village.
Nous avions une collection de VEN dans laquelle un article de Raymond Poncin permit une première réalisation. La construction ne causa aucun problème. Le gonflage de cette fragile bulle de papier puis son envol à la tombée du jour, alors que l'air extérieur était moins chaud, fut un instant émouvant. Nous avions prévu pour le décor un agencement de couleurs, mais ne l'avions jamais vue dépliée. Réussirions-nous à la gonfler sans la brûler ?
Sous l'effet de l'air chaud, elle se déplie. Nous l'aidons avec précaution. Elle se gonfle, se tend, frémit. Nous sentons qu'elle a envie de s'élever. Encore un peu de chaleur. Mais le papier à l'embouchure commence à brunir. Il ne faut pas risquer l'incendie et, aux cris de " lâchez tout ", nous la voyons s'élever, vite d'abord, puis se coucher un peu et perdre ainsi une partie de son air chaud, ce qui nous conduira à ajouter une nacelle sur les modèles suivants pour les stabiliser. Elle a retrouvé sa stabilité, pris le vent, et continue à s'élever et à s'éloigner, illuminée par le soleil couchant avant de disparaître.
A voir s'élever cette grosse sphère colorée, nous avons ressenti, comme le notait Raymond Poncin, un peu du plaisir des frères Montgolfier qui, tout jeunes, montaient sur les toits des maisons d'Annonay et abandonnaient au-dessus des cheminées des feuilles de papier puis des boites de formes variées qui accomplissaient ensuite des voyages courts et mouvementés. Ces jeux enfantins aboutirent au premier envol d'une montgolfière vers 1780, puis 4 ans plus tard à la téméraire ascension de Pilâtre de Rozier au-dessus de Paris.
De nos jours, le vol avec montgolfière regroupe des passionnés qui se réunissent pour l'achat d'un ballon dont le prix varie de 50 000 à 80 000 F (en 1981). Ils forment ainsi des équipes complètes pour gonfler la montgolfière, voler, la suivre au sol pendant son vol. Il existe des championnats, coupes, rencontres. Un américain propose à ses compatriotes une découverte de la France en montgolfière. Si vous voyez ses gros ballons bleus décorés de tulipes et d'iris, vous pouvez essayer d'être présents à l'atterrissage.
Dans ces montgolfières modernes, le nylon a remplacé le papier. Ce qui frappe en dehors de leurs couleurs éclatantes, c'est leur énormité. Elles peuvent atteindre 24 mètres de haut, c'est-à-dire la hauteur d'un immeuble de 8 étages, avec 16 mètres de diamètre, et un volume de 1 500 à 2 000 mètres cubes.
Ces dimensions nous permettent de comprendre un principe de fonctionnement applicable à nos constructions :
- ce qui gêne pour monter, c'est le poids donc la surface (de toile, de papier, du ballon)
- ce qui permet l'ascension, c'est le volume ;
- comme le volume croît plus vite que la surface, plus nos montgolfières seront grosses, plus elles iront haut et loin.
Il est en effet possible, lorsque l'on a compris le principe de construction, de les réaliser dans les dimensions que l'on souhaite.
La construction d'une montgolfière
Une montgolfière est faite de fuseaux de papier, plus ou moins longs, plus ou moins nombreux, selon la dimension choisie. Utiliser du papier de soie de couleur dit papier serpente ou papier à fleurs. Attention au choix des couleurs. Certaines, comme le pigment rouge, doivent brûler le papier qui devient poreux. Regarder le papier choisi par transparence pour s'assurer de sa qualité. Ce papier se colle avec une colle blanche en pot ou en stick.
Figures A, B, C, D
Comment déterminer le nombre de panneaux, leurs dimensions, comment tracer et découper les panneaux, comment les assembler ? Pour comprendre ces différentes étapes, prenons l'exemple de la construction d'une petite montgolfière.
Les panneaux sont faits de feuilles de papier serpente de 50 x 75 cm collées par leur petit côté, (fig. A). Si nous envisageons de mettre 6 panneaux, la circonférence de la montgolfière sera de 240 cm environ, en tenant compte des collages. Ceci donne un diamètre de 90 cm. Si chacun des 6 panneaux est constitué de 2 feuilles de serpente, la circonférence verticale sera de 300 cm. Nous aurons donc une montgolfière un peu plus haute que large mais quand même très ronde.
Si les panneaux verticaux avaient été de 3 feuilles, la circonférence verticale aurait été de 450 cm donnant un aspect de bouteille à notre réalisation. Pour retrouver une forme plus ronde, il faudrait mettre 7 ou 8 panneaux au lieu de 6. Tout est possible. C'est une question de choix pour les constructeurs.
Lorsque l'on a un nombre impair de panneaux il faut penser que le décor ne pourra être fait que par bandes horizontales. Si l'on veut des bandes verticales ou un damier il faut des dimensions qui fassent un nombre pair de panneaux.
Les possibilités de vol
Une montgolfière de cette taille (6 panneaux de 2 feuilles) a-t-elle des chances de voler ?
Il faut environ 4 m3 d'air à 90°, pour soulever 1 kg. Si nous considérons notre montgolfière comme à peu près sphérique, son volume approche 0,400 m3, ce qui donne une force ascensionnelle de 102 g. Or, nos 12 feuilles de serpente pèsent 95g environ.
Nous disposons donc d'une marge de quelques grammes pour l'envol, mais nous voyons qu'avec ces dimensions, nous avons un engin qui fera de petites envolées, que nous pourrons le récupérer à l'autre bout de la prairie puis le relancer.
Un calcul analogue nous apprend que nous disposerions d'une force ascensionnelle de 100 g environ pour une montgolfière de 10 panneaux de 4 feuilles, alors que nous atteindrions le kilo avec 16 panneaux de 6 feuilles. Avec un modèle de cette taille, nous le verrons s'élever très haut, s'éloigner, mais même s'il est possible de le suivre et de le récupérer il ne sera que rarement réutilisable.
Ces réflexions préalables étant achevées, nous savons maintenant que nous pouvons construire notre montgolfière de 6 panneaux de 2 feuilles et qu'elle volera. Avant de réaliser les panneaux, il est intéressant de faire un projet de décor avec des couleurs choisies. Pour cela, on peut dans notre cas tracer un rectangle avec 6 bandes verticales et 2 horizontales. Il est ainsi facile de choisir un rythme décoratif, puis de le respecter au fur et à mesure de la confection de nos panneaux.
Chaque panneau sera plié en deux dans le sens de la longueur, puis ils seront placés les uns sur les autres, les plis du même côté, fig. B. L'ensemble est rangé dans une chemise en papier journal ou en kraft, fig. C. Il reste à tracer le fuseau qui donnera à la montgolfière sa forme. L'ensemble des 6 fuseaux doit former un cercle au sommet. Donc chacun doit avoir un angle de 60°', et comme ils sont pliés en 2, notre angle de départ sera de 30' (il serait de 18' avec 10 panneaux... ). La courbe du fuseau part de cet angle, atteint sa largeur maximale un peu avant la moitié du panneau et se termine par une partie rétrécie qui sera la cheminée de gonflage. Celle-ci ne doit pas être trop longue. et trop étroite pour éviter les risques d'incendie, fig. D. Les fuseaux sont découpés ensemble dans leur chemise. Pour le collage, ouvrir la chemise. Basculer vers soi le premier fuseau. Encoller sa tranche supérieure sur 1 cm environ de large. Puis ouvrir le deuxième demi-fuseau pour appliquer sa tranche sur cette partie encollée en commençant par le sommet. Continuer ainsi pour tous les fuseaux et terminer en collant le dernier avec le premier. Maintenant, il faut renforcer la base et le sommet. Pour la base, faire un anneau de fil de fer, genre Filiac no 6, de la dimension de l'ouverture. L'introduire dans celle-ci et coller le papier retourné par-dessus. Renforcer cette partie en collant une bande de papier sulfurisé à cheval. Pour le haut, déplier la partie supérieure de la montgolfière, l'aplatir et coller un cercle de sulfurisé d'une vingtaine de centimètres de diamètre.
Une nacelle faite avec les chutes de serpente aidera à la stabilité.
L'air chaud
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Pour obtenir l'air chaud nécessaire, il est pratique d'utiliser de l'alcool à brûler. Préparer une boîte de 5 1 en faisant une série de trous à 10 cm environ du fond. Puis introduire dans la boite un tuyau de poêle échancré, fig. E. Stabiliser le tout avec des tendeurs en ficelle accrochés au tuyau par de petits crochets en fil de fer, fig. F. Choisir pour le lancement un jour sans vent à une heure où l'air n'est pas trop chaud. L'instrument de chauffage étant installé, présenter l'ouverture de la montgolfière au-dessus. Quelqu'un tient la nacelle écartée en veillant à ce que les fils d'attache ne passent pas au-dessus du tuyau. Deux aides, montés sur des chaises ou tréteaux, tiennent délicatement la montgolfière par ses collages. S'il s'agit d'une grosse, le sommet pend. Ne pas s'en inquiéter, il se relèvera sous l'action de l'air chaud. Une allumette dans la boîte, l'alcool s'enflamme. Notre appareil ronfle comme une lampe à souder. La bulle de papier commence à s'agiter. Les aides la soutiennent, l'aident à se déplier. Elle s'arrondit, se tend. Nous voyons sa forme, ses couleurs. Elle n'est plus retenue que par celui qui présente l'ouverture au-dessus du chauffage, et c'est l'envol. Nous suivons d'abord du regard, puis la poursuite s'engage avec l'espoir de retrouver notre engin posé sans avatar pour effectuer un nouveau vol. Figures E et F Certains, pour le lancement, préfèrent mettre un anneau de ficelle au sommet de la montgolfière pour la soutenir avec une perche. Des déboires avec ce procédé nous ont fait préférer la méthode décrite ci-dessus. Penser que même si cela permet des vols plus longs, il est interdit de lancer une montgolfière emportant un morceau d'ouate trempé dans l'alcool et enflammé. Si, partant de notre premier lancement, nous avons pu faire beaucoup d'essais, ceux-ci ne sont pas terminés. |
La montgolfière de 16 panneaux de 6 feuilles est la plus grosse que nous ayons pu faire voler. Une autre d'une taille supérieure a éclaté lors du gonflement sous la pression de l'air chaud. Alors, il y a des projets pour reprendre les essais en remplaçant le serpente par du kraft 28 g en feuilles de 80 x 60 employé pour les modèles réduits.
D'autres camarades ont construit des montgolfières cubiques avec 7 feuilles de papier. Alors, à vous d'essayer, de jouer, de vous passionner.
