Ballons sondes

Ballon-sonde

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Ballon météo
Ballon gonflé à l'hydrogène
Ballon plafonnant (« Ballon qui, après une phase ascensionnelle, évolue à des altitudes correspondant à une valeur prédéterminée de la pression atmosphérique », d'après la définition du B.O. n° 4 du 26 janvier 2006).

Le ballon-sonde a été inventé par Gustave Hermite en 1892. Un ballon-sonde (sounding balloon en anglais), dans les domaines de la météorologie et de l'astronautique, est un ballon libre non habité, utilisé pour faire des mesures locales dans l'atmosphère. Son principal intérêt est de pouvoir atteindre des altitudes d'environ 35 km voire plus, ce qu'il est impossible de faire avec des moyens plus conventionnels tels que les avions. Son prix est par ailleurs sans commune mesure avec celui d'une fusée-sonde ou d'un satellite.

Un ballon-sonde transmettant par radio les données mesurées est appelé radiosonde.

Sommaire

Types de ballons-sondes

Il existe plusieurs types de ballons-sondes :

  • Les ballons-sondes standard sont gonflés en général à l'hélium (ou à l'hydrogène) et emportent des charges importantes en haute altitude. On utilise l’hydrogène (beaucoup moins cher) dans les postes éloignés, comme dans l'Arctique canadien, car il est facile à produire par l'hydrolyse et ne nécessite pas de transport coûteux. Le ballon est gonflé de façon à avoir une vitesse ascensionnelle d'environ 5 m/s, il est fermé et en composés élastiques, ce qui implique qu'il éclate à des altitudes généralement comprises entre 10 et 35 km. À cause de la pression très faible qui règne à ces altitudes, l'enveloppe se distend jusqu'à la rupture, son diamètre pouvant augmenter de 400 % ;
  • Les ballons ouverts : constitués d'une enveloppe légère. Ils sont ouverts par le bas et permettent ainsi à l'hélium de sortir au fur et à mesure de la montée. Ils peuvent atteindre jusqu'à 45 km d'altitude et y rester jusqu'à 4 jours. Ce type de ballon-sonde représente la majorité des ballons lancés dans un cadre scientifique ;
  • Les ballons pressurisés gonflés à l'hélium. Ceux-ci sont constitués d'une enveloppe rigide les empêchant d'éclater. Ils peuvent ainsi rester des semaines dans l'atmosphère — entre 10 et 20 km — et permettent de réaliser des expériences de longue durée, pouvant survoler des terrains différents ;
  • Les ballons infrarouges : l'enveloppe est souvent aluminisée et permet l'entrée des rayons infrarouges du Soleil, ce qui permet de chauffer l'air contenu dans le ballon de manière continue et ce même à haute altitude. Le jour, le ballon monte à environ 28 km et descend la nuit vers 20 km. Le grand intérêt de ce type de ballon est leur très longue durée de vie ; des vols de plusieurs mois ont ainsi déjà été réalisés et permettent de faire plusieurs fois le tour du monde !

Constitution

Un ballon-sonde est constitué d'une chaîne de vol, composée par :

  • Le ballon lui-même, tirant le reste de la chaîne ;
  • Un parachute dans la plupart des cas, afin de permettre une descente en douceur ;
  • Un transpondeur permettant aux contrôleurs aériens de connaître sa position — ou un réflecteur radar pour les ballons les plus simples ;
  • Une ou plusieurs nacelles, pouvant souvent se détacher à des phases différentes du vol, si nécessaire chacune avec son parachute et/ou son propre transpondeur. C'est la nacelle (le panier en osier est moins utilisé que la simple boîte) qui contient les expériences.

Utilisation

La plupart des ballons expérimentaux ont un but d'étude de l'atmosphère (par exemple : la couche d'ozone) et sont mis en œuvre par des professionnels tels que le CNES ou des universités.

Il existe aussi des ballons météo dont le but est de relever la température, l'humidité, la vitesse et la force des vents qui aident à l'élaboration de prévisions météorologiques : il s'agit des radiosondages. Les lâchés de ces ballons s'effectuent deux fois par jour, à 0h TU et 12h TU, selon une convention de l’Organisation météorologique mondiale. Tous les pays du monde participent à ces lâchés et la répartition des sites fait l'objet d'ententes. En France, par exemple, il existe 7 stations de radiosondage.

Enfin, il faut préciser que les ballons-sondes peuvent être également mis en œuvre par des amateurs, notamment des clubs aérospatiaux et les radioamateurs. Il s'agit plus ici d'une conception ludique et technique que purement scientifique.

Des ballons à l'école

Les ballons-sondes sont de formidables vecteurs pour les expériences. C'est pour cela que le CNES en partenariat avec Planète Sciences permet aux jeunes de créer eux-mêmes leur(s) expérience(s). Celles-ci seront alors accrochées dans une nacelle qu'un ballon en latex emmènera à 25-30 km d'altitude.

Ces expériences menées déjà dans de nombreuses écoles (~150 par an) permettent aux élèves d'étudier l'atmosphère, la pollution, de prendre des photos ou des films à des altitudes diverses...

« Un ballon pour l'école » (UBPE) est un moyen qui permet aux plus jeunes de mettre en œuvre leurs propres expériences « en vrai ».

Statistiquement et grâce à l'autocollant posé sur la nacelle on récupère 2 ballons sur 3.
Dans certaines régions, les radioamateurs sont mis à contribution pour la récupération du ballon. Un module GPS associé à un émetteur et à une interface APRS permet une localisation précise en temps réel de la nacelle pendant presque tout le vol. La recherche au sol s'effectue ensuite par radiogoniométrie classique. Le taux de récupération peut alors atteindre 100 %. Les élèves peuvent suivre le déplacement du ballon sur un fond de carte grâce à un logiciel approprié.

Voir aussi

Référence

Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.

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