Affiche PDF A1

Elodie GIPON, Lucie VANDÔME, Etienne VIGNON
Elèves de TaleS1 du Lycée Jean Puy, Roanne (42)
Encadrés par Melle PEYRE et M. ROCHEFEUILLE
XVIèmes Olympiades de Physique, Paris, 30 & 31 janvier 2009
Qu’est-ce qu’un ballon stratosphérique ouvert ?
Simulation expérimentale du vol du ballon
Comment les caractéristiques du ballon évoluent-elles au cours du vol ?
Faisons le vide et étudions l’évolution de la température et de la pression…
Un ballon stratosphérique ouvert est un
ballon en polyéthylène gonflé à l’hélium.
Il est dit ouvert car sa partie inférieure
communique avec l’extérieur.
Il emporte une série d’instruments de
mesures destinées à étudier l’atmosphère.
Construction d’une colonne simulant l’atmosphère.
Pression et température
« en altitude »
Pression et température
« au sol »
1er essai pour
les Olympiades
régionales à
Grenoble…
Quel est le moteur du ballon ?
La baisse de pression provoque une dilatation du gaz (gonflement du ballon) et une chute de température
du gaz à l’intérieur du ballon.
Modélisation numérique du vol du ballon
Traitement de l’enregistrement
vidéo du vol « simulé » et
détermination de l’évolution de
la vitesse d’ascension du ballon
Evolution des masses volumiques de l'air, de l'hélium et du ballon en fonction de
l'altitude
Dès que la poussée d’Archimède devient supérieure au poids du ballon, celui-ci décolle !
Evolution de la vitesse ascensionnelle dans la colonne
0,25
0,2
Vitesse (m/s)
En l’absence de vent, au moment de l’envol, le ballon
est soumis à deux forces :
Son poids, P, dirigé vers le sol, incluant :
- le poids de l’enveloppe du ballon
- Le poids de l’hélium que contient l’enveloppe
- Le poids de la nacelle (avec parachute et appareils
de mesures)
- Les trompes
- La chaîne de vol
La poussée d’Archimède, Pa, dirigée vers le ciel.
Amélioration
pour la finale
à Paris
0,15
0,1
1,4
masse volumique en kg/m3.
Dans quelles conditions vole le ballon ?
Au cours de son ascension, le ballon traverse
différentes couches de l’atmosphère :
-La troposphère (jusqu’à 11 km), dans laquelle
la température de l’air, sa pression et sa
masse volumique diminuent.
-La stratosphère (entre 11 km et 50 km) :
bien que la température y soit constante dans
sa partie basse et ré-augmente dans sa partie
supérieure, la pression de l’air et sa masse
volumique ne cessent de décroître.
1,2
0,05
masse volumique de l'air en kg/m3
1
0
M asse volumique de l'hélium en kg/m3
0
0,8
0,1
0,2
0,3
M asse volumique du ballon en kg/m3
0,6
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Altitude (m)
0,4
Conception de notre ballon stratosphérique ouvert
0,2
0
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
altitude en m
Evolution de la pression et de la masse volumique de l'air en fonction de
vitesse ascensionnelle du ballon en fonction de l'altitude
l'altitude
1,4
80000
1,2
1
Masse volumique de l'air en
kg/m3
60000
0,8
0,6
40000
0,4
20000
0,2
0
0
4,5
4
vitesse en m/s.
Pression de l'air en Pa
100000
5
Masse volumique de
l'air.
Pression de l'air.
120000
Soudures au fer à lisser des pièces
de polyéthylène fourni par le CNES.
Il reste à greffer les manchons
d’évacuation
Dernière soudure
pour ne pas perdre d’hélium
Gonflage du ballon à l’hélium
3,5
3
2,5
2
1,5
1
00
0
0
40
00
0
36
00
0
32
00
0
28
00
0
24
00
0
20
00
0
16
00
0
12
00
80
00
40
0
0,5
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
altitude en m
altitude (en m)
Envol de notre ballon
Une qualification sous la
neige de Grenoble….
…qui chassent les ballons
Zen, soyons zen…
Une construction du ballon
sportive!
Nos Olympiades
c’était aussi…
Des profs sympas…
6 m3 d’hélium utilisés…
… suivie d’un très très long
retour à Roanne
La une des journaux…