Affiche PDF A1

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.
Qu’est-ce qu’un ballon stratosphérique ouvert ?
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.
Quel est le moteur du ballon ?
Dès que la poussée d’Archimède devient supérieure au poids du ballon, celui-ci décolle !
Faisons le vide et étudions l’évolution de la température et de la pression…
Comment les caractéristiques du ballon évoluent-elles au cours du vol ?
Pression et température
« au sol »
Pression et température
« en altitude »
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
Evolution des masses volumiques de l'air, de l'hélium et du ballon en fonction de
l'altitude
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
altitude en m
masse volumique en kg/m3.
masse volumique de l'air en kg/m3
Masse volumique de l'hélium en kg/m3
Masse volumique du ballon en kg/m3
vitesse ascensionnelle du ballon en fonction de l'altitude
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
altitude en m
vitesse en m/s.
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.
Evolution de la pression et de la masse volumique de l'air en fonction de
l'altitude
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0
4000
8000
12000
16000
20000
24000
28000
32000
36000
40000
altitude (en m)
Pression de l'air.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Masse volumique de
l'air.
Pression de l'air en Pa
Masse volumique de l'air en
kg/m3
Simulation expérimentale du vol du ballon
Construction d’une colonne simulant l’atmosphère.
1
er
essai pour
les Olympiades
régionales à
Grenoble…
Amélioration
pour la finale
à Paris
Traitement de l’enregistrement
vidéo du vol « simulé » et
détermination de l’évolution de
la vitesse d’ascension du ballon
Evolution de la vitesse ascensionnelle dans la colonne
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Altitude (m)
Vitesse (m/s)
XVIèmes Olympiades de Physique, Paris, 30 & 31 janvier 2009
Elodie GIPON, Lucie VANDÔME, Etienne VIGNON
Elèves de T
ale
S1 du Lycée Jean Puy, Roanne (42)
Encadrés par M
elle
PEYRE et M. ROCHEFEUILLE
Conception de notre ballon stratosphérique ouvert
Soudures au fer à lisser des pièces
de polyéthylène fourni par le CNES. Il reste à greffer les manchons
d’évacuation
Gonflage du ballon à l’hélium
Envol de notre ballon
Nos Olympiades
c’était aussi…
Zen, soyons zen…
Dernière soudure
pour ne pas perdre d’hélium
Des profs sympas… 6 m
3
d’hélium utilisés…
…qui chassent les ballons Une qualification sous la
neige de Grenoble…. Une construction du ballon
sportive!
… suivie d’un très très long
retour à Roanne
La une des journaux…