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mis à jour le 15.07.2013    carte du site    E-mail

Dominic MICHAELIS et les ballons à air chaud solaire

ballon michaelisA la fin de ses études d'architectes, Dominic MICHAELIS fait déjà une thèse sur une maison solaire. C'est en 1964 !
En 1970, il dirige à Londres une équipe d'architectes et d'ingénieurs spécialisés dans l'utilisation de l'énergie solaire. Ce bureau international de consultation "Solar Energy Developments" ne s'intéresse pas qu'aux bâtiments...
Dominic MICHAELIS réalise un dôme solaire de 50 mètres de diamètre pour le film "Human", mis en scène par Jérôme Lapérousaz avec Jeanne Moreau, Terence Stamp et Frédéric van Pallandt.

ballon michaelisDominic MICHAELIS fait le pari qu'une montgolfière peut voler seulement avec l'énergie solaire.
Pour vérifier les possibilités du rayonnement solaire, il crée une première structure d'1 m3 avec une double enveloppe (transparente à l'extérieur, noir à l'intérieur). Les résultats sont bons : la différence de température est d'environ 27°C ce qui correspond à une poussée par m3 de plus de 100 gr.
Puis, après divers ballons de petit volume, il réalise un ballon de 10 m de diamètre qui peut déjà lever son fils Stéphane (30 kg) devenu ainsi le premier aérostier en vol captif solaire !. Mais ce ballon rompit un jour ses amarres et disparut dans le ciel d'Oxford...

ballon michaelisEn 1972, Dominic MICHAELIS réalise un ballon de 22 m de diamètre (plus de 5000 m3 - 180'000 cubic foot) avec un film polyester transparent de 12 microns (Melinex® - Mylar® de DuPont Polyester Films).
3 absorbeurs noirs verticaux placés à 120° les uns des autres sont fixés dans l'enveloppe transparente.
L'air intérieur du ballon est chauffé par effet de serre : les corps noirs absorbent le rayonnement solaire qui a traversé la paroi transparente du ballon et, d'autre part, dissipent par convection l'énergie absorbée.

L'enveloppe est renforcée par des sangles verticales et horizontales en bandes adhésives transparentes (J-Lar910® ou J-Larii®). Les 240 panneaux ainsi crées limitent les éventuelles déchirures à 50 cm de long !.
Ce ballon est équipé d'une nacelle en aluminium "nid d'abeilles".
Ce ballon lève un homme sans problème. Les essais sont faits en vol captif amarré à un Land Rover.

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Vol libre humain

Pour le vol humain, Dominic MICHAELIS préfère finalement un ballon à double enveloppe :
Dominic MICHAELIS s'adresse à Cameron à Bristol qui réalise pour lui :
- un ballon noir de 3000m3 (104'000 cubic foot) en polyester noir (Dacron®),
- un ballon de 4000m3 (140'000 cubic foot) constitué d'une double couche de Melinex® transparent renforcé par une structure tissée croisée (cette technique de fabrication crée des bulles d'air qui renforcent l'isolation).
L'effet de serre se produit à l'intérieur de l'enveloppe transparente extérieure et concentre l'énergie solaire. Le ballon noir absorbe la chaleur et la transfère à l'air contenu à l'intérieur. Les pertes thermiques par convection extérieure du ballon noir sont totalement récupérées pour la sustentation du ballon transparent.

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Dominic MICHAELIS s'adresse à Cameron à Bristol qui réalise pour lui un ballon noir de 3000m3 (104'000 cubic foot) en polyester noir (Dacron®) et un ballon de 4000m3 (140'000 cubic foot) en Melinex® transparent double couche renforcé par une structure tissée croisée.
Dans un hangar d'aviation, les enveloppes sont assemblées à la nacelle et gonflées (photos ci-dessus).

Chaque enveloppe est fixée sur la nacelle et donc complètement indépendante de l'autre.
Un brûleur est disponible pour faciliter le gonflage ou en cas d'apparition de nuages pendant le vol.
Le contrôle de l'altitude se fait en modulant l'ouverture / fermeture de panneaux horizontaux placés à l'équateur. Le dégonflage se fait grâce à des panneaux de déchirure irréversible au sommet.

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Ce ballon immatriculé G-BAVU a volé lors de plusieurs festivals de montgolfières de 1976 à 1980 en Angleterre. Les vols étaient le plus souvent effectués le soir afin qu'en cas de non-fonctionnement des soupapes le ballon ne monte pas trop haut !

Traversée de la Manche

CameronAu moment de la Conférence Internationale sur l'Énergie Solaire à Brighton en 1981, Dominic MICHAELIS confie le ballon solaire à Julian NOTT pour un nouvel exploit. J. NOTT, recordman mondial d'altitude en montgolfière à air chaud en 1980 (55000 feet), tente la Traversée de la Manche. Le décollage a lieu à 7h 30 le 22 Août 1981 au Nord-Ouest de Douvres. Après une traversée en silence et sans problème du "Channel", l'atterrissage a lieu à Tournehem sur la Hem dans le Pas-de-Calais. Pendant le vol, J. NOTT n'utilisa le brûleur qu'une seule fois (au moment de l'atterrissage). Il rencontra quelques difficultés pour dégonfler le ballon dont les soupapes fonctionnèrent mal ce jour-là.
L'enveloppe est conservée au British Balloon Museum.
Au milieu des années 1970, Tracy BARNES aux Etats-Unis a également tenté des vols sous un ballon solaire tétraédrique (1er vol 100% solaire le 1er Mai 1973).
Quant à Dominic MICHAELIS, il continue de se passionner pour l'utilisation de l'énergie solaire : il commercialise un four solaire (www.solarenergyltd.net) ainsi qu'un purificateur d'eau saumâtre ; il a encore bien d'autres projets en tête....

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L'effet de serre :

L'effet de serre fait intervenir à la fois le rayonnement solaire et le rayonnement infrarouge. L'effet de serre repose sur le fait que les vitres (verre, plexiglas, polycarbonate...) sont transparentes au rayonnement solaire mais parfaitement opaque au rayonnement infrarouge (la vitre l'absorbe).

Le rayonnement solaire chauffe le sol de la serre ; le sol chaud émet des rayonnements infrarouges lointains. Ces infrarouges sont absorbés par la vitre et réémis dans l'atmosphère et vers le sol. Le sol reçoit donc, en plus du rayonnement solaire, le rayonnement infrarouge émis par la vitre.

effet de serre

Il est à noter que l'utilisation d'un film transparent ne permet pas d'obtenir un "effet de serre". En effet ces films ne sont pratiquement pas absorbants dans le domaine infrarouge contrairement à une vitre d'1 mm d'épaisseur. Par exemple, dans les serres agricoles réalisées avec des films plastiques transparents ont ne peut pas obtenir un effet de serre comme dans les serres avec vitres en verre. Les serres agricoles en film polyéthylène transparent permettent d'isoler les plantations du milieu extérieur, de réduire la convection (le film protège la surface du vent, des courants d'air...) et d'augmenter la température interne.

Dans le cas des ballons utilisant des films plastiques transparents, on ne peut donc pas parler d'effet de serre !

Voir sur ce sujet la page :

http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/actualite_des_labos/dossiers/bilan-radiatif-terre

 

Règles pour la réalisation de ballons solaires à double enveloppe

Données sur le ballon de Michaelis :
3000m3 = 17,41m de diamètre du ballon noir
4000m3 = 19,16m de diamètre du ballon transparent
différence de volume = 1000m3 soit le 1/3 du plus petit ballon
différence de diamètre = 1,75m soit 10% du diamètre du plus petit ballon

Donc il semble que la règle soit :
- la différence de volume doit être le 1/3 du volume du ballon noir,
- le diamètre du ballon transparent est 10% plus grand que celui du ballon noir
.

Si on passe à un ballon de 4m (36,38m3), ça donne :
4,4m de diamètre du ballon transparent - 48,44m3
différence de volume = 12m3 soit le 1/3 du plus petit ballon
Mais il faut aussi que le volume d'air chaud inséré entre l'enveloppe noire et l'enveloppe transparente soit capable de porter le poids de l'enveloppe transparente.
soit pour le ballon de 4m doublé 4,4m :
12m3 x 90gr de poussée par m3 = 1080gr
L'enveloppe transparente doit peser moins de 1,08kg !
ce qui suppose du polyéthylène transparent de 15 microns ou moins !
ou sinon augmenter un peu le volume du ballon transparent (4,6m de diamètre)

 

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