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L'A. B. C.
DE
L'AVIATION
Biplans et Monoplans
PAR LOUIS GASTINE
2e mille
Albin MICHEL
_Éditeur_
22. Rue Huyghens
_PARIS_
À Gabriel et Charles VOISIN
_bien cordialement_.
L. GASTINE.
L'A. B. C.
de l'Aviation
DU MÊME AUTEUR
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quatorzième siècle en vieux français), illustré par Ed. Zier. Quantin,
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=La Chronique d'Helain-Pisan et d'Iseult de Savoisy= (traduction du
précédent en français moderne), mêmes illustrations d'Ed. Zier. Dentu,
édit., Paris.
=La Chronique des amours d'Iseult= (illustrations d'Ed. Zier).
Per-Lamm, édit., Paris.
=Idylle romantique= (dans un vieux cadre). Choppin, édit., Givet.
=Le Mal du Coeur= (roman parisien). Savine, édit., Paris.
=Apôtre= (étude philosophique), Genonceaux, édit., Paris.
=Patria= (étude philosophique et sociale). Savine, édit., Paris.
=Les Millions de Suzette= (roman populaire illustré). Boulanger,
édit., Paris.
=Seul sur l'Océan.--La Dérive= (roman d'éducation pour la jeunesse),
en collaboration avec Mme Noémie Balleyguier, illustrations d'Ed.
Zier. Charavay-Mantoux, édit., Paris.
=La Fille des Angads= (roman algérien d'éducation pour la jeunesse),
illustré par A. Collombar. Gautier-Blériot, édit., Paris.
=Le Mensonge du sang= (roman populaire), en collaboration avec M.
Roger-Milès. Sabatier, édit., Paris.
=L'Âme errante= (conte philosophique). Boulanger, édit., Paris.
=Nature morte= (conte philosophique). Boulanger, édit., Paris.
=Filles d'Orient= (contes et nouvelles d'Orient), illustré par Ed.
Zier et René Lelong. Flammarion, édit., Paris.
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édit., Paris.
=L'Asie en feu= (roman d'aventures militaires), en collaboration avec
M. Féli-Brugière. Delagrave, édit., Paris.
=Défends ta peau contre ton médecin= (étude professionnelle et
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Paris.
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=La Belle Tallien, Notre-Dame de Septembre= (étude historique), avec
illustrations documentaires. Albin Michel, édit., Paris.
=Reine du Directoire= (La belle Tallien) (étude historique), avec
illustrations documentaires. Albin Michel, édit., Paris.
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May-Mantoux, édit., Paris.
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Édition du «Monde Illustre», Paris.
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Automobile et Aérienne», Paris.
=Les Petits Cahiers révolutionnaires de Jacques Brunoy (1789-1800)= M.
Gautier (Librairie Blériot), édit., Paris.
=Les Jouisseurs de la Révolution= (étude historique avec illustrations
documentaires). Édition des Bibliophiles, Paris.
=Manuel pratique de photographie.= Édition de la Chambre syndicale des
fabricants et négociants de la photographie, Paris.
=Les procédés photo-mécaniques et leurs emplois.= Ch. Mendel, édit.,
Paris.
=La chronophotographie=, en collaboration avec M. E.-J. Marey, de
l'Institut. Collection des aide-mémoire de M. Léauté, de l'Institut.
Masson et Cie, édit., Paris.
L'A. B. C. de l'Aviation
PAR
Louis GASTINE
Ancien collaborateur de M. E.-J. MAREY de l'Institut
PARIS
ALBIN MICHEL, ÉDITEUR
22 RUE HUYGHENS, 22
Tous droits de reproduction, de traduction et d'adaptation réservés
pour tous pays.
Copyright by Louis Gastine, 1911
15e ANNÉE Le Numéro: =50= Cent 2, Rue de la Bourse, Paris
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L'A. B. C. de l'Aviation
I
Les premiers conquérants de l'air
Le Ballon sphérique.--Le Dirigeable
|Conquête de l'air.--Locomotion aérienne.|
Par ses moyens physiques naturels, l'être humain est attaché à la
terre.
Il ne peut pas franchir de grandes étendues d'eau à la nage,--les
nombreuses tentatives de traversée de la Manche par les meilleurs
nageurs l'ont assez démontré,--et ses plongées sont insignifiantes.
Mais, il est arrivé à parcourir artificiellement les vastes espaces
océaniques. Aujourd'hui ses moyens de locomotion sur l'eau sont si
nombreux, si perfectionnés que son domaine s'est en quelque sorte
étalé sur la mer. Il commence même à pénétrer _dans_ l'élément liquide
par le sous-marin et par le secours d'appareils à immersion comme le
scaphandre et les cloches à plongeur.
Plus récente, est sa _pénétration_ dans l'espace aérien. Elle ne date
réellement que de 1783.
Après un début qui fut extrêmement sensationnel[1], l'art de s'élever
_dans_ l'air resta longtemps stationnaire.
[Note 1: L'enthousiasme causé par la première excursion en
«Montgolfière» (ballon gonflé d'air surchauffé), exécutée par
le marquis D'Arlandes et Pilâtre de Rozier, fut
indescriptible. Elle date du 21 novembre 1783.]
Après la guerre de 1870, la renaissance de l'aérostation, d'abord
lente, finit par prendre un essor assez prompt,--notamment par la
fondation de l'Aéro-Club de France,--jusqu'au moment où l'adaptation
aux aérostats des moteurs légers, créés par l'industrie de la
locomotion automobile, fit accomplir un bond considérable à la
«locomotion aérienne» en permettant la réalisation de «_ballons
dirigeables_», réellement dignes de cette qualification.
Mais, plus récemment encore, la naissance presque subite et le
développement des «appareils d'aviation» _plus lourds que l'air_ ont
donné une autre solution provisoire du problème séculaire de la
locomotion aérienne.
Par ce dernier moyen surtout, la conquête du domaine aérien par
l'homme a été si rapide que le public, témoin accidentel mal informé
des étapes de cette conquête, est porté à les confondre.
On ne lui a pas encore indiqué comment il doit comprendre les termes,
mal définis, dont il entend faire usage à propos des engins et des
personnes s'élevant au-dessus du sol pour se déplacer dans
l'atmosphère.
Ainsi, pour presque tout le monde, l'homme, l'animal ou la machine
parcourant un trajet quelconque dans l'air, sans prendre point d'appui
sur la terre, fait de la _navigation aérienne_.
Pourtant, il est tout à fait impropre d'appliquer aux translations
exécutées _dans l'air_ un terme essentiellement maritime, qui exprime
exclusivement un parcours fait _à la surface_ des eaux (mouvements des
navires) ou près de la surface de l'eau (mouvements des sous-marins),
tandis que la locomotion aérienne s'effectue dans un milieu (l'air)
_qui n'a pas de surface déterminée_.
L'homme ne peut s'élever pratiquement dans l'atmosphère au delà de
6.000 mètres,--en ballon,--parce que l'air devient, au delà de cette
limite, trop raréfié pour la respiration. Il manque notamment
d'oxygène et sa température devient trop basse[2].
[Note 2: Les aéronautes allemands Berson et Suering se sont
élevés en ballon, le 31 juillet 1901, à 10.500 mètres, mais
ils risquaient gravement leur vie (asphyxie et froid).]
Mais à cette altitude on est encore bien loin du terme de la couche
atmosphérique du globe. Il résulte, en effet, de constatations
scientifiques aisément renouvelables, que cette couche peut avoir
50.000 à 70.000 mètres d'épaisseur et que ses dernières traces les
plus éparpillées dans l'éther (les moins denses) pourraient s'étendre
jusqu'à 800.000 mètres au-dessus du sol[3].
[Note 3: Cette supposition résulte de l'observation
astronomique des comètes.]
Par rapport à l'épaisseur de la couche d'air enveloppant
notre planète,--si tant est que cette couche ait une limite
appréciable,--l'homme gravitant dans les plus hautes régions de
l'atmosphère où il peut accéder ne se déplace donc pas à la partie
supérieure, _à la surface_ de cette couche, comme le navire vogue à la
surface de l'eau, mais il en parcourt, au contraire, _le fond_ et le
terme _naviguer_ à propos de l'air, doit être proscrit.
Cet exemple, bien caractéristique, montre qu'il faut, avant tout,
préciser le sens des termes employés pour désigner les nouveaux moyens
de déplacement de l'homme dans l'atmosphère. Or, cette précision
découle de l'examen des moyens artificiels mis en usage pour s'élever
au-dessus du sol, et c'est pour cela qu'il importe de considérer
d'abord ces moyens.
Le plus ancien en date _au point de vue des résultats positifs_,--car
cet A. B. C. visant exclusivement la pratique, doit négliger
systématiquement les origines fabuleuses ou légendaires comme celle
d'Icare et les tentatives avortées des précurseurs, comme celles de
Léonard de Vinci, quelque respectables qu'elles soient,--le plus
ancien en date est _le ballon_.
Le Ballon
|Ses moyens.--Son prix.|
Le ballon, qu'il soit simple ou dirigeable, est le type du _plus léger
que l'air_.
Nous ne percevons pas, par nos sens, la pesanteur de l'air. Néanmoins
il a un poids très notable.
À la température de 0° et au niveau de la mer, un mètre cube d'air
pèse près de 1.300 grammes (1.292 à 1.293 gr.)
À mesure que sa température s'élève, il se dilate; les molécules
gazeuses qui le constituent s'écartent les unes des autres, elles
occupent plus d'étendue. Il en faut moins, par conséquent, pour
remplir le même espace. Ainsi, un mètre cube contient une masse d'air
moins dense, moins serrée à 50° qu'à 0°, et cette masse, de volume
égal est, par conséquent, moins lourde.
Chauffé à 200°, l'air atmosphérique, par sa dilatation, occupe un
volume presque double de celui qu'il possède à 0°.
Il en faut donc presque moitié moins pour emplir le même espace, et,
pour le même volume, il est, par conséquent; plus léger de moitié.
Cette légèreté lui permet de s'élever dans l'atmosphère plus lourde
qui l'environne. La vapeur d'eau, les fumées s'élèvent dans l'air
d'une manière analogue.
Cette faculté de s'élever dans l'atmosphère est une force, facile à
mesurer, qu'on nomme en aérostatique: _force ascensionnelle_.
Un mètre cube d'air à 200° possède une force ascensionnelle de près de
500 grammes (493 gr.) et peut soulever, par conséquent, ce poids.
Les gaz plus légers que l'air, tels que l'hydrogène ou le gaz
d'éclairage, ont la même propriété par rapport à l'atmosphère. Elle
est proportionnelle à leur poids.
Un mètre cube de gaz d'éclairage ne pèse que 500 gr. environ. Le mètre
cube d'hydrogène pur, bien moins lourd encore, ne pèse que 89 gr. L'un
et l'autre peuvent donc élever _presque_ la différence qui existe
entre leur poids et celui de l'air atmosphérique au niveau de la mer à
0°, ce que l'on exprime en disant que le gaz d'éclairage possède une
force ascensionnelle de 790 gr. environ et que cette force s'élève,
pour l'hydrogène pur, presque à 1.200 gr.
La force ascensionnelle de ces gaz légers a remplacé, presque dès le
début de l'aérostation, celle de l'air chaud qui se refroidissait trop
vite.
[Illustration: FIG. 1
Dans le ballon sphérique non dirigeable, la _force ascensionnelle_ et
la _pesanteur_, rigoureusement perpendiculaires, sont toujours dans le
prolongement l'une de l'autre.]
En résumé, le ballon s'élève dans l'air avec une force ascensionnelle
qui est proportionnelle à sa légèreté relative, et cette force est
telle que si la _capacité_ d'un ballon est suffisante, il soulève, en
outre de son _enveloppe_ et de ses _agrès_, une _nacelle_ contenant
des personnes, du _lest_[4] et un certain nombre d'instruments dont
l'usage est nécessaire pour la bonne surveillance des déplacements
aériens et des états de l'atmosphère ou du ballon.
[Note 4: Provision de sable en petits sacs que l'on ouvre ou
que l'on éventre en cas de descente trop brusque, ou si l'on
veut faire remonter le ballon.]
_Lâché_ après gonflement par du gaz léger, le ballon ne possède pas
d'autre force que cette _force ascensionnelle_, qui le fait monter ET
QUI DIMINUE À MESURE QU'IL MONTE.
Il ne peut se diriger par lui-même. Il est totalement livré aux
influences atmosphériques et principalement aux déplacements de l'air
dans n'importe quel sens, sauf dans le sens de sa montée.
S'il rencontre un courant de vent allant du Nord au Sud, il est
entraîné du Nord au Sud par ce courant, _avec la même vitesse_; mais
il s'élève en même temps dans ce courant, par sa force ascensionnelle
et, si elle lui permet de le dépasser, il y échappe après l'avoir
franchi.
Des aéronautes entraînés ainsi dans une direction déterminée par un
vent peu élevé dans la couche atmosphérique: _un vent rasant la
terre_, l'ont dépassé et se sont vu entraînés au-dessus de ce courant
inférieur, par un autre courant supérieur dans une autre direction
toute différente. Et l'on conçoit que les mêmes causes peuvent
produire les mêmes effets à la descente qu'à la montée d'un ballon.
Dans tous les cas, le ballon qui monte perd de sa force ascensionnelle
à mesure qu'il s'élève, parce qu'il pénètre dans des couches d'air de
plus en plus _raréfiées_, moins serrées, et par conséquent plus
légères.
Et cette _raréfaction_ de l'air est très accentuée, même pour des
altitudes peu considérables. Ainsi, l'air qui pèse 1.293 grammes à 0°
au niveau de l'Océan, ne pèse plus que 646 grammes--moitié moins--à 5
kil. 500 m. de hauteur.
Un ballon quittant le niveau de la mer à 0° avec une force
ascensionnelle de 500 kilogrammes, n'aurait donc plus que 250 kil. de
force ascensionnelle à 5.500 m. au-dessus du sol.
Théoriquement, ce ballon devrait monter jusqu'au moment où l'air, de
moins en moins lourd, arriverait à être aussi léger que le gaz dont
son enveloppe est gonflée. Mais comme il faut tenir compte du poids de
l'_enveloppe_, des _agrès_, de la _nacelle_, du lest et des personnes,
sans compter les _instruments_, le ballon de l'aéronaute s'arrête, en
pratique courante, bien avant d'arriver à ce _niveau d'équilibre_ du
gaz léger et de l'atmosphère raréfiée.
On arrête, en outre, volontairement sa montée avant qu'il n'arrive
dans les hautes régions où, comme il a été dit précédemment, l'air
respirable fait défaut et le froid devient excessif[5].
[Note 5: En général, l'abaissement de la température est de 5
à 6° par kilomètre d'altitude. Mais les écarts sont parfois
plus accentués: on a constaté--39° à 7.000 mètres
(Arago).--Un ballon-sonde a enregistré--78° à 13.000 mètres
d'altitude et d'autres fois moins; par exemple--68° à 18.000
mètres.]
En tout état de causes, lorsqu'il est arrivé à la limite de sa force
ascensionnelle, ou à la limite que l'aéronaute lui a imposée[6], le
ballon commence invariablement à redescendre pour plusieurs motifs. Le
principal c'est qu'il perd son gaz par les parois de l'enveloppe, les
soupapes, les joints, etc..., car ces organes sont loin d'être
absolument imperméables.
[Note 6: Par exemple en ouvrant la soupape supérieure du
ballon.]
En jetant du lest, l'aéronaute peut retarder sa descente et même faire
remonter le ballon. Mais il épuise alors ce lest; il le perd comme le
ballon perd son gaz et la descente, _inévitable_, par déperdition
constante de force ascensionnelle met un terme forcé à la durée du
voyage aérien.
Soit qu'il s'élève par sa force ascensionnelle initiale ou en jetant
du lest, soit qu'il descende en perdant son gaz naturellement ou par
la volonté de l'aéronaute, le ballon ne cesse donc pas d'osciller dans
le sens de la hauteur et, pendant ces oscillations, les courants d'air
qu'il traverse l'emportent à peu près à leur gré.
En revanche, il est déplacé sans aucune secousse, même par un vent
vif; il monte haut et les sensations extrêmement agréables, variées,
_imprévues_ des ascensions aérostatiques, lorsqu'elles ont lieu dans
des conditions favorables, expliquent fort bien comment un petit
nombre de personnes fortunées se sont adonnées et se livrent encore à
ce sport émouvant.
Un ballon doit avoir une capacité de mille mètres cubes environ pour
enlever deux ou trois personnes, et ce nombre de passagers est
nécessaire pour allier la sécurité à l'agrément.
Sa valeur est à peu près de 3.000 francs. Il devient hors d'usage en
quatre années, par suite des modifications chimiques et physiques
normales du tissu de l'enveloppe[7].
[Note 7: Ce prix est celui d'un ballon en tissu de coton, un
ballon en tissu de soie peut durer le double, mais il coûte
également le double.]
Enfin, chaque ascension entraîne une dépense de gaz de 150 francs
environ si la capacité du ballon est de 1.000 mètres cubes. De telle
sorte que peu d'amateurs peuvent s'offrir le luxe d'un plaisir si
coûteux[8].
[Note 8: Une ascension ordinaire à 2.000 mètres d'altitude
dure quatre à cinq heures ou toute une nuit, car la
déperdition du gaz est moins grande la nuit par les parois de
l'enveloppe et pour diverses autres causes.]
En revanche, le ballon rachète ces désavantages par son utilité au
point de vue de l'étude et de l'exploration scientifique de
l'atmosphère.
Il reste jusqu'à présent le roi des hautes altitudes accessibles à
l'homme.
On peut ajouter que les _ballons-sonde_, qui ne portent pas
d'aéronautes, mais qu'on lance munis d'instruments enregistreurs
spéciaux, réalisent de précieuses explorations des parties élevées de
l'atmosphère et que ces explorations seront encore longtemps
nécessaires pour l'étude du domaine de l'air[9].
[Note 9: L'observatoire d'Uccle (Belgique) a lancé le
_ballon-sonde_ qui est parvenu à la plus haute altitude
enregistrée jusqu'à ce jour: 25.989 mètres. Son ascension
eut lieu le 5 septembre 1907.]
Le Dirigeable
|Ses caractéristiques.--Ses moyens.|
|Son prix de revient.|
L'enlèvement d'un ballon dans l'air, avec des passagers dans une
nacelle, suggère naturellement le désir de _diriger_ l'aérostat. Cette
idée vint, en effet, aux premiers aéronautes dès 1783.
Mais, comme on l'a vu par les considérations précédentes, le _ballon_
est essentiellement indirigeable. Pour concevoir un _plus léger que
l'air_ ayant le pouvoir de se conduire lui-même dans l'atmosphère, il
fallait commencer par résoudre une série de problèmes. Un précurseur:
le lieutenant Meusnier, signalait dès 1784, la majeure partie de ces
problèmes et en donnait les solutions remarquables qui sont, sauf des
perfectionnements dans les détails, celles que la pratique et la
théorie ont fait réaliser dans les dirigeables d'aujourd'hui.
On comprend d'emblée que la forme sphérique du ballon est défavorable
s'il doit déplacer l'air pour avancer dans un sens déterminé, parce
qu'il aborde la résistance de ce fluide, quelque faible qu'elle soit,
avec une surface dont le développement est trop grand.
On conçoit le ballon dirigeable rationnellement allongé dans le sens
de sa marche normale. Les formes de cylindre, de fuseau, de navette et
nombre d'autres furent imaginées. En résumé, la Nature donne, par
analogie, les meilleurs modèles dans les proportions générales des
poissons migrateurs et dans ceux des grandes espèces comme la baleine,
le marsouin, le squale.
Les travaux du professeur Marey, ont démontré les avantages des formes
de ces poissons.
En étudiant, au moyen de la chronophotographie et avec des dispositifs
particuliers, les mouvements des courants liquides et gazeux
rencontrant des obstacles de formes diverses, et aussi les mouvements
que déterminent dans des gaz et des liquides des corps de différentes
formes traversant ces fluides, Marey a démontré que les résistances
des milieux (gaz ou liquides) sont réduites au minimum si le corps
immergé est allongé et se termine en pointe plus effilée à l'arrière
qu'à l'avant.
La figure 2 montre cette forme, très analogue à celle des poissons
précités. Les constructeurs l'ont adoptée, à quelques variantes près,
pour la plupart des ballons dirigeables.
[Illustration: FIG. 2]
En revanche, la direction des «plus légers que l'air» exigeait
l'emploi d'une force à la fois puissante et légère qui fit défaut
pendant plus d'un siècle et empêcha les essais des chercheurs
d'aboutir à des résultats satisfaisants.
Les tentatives avortées apprirent pourtant combien il fallait tenir
compte d'autres éléments primordiaux (d'ailleurs prévus par Meusnier,
dont les travaux enfouis dans les archives du ministère de la guerre
restaient ignorés).
Ni la vapeur, ni l'électricité, ne purent fournir le moteur souhaité.
Sa création fut l'oeuvre de l'industrie automobile et l'on peut dire
que la conquête définitive de l'air est une conséquence directe des
perfectionnements accomplis dans la construction des moteurs à
explosion de cette industrie[10].
[Note 10: Rappelons incidemment que les principaux essais
Turent successivement: 1º le dirigeable d'Henri Giffard
(1852), moteur à vapeur; vitesse obtenue: 3 mètres à la
seconde; 2º le dirigeable de Dupuy de Lôme, à hélice mise en
mouvement par des hommes (1872), vitesse: 2 m. 25 à la
seconde: 3º le dirigeable des frères Tissandier (1883),
moteur électrique (dynamo Siemens), vitesse: 4 mètres par
seconde; 4º Ballon dirigeable _La France_, des capitaines
Renard et Krebs (1884-1885), moteur électrique (dynamo
Gramme), vitesse: 6 m. 50 par seconde (_La France_ fit le
premier voyage aérien à circuit fermé); 5º le dirigeable
_Santos-Dumont_ (1901), moteur à explosion.]
Dotée du moteur qu'il lui fallait, l'aérostation multiplia promptement
ses essais de direction et l'expérience confirma,--parfois
cruellement,--des indications que la théorie donnait. On apprit par
des accidents, dont quelques-uns furent mortels, que _la direction_
d'un _plus léger que l'air_ a des exigences compliquées qui
différencient profondément le dirigeable du ballon sphérique.
Il est indispensable, par exemple, _que le dirigeable ne se déforme
pas, que sa nacelle conserve toujours la même position par rapport à
l'enveloppe qui la supporte et qu'il ait dans le sens de sa longueur
et de sa marche, une stabilité dite_: STABILITÉ DE ROUTE _ou_
STABILITÉ DE DIRECTION.
Si le dirigeable se déforme, il cesse d'être gouvernable et les plus
graves accidents peuvent être, en outre, la conséquence de cette
déformation.
C'est pour l'éviter, que le comte de Zeppelin a construit son
dirigeable avec une carcasse d'aluminium rigide. Mais il convient
d'ajouter que son type d'aéronat est particulièrement fragile à cause
de sa longueur excessive.
Si les dirigeables français n'ont pas la rigidité métallique du
_Zeppelin_, leurs proportions sont, en revanche, beaucoup moins
dangereuses.
On conserve leur forme aux aéronats non métalliques en les maintenant
toujours également gonflés à l'aide d'un ou de plusieurs ballonnets à
air contenus dans l'enveloppe.
Si le dirigeable dont, au départ, l'enveloppe était parfaitement
tendue par le gaz léger, vient à perdre trop de ce gaz pour garder sa
forme, on le voit aux indications d'un instrument qui marque la
pression du gaz dans le ballon (_manomètre_). Il suffit alors
d'introduire dans les ballonnets, avec une pompe à air, actionnée par
le moteur, ou à bras, une quantité d'air suffisante pour rétablir la
pression convenable à l'intérieur de l'enveloppe.
Si cette pression, par suite de la dilatation du gaz léger, devient
ensuite trop forte, il suffit de laisser les ballonnets se dégonfler
de l'air qu'on y a introduit jusqu'au rétablissement de la pression
que le gaz léger doit avoir pour tendre normalement l'enveloppe.
Ces opérations «compensatrices» étaient faites d'abord par les
conducteurs des dirigeables; aujourd'hui elles s'accomplissent
automatiquement et les pilotes n'ont qu'à les surveiller, pour les
produire au moyen d'organes spéciaux dans le cas où, par accident, les
compensations automatiques organisées cesseraient de fonctionner.
L'_équilibre_ du dirigeable,--seconde condition primordiale de sa
direction,--est réalisé par la façon dont sa nacelle est reliée à
l'enveloppe.
Dans le ballon sphérique, les balancements de la nacelle au-dessous du
ballon auraient peu d'inconvénients, parce qu'ils resteraient sans
influence marquée sur l'enveloppe et ses agrès. Ils ne se produisent
d'ailleurs point, puisque le ballon sphérique non dirigeable, ainsi
que les explications précédentes l'ont établi, reste absolument inerte
dans l'atmosphère, sauf les déplacements _verticaux_ incessants qu'il
subit, soit par l'effort de sa «force ascensionnelle», soit par
l'action de la pesanteur.
Dans les deux cas, les directions de ces forces passent rigoureusement
par les centres de la nacelle et du ballon, quelle que soit la
prédominance de l'une d'elles, et l'équilibre de l'aérostat se trouve
ainsi parfaitement assuré (Voir fig. 1, p. 5).
Il n'en est pas de même pour le dirigeable. Sa forme, indispensable
pour sa direction, l'expose à un décentrage des forces précitées
(pesanteur et force ascensionnelle) qui peut avoir les plus graves
inconvénients et même entraîner la perte de l'aéronat.
[Illustration: FIG. 3]
[Illustration: FIG. 4]
Dans la construction du dirigeable, tout est calculé pour que les
éléments qui font sa pesanteur: enveloppe, agrès, nacelle, moteur,
hélice, passagers, lest, etc., exercent cette force de pesanteur dans
le prolongement de la force ascensionnelle du gaz léger, _lorsque
l'aéronat est parfaitement horizontal_, parce que cette position est
celle de sa marche rationnelle.
La figure schématique nº 3 montre cet _équilibre horizontal_ du
dirigeable français, dans lequel la force ascensionnelle et celle de
la pesanteur s'exercent dans le prolongement l'une de l'autre, non pas
au milieu de la longueur, mais un peu plus vers l'avant de
l'enveloppe. On exprime cet antagonisme rectiligne en disant qu'il y a
parfaite coïncidence entre le _centre de gravité_ (pesanteur) et le
_centre de poussée_ (force ascensionnelle) du ballon (p. 13).
[Illustration: FIG. 5]
Mais si, pour une cause quelconque, le dirigeable vient à prendre une
position oblique comme celle qu'indique la figure 4, l'action de la
pesanteur, qui s'exerce toujours perpendiculairement, déplace la
nacelle par rapport à l'enveloppe et déplace les efforts de traction
dus à la pesanteur aussi bien que les efforts de pression du gaz léger
contenu dans le ballon. La figure 4 montre, notamment, que la ligne du
_centre de poussée_ de la force ascensionnelle s'est déplacée. La
position primitive est représentée par des lignes en pointillé, tandis
que les lignes pleines représentent la position nouvelle. De plus,--et
ceci est beaucoup plus grave,--un nouvel équilibre de l'aéronat
s'étant établi _dans la position oblique_ par suite du déplacement de
la nacelle par rapport à l'enveloppe, _il ne tend plus à se
redresser_; la continuation de sa marche ne peut qu'accentuer son
obliquité dangereuse (p. 13).
[Illustration: FIG. 6]
Il est donc indispensable de rendre la position de la nacelle aussi
invariable que possible, par rapport à celle de l'enveloppe, et l'on y
parvient en remplaçant sa suspension au moyen de _câbles parallèles_
par une suspension dans laquelle les câbles, s'entre-croisant, forment
des triangles comme le montre la figure 5, p. 14.
Dans ce cas, en effet, la disposition des câbles de soutènement
empêchant la nacelle de se déplacer par rapport à l'enveloppe, comme
le montre la figure 6, celle-ci se trouve soumise à deux forces
contraires: la force ascensionnelle et la pesanteur, qui tendent
toutes les deux à la fois à redresser l'aéronat, parce qu'elles ne
sont plus dans le prolongement l'une de l'autre, dès que le dirigeable
cesse d'être parfaitement horizontal.
Ainsi le mode de soutènement par câbles entre-croisés en triangles
réalise la stabilisation automatique du dirigeable dans la position
horizontale.
Enfin, pour que le dirigeable garde, dans le sens de sa marche, sans
le secours incessant du gouvernail, une direction rectiligne, on munit
son arrière d'une sorte _d'empennage_ analogue à celui des flèches et
jouant le même rôle mais constitué par des surfaces plates opposées à
angle droit, ou par des ballonnets en forme de cylindres ou de cônes,
comme ceux que montrent les figures 7 à 10.
[Illustration: FIG. 7, 8, 9 et 10]
Les premiers éléments constitutifs du dirigeable sont donc: 1º sa
forme; elle doit se rapprocher de celle des poissons qui peuvent
effectuer de longs parcours;--2º sa rigidité; l'emploi des ballonnets
internes compensateurs, ou la construction métallique, donnent cette
rigidité;--3º la stabilité de la nacelle par rapport à l'enveloppe; la
suspension par câbles à entre-croisements triangulaires la réalise;
elle est naturellement assurée par la rigidité du métal dans la
construction métallique du _Zeppelin_ (fig. 11, 12 et 13);--4º la
rectitude de marche; on l'obtient par les divers empennages de
l'arrière du dirigeable.
[Illustration: FIG. 11
FIG. 12
FIG. 13
FIG. 11.--Coupe longitudinale montrant le cloisonnement du _Zeppelin_.
FIG. 12.--Arrière du _Zeppelin_ vu en dessous.
FIG. 13.--Coupe transversale du _Zeppelin_ à l'arrière.
Le _Zeppelin_ a 130 mètres de longueur et 10 mètres 70 cent. de
diamètre; il cube 12.000 mètres. Deux moteurs de 170 chevaux lui
servent à actionner 4 hélices de 1 mètre 30 cent. de diamètre, qui
font 800 tours à la minute. Un hangar flottant installé sur le lac de
Constance est son abri. Ce type de dirigeable a pu réaliser un
parcours de 1.100 kilomètres en trente-huit heures (29 kilomètres à
l'heure). Mais les nombreux accidents dont il a été victime,
paraissent démontrer qu'il est peu pratique. Son prix est d'ailleurs
excessif: il atteint plusieurs millions de marks.]
Mais ces caractéristiques principales ne suffisent pas: le dirigeable
doit encore satisfaire à d'autres conditions.
Un gouvernail de direction latérale, placé à l'arrière et analogue à
celui des navires, peut le faire tourner à droite ou à gauche.
[Illustration: FIG. 14
_A._ Corps du dirigeable rempli de gaz.--_B._ Ballonnet compensateur
interne ou _b. b. b,_ série de ballonnets compensateurs
internes.--_E._ Empennage.--_G._ Gouvernail de direction
latérale.--_H._ Hélice.--_M._ Mécanicien.--_m._ manche ou conduit de
gonflement du ballonnet compensateur.--_P._ Pilote.--_P. S._
Gouvernail de profondeur.--_R. S._ et _r. b._ lignes des joints
d'attache des câbles de soutènement de la nacelle.--_S. O._ Soupape de
sortie du gaz.]
Comme le ballon sphérique, le dirigeable emporte une certaine quantité
de lest pour retarder sa descente ou pour remonter en s'allégeant. Il
peut aussi retarder sa montée ou provoquer sa descente, en se vidant
de son gaz léger par une soupape d'échappement, placée à l'arrière,
aussi loin que possible du moteur. Mais ces deux moyens, pour monter
et pour descendre, l'épuiseraient trop rapidement (quoique l'emploi
des approvisionnements d'essence et d'huile soit un délestage normal
constant dont l'importance n'est pas négligeable). Afin d'économiser
au maximum son gaz et son lest, on ajoute au dirigeable des plans
_stabilisateurs_, disposés à l'arrière ou à l'avant, qui jouent le
rôle d'un gouvernail de profondeur et, prenant point d'appui sur
l'air, grâce à la marche de l'aéronat, provoquent sa montée ou sa
descente pour des différences d'altitude progressives, modérées. La
figure 14, qui représente schématiquement un dirigeable rationnel,
montre ces divers organes.
[Illustration: FIG. 15
Le Dirigeable _Ville de Paris_ et hangar de ce dirigeable dans le
fond.]
Constitué de cette manière, le dirigeable mérite sa dénomination parce
qu'il est réellement maniable dans l'atmosphère. Néanmoins, il faut
encore tenir compte de deux éléments d'importance capitale dans son
emploi: la puissance relative de sa force motrice et l'étendue de son
_rayon d'action_.
Sauf le cas d'un vent soufflant en tempête et par rafales, le pilote
d'un ballon sphérique non dirigeable n'a pas à se soucier beaucoup du
courant d'air qui l'emporte puisqu'il ne peut rien contre lui. Si ce
courant l'entraîne dans une région où il ne veut pas aller: océan,
contrée montagneuse trop élevée ou pays étranger, sa seule ressource
est d'atterrir le mieux possible... ou de chercher, en s'élevant dans
les régions supérieures de l'atmosphère, s'il peut les atteindre, un
autre courant d'air,--qu'il risque fort d'ailleurs de ne pas
rencontrer.
Au contraire, le pilote du dirigeable, par cela même que son ballon
est dirigeable, est forcé de tenir compte des moindres mouvements de
l'atmosphère et il importe au plus haut point que le moteur de son
aéronat ait une puissance capable de lutter contre celle d'un vent
ordinaire avec plein succès.
Un moteur qui ne donnerait au dirigeable qu'une vitesse inférieure à
celles des brises régnant généralement dans sa région serait
inutilisable pendant la plus grande partie de l'année. L'obligation de
ne manoeuvrer que par des temps calmes équivaudrait à la négation de
son emploi.
Théoriquement, le dirigeable fut réalisé par les frères Tissandier,
par Dupuy de Lôme et même par Henri Giffard dès 1852, puisqu'ils
purent faire mouvoir leurs ballons dans l'air avec les moteurs dont
ils étaient munis. Mais, parce qu'ils ne dépassaient point des
vitesses oscillant entre 2 m. 25 à 4 m. à la seconde, vitesses qui
sont inférieures à celles des vents dominants en France, leurs
aéronats restaient inutilisables pratiquement.
Le dirigeable _La France_, des capitaines Renard et Krebs, qui
exécuta, en 1885, les deux premiers voyages aériens formant un circuit
fermé, c'est-à-dire qui, partant de Meudon, put aller à Paris et
revenir à Meudon, à son point de départ, avait une vitesse de 6 m. 50
à la seconde (environ 23 kil. à l'heure).
Les observations météorologiques poursuivies pendant nombre d'années à
Chalais-Meudon par l'autorité militaire ont permis d'établir que, sur
ce point du territoire, il y a pendant près de 180 jours par an, des
vents dont la vitesse est au moins égale à 26 ou 27 kil. à l'heure (7
m. à 7 m. 50 par seconde).
La vitesse du dirigeable _La France_ était donc inférieure à celle de
la moyenne de vents dominants et cet aéronat n'a réussi les «circuits
fermés» Meudon-Paris-Meudon, les 22 et 23 septembre 1885, qu'à la
faveur de vents d'une vitesse inférieure à celle de ceux qui sont les
plus fréquents.
Les dirigeables: _Ville-de-Paris_, _Bayard-Clément_, _République_,
dont la vitesse atteint 12 m. 50 au minimum par seconde (45 kilomètres
à l'heure) peuvent, au contraire, fonctionner environ 297 jours par
an, suivant le tableau des observations météorologiques militaires
précitées.
Or, ces résultats, qui sont dus à la puissance des moteurs à explosion
employés sur ces dirigeables, n'auraient pas été obtenus sur des
aéronats de faibles dimensions.
On peut construire un dirigeable petit. Le _Santos-Dumont_ nº 1 ne
cubait que 180 m. Le nº 6 avec lequel il gagna le prix Deutsch, le 19
octobre 1901, jaugeait 622 mètres cubes; il n'avait que 33 m. de
longueur et 6 m. de diamètre.
Pour l'_amateur_, on a même créé un type de dirigeable réduit: c'est
le _Zodiac_, dont les caractéristiques sont: une enveloppe contenant
700 mètres cubes de gaz; un moteur de 16 chevaux, une hélice de 2 m.
30 de diamètre, donnant 600 tours à la minute. Ce type d'aéronat
réduit est, en outre, démontable. Emballé, il peut être transporté sur
un camion ou expédié par chemin de fer. Enfin, il ne coûte que 25.000
francs.
Mais gonflé de gaz d'éclairage, il n'enlève qu'une seule personne. Il
faut lui ajouter 100 mètres cubes d'hydrogène pur (gaz fort cher et
que l'on ne se procure pas partout), pour qu'il puisse en enlever
deux. Il ne voyage guère que trois ou quatre heures. Il n'enlève que
75 kilogrammes de lest. Sa vitesse ne dépasse pas 28 kilomètres à
l'heure.
En comparant ces caractéristiques du _Zodiac_ avec celles du
_Bayard-Clément_, par exemple, on comprend comment ce dernier peut
donner des résultats pratiques, qu'un petit dirigeable ne saurait
fournir.
Le _Bayard-Clément_ a 56 m. de longueur, 10 m. 58 de diamètre et cube
3.500 m. Son moteur, qui pèse 352 kilogrammes, a une force de 105
chevaux. Il actionne une hélice de 5 m. de diamètre qui fait 350 tours
à la minute, avec une consommation de 38 à 40 litres d'essence et de 5
litres d'huile à l'heure.
Grâce à ces éléments cet aéronat peut atteindre une vitesse de 50
kilomètres à l'heure.
Avec six passagers, 300 litres d'essence, 20 litres d'huile, 65 litres
d'eau (pour le refroidissement du moteur), et 250 kilogr. de lest, il
a fait en 5 heures, le 1er novembre 1908, un parcours de 250
kilomètres sans escales, «circuit fermé», de Sartrouville à Compiègne
et Pierrefonds par l'Isle-Adam, Creil, Pont-Ste-Maxence, Séry,
Dammartin, Le Bourget, Pantin et rentrer à Sartrouville en passant sur
Paris.
Mais un dirigeable de cette puissance coûte environ 300.000 francs.
La catastrophe du dirigeable _Patrie_ a démontré qu'il est
indispensable de remiser de si grands aéronats dans des hangars
spéciaux, qui sont de construction coûteuse. La figure 15 (p. 19)
montre un hangar de ce genre.
Enfin, la nécessité de ramener le grand dirigeable à son hangar réduit
considérablement son _rayon d'action_ (50%).
Dans de telles conditions, sauf exception, un État semble seul
pouvoir se permettre, pour sa défense militaire, le luxe d'un ou de
plusieurs grands dirigeables d'une série de hangars pour les remiser.
On conçoit néanmoins que, plus tard, l'industrie des transports en
commun utilisera peut-être de grands dirigeables perfectionnés et
modifiés en vue de ce genre d'exploitation.
Mais, pour le moment présent, l'_aviation_ semble mieux répondre au
désir légitime que fit naître chez toute personne la récente conquête
de l'air, et c'est ce mode de locomotion dans l'atmosphère qui sera
presque exclusivement le sujet de cet A. B. C.
[Illustration: FIG. 16]
II
L'Air
Lorsqu'on parle aujourd'hui de la _conquête de l'air_, il faudrait
ajouter qu'il s'agit de _l'air respirable_ pour l'homme, ou que cette
restriction soit sous-entendue, car l'être humain ne peut graviter
pratiquement au delà de la couche atmosphérique, relativement bien
basse, où sa respiration est assurée par une certaine proportion de
divers éléments gazeux.
Au delà de 6.000 mètres, en effet, «quelques précautions que l'on
prenne, la diminution de pression, la moindre quantité d'oxygène
entrant dans les poumons à chaque inspiration force à les précipiter.
On étouffe, des maux de tête et des maux de coeur surviennent», etc.
(BOUQUET DE LA GRYE).
L'oxygène de l'air pénétrant dans les poumons y est absorbé par le
sang. Ce véhicule l'entraîne dans l'organisme où, par une sorte de
combustion lente, il brûle une partie du carbone des matières qui
doivent être éliminées. Son rôle est donc capital dans l'existence
humaine.
L'oxygène n'est d'ailleurs pas moins indispensable au moteur de
l'aéroplane qu'à l'aviateur; sa rareté dans les hautes régions de
l'atmosphère nous en interdit donc doublement l'accès.
Lorsque Berson et Suering atteignirent l'altitude de 10.500 m. en
1901, ils entretenaient artificiellement leur respiration à l'aide
d'une réserve d'oxygène qu'ils avaient emportée, et le ballon
sphérique où ils étaient n'avait pas de moteur à faire fonctionner
pour les soutenir. Si, plus tard, des aéroplanes arrivent à dépasser
l'altitude de 6.000 m. pour monter aussi haut que Berson et Suering,
cela ne pourra être qu'à l'aide de dispositifs spéciaux, ou d'une
carburation spéciale dans les moteurs, permettant d'y introduire les
quantités d'oxygène nécessaires, puisqu'elles ne se trouveraient pas
dans l'air ambiant.
On a déjà vu précédemment que le froid, qui augmente à mesure qu'on
s'élève dans l'air, trace d'autre part aussi une limite aux ascensions
humaines dans l'atmosphère. On peut prévoir que la congélation serait
une gêne et peut-être un obstacle absolu dans le fonctionnement des
moteurs à explosion, aussi bien pour la carburation que pour le
graissage, à partir de certaines altitudes.
Si l'on suppose, en effet, un aéroplane quittant le sol à une
température de + 15° et subissant un abaissement de température de 1°
par 180 m. d'ascension, puisque cette proportion est celle que l'on
tient pour constante, on voit qu'après avoir dépassé une hauteur de
10.500 m. comme Berson et Suering, il devra subir un froid de -44° (à
10.620 mètres exactement).
Le ballon-sonde _Aérophile nº 1_, lancé le 21 mars 1893 de l'usine de
Vaugirard à Paris, enregistra -51° à 15.000 m. d'altitude. En
Allemagne, à Tempelhof, un autre ballon-sonde lancé atteignit 18.450
m. et enregistra -68°.
La décompression qui altère l'organisme humain aux altitudes
supérieures à 8.000 m. aurait peut-être aussi des effets sur la marche
des moteurs à de plus grandes hauteurs.
En résumé, pour l'homme et pour l'aéroplane le domaine de l'air est
extrêmement réduit en hauteur, par rapport à l'épaisseur indéterminée
de l'atmosphère, et il ne faut point imaginer que l'homme y montera un
jour «aussi haut qu'il voudra monter».
Mais cette considération n'a rien d'affligeant, car ce n'est pas en
hauteur que l'espace atmosphérique est une enthousiasmante conquête:
c'est _en étendue_. À partir d'une très faible altitude, l'intérêt
d'un voyage aérien décroît rapidement par suite de la faible portée
visuelle, si l'on continue à s'élever.
Et, d'autre part, si la rapidité d'une traversée dans l'atmosphère
doit devenir une supériorité de ce mode de locomotion grâce aux
vitesses de 200 ou de 300 kilomètres à l'heure que l'on prédit déjà
aux aéroplanes[11], il n'y aura jamais avantage à réduire la
promptitude d'une translation par des ascensions élevées. Ce serait
«s'attarder en route».
[Note 11: Capitaine FERBER. _L'Aviation_, p. 52.]
Pour l'_aviation_, l'étude des hautes régions de l'atmosphère est
néanmoins indispensable parce qu'elles provoquent la plupart des
perturbations qui agitent les couches inférieures.
Les vents, notamment, ces grands obstacles de la gravitation dans
l'air pour les appareils _aviants_ (et à _fortiori_ pour les ballons
dirigeables), viennent surtout de très haut.
À mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère, on constate d'ailleurs que
les courants qui la parcourent sont plus forts, plus étendus, plus
rapides et ce régime constant incite encore, une fois de plus,
l'aviateur à ne point viser le zénith.
Les nuages et l'électricité qui les accompagnent si souvent sont, en
outre, des embarras ou des dangers que l'aviateur devra éviter.
Planant au-dessus des nuages, le pilote de l'aéroplane n'aurait plus
de point de repère pour sa route; il serait obligé de se diriger à la
boussole. Tout, dans la Nature, l'engage à se contenter du domaine des
oiseaux.
Il convient d'insister un peu sur ces caractéristiques de l'atmosphère
parce qu'elles gouvernent l'aviation.
C'est parce que l'air n'est pas comme on le croyait jadis: «un
_élément impondérable_, mais homogène dans toute l'étendue d'espaces
sub-terrestres définis», qu'il constitue un milieu où les aéroplanes
d'aujourd'hui peuvent prendre un point d'appui pour se déplacer.
Utilisée par l'homme depuis des siècles, la _force du vent_ est connue
de tout le monde. _La résistance de l'air_ l'est infiniment moins,
quoique nombre de détails, très vulgarisés de nos jours, l'aient mise
en évidence, notamment: la forme des locomotives modernes à grande
vitesse, les courses de bicyclettes et d'automobiles, etc.
Nos sens, en effet, ne perçoivent guère _la résistance de l'air_,
parce que nos mouvements naturels ne sont pas assez rapides pour nous
la faire sentir.
Lorsque nous nous déplaçons _artificiellement_ à une grande vitesse,
au contraire, nous commençons à sentir cette résistance, comme nous
sentons naturellement la force du vent. Or, cette force du vent
n'existe qu'en raison de la densité de l'air; il faut s'habituer à le
concevoir pour comprendre le mécanisme de l'aviation.
Un vent de tempête arrache des toitures, renverse des arbres et des
personnes; on se sent comme près d'être emporté, c'est-à-dire
_soulevé_, par les fortes bourrasques d'un ouragan. Réciproquement,
aborder l'air avec une rapidité d'ouragan produit les mêmes effets, à
cause de la _résistance de l'air_; il faut se pénétrer de la
connaissance de ce fait.
Si nous ne sommes pas positivement _enlevés_ par un vent de tempête,
c'est parce que notre volume est trop faible par rapport à notre
poids; parce que nous avons trop peu de surface par rapport à notre
pesanteur. Mais, présentons-nous au vent en tenant une surface deux ou
trois fois seulement plus grande que la nôtre: planche, toile tendue
sur un châssis, feuille de tôle ou tout autre objet de large surface,
nous serons aussitôt renversés avec violence;--nous serions enlevés
positivement si l'orientation et l'équilibre de cette surface étaient
convenables. Ce fait résume et révèle le principe de l'aviation.
Un cerf-volant d'une surface suffisante enlève un homme. Ce moyen,
préconisé pour des reconnaissances militaires, a été expérimenté avec
succès. Les récents travaux du capitaine Taconnet et du capitaine
Madiot l'ont rendu tout à fait pratique.
Par quelques évaluations fort simples, il est aisé de préciser un peu
les idées à ce sujet:
La théorie et la pratique démontrent que la _résistance de l'air est,
à peu près, proportionnelle au carré de la vitesse_.
Ce qui revient à dire, par exemple, que si un vent ayant une vitesse
de 1 m. par seconde exerce une pression égale à celle d'un poids de
125 grammes sur une surface de 1 m. carré perpendiculaire à sa
direction, cette pression sera quadruplée pour la même surface, si la
vitesse du vent devient double.
La pression étant équivalente au poids de 125 grammes avec la vitesse
de 1 m. par seconde, si le vent a une vitesse de 2 m. par seconde, la
pression sera de 125 × 2 × 2 = 500 grammes.
Si le vent fait 20 m. par seconde, sa pression sur la même surface de
1 m² sera de 125 × 20 × 20 = 78 kilogrammes et 125 grammes, pesanteur
déjà supérieure à celle de bien des personnes.
L'aéroplane obtient les mêmes résultats par les mêmes moyens, mais en
sens inverse: contre l'air, immobile, par exemple, il précipite une
surface déterminée avec une vitesse également déterminée et si les
déterminations sont bonnes, c'est-à-dire si la surface et la vitesse
sont suffisantes, la pression en dépassant le poids de l'engin le
soulève; l'essor de l'aéroplane est obtenu.