Brevet FR2980168A1 — publié le 20130322

DESCRIPTION : L'invention décrite ci-après concerne le mode de chauffage de l'air contenu dans le ballon, ou enveloppe, d'une Montgolfière. Pour une Montgolfière traditionnelle, l'air qui permet l'élévation en altitude de l'ensemble nacelle et ballon, est chauffé par un brûleur à gaz, du Propane, jusqu'à une 5 température en moyenne de 110 ° Celsius. (Hauteur de la flamme = 6 mètres) Un gros volume d'air, disons par exemple 4000 m3, ainsi bien plus chaud que l'air ambiant, sera aussi bien plus léger, et, confiné dans une enveloppe, pourra donc soulever le poids total de la Montgolfière, mais également des passagers embarqués. Nota : afin d'assurer une réactivité optimum au ballon, les Aérostiers embarquent moins io de passagers que le volume ne le permet, qui est de 5-6 passagers pour l'exemple de volume décrit ici. Un vol en Montgolfière comprend le gonflage du ballon, au moyen d'une soufflerie et avec l'aide de quelques passagers ; le vol effectif au gré du vent (environ 1 heure) ; le dégonflage puis le chargement sur remorque de l'ensemble, généralement accompagné 15 d'une coupe de Champagne symbolisant le Baptême de vol ; puis le rapatriement jusqu'au point de départ, soit 4 heures au total en moyenne. Les plus longues étapes de ce voyage, le gonflage et le dégonflage de l'enveloppe, permettent rarement plus de 2 ascensions par jour, sous conditions météorologiques favorables, soit 100 jours en moyenne par an selon les Régions, ce qui a pour zo conséquences des tarifs par usager d'environ 160E par vol. De plus, le brûleur, même s'il ne fonctionne que par intermittence, pour ajuster la température de l'air confiné et donc l'altitude à atteindre, est très sonore ; consomme environ 40 litres de Propane par heure de vol ; est donc peu écologique ; et implique l'embarquement dans la nacelle de bouteilles de gaz dont poids et place ne sont pas Z5 négligeables. La version de Montgolfière présentée ici a pour particularité d'avoir l'air de son ballon (1) chauffé par une résistance électrique (2). Cette spécificité est rendue possible par un choix de vols sédentaires (ascensions), au départ et au-dessus d'un Parc fixe, spécialement conçu et aménagé pour cette activité, à > proximité d'un site du Patrimoine ou d'un Centre de Loisirs, et/ou pour offrir un Panorama d'horizons pittoresques, à l'altitude de 115m au niveau de la nacelle, soit à peu près à 150m en haut du ballon, altitude maximum autorisée (sauf dérogations) par la Direction Générale de l'Aviation Civile. Pour imager, ces 115m correspondent à la hauteur du 2ème étage de la Tour EIFFEL. 35 Pour cela, la nacelle (3) sera amarrée et reliée en permanence au sol par un câble métallique de maintien (4) très résistant, associé à un amortisseur de tension (5) au point d'amarrage de la nacelle, pour éviter les secousses liées à la longueur du câble. Le contexte "captif" de cette Montgolfière permet alors de joindre en parallèle du câble de maintien, idéalement assemblés pour n'en faire qu'un, un câble conducteur gainé (6), qui acheminera de l'électricité jusqu'au sommet de la nacelle, puis jusqu'à l'intérieur du ballon où sera positionnée la résistance. Cette résistance sera plus silencieuse, horizontale, avec la chaleur produite dirigée vers le coeur du ballon, et maintenue en suspend 2 à 3 mètres au- dessus de la base de l'enveloppe par 4 haubans isolants et souples (7), eux-mêmes fixés au sommet du ballon sur des points d'ancrage renforcés par une toile plus raide (8). Elle sera également maintenue à la base de l'enveloppe, pour éviter les écarts tO latéraux, par 4 haubans fixés sur un cercle de charge (9), cercle qui reçoit traditionnellement les brûleurs de Propane. La résistance sera protégée et protectrice de l'enveloppe grâce à une cage (10) en matériau isolant, disposée tout autour et solidaire de la résistance. Sur cette cage viendront se fixer les haubans ci-dessus décrits, et le câble sç d'alimentation la traversera pour se brancher sur la résistance. En fin de journée, et après que les derniers passagers de la journée aient débarqué, l'ensemble ballon-résistance s'affaissera doucement sur la nacelle, manoeuvre guidée par le Pilote (aérostier confirmé), et le tout sera alors entreposable. Le gonflage en début de journée s'effectuera par soufflerie d'air très chaud ( > 110°C), 20 air chauffé par une résistance électrique pratiquement 10 fois plus puissante que la résistance disposée au sein du ballon, et qui sera mobile pour pouvoir se positionner auprès de la nacelle autant de fois que nécessaire si un ajustement important de la température devait être pratiqué au cours de la journée d'exploitation. Après le gonflage et la haute température acquise, la résistance "d'appoint" de la 25 Montgolfière prendra aussitôt le relais pour entretenir les 110°Celsius, sans discontinuer, et ce même pendant les phases de descente. Ce rôle secondaire d'entretien de la haute température sera possible grâce à une toile plus isolante thermiquement qu'une enveloppe traditionnelle, et à la fermeture en fin de gonflage de la jupe (11) du ballon, située sous le cercle de charge, à l'aide d'un 30 système simple de cordage, ce qui rendra quasiment hermétique le volume d'air chaud, d'où une économie notable d'énergie. Selon les conditions météorologiques, il n'est toutefois pas exclu comme précisé plus avant, de faire intervenir la résistance principale pour un réajustement rapide de la haute température pendant un débarquement - embarquement. 35 Un treuil électrique (12), solidement arrimé à une dalle de béton (13), assistera la descente à une vitesse désirée, juste en rompant l'équilibre de "flottaison" dans l'air, et les câbles de maintien et d'alimentation seront ainsi enroulés autour de son tambour (14). Les coûts d'un maintien à température de l'enveloppe et de l'électricité du treuil ne seront pas supérieurs à une rupture d'alimentation suivie d'un réajustement à 110°C en cas de descente libre. De plus, le gain de temps pour cette descente "maîtrisée" sera autant de temps s, supplémentaire en stationnement à 115 mètres d'altitude, ce qui ne devrait pas déplaire aux passagers. Quant à la température à atteindre puis à entretenir, et donc la puissance électrique à générer, elle sera délivrée par un Poste de Transformation (15) moyenne tension (+ de 400 Volts) aux abords du Parc, et commandée par le Pilote depuis la nacelle, qui Io déterminera ainsi la vitesse d'ascension désirée, et ajustera cette puissance en fonction des vents, toutefois jamais supérieurs à 20km/h par mesures de sécurité, mais qui auront une tendance naturelle à éloigner ce ballon captif de la verticale qui lui assurera son altitude maximum. Certaines géométries de ballon glissent mieux dans le vent que d'autres, et seront 15 donc plus propices à subir la "captivité" de la Montgolfière sans puissance accrue supplémentaire. Le pilote sera également en liaison permanente radio avec la Direction du Parc pour se tenir informé d'éventuels changements climatiques fournis par Météo-France et disposera d'un anémomètre (16) embarqué qui lui indiquera la vitesse des vents. 20 La puissance nécessaire au gonflage et au maintien à 110°C de l'air du ballon est proportionnelle au volume de l'enveloppe choisie, et de ces variations dépendront aussi le poids (et la section) du câble d'alimentation, Sachant qu'1 mètre cube d'air chauffé à 110°C soulève 0.275kg, et que 0.125KW sont nécessaires pour atteindre ces 110°C (Résultats obtenus auprès de Fabricants de t5 Résistances électriques et confirmés par des simulateurs de calculs de puissances calorifiques par volumes), 4000m3 de ballon demanderont donc 500KW de puissance et soulèveront une charge de 1100kg. Si le poids de l'ensemble résistance (secondaire) - câble d'alimentation s'avère toutefois supérieur au poids d'un ensemble brûleur - bouteilles de gaz, la Montgolfière 90 électrique "amarrée" sera bien moins exigeante en réactivité du fait de sa trajectoire uniquement ascensionnelle, et pourra donc embarquer autant de passagers qu'un ballon libre. (Poids moyen H - F = 70kg) Pour résumer, on peut dire que dans une Montgolfière électrique, 1 personne équivaut à 600m3 de volume et à 80KW de puissance. 35 Nota : grâce aux tarifs Professionnels des Distributeurs d'électricité, le coût moyen pour cette puissance (abonnement compris) et de ce fait, d'une ascension électrique, reste similaire au coût d'une heure de vol effectif par combustion de 40 litres de Propane, soit environ 30E. L'avantage de ce nouveau concept de vols sédentaires est un maintien de l'air chaud du ballon à température quasi constante, et donc un gonflage permanent du début à la fin de la journée, ce qui permet de multiplier notablement le nombre d'ascensions : 8 à 12 ascensions par jour suivant la période de l'année, selon des conditions s météorologiques favorables et un vent inférieur à 20km/h. Nota : Météo-France délivre des moyennes par Régions calculées sur plusieurs années, indiquant le nombre de jours et périodes où les vents sont compris entre 0 et 20 km/h. Le nombre d'ascensions supplémentaires autorise alors des tarifs de vol par personne abordables pour le tout Public (tarifs conseillés par le Rédacteur : 29 à 49E selon la Io notoriété du site à survoler). 1 ascension-descente par heure peut donc être envisagée, avec une station en altitude de 15 à 30 minutes, selon les conditions et le site à contempler. En cas de coupure de courant, la Montgolfière électrique redescendrait lentement de sa position au moment de l'arrêt d'alimentation, comme si le treuil n'existait pas (seul appareil nécessitant si besoin était d'un Groupe électrogène), au pire à 115m de son point d'ancrage, sur un terrain de toutes façons comprenant un espace de dégagement de 150m tout autour du point d'ancrage (si ballon haut de 35m), et comprenant une distance de 80m entre les Montgolfières si le Parc en comptait plusieurs pour son exploitation. Zo Ces espaces et distances cadreront ainsi avec les Directives de la D.G.A.C. Considérant ce contexte, un Parc à 2 Montgolfières électriques peut être avantageux (coût du Poste de Transformation et de la résistance principale mobile à prévoir une seule fois), car l'un des deux ballons étant toujours en altitude, l'exploitation sera repérable à grande distance, et les Touristes seront assurés de visu que le Parc est bien zsouvert au Public. Conclusions : ce nouveau concept d'ascension en ballon devrait favoriser l'intensité de cette activité et permettre alors des tarifs plus abordables. Exemple de C.A. consommation d'électricité déduite, pour seulement 100 jours d'exploitation par an et ?Dun tarif de 29E ; 10 ascensions en moyenne par jour et 6 Clients par ascension = 144.000E T.T.C. Dessin en annexe : schéma simplifié de la Montgolfière électrique.