Lors d’un des premiers essais concluants, nous avons constaté qu’au cours de sa descente, la chaîne de vol a atteint une pointe de 7 m/s pour toucher le sol environ 4 m/s comme nous pouvons constater sur le graphique ci-contre (Doc.14). Même si ce sont des vitesses typiques atteintes par les ballons météo, nous avons décidé d’équiper la chaîne de vol d’un parachute.

a) Accrochage du parachute

Le parachute est situé entre la nacelle et la bouche du ballon. La partie supérieure est reliée à la nacelle tandis que la partie inférieure (la section du parachute) est elle reliée à la bouche du ballon. Ainsi  à l’ascension, le parachute est  à l’envers. Il se retrouve donc à l’endroit au moment du retournement pour pouvoir être au dessus du ballon et s’ouvrir pour ralentir la descente.

Lors de l’un de nos essais, nous avons pu voir depuis le sol, que les différentes suspentes étaient plus ou moins emmêlées, ce qui limitait l’ouverture du parachute et donc la surface de contact avec l’air, c’est pourquoi, le parachute est désormais posé dans un récipient accroché sur un des côtés de la nacelle, et lorsque la nacelle tombe suite à la coupure de la ficelle, le parachute est libéré et s’ouvre.

Taille du parachute

Pour être efficace, le parachute se doit d’avoir une certaine taille afin de ralentir correctement la redescente du ballon.

Selon la verticale, les forces qui s’appliquent pendant la redescente sont :

-  Poids de l’ensemble : [Ballon + Nacelle + cordes + réflecteur radar + parachute ] de masse m

-  La force de frottement qui s’exerce lorsque le parachute est déployé peut être modélisée par la relation :

Avec    ρ : masse volumique de l’air

S : surface du parachute en m²

Cx : Coefficient aérodynamique

V : Vitesse du parachute

Dans le raisonnement qui suit, on ne tient pas compte de la force de frottement de l’air sur le ballon dégonflé. Elle est loin d’être négligeable compte-tenu de la grande surface du ballon donc la vitesse attendue avec le parachute utilisé sera  maximum.

- On néglige la poussée d’Archimède en raison du faible volume du ballon lorsqu’il est dégonflé.

Lorsque le parachute joue son rôle, la chaîne de vol redescend à vitesse constante selon la verticale, donc d’après le principe d’inertie, les forces verticales se compensent ce qui veut dire que :

On projette selon la verticale :        f – P = 0 donc f=P  soit

D’où la formule pour calculer la surface du parachute pour une vitesse de descente V_d voulue :

Exemple : pour une redescente à V=5,0 m.s^-1 au sol, un coefficient C= 1,4 d’après Planète Sciences, une masse volumique de l’air  ρ=1,20kg.m^-3 pour une température de 20°C et une pression atmosphérique de 1013 hPa. :

Ce qui correspond  à  un rayon = 0,67 m.

Lors de nos deux derniers essais (Doc15 et 16), on a pu constater que l’ensemble est descendu à une vitesse de 4m/s. En effet, la surface importante du ballon provoque une force de frottement de l’air sur le ballon qui réduit d’autant plus la vitesse de la chaîne de vol comme nous avons pu déjà le préciser.

La technique de retournement

Pour provoquer la redescente de la chaîne de vol , nous avons pensé à plusieurs solutions, le seul moyen de la faire redescendre avant la tombée de la nuit étant de dégonfler le ballon.

Nous avons d'abord pensé à provoquer une explosion à l'intérieur du ballon afin de créer un trou dans l'enveloppe. Nous avons rapidement renoncé à cette solution car il aurait fallu reconstruire un ballon après chaque lâcher.

La possibilité d’installer une soupape a également été envisagée, mais mécaniquement cela nous a semblé trop complexe à concevoir et cela aurait certainement alourdi considérablement l’ensemble.

Nous avons donc réfléchi à un autre moyen, et avons retenu la solution du retournement suggérée par Laurent Besset, expert en ballon solaire. Avec cette technique, la nacelle est accrochée au ballon en deux points: le premier relie la bouche du ballon à la nacelle comme d'habitude avec une petite cordelette, cependant, un deuxième point d’accroche part de la nacelle jusqu'à un point d'encrage en haut du ballon (comme sur l'image ci-dessous) à l'aide d'une corde beaucoup plus longue. Afin de faire se retourner le ballon, la cordelette qui relie la nacelle à la bouche est coupée grâce à un système électronique. La coupure de cette corde entraîne alors une chute de la nacelle sous l’effet de son poids. Celle-ci tire sur la corde plus longue accrochée en haut du ballon et provoque le retournement. Une fois le retournement effectué, la bouche se trouve désormais vers le haut et l'air chaud à l'intérieur du ballon, peut s'échapper.

A la fin de plusieurs lâchers, nous avons remarqué, comme on peut le constater sur les photos, que les suspentes du ballon, du parachute, du réflecteur et de la corde qui relie le haut du ballon à la nacelle s'emmêlaient. Ces emmêlements peuvent  causer plusieurs problèmes :

- le mauvais retournement du ballon ;

- l’obstruction de la bouche qui empêche le ballon de se vider et de redescendre ;

- ou encore la casse de la corde tenant la nacelle au ballon provoquant un retournement prématuré.

Pour éviter ce problème, nous avons décidé de créer un système qui permet d'empêcher la rotation de la nacelle par rapport au ballon et donc tout emmêlement de cordes. Nous l'avons appelé « système anti-rotatif ».

Pour cela nous nous sommes inspirés des  montgolfières sur lesquelles la nacelle est accrochée en 4 points au ballon. Ainsi lorsque l’un tourne, l’autre le suit, ce qui évite l’emmêlement constaté avec un seul point d’attache. Notre dispositif est plus complexe car, à une altitude donnée, la nacelle doit être désolidarisée du ballon et ceci en coupant qu’une ficelle.

Entre la nacelle et le ballon, nous avons ajouté un cadre (doc.ci-dessous) auquel chacun est attaché en 4 points ainsi la rotation d’un des éléments entraîne la rotation de l’ensemble. Ne pouvant couper les 4 cordes simultanément elles sont reliées à la nacelle par une boucle qui est coupée par le fil chauffant. Une fois coupée, elles sont libérées. Pour la fabrication du système nous avons utilisé des tiges de carbone pour faire les 2 barres collées à la nacelle et le cadre reliant les suspentes, nous avons utilisé au total 3 barres de 20g chacune.