Présentation - Page d'accueil
Le projet Ballon stratosphérique est le fruit de la collaboration entre le CNES ( centre national d'études spatiales ) , l'ANSTJ ( Sciences Techniques Jeunesse ), le pavillon des sciences ( Centre de culture scientifique - Montbéliard ), les élèves de seconde de l'option MPI ( Mesures Physiques et Informatique ) du lycée Edouard BELIN de Vesoul.
Le but du projet consiste à construire une nacelle - accrochée à un ballon rempli d’hélium - afin d'y placer des capteurs qui permettront de mesurer différentes grandeurs physiques lors de l'ascension du ballon jusqu’aux hautes couches stratosphériques.
Les expériences placées dans la nacelle sont les suivantes :
Mesure de température - Mesure de pression - Mesure de lumière - Appareil photo numérique
Pendant la phase d’ascension de la nacelle, le résultat de ces mesures sera communiqué au sol grâce à un émetteur VHF embarqué ( fourni par le CNES ) qui répond au nom de KIWI .
L'exploitation des photographies prises par l'appareil photo numérique embarqué ne sera possible qu'à partir du moment où la nacelle sera récupérée.
L'ensemble de la chaîne de vol ( ballon, hélium, déflecteur radar, parachute, émetteur ), hormis la nacelle, est fourni par le CNES .
Nous avons conçu la nacelle et l'ensemble des expériences qui sont embarquées .
Un ballon expérimental est constitué de plusieurs éléments qui forment la chaîne de vol ; une fois assemblée, elle peut atteindre jusqu'à 8 mètres de longueur.
On trouve le ballon ( l'enveloppe ), le parachute, le réflecteur-radar et la nacelle.
Le ballon utilisé est un modèle 1000 ou 1200. Ce chiffre indique simplement la masse de l'enveloppe vide en gramme.
Ces ballons sont fabriqués pour les besoins de la veille météorologique. Des dizaines de ballons de ce genre, équipés d'une sonde, sont lâchés chaque jour dans le monde, transmettant au sol les paramètres de température, pression et humidité. Ce type de ballon a été choisi pour sa simplicité de mise en œuvre.
L'altitude moyenne avant éclatement est de 25 km pour une charge utile de 2,5 kg maximum et une durée de vol de l'ordre de 3 heures.
C - Les performances du ballon
La courbe de vol d'un ballon expérimental ( altitude en fonction du temps ) a une forme caractéristique : les ballons effectuent des vols en cloche.
Au décollage, une fois les secousses du lâcher amorties, la nacelle se balance comme un pendule sous le ballon avec une amplitude faible et tourne sur elle-même ( quelques tours par minutes ). La vitesse ascensionnelle est d'environ 5 m/s. L'enveloppe du ballon contenant l'hélium est fermée, le gaz y reste donc emprisonné durant l'ascension. La pression extérieure diminuant avec l'altitude, l'enveloppe se dilate, atteint un diamètre d'une dizaine de mètres puis éclate. La nacelle redescend alors sous son parachute.
Dès que la chute est amorcée, l'air en faible quantité s'engouffre à l'intérieur du parachute et le gonfle progressivement. Vers 20 km d'altitude, la vitesse de chute est d'environ 80 m/s puis, au fur et à mesure que l'altitude décroît, la densité de l'air augmente et le freinage du parachute est plus efficace. La vitesse de la nacelle à l'atterrissage est de 5 m/s
D - Intérêt pédagogique du projet
Ce projet, encadré par l’enseignant mais fruit du travail des élèves, permet de développer l’esprit d’initiative , l’élaboration d’hypothèses et la démarche scientifique des élèves.
Ses aspects méthodologiques sont importants : apprentissage d’un travail collectif de recherche ( projet d’équipe ) et initiation à la gestion de projet ( partage des tâches , respect d’un planning , concrétisation d’idées ...).
C’est également une source essentielle d’apports scientifiques et techniques.
Ce projet a permis aux élèves :
- d'aborder des domaines scientifiques particuliers ( connaissance de l’atmosphère, construction de nacelle , technologie et principe physique des ballons sondes … ) ;
- d'étudier les paramètres mesurables lors de l’ascension du ballon ( 30 km d’altitude ) puis choisir les capteurs capables de réaliser ces mesures ( étude de faisabilité, fiabilité, étalonnage .. ) ;
- de construire la nacelle et les systèmes électroniques de mesure ;
- de participer au lancer du ballon et exploiter en temps réel les mesures renvoyées par la nacelle ( télémesure ) ;
- d'analyser et exploiter ces résultats puis présenter ce projet sur différents supports ( site Web , document Power point, vidéo … ).