L'enveloppe doit présenter plusieurs caractéristiques :

 –        La souplesse : elle est repliée après chaque vol

–         La résistance : elle doit supporter les contraintes mécaniques de pression exercés par le gaz

–         L'étanchéité : les gaz plus léger que l'air ayant une molécule très petite par rapport à l'air, il faut avoir une très bonne étanchéité pour pourvoir réaliser des vols assez longs. 

A l'origine, divers matériaux furent utilisés :

 –         La baudruche :

Membrane tirée de l'intestin du boeuf et du mouton qui a surtout été utilisé en Angleterre.

Avec 8 couches de baudruche, ils arrivaient à obtenir un poids de 213 gr/m² et une résistance de 1 200 kg par mètre linéaire.

Avantages : très léger et très étanche (perte de 0,2 % par 24 heures)

Inconvénients : durabilité faible, coût élevé

 –         Les étoffes :

On en trouve principalement deux : le coton et la soie (rarement le lin)

Ils assurent la résistance mécanique, ils sont ensuite enduits de caoutchouc ou de vernis pour assurer l'étanchéité.

 Les différents cotons :

      ●         Le calicot : emploi très courant, solide, pas cher mais lourd

●         Le percale : tissu plus fin que le calicot, surtout employé sur les ballons civils

 Les différentes soies : 

●         La soie européenne, les meilleures étaient italiennes et particulièrement française, appelé taffetas, d'origine lyonnaise. Plus solide que la soie chinoise et aussi plus régulière.

Son point faible est une grande altérabilité qui la rendait inutilisable jusqu'à ce que les industriels ont réussi à résoudre ce problème. 

●         La soie chinoise appelée soie ponghé ou ponghée, moins chères mais performantes. Elle n'a pas ce problème d'altérabilité, elle est très souple et prend bien le vernis. 

●         Le tussah : c'était rien d'autre que de la soie ponghée fabriquée en France à partir de soie importée de Chine. Plus régulier que le ponghée chinois, il a été peu utilisé car il prenait moins bien le vernis et était peu étanche. 

A titre de comparaison, voici pour ces matériaux une fois vernie et présentant une résistance de 1 000 kg/mètre linéaire, le poids au mètre carré et le prix de l'époque (1910) : 

–         Toile de coton                                     400 gr                         2 fr

–         Toile de lin                                          300 gr                         2 fr,50

–         Soie ponghé                                         200 gr                         3 fr

–         Soie française                                      125 gr                         10 fr

–         Les étoffes vernies 

C'est le moyen le plus ancien utilisé pour imperméabiliser les étoffes. On enduisait les étoffes de vernis mais ce dernier devait avoir des propriétés bien spécifiques : 

–         séchage rapide

–         souple

–         doux

–         non poisseux

–         pas d'altération du tissu 

Les vernis contiennent principalement deux sortes de substances : 

●         L'une siccative assurant l'étanchéité

●      L'autre émollientes donnant à la composition le liant nécessaire et corrigeant les défauts des éléments siccatifs. 

Charles et Robert avaient employé un vernis à l'huile de lin cuite. Conté mis au point un vernis très performant qui permettait a permit aux ballons captifs militaires de la première république de tenir des mois entiers sans ravitaillement en gaz.

Sa composition précise et sa préparation se sont perdus mais voici les principaux composants : 

–         Huile le lin siccative

–         Caoutchouc

–         Cire ou glu

–         Essence de térébenthine et huile de lin épurée comme dissolvant 

Sur les ballons militaires français, le vernissage était généralement appliqué à l'intérieur. On en passait 3 à 4 couches puis on finissait avec un couche d'huile d'olive. 

Sur les ballons de petits volumes (jusqu'à 600 m3 environ) , on n'utilisait qu'une couche d'étoffe que ce soit du coton ou de la soie. On renforçait simplement aux endroits le nécessitant comme la collerette supérieure autour de la soupape. On arrivait ainsi à des poids d'enveloppe proche des tissus modernes du 21ième siècle. 

Par exemple, les ballons militaires français étaient fabriqués en soie ponghée vernie qui pesait 237 gr/m². Les ateliers italiens Gavazzi de Monza arrivaient, en utilisant de la soie italienne, à un poids de 160 gr/m² après vernissage. 

Pour les ballons de volume plus importants, on multipliaient le nombre de couches d'étoffes pour obtenir la résistance mécanique suffisante et de fait on alourdissaient considérablement l'enveloppe.

Cependant, ces opérations de vernissages étaient assez longues et très dépendante de l'habileté des vernisseurs. De plus, avec le temps, le vernis attaquait les étoffes leur faisant perdre résistance et étanchéité. On s'est donc orienté vers les étoffes caoutchoutées. 

–         Les étoffes caoutchoutées 

Ces étoffes étaient généralement de couleur jaune à l'extérieur. Cette teinture était à base de chromate de plomb ou d'aniline et servait à protéger le caoutchouc des ultra-violets.

Sur les étoffes vernies, les italiens utilisaient une teinture jaune végétale appliquée sur l'étoffe avant vernissage. 

●         L'étoffe simple caoutchoutée 

Utilisée pour de très petits volumes, on recouvrait uniquement l'une des deux faces de l'étoffe. L'étanchéité n'était pas très bonne.   

●         L'étoffe double caoutchoutée,  

Elle est composée de deux tissus de coton emprisonnant une pellicule de caoutchouc et comportant une autre pellicule de caoutchouc sur une face extérieure. 

On obtenait donc un sandwich avec un tissu jaune à l'extérieur du ballon, une pellicule de caoutchouc, un autre tissu et une autre pellicule de caoutchouc côté intérieur du ballon. 

On trouve plusieurs manières de disposer les deux tissus : 

–         Deux tissus identiques disposés parallèlement l'un sens trame l'autre sens chaîne

–         Deux tissus identiques mais dont les fils trame et chaîne sont croisés à 45 °

Cette disposition a pour but de rendre  la propagation de la déchirure plus difficile par suite de l'entrecroisement des fils. On la désigne sous le nom d'étoffe à fil biais. Elle était utilisée sur les ballons de siège et sur les ballons normaux à partir de 1910. On la trouve également sur les dirigeables allemands et français. 

–         Deux tissus différents, celui à l'extérieur (donc apparent) est plus fin. Cette étoffe a été peu utilisé car le tissu fin protégeait mal la pellicule de caoutchouc intérieur. 

Le poids de ces étoffes se situaient aux environs de 300 à 400 gr/m² 

Dans la deuxième moitié du 20ième siècle sont arrivés sur le marché des matériaux synthétiques qui ont fait évolués ces étoffes. 

Les caoutchoucs synthétiques : 

Les principaux utilisés dans l'aérostation sont le néoprène, l'hypalon et le butyle permettent d'obtenir des propriétés intéressantes de résistance aux éléments extérieurs et une bonne étanchéité. 

●         Le Néoprène 

Polychloroprene commercialisé par DuPont de Nemours depuis 1931, Neoprene fut le premier élastomère à usage spécial du marché. Ses propriétés particulières et son excellent comportement en dynamique lui permettent de couvrir un bon nombre d'applications dans de nombreux domaines. Véritable élastomère pluridisciplinaire, Neoprene est un produit dont la renommée n'est plus à faire. 

Propriétés

- Echelle des températures pour une utilisation normale : - 40°C+100°C
- Bonne résistance aux huiles et aux graisses pp
- Bonne résistance aux bases et acides minéraux dilués
- Bonne résistance à l'ozone, aux intempéries et à l'immersion dans l'eau
- Excellente résistance aux flexions, torsion et à l'abrasion
- Bonne résistance à la flamme
- Faible déformation rémanente après compression

●         L'Hypalon : 

C'est un caoutchouc synthétique (Polyéthylène Chlorosulfoné ) largement utilisé dans les industries de l'automobile, de l'électricité et du bâtiment en raison de ses nombreuses propriétés remarquables et, notamment, de sa haute résistance à l'ozone et aux intempéries.

Propriétés :

- Résistance aux intempéries et aux bactéries
- Insensibilité aux UV et à l'ozone
- Résistance à la température : - 40°C à +135°C (150°C en pointe)
- Résistance aux sollicitations mécaniques : usure, choc, abrasion
- Résistance aux agents oxydants tels que l'acide sulfurique et l'acide nitrique, et aux produits chimiques corrosifs
- Bonne résistance à la flamme
- Résistance aux radiations nucléaires

●         Le butyl 

Inventé en 1943. 

Propriétés : 

–         Grande résistance au vieillissement

–         Inertie chimique

–         Très bonne imperméabilité aux gaz, d'où son emploi dans les chambres à air de pneumatiques

–         Faibles résistances aux hydrocarbures. 

Les tissus synthétiques : 

Les principaux utilisés sont le polyamide (Nylon) et le polyester. Ils ont permis un allègement du poids tout en conservant une résistance suffisante. 

Actuellement, les étoffes utilisés pour les ballons à gaz sont composées de la manière suivante : 

–         Un tissu synthétique tissé à 90°, généralement polyamide et parfois polyester (environ 65 gr/m²)

–         Une enduction intérieure de plusieurs couches de butyl (environ 65 gr/m²)

–         Une enduction extérieure de plusieurs couches d'Hypalon (environ 65 gr/m²) 

Les tissus utilisables pour gonfler à l'hydrogène doivent être antistatique. Pour cela, l'enduction de butyl est chargé de noir de carbone ou graphite pour donner une conductivité suffisante au tissu. 

C'est pourquoi ces tissus ont généralement leur face interne noire sauf depuis peu ou un constructeur allemand a développé une enduction conductrice blanche pour éviter l'échauffement interne de l'enveloppe très pénalisant pour les vols d'endurance. 

Ce type de tissu pèsent donc environ 200 gr/m² et une longévité d'environ 2 000 heures. 

On peut rencontrer des tissus, notamment aux USA, qui ont un tissu polyester ou polyamide avec une enduction double face de polyuréthane.

Ils sont plus léger (environ 140 gr/m²), l'étanchéité paraît bonne aux vues des résultats en vols de longue durée mais nous n'avons pas d'informations plus précises et notamment quant à la longévité de ce type d'étoffe. Ces tissus ne sont pas antistatiques.

Une autre paramètre très important qui n'a pas encore été abordé est ainsi celui de la conductivité des tissus.

En effet, depuis sa naissance, le ballon à gaz est gonflé principalement à l'hydrogène. Les autres gaz utilisables sont le méthane, l'ammoniac et l'hélium. Ces deux derniers ne sont pas inflammables donc les tissus utilisables sont exempts de la nécessité d'avoir un tissu antistatique. 

Ce problème de conductivité apparaît déjà dans des ouvrages du début du 20ième siècle ou des ballons ont été détruits lors du dégonflement alors que les matériaux utilisés étaient naturels donc non générateur d'électricité statique par frottement. 

Explication du problème :

 ●      Pourquoi un ballon peut-il prendre feu ?

 Pour qu'il y ait feu, il faut trois paramètres :

–      un carburant

–      un comburant

–      une énergie d'inflammation

 Lors qu'on vide un ballon, que ce soit par la soupape ou le panneau de déchirure, il se crée par l'orifice de dégonflage, un mélange air-hydrogène qui, si au même moment, est confronté à une source d'inflammation, peut générer un incendie.

 Ainsi, si on peut se prémunir assez facilement des sources d'inflammation telles que cigarettes ou flammes, la décharge d'électricité statique est plus vicieuse. C'est elle qui est généralement la source des rares incendies de ballon.

 Pour qu'il y ait étincelle, il faut une différence de potentiel électrique entre deux éléments.

 L'étincelle due à l'électricité statique peut se produire entre :

 –      un éléments du ballon et le sol (le ballon se met « à la masse » ou « à la terre »

–      un élément du ballon et une personne s'approchant du ballon par exemple.

–      Deux éléments du ballon chargés différemment.

●      Comment un ballon se charge-t-il électrostatiquement ?

 Le ballon se charge de différentes  manières:

 –      Le frottement de l'air sur les différents éléments du ballon lors des mouvements ascendants et descendants générant une vitesse relative par rapport à l'air environnant 

–      Le frottements des différents éléments entre eux (filet et tissu) 

–      Le frottement de l'hydrogène sur le tissu lorsque l'hydrogène est injecté dans le ballon au gonflage et lorsqu'il est évacué par la soupape ou le panneau 

Au gonflage, on peut considérer que les risques sont très limités car, si il n'y a pas de fuite, il n'y a pas de mélange air-hydrogène qui se fasse. L'hydrogène est directement injecté dans l'enveloppe vide d'air. 

Au dégonflage par contre, les risques sont plus grands. Le dégonflage au panneau limite les risques car l'hydrogène est évacué très rapidement (quelques secondes) et du côté opposé au sol (sur le dessus du ballon).

Dans les divers ouvrages, nous n'avons pas encore trouvé le récit d'un incendie après une ouverture au panneau de déchirure. 

Lors d'un dégonflage à la soupape (déconseillé par les constructeurs mais utilisé par les pilote pour éviter d'avoir à recoudre la panneau de déchirure), le risque est plus élevé : 

–      Le temps de dégonflage est augmenté (15 à 30 minutes)

–      Le pilote vient enlever la soupape du ballon pour que l'hydrogène s'évacue plus vite

–      L'orifice de la soupape est proche du sol à la fin du dégonflement 

Un autre paramètre augmentant le risque est le temps. L'humidité augmente la conductivité naturelle de tous corps. Ainsi, c'est par temps sec qu'il faut être surtout vigilant. 

●      Comment sont conçus les matériaux pour éviter les étincelles d'électricité statique ? 

Des des ouvrages du début du siècle derniers, ils avaient répondu à cette question sans jamais la mettre en pratique. Il est vrai que les ballons le nécessitait moins car entièrement en matériaux naturels. 

Avec les matériaux synthétiques qui génèrent beaucoup d'électricité statique, le problème s'est vite posé durant les années 50. 

La solution, toujours utilisée aujourd'hui, est de rendre tous les éléments conducteurs et surtout de les liés électriquement entre eux :

–      Les filets sont tissés en incorporant un fil d'inox

–      La soupape a tous ses éléments métalliques reliés entre eux par un fil métallique

–      Le tissu a sa face interne conductrice

–      Tous les éléments ont une liaison électrique entre eux 

De cette manière, le ballon est à l'équipotentiel c'est à dire que tous ses éléments sont chargés du même potentiel électrique. 

De plus, lorsque la nacelle touche le sol, les suspentes de cette dernière reliées elles aussi électriquement « déchargent » le ballon dès qu'il touche le sol, bien avant que l'orifice de sortie du gaz ne s'approchent du sol. 

Pour conclure, voler à l'hydrogène n'est pas plus dangereux que d'ouvrir sa bouteille de gaz dans sa cuisine mais il y a des précautions à prendre :

–      utiliser des matériaux conducteurs et reliés entre eux

–      dégonfler le ballon au panneau de déchirure et pas à la soupape surtout lorsque le temps est sec