Les Ballons Pressurisés Couche Limite (BPCL)
Ils doivent être capable de voler dans la couche limite de l'atmosphère pendant plusieurs jours, en emportant une instrumentation scientifique permettant les mesures thermodynamiques significatives.
Le Laboratoire d'Aérologie du Centre de Recherche Atmosphérique Paul Sabatier de Toulouse a effectué un travail approfondi de modélisation : les simulations réalisées portent sur le comportement des ballons pressurisés de différentes formes, cylindrique ou sphérique, aux ondes dynamiques et à la turbulence atmosphérique, en prenant en compte les effets thermiques convectifs et radiatifs.
Principe des ballons plafonnants
On regroupe sous le vocable de ballons plafonnants les ballons basse altitude qui évoluent dans la couche limite planétaire (*).
Ce sont des ballons pressurisés dont l'enveloppe est inextensible et étanche.
De la même famille que les BPS, le BPCL est un ballon fermé, et gonflé de telle manière qu'à son niveau de plafonnement il existe une surpression entre le gaz qu'il contient et l'air ambiant, et ceci quelles que soient les conditions thermiques radiatives environnantes.
Il est inextensible car la membrane constituant l'enveloppe est choisie parmi des matériaux polymères ayant une faible déformabilité et une faible perméabilité au gaz de gonflage afin de réduire les pertes de gaz par diffusion.
Sa membrane est, pour des raisons de poids, généralement très mince.
Le ballon va donc garder un volume sensiblement constant, aussi longtemps que la surpression sera suffisante pour compenser les pertes de gaz par diffusion et les variations de pression du gaz dues aux effets thermiques.
(*) La couche limite planétaire est la zone de l'atmosphère entre la surface (terre ou mer), où le frottement ralentit le déplacement de l'air, et l'atmosphère libre où cette dernière devient négligeable. Elle varie entre 0,5 et 3 km d'épaisseur selon la stabilité de l'air et la rugosité de la surface. Elle est en moyenne de 1 500 mètres.
Le niveau de vol d'un ballon pressurisé est déterminé par la loi d'Archimède :
Le ballon plafonnant est équipé d'une charge utile constituée de sondes de mesure et retransmet les données au sol ou à un satellite selon le type de mission.
Les paramètres restitués sont en général la position, la pression, la température, l'humidité ambiante et la concentration de constituants chimiques tel l’ozone par exemple.
Le volume du ballon pressurisé est déterminé en fonction de la masse de la sonde et de l'altitude de vol.
En pratique, on choisira un ballon de volume légèrement supérieur, ce qui autorise une certaine latitude pour ajuster l'altitude de vol par rapport aux données réelles de l'atmosphère, issues par exemple d'un sondage réalisé peu avant le vol.
