Une montgolfière peut sembler très différente d'un ballon à l'hélium, mais le principe de fonctionnement des deux types de ballons est le même. Tout se résume à la flottabilité et à la relation entre la flottabilité et les objets flottants.
Pourquoi l'hélium fait flotter les choses
La loi de la flottabilité, également connue sous le nom de principe d'Archimède, dicte que tout corps complètement ou partiellement immergé dans un fluide (un gaz ou un liquide) au repos est sollicitée par une force ascendante ou flottante, dont l'amplitude est égale au poids du fluide déplacé par le corps. Si vous appliquez cela à un ballon d'hélium, le ballon est "immergé" dans l'air (un mélange de gaz). Le ballon déplace une quantité d'air. À condition que l'air déplacé soit plus lourd que le poids de l'hélium (plus le matériau du ballon), le ballon flottera dans l'air. D'un autre côté, si vous inhalez un peu d'hélium, vous ne flotterez pas comme un ballon, car aucune quantité d'hélium ne peut vous rendre plus léger que l'air qui vous entoure.
Faire flotter un ballon sans hélium
Ce n'est peut-être pas une option pour les décorations de fête, mais une autre façon de faire flotter un ballon est d'utiliser de l'air chaud. Une montgolfière se compose d'un grand sac, appelé enveloppe, avec un panier en osier suspendu en dessous. Un brûleur extrêmement puissant dans le panier chauffe l'air à l'intérieur de l'enveloppe à travers un espace. Encore une fois, le principe de flottabilité s'applique. Pour que la montgolfière flotte, le poids de la montgolfière et de l'air à l'intérieur doit être inférieur au poids de l'air ambiant déplacé. L'air chaud à l'intérieur du ballon est plus léger que l'air qui l'entoure, car lorsque le gaz devient chaud, il se dilate, dispersant ses molécules individuelles et les rendant moins densément concentrées. L'air plus dense à l'extérieur du ballon le soutient et le fait flotter.
Lorsqu'une montgolfière doit être ramenée au sol, l'air à l'intérieur est refroidi, rapprochant les molécules d'air. Plus les molécules sont concentrées, plus l'air intérieur devient lourd, jusqu'à ce qu'il pèse plus que l'air extérieur et redescende.
Problèmes avec l'hélium
Les craintes d'une pénurie mondiale d'hélium circulent depuis des années, avec des implications bien plus graves qu'un manque de ballons de fête. L'hélium est utilisé en médecine et dans la fabrication dans un large éventail de machines et d'activités industrielles, en raison de sa stabilité et du fait qu'il ne réagit pas facilement avec d'autres produits chimiques. La bonne nouvelle est que les chercheurs ont suivi et localisé un champ de gaz d'hélium en Tanzanie en 2016, et ils espèrent en trouver plus.