concept1_ballon

Ces concepts ne sont réalisables qu'avec l'utilisation de la radio, des techniques de communications numériques APRS ou autres, du GPS, par l'exploitation de plusieurs fréquences sur différentes bandes radioamateurs, et surtout par la connaissance de plus en plus fiable de la météorologie, en particulier des prévisions des vents pendant la durée d'un vol. Le champ d'expérimentation est nettement plus important avec le ballon-sonde des radioamateurs, qu'avec le ballon-sonde météo classique : la charge utile est modifiable en fonction des projets. Pour le ballon-sonde météo c'est le suivi de la trajectoire, le point de chute et la récupération. L'analyse des données est intéressante mais cela prend du temps et rares sont ceux qui exploitent les données à fond: sur le vol par lui même (vitesses, directions, trajectoire) ou la météo (émagramme, vitesses des vents, directions, températures, humidité, pression...)

Le ballon à hélium ( ou solaire ) a pour mission de porter une nacelle ( charge utile ) à environ 30 à 40 km d'altitude et à la vitesse de 5 m/s au maximum. Lancer un ballon n'est pas la finalité d'un projet, c'est l'expérimentation rendue possible par le contenu de la nacelle qui nous occupera principalement. L'enveloppe n'est qu'un accessoire, une fourniture pour assurer la navigation et l'aérostation d'un ballon. L'hélium, le parachute et le réflecteur radar éventuel sont aussi des fournitures.

Il peut aussi déplacer une nacelle ( charge utile ) d'un point A à un point B avec une certaine trajectoire qui est fonction des vents. Ainsi le ballon va toujours avec les vents et non contre les vents, les directions et forces des vents sont connus. Plusieurs cas de figures sont possibles :

1	A vers B	les points de départ et d'arrivée sont ceux prévus. cas idéal.
2	A' vers B	décalage du point de départ nécessaire pour une arrivée correcte en B.
3	A vers B'	le point d'arrivée est décalé.
4	A' vers B'.	décalage du point de départ et d'arrivée.

Pour les cas 2 et 4 : les conditions de vent peuvent changer au dernier moment, il est nécessaire de décaler le point de départ A vers A'.

L'évolution de ces concepts se fera suivant une suite logique au fur et à mesure des projets :

Phase 2 : La trajectoire théorique est considérée par l'établissement de prévisions.

Phase 3 : La navigation est considérée, de façon à répondre au critère de sécurité des cas 1 et 2 du tableau ci-dessus. La trajectoire est précise et ré ajustable à chaque instant du vol.

Le passage à la phase 3 sera long et difficile mais les exigences de sécurité seront les plus fortes, il est tout à fait possible de maîtriser un vol de ballon à partir du moment où la connaissance de la trajectoire est une certitude

C'est en 1995, en "balayant" la bande 144 par hasard, une émission inhabituelle avec une modulation par tonalité basse fréquence a attiré mon attention. La note était variable, j'ai tout de suite allumé mon oscilloscope et visualisé ce signal mystérieux : une sinusoïde !

Avec la patience qui caractérise les radioamateurs, j'ai fait un relevé de la période de cette sinusoïde vue à l'oscilloscope et de la force du signal vue au "S mètre" en fonction de l'heure de réception sans savoir de quoi il retournait ? Etait-ce une invasion des martiens ou l'œuvre d'un plaisantin ? Ensuite, j'ai entendu la conversation des radioamateurs qui parlaient sur la même fréquence, à partir de cet instant, la "porte" des activités ballons était franchie pour moi, une extension originale au virus de la radio ! Bénéfique celui là mais hélas pas encore très contagieux en France ! Mais il faut le temps que cela se mette en place.

Il était question d'une mesure de température avec un oscillateur dont la fréquence était fonction de la valeur d'une thermistance. Ce montage avait été réalisé par les élèves du collège de Berlaimont dans la cadre d'un projet de ballon ANSTJ ( opération : ballon à l'école ). Il y avait aussi un émetteur de télévision à bord fourni et installé par les radioamateurs locaux avec une caméra ATV en noir et blanc ! Surprise : les images enregistrées donnent le tournis, la nacelle tourne sur elle même ! Dans le sens horaire et ensuite dans l'autre sens ! Mais on y distingue très bien le paysage de Berlaimont à Maubeuge, suivant la vallée de la Sambre, pratiquement le même chemin pris par la tornade de Hautmont quelques années plus tard : coïncidence troublante de la météo?

Ces images sur cassette VHS sont probablement toujours disponibles au club F6KTN de Berlaimont. Copie ?

En ce qui me concerne, les choses pouvaient en rester là, mais comment rester indifférent à ce genre d'expérience quand on est radioamateur, expérimentateur et tout simplement curieux ! J'avais déjà trouvé une radiosonde sur une plage, il y a longtemps dont il me reste que la capsule anéroïde :

Et plus récemment, une récupération d'une radiosonde RS80 mémorable, avec une sorte de "boite de lait" posée droite sur le chemin et chose étrange un fil de nylon parfaitement rectiligne avec un parachute blanc que j'ai conservé précieusement. La météo et les ballons étaient déjà dans mes sujets d'intérêt, alors le reste est venu naturellement : les ballons radioamateurs ! Point zéro en 1995 !

L'espace et le ciel exercent une fascination tout à fait particulière, si on accepte de regarder un peu en l'air, étant un peu curieux.

Associer la radio ( communications ), l'espace ( astronomie, radioastronomie et satellites ) et l'atmosphère ( météo et physique ) c'est ce que l'on peut souhaiter de mieux pour un radioamateur, on ne peut pas dissocier ces trois domaines. Pour moi, s'intéresser seulement à la radio pour parler dans un micro et ne pas tenir compte du reste c'est passer à côté de plein de satisfactions et de connaissances.

L'émission d'amateur, pour la grande majorité des radioamateurs, c'est avant tout d'utiliser des ondes qui vont justement traverser l'atmosphère et seulement cela. Le fait de pouvoir envoyer dans l'espace au dessus de nos têtes, un émetteur à transistors que l'on vient de construire, cela donne une autre dimension et une valeur ajoutée, comme disent les économistes, à notre passion pour la radio. Et les ondes radioélectriques vont dans l' espace alors pourquoi ne pas faire des mesures dans l' atmosphère ?

Avoir la possibilité unique d'envoyer nous mêmes des appareils de radio et de faire des mesures dans l'atmosphère, c'est déjà mettre un pied dans les activités spatiales.

Pour les jeunes élèves que je voyais défiler d'année et année dans mon lycée technique, il y avait là quelque chose de fabuleux ! Je créai tout de suite avec les collègues, un atelier scientifique académique

L'année suivante en 1996, les élèves lançaient leur premier ballon ! Et un GPS branché directement sur l'entrée numérique de l'émetteur, ce n'était pas courant à l'époque.

Des projets de ballons furent réalisés dans mon lycée de Lille, le lycée scientifique et technique Baggio, sections électrotechnique, électronique et génie climatique ( BAC et BTS ) avec l' ANSTJ ( ballon pour l'école, devenu Planète-Sciences depuis ) en 1996, 1997 et 1998.

D'autres projets furent réalisés ensuite avec ou sans le radioclub F6KTN de Berlaimont avec lequel j'avais découvert les activités ballons en 1995.

Nous avons réalisés des projets de ballons solaires, notamment celui de l'éclipse de 1999 qui n'a jamais été retrouvé car non muni d'un GPS ! A l'époque la goniométrie de A jusqu'à Z était courante, il fallait une antenne 144 MHz et la chasse au ballon avec une antenne de 9 éléments ce n'était pas évident : elle était placée en état sur le toit et fixée à des barres par des élastiques !

La technique des ballons solaires a été mise au point aussi bien en ballon captif qu'en vol. ( TIPE ). La réalisation d'un ballon solaire est décrite sur ce site ( ballons de 4 ou 4,5 m ). Des pages seront consacrés à ce type de ballon ultérieurement.

Avis aux enseignants pour découvrir la radio d'amateur et les activités ballons-sondes avec les radio amateurs .

La chasse aux ballons a été pratiquée à cette époque ( ce n'est pas de la chasse aux renards ! ) avec la radiogoniométrie sportive au moyen d'une antenne 5 éléments sur 138-139 MHz ou d'une antenne 9 éléments sur 144 MHz. Mais elle n'est pas devenu mon activité principale. De par mon implication avec les élèves et l'atelier scientifique, je ne pouvais pas me restreindre à un seul aspect du sujet et uniquement me faire plaisir en allant récupérer des nacelles ! Il fallait en construire avec des retombées pour les cours !

L'enseignement de l'automatisme et de la logique avait bien démarré et on avait des ordinateurs travaillant sous DOS !

Étant enseignant en charge de la réussite scolaire d'un certain nombre d'élèves du technique, je me suis orienté naturellement vers les activités des clubs scientifiques, ce qui fut fait avec la création du Club Science Espace du lycée Baggio ( CSE ). Anciennement radio club F6KJQ en 1976, difficile de mener plusieurs activités étant seul responsable. Le choix a été fait.

groupe d'élèves du "Club Sciences Espace" du lycée BAGGIO de Lille. projet de plate forme gyroscopique pour satellite, expérimenté dans l' Air Bus zéro pesanteur du CNES.

Un radioamateur non enseignant, ne peut évoluer dans cette filière : il ne lui reste que les activités d'écoute et de chasse aux ballons. Comme il ne lance pas lui même des ballons dans les écoles, il ne peut que se tourner vers des organismes qui lancent des ballons pour satisfaire sa passion comme avec Planète-Sciences.

Quelles sont les possibilités d'un radioamateur non enseignant : études de cas. ( non exhaustif ).

écouter les signaux des ballons, les enregistrer, les décoder, communiquer les résultats.

écouter et décoder les signaux et aller chercher les nacelles des ballons en faisant la chasse aux ballons, seul ou en groupe.

installer un dispositif radioamateur avec transmission de la position du ballon par GPS dans un ballon de l'association qui lance des ballons avec son accord.

participer avec une association à un projet ballon, lâcher, écoute et récupération, sans les écoles.

participer avec une association à un projet ballon, lâcher, écoute et récupération, avec les écoles.

créer une association ou participer à la création d'une association en vue de lâcher, expérimenter et récupérer des nacelles.

réaliser des nacelles radioamateur complètes.

émetteur 144,650 MHz. récepteur UHF. transpondeurs.

carte microcontrôleur et programmation.

expériences de mesures radioélectriques.

Les projets de ballons avec ou sans les élèves, c'est concevoir et construire des nacelles et des expériences, et tout connaître sur les techniques des ballons et des montgolfières, tout au moins élargir ses connaissances le plus possible.

Un contact avec Gérard F6FAO de l' AMSAT-France a été établi et maintenu depuis l'événement mémorable de l'éclipse solaire de 1999.

de gauche à droite : Alain F6AGV, Pascal Dewaele ( enseignant ), Gérard F6FAO et Christophe Mercier ( AMSAT-F ).

Aujourd'hui, après avoir testé pas mal de montages de capteurs avec les jeunes élèves des classes électronique ou électrotechnique de mon lycée, et étudié des rudiments de la physique, de la météorologie et de l'aérostation appliqués aux ballons, une bonne part de ma retraite d'enseignant est consacrée à faire avancer l'activité des ballons-sondes avec les radio amateurs en France.

La solution est de grouper les initiatives isolées dans une association nationale : BRAF = Ballons-sondes lâchés par les radio amateurs en France.

J'ai vraiment cherché à en connaître plus sur la question des techniques des ballons. Un stage avec le CNES et l' Education Nationale, des visites à Trappes chez Météofrance, un stage de lanceur de ballons agréé* avec Planète-Sciences, un séminaire ballon de 3 jours à Pirmasens ( avec Wolfgang DL4OAD ) avec l' AATIS, un séminaire de constructeur de montgolfières à Seigy, un séminaire avec le Ciras de Lille à Lesquin et un super vol en montgolfière au dessus d' Arras ont complété mes informations et renforcés mes convictions qu'il y avait bien quelque chose à faire en structurant les activités ballons, les radioamateurs, les écoles, les jeunes et les enseignants ainsi qu'une foule de partenaires présents ou potentiels. C'est évident pour moi, qu'on ne peut que s'y intéresser. Certains radioamateurs ne feront que de la récupération des nacelles, d'autres construiront des nacelles radio ou des émetteurs... Il y a de quoi s'occuper...

* l'agrément ne dure que trois années, et ayant d'autres horizons, je ne l'ai pas prolongé.

émetteur 144,650 MHz à quartz de construction "maison" avec son module préampli TL084 en entrée. De nombreux exemplaires ont été réalisés dont plusieurs perdus avec les nacelles sans GPS !

Mais surtout, j'ai eu la chance de faire des rencontres fabuleuses sans lesquelles mes convictions au sujet des prévisions sur les vents n'auraient jamais été établies aussi judicieusement :

Luc Trullemans le meilleur météorologue a été le routeur de Bertrand Piccard pour le Tour du Monde en ballon et des frères Leys pour la Course Gordon Bennet, plusieurs fois vainqueurs ( Voir ci-dessous ).

Avec Bertrand Piccard à la suite de son Tour du Monde en ballon type Rozière en 21 jours, après sa conférence à l' école des Mines de Douai. Petite discussion à bâton rompu de 15 minutes quand même et autographe sur mon livre préféré ! (1/3 ballons et 2/3 philosophie) ! Le problème pour un vol de longue durée est de s'entendre parfaitement entre coéquipiers. Le choix n'était pas évident mais il a été réussi grâce à la philosophie et le mental.

Tour du Monde réalisé avec ce ballon Rozière à l'hélium et au propane, Breitling Orbiter 3.

Ces entretiens et son livre du Tour du Monde m'ont définitivement marqué dans ma vision globale de l'activité aérostatique en général qui revient à la mode. L'activité ballons-sondes avec les radio amateurs doit se développer en France, j'en étais convaincu ! Mais bon ? Elle tarde !

Il m'a démontré "in situ" dans une nacelle le comportement d'un ballon pendant un vol complet de l'envol jusqu'à la pose sur un endroit bien déterminé à l'avance par le pilote et ceci en vue directe. En effet, la principale préoccupation du pilote en vol, c'est d' ajuster sa route constamment ( direction et altitude ) en vue d'un atterrissage sur une zone qui est déterminée avant ou pendant le vol. Une fois le point choisi avec la carte ou en visuel, la navigation consiste à amener le ballon en ce point. Le seul moyen de naviguer est de donner des petits coups de brûleur plus ou moins rapprochés, de laisser la montgolfière refroidir ou de jeter du lest ( eau ou sable ). Émotions garanties, je recommande à tous les amateurs de ballons !

Le concept du ballon-sonde avec les radio amateurs rejoint exactement le concept de la navigation des montgolfières. La différence est que dans le cas des montgolfières, le pilote est en l'air et que dans le cas des ballons-sondes avec les radio amateurs il est au sol. On arrive presque à cette solution avec les gros ballons dans les courses qui sont pilotés à distance par un routeur. Le routeur indique au pilote à quelle altitude le ballon doit voler, en fonction de ses données sur les vents. Celles ci sont actualisées en permanence par la consultation d'un site sur Internet.

A ce propos, les émissions radioamateur à bord de la nacelle d'une montgolfière ne sont pas autorisées. Le pilote risque sa licence !

photo : Alain F6AGV à bord, même pas peur, et dans la peau de Pilâtre de Rozier * !

Avant de proposer encore et encore des articles techniques sur les émetteurs ou les capteurs, de décrire éternellement des projets ballons qui se terminent par des récits de la récupération ou non d'une nacelle véritable "gibier" pour le chasseur de ballons, il serait judicieux de définir au préalable quels seraient les objectifs visés dans notre contexte de la radio :

21--- faire connaître la radio et l'émission d'amateur au grand public et aux jeunes.

22--- aller vers les jeunes dans les écoles pour participer à ou proposer des projets de ballons en relation étroite avec les enseignants et l' Education Nationale. Par exemple aider les TPE ou les TIPE.

Démonstration d'un ballon solaire dans une école par F6AGV : thème pédagogique l'air pesant.

Ce dernier point n'est pas une obligation pour tous les radioamateurs, mais doit être pris en compte dans l'organisation nationale des ballons-sondes avec les radio amateurs. Je recommande dans tous les cas de figure d'incorporer des jeunes dans les projets pour une participation au sein d'une équipe : jeunes + professeurs + radioamateurs...

Dans cette équipe, tous les participants émettent des idées et donnent un avis, ou réalisent des travaux pour faire avancer le projet.

Développer ces objectifs "pédagogiques" demanderait du temps et de nombreux articles. Vous pouvez vous reporter aux articles déjà parus.

Les associations de radioamateurs et les radioamateurs eux mêmes, ont de plus en plus conscience qu'il faut augmenter d'urgence les effectifs des radioamateurs en général. Question de survie pour cette vieille activité !

Nous avons fait avec nos expériences et nos démonstrations dans les écoles de la maternelle au lycée, le constat suivant :

23--- le support ballon convient parfaitement comme support "pédagogique" pour répondre à des objectifs !

L' Education Nationale a besoin d'intéresser les jeunes aux carrières scientifiques, car les effectifs diminuent fortement, surtout les effectifs féminins. Il faut savoir que si le nombre de radioamateurs est en baisse, celui des postes d'enseignants aussi !

La France est pourtant bien placée dans les activités spatiales, l 'ESA ( Nasa européenne ) nous demande de faire passer le message partout où cela est possible. Il faut admettre l'évidence, nous ne pouvons plus passer notre temps à prouver cette évidence et essayer de convaincre les nombreux septiques en la matière. Le support d'activité procuré par les ballons est tout à fait adapté aux souhaits des uns et des autres. Nous pouvons même affirmer que développer l'activité ballon dans les écoles est pour les enseignants et les radioamateurs une très bonne chose qui mérite qu'on s'y intéresse de plus en plus. Beaucoup de pays l'on déjà compris, la France est à la traîne comme souvent ! Je réactualise mon site au 1 janvier 2014 et un constat : les pays de l' Europe se sont lancés dans les activités ballons avec des associations nationales... pas la France. Une association a été créée : le BRAF Ballons-sondes lâchés par des Radio Amateurs en France.

Tout ceci demande une "structure" nationale et la définition de règles communes :

On ne peut pas arriver dans les écoles avec nos postes de radio et nos micros, et ne faire que de la figuration et du prosélytisme, il faut aller de l'avant, nous serons accueillis à "bras ouverts". Il faut définir au préalable le cadre de ces interventions et les moyens requis.

Pour les radioamateurs, non enseignants, étrangers à l'enseignements scolaires, et qui ne veulent pas entrer dans les écoles, les choses ne sont pas très évidentes, mais il faut méditer sur la baisse et le vieillissement de nos effectifs qui sont des signes visibles incontestables et préoccupants. La demande de la part des élèves, des enseignants et de l'éducation est maintenant très forte pour organiser des projets de ballons dans les écoles. Nous ne pouvons pas nous contenter d'aller chercher exclusivement et éternellement des nacelles dans la nature avec nos postes de radio portable et nos antennes même si c'est une excellente activité physique qui met en œuvre nos techniques de chasse aux ballons ( gonio, APRS et GPS ). Les écoles et les jeunes, heureux de retrouver leurs nacelles, ne sont pas forcément mis au courant directement du rôle et des interventions des radioamateurs sur le terrain et dans les réseaux radio. Les radioamateurs ne font pas parti du projet de Planète-Sciences et ils évoluent en marge de ce projet sans y intervenir directement.

En résumé, les radioamateurs français à l'exemple des radioamateurs allemands qui le font depuis longtemps, doivent eux aussi aller dans les écoles pour répondre aux objectifs décrits en 21, 22 et 23. Mais ce n'est qu'un souhait et pas une obligation !

Les projets de ballons-sondes avec les radio amateurs peuvent se situer aussi en dehors des écoles, par exemple dans des radio clubs, où les jeunes seront présents pour participer au projet et se lancer dans la radio avec l'aide des membres déjà licenciés et confirmés.

Après avoir défini les objectifs de l'activité ballons-sondes avec les radio amateurs, il faut s'occuper du concept général de la technique de cette activité aérostatique.

L'accent sera mis sur la partie vol du ballon et ensuite dans une autre série d'articles sur la partie nacelle expérimentale.

Ne pas oublier que le ballon n'est qu'un moyen pour faire monter une nacelle à une certaine altitude dans la stratosphère. On peut dire que le ballon est "la fusée porteuse" et que la nacelle est "le petit satellite". Il ne faut pas se polariser sur le lâcher de ballon, sa trajectoire et la récupération des "débris" dont la nacelle mais il faudrait surtout s'intéresser à la charge utile : quelles sont les expériences embarquées, quelles sont les mesures, quelles sont les équations des capteurs, tracer des courbes, les analyser ?

Il est dommage, d'ignorer quel est le pourquoi de la nacelle et de ne prendre en compte que la récupération d'une boîte dans la nature, aussi belle soit-elle ! Le report du signal de réception, par exemple 59+10 à Limoges, n'a pas grand intérêt, ni pour les radioamateurs, ni pour les expériences embarquées du projet, même s' il faut remercier les stations radio et les écouteurs pour leur motivation dans les recherches. Il y a d'autres moyens d'impliquer tous les acteurs dans les projets de ballons-sondes avec les radio amateurs et les écouteurs.

Nous devons ensemble faire évoluer les concepts, ne pas se contenter d'un cahier des charges imposé et immuable, et par la même de figer l'activité dans un carcan ! La technologie évolue et elle passe avant les règlements, qui viennent après.

Traditionnellement, les radioamateurs "défrichent" et "ouvrent des portes" là où pour certains il n'y a rien à faire : tout a été fait, plus rien à découvrir, plus rien de scientifique, les ballons ne servent plus à rien, on a des satellites... !Certains radioamateurs ont baissés les bras !

Beaucoup se contentent de s'occuper de la chasse aux ballons, mais il y a le projet de la conception, aux essais, aux réglages et à la réalisation, jusqu'au vol effectif ! Et finalement au bout, la récupération, qui n'est qu'une partie d'un projet.

Ce raisonnement est faux ! Voir les points 21, 22 et 23 qui sont les objectifs à atteindre avec le ballon comme support pédagogique.

Traditionnellement, les radioamateurs "innovent" et la législation doit suivre en étroite relation, entre les représentants des associations et les autorités de tutelle. Tout au moins, il en était ainsi depuis la découverte de l'utilité des ondes courtes par les radioamateurs .

Les radioamateurs seront présents dans l'espace depuis le sol ( atmosphère ) jusqu'en haut dans les satellites habités : ce sont des "pionniers" par nature et non des "consommateurs" des bandes radio si convoitées par les sociétés privées ! Encore moins des "zappeurs" de communication et de médias.

expérimentation sur une nacelle radio au radioclub F8KGS de CAPPELLE la GRANDE (59).

Voir pages suivantes : les anciens concepts de base, critiques des concepts de base, causes d'erreur et évolution vers de nouveaux concepts.