Dirigeables électriques 1883-1884

Article de James Herne

200 exposants ont présenté leurs générateurs d’électricité, moteurs électriques, batteries et composants de batteries à l’Exposition internationale de l’électricité à Paris. L’année ? 1881. Pas 1981. 1881.

Le 19ᵉ siècle fut riche en inventions. Regardons-en quelques‑unes :

1859 – Planté invente la batterie rechargeable. Son invention continue de vivre dans les batteries automobiles 12 V.
1873 – Siemens crée le premier générateur d’électricité commercialement exploitable. Celui‑ci fonctionne aussi comme un moteur électrique.
1879 – Siemens construit une petite locomotive électrique capable de tirer 3 wagons offrant chacun 6 places assises.
1880 – Trouvé améliore le rendement du moteur Siemens.
1881 – Trouvé invente le tricycle électrique et le moteur hors‑bord électrique pour bateau.

Ainsi, les premiers véhicules de loisir ont été réalisés par Gustave Trouvé, et ces véhicules étaient électriques. Le charbon fossile était utilisé pour les machines à vapeur, mais le pétrole fossile n’était pas encore employé.

Comme on peut le voir sur la caricature de 1881, le roi Vapeur et le roi Charbon étaient inquiets à propos du nouveau‑né, qui avait été nommé Électricité :

Après avoir vu le bateau électrique de Trouvé sur la Seine à Paris le 26 mai 1881, Gaston Tissandier eut l’idée de créer undirigeable à moteur électrique. Tissandier pilotait des ballons à air chaud depuis plus de dix ans et, sans perdre de temps, le 9 juin 1881, il déposa un brevet pour « Application de l’Électricité à la Navigation aérienne ». Tissandier avait également commencé à construire un modèle réduit de 4 m de long de son dirigeable de rêve pour la prochaine exposition d’électricité.

L’Exposition internationale d’électricité de 1881 à Paris fut l’événement le plus important de l’histoire de l’humanité pour la promotion des usages pratiques de l’électricité. L’exposition était ouverte tous les jours pendant 4 mois. Les étoiles brillantes de l’événement étaient les lampes électriques, et c’est la raison pour laquelle l’exposition était ouverte du tôt le matin jusqu’à tard le soir.

« Le soir, l’Exposition offrira bientôt un aspect féerique ; ce sera un véritable éblouissement de lumières. Le public ne se lasse pas d’étudier et d’admirer toutes les merveilles scientifiques actuellement réunies dans ce monument, que l’on pourrait appeler le temple de l’Électricité. » — Revue « La Nature », 20‑08‑1881

Le dispositif de production d’électricité était appelé machine. Lorsqu’une source d’électricité était reliée à cette machine, celle‑ci était appelée moteur. En 1881, l’objectif principal était d’utiliser les machines pour produire de l’électricité. À l’exposition, différentes machines étaient présentées : machine à courant continu à aimants permanents, machine à courant alternatif à aimants permanents et machine à courant continu à électroaimants (le moteur à courant alternatif à électroaimants fut breveté par Nikola Tesla quelques années plus tard, en 1888).

Une pièce unique de l’exposition était une maquette du futur dirigeable électrique de Tissandier. Ce grand modèle fut construit en seulement 2 mois. Le modèle était équipé de batteries rechargeables Planté. Le petit moteur électrique, réalisé par Trouvé, ne pesait que 220 grammes.

Tissandier calcula qu’un dirigeable 10 fois plus grand que le modèle permettrait de transporter plusieurs personnes.

Victor Hugo, âgé de 79 ans, après sa visite à l’exposition d’électricité de 1881, écrivit :

« Le jour est proche où la surface du globe sera aménagée pour emmagasiner la chaleur solaire ; /-/ Transformée en électricité, cette chaleur sera distribuée partout, éclairant la nuit les voies publiques, faisant tourner les machines, traînant les locomotives. /-/ L’avenir sera splendide, équitable, libérateur. Il sera beau et bon. Vous verrez ces merveilles, vous qui êtes jeunes. Moi, je ne les verrai pas, mais je sais qu’elles seront. »

« De toutes les forces naturelles celle qui est la moins coûteuse et la plus également répartie, la force du vent, est aussi la plus négligée. » — Revue « La Nature », 14‑07‑1883

Avant l’ère du pétrole fossile, les ingénieurs venaient tout juste de trouver des idées pour exploiter l’énergie du soleil et du vent. Avant même l’invention de l’automobile, un dirigeable à moteur électrique avait été créé !

Les frères Tissandier n’ayant ni le temps ni l’argent pour construire un hangar, ils durent fabriquer les grands éléments de leur dirigeable en plein air. La taille de l’aérostat fut déterminée par le terrain de Tissandier à Paris. Comme on peut le voir sur le plan, la longueur prévue du dirigeable était de 27 m :

Gaston Tissandier s’occupa de la construction du moteur électrique, de la batterie et de l’appareil destiné à produire l’hydrogène pour le ballon, tandis que son frère Albert Tissandier se consacra à la réalisation du dirigeable.

En 1882, Gaston Tissandier commanda la construction d’un pack de batteries puissant et léger. À l’époque, cela signifiait qu’un pack d’environ 5 kWh pesait 180 kg. Des plaques de zinc et de carbone étaient disposées en alternance dans un boîtier de batterie en ébonite. Le courant était produit par un liquide composé d’eau, d’acide sulfurique (H2SO4) et de bichromate de potassium (K2Cr2O7).

À la demande de Gaston Tissandier, un moteur léger fut construit par Siemens à Paris. Le nouveau moteur pesait 55 kg. À la puissance maximale du pack de batteries, 1,8 kW (40 V, 45 A), le moteur pouvait fournir 1 kW. Le rendement du moteur était de 55 % (à titre de comparaison, le rendement des moteurs électriques modernes est d’environ 95 %).

Le moteur entraînait l’hélice au moyen d’un rapport de réduction de 1:10. À une vitesse maximale du moteur de 1 800 tr/min, l’hélice tournait à 180 tr/min. L’hélice, d’un diamètre de 2,85 m, pesait 7 kg.

Au début, 24 batteries séparées furent utilisées pour les essais, mais ensuite quatre batteries de 6 éléments furent réalisées pour gagner de la place dans la nacelle. Un commutateur rotatif permettait d’utiliser 6, 12, 18 ou 24 éléments de batterie, ce qui donnait 4 vitesses différentes de l’hélice.

Les calculs montrèrent que la vitesse maximale du dirigeable ne dépasserait pas 15 km/h. La vitesse du vent est inférieure à cette valeur seulement par temps calme. En janvier 1883, Gaston Tissandier écrivit dans la revue « La Nature » que, si cela était financièrement possible, ils construiraient un aérostat plus grand pouvant emporter un moteur de 5 kW. L’armée française prit silencieusement note de cette information.

Lorsque le dirigeable des frères Tissandier fut prêt, il mesurait 28 mètres de long. Le ballon de 1 060 m³ rempli d’hydrogène avait une force ascensionnelle de 1 250 kg. Pour faciliter le premier vol d’essai, il fut décidé que le poids au décollage resterait juste 10 kg en dessous de la force de levage, soit 1 240 kg. Le dirigeable pesait 704 kg, y compris le moteur et les batteries. Les deux frères et les instruments qu’ils emportaient avec eux pesaient au total 150 kg. Il restait donc 386 kg de lest largable. Ce lest était nécessaire pour régler l’ascension. Pour la descente, une partie de l’hydrogène était libérée du ballon.

Le 8 octobre 1883, le grand jour arriva. Des spectateurs se rassemblèrent dans la cour des Tissandier et regardèrent le premier dirigeable à propulsion électrique décoller. Il était piloté par Gaston Tissandier (1843–1899) et Albert Tissandier (1839–1906).

Au régime maximal de 180 tours par minute, le dirigeable pouvait tenir face à un vent de 3 m/s (10 km/h). Le vent s’est levé et a emporté le dirigeable, rendant impossible le retour à la base. Ils ont atterri en dehors de Paris. Il est devenu parfaitement clair que le dirigeable avait besoin de plus de puissance.

Les capitaines de l’armée française Renard et Krebs observaient de près ce que les frères Tissandier apprenaient en construisant un dirigeable électrique. Sur la base de ces informations, ils construisirent secrètement un dirigeable électrique pour l’armée française. La base de ballons militaires de Chalais-Meudon était située à seulement 6,5 km de l’atelier des frères Tissandier à Paris.

Les composants de la batterie ont été tenus secrets par l’armée. On a seulement révélé que la batterie était divisée en quatre sections qui pouvaient être connectées en parallèle pour un vol plus long ou en série pour un vol plus rapide. À la puissance maximale de 8,2 kW délivrée par le pack batterie, la puissance du moteur était de 5,7 kW. Ainsi, le rendement du moteur était de 70 %.

À puissance maximale, l’hélice de 7 m de diamètre tournait à 46 tours par minute.

Le dirigeable Renard-Krebs fut le premier aéronef à avoir une hélice à l’avant. Même le premier avion, le Flyer de 1903 des frères Wright, n’avait pas d’hélice à l’avant.

Le dirigeable Renard-Krebs « La France » était presque deux fois plus grand que le dirigeable Tissandier. Le ballon mesurait 50 m de long. 1864 m3 d’hydrogène fournissaient une force ascensionnelle d’environ 2100 kg.

Lors de leur vol inaugural le 8 août 1884, Renard et Krebs purent revenir à la base avec leur dirigeable électrique. Après quelques manœuvres en avant et en arrière, maladroitement comme un bateau à vapeur, ils atterrirent près du hangar Y à Meudon, où le dirigeable avait été construit (le hangar existe toujours, voir https://hangar-y.com). Ce fut le premier vol entièrement contrôlé de l’histoire.

Le dirigeable « La France » effectua plusieurs vols d’essai en 1884-1885. Le point faible de la conception Renard-Krebs était que l’hélice pouvait être endommagée à l’atterrissage.

« Les questions de personnalités doivent disparaître quand il s’agit des intérêts de la science, et nous applaudirons toujours au succès de nos émules. » —Gaston Tissandier (dans son livre « Mes ascensions, 1868-1888 »)

La première moitié des années 1880 fut un moment béni dans l’histoire de l’humanité, car l’avenir paraissait électrique. Puis sont arrivés les moteurs fonctionnant aux combustibles fossiles. 1885 fut l’année où les moteurs à combustion interne à carburant liquide de Benz et de Daimler-Maybach furent tous deux prêts à un usage pratique.

Pour comprendre à quel point les choses ont mal tourné — l’écrivain Karl August Hindrey écrivait en 1927, à propos de l’air frais, que celui-ci « paraît céleste après les vapeurs d’essence et de fumée de Paris ». Cent ans plus tard, les gens continuent à produire un excès de CO2 sans véritable raison.

L’industrie des combustibles fossiles peut être comparée à l’électricité propre comme un chalutier et un agriculteur qui doivent rivaliser à armes égales, alors que l’un se contente d’exploiter la nature et que l’autre fournit le dur labeur essentiel pour sauver la planète pour nos descendants.

Nous devrions aimer l’Électricité, nous devrions soutenir l’enfant qui sauve notre monde !