Voir aussi : Présentation de ballons et enveloppes -
Documents : Caractéristiques de l'atmosphère standard -

Un stand sur les ballons-sondes sera plus facilement remarqué si des ballons gonflés à l'hélium flottent au dessus de lui. Des expériences très simples peuvent compléter les explications sur le fonctionnement d'un ballon gonflé avec un gaz plus léger que l'air.

Expériences

Matériel nécessaire :
- bouteille d'hélium (un détendeur n'est pas nécessaire mais bien utile)
- une vingtaine de petits ballons au minimum
- un gonfleur ou une pompe pour faire éclater quelques ballons sans gaspiller d'hélium. L'explosion est spectaculaire et permet de mesurer le diamètre au moment de l'éclatement. Le bruit produit attire les visiteurs vers le stand. Comparer les restes d'enveloppe du petit ballon avec ceux d'un ballon de radiosonde.

1) pourquoi un ballon monte
Deux ballons : l'un rempli avec de l'air; l'autre gonflé à l'hélium. Choisir deux ballons de couleurs différentes.
Une cuvette remplie d'eau dans laquelle flottent deux petites boîtes identiques. Si on remplit l'une avec de l'eau elle tombe au fond de la cuvette.
Explication : la boite remplie d'air est portée par l'eau parce que l'air est plus léger que l'eau, le ballon rempli d'hélium est soulevé par l'air parce que l'hélium est plus léger que l'air.
2) le diamètre du ballon augmente quand la pression extérieure diminue
Une pompe et une cloche à vide sont nécessaire. Un baromètre placé sous la cloche confirmera la baisse de pression. Tenir à portée de la main un tableau de conversion pression/altitude
Placer un petit ballon faiblement gonflé sous la cloche et faire le vide en veillant à ce qu'il n'obstrue pas le trou d'aspiration. Demander à un spectateur de lire et d'annoncer la pression indiquée par le baromètre ; convertir en altitude. Dès que le ballon atteint un volume important, se précipiter pour arrêter la pompe sous prétexte que le ballon risque d'exploser. Conclure en décrivant la montée d'un ballon-sonde qui finit par éclater avant de retomber.

Pression 214hPa, 11500m d'altitude		Pression 38hPa, 22500m d'altitude

3) le ballon doit d'abord soulever son propre poids avant de pouvoir emporter une charge utile
Gonfler à différents diamètres trois ballons identiques à l'hélium. L'un va s'élever, l'autre restera au sol et le troisième aura bien du mal à décoller.
Accrocher des petits morceaux de cartons dont la masse est connue de façon à lester le ballon le plus gros pour le maintenir à l'équilibre. La masse de tous les petits bouts de cartons représente la force ascensionnelle du ballon.

Ce ballon peut emporter 4,6 grammes		Noter le petit crochet réalisé d'un simple coup de ciseau

Pour les chasseurs de radiosondes

Le ballon faiblement gonflé a une force ascensionnelle plus faible, il monte lentement mais il montera plus haut avant d'éclater.
Un ballon de modèle plus petit, surgonflé, montera aussi vite qu'un ballon plus gros sous-gonflé mais il éclatera à plus basse altitude
Après éclatement, les restes de l'enveloppe peuvent être plus ou moins importants. Présenter deux cas extrêmes en indiquant sur une étiquette la masse d'enveloppe restant dans chaque cas.

Pour le grand public

- faire exploser un petit ballon gonflé à l'air. Jouer sur le suspens, mesurer le diamètre justeavant l'éclatement, montrer et peser les restes d'enveloppe sur un pèse-lettre
- mettre dans la main du visiteur le ballon lesté pour faire sentir la force ascensionnelle.
- profiter de l'occasion pour parler du gaspillage d'hélium, matière première non renouvelable, et évoquer l'utilisation de l'hydrogène, très bon marché et disponible mais nécessitant des précautions d'emploi rigoureuses.
- Poser la question : combien faudrait-il de ballons pour soulever une maisonnette en bois de 5000kg ? Réponse : 500000 ! Et comme il faudrait 10000 heures pour les gonfler, le premier serait complètement à plat quand on attaquerait le 2000ème...