Ballon sonde

Documentation du projet visant à créer et lancer un Ballon sonde.

Présentation

Le projet Ballon Sonde 2024 consiste à envoyer concevoir et réaliser un ballon sonde pouvant atteindre 30 à 35km d'altitude, avec une charge utile récupérable permettant

• d'avoir des images (caméras embarquées) de l'ascension et de la descente

• d'avoir un tackeur gps qui permettra d'avoir d'enregistrer le parcours du ballon, et aussi de suivre et récupérer la charge utile
• d'avoir différents autres capteurs classiques (température, pression...) et moins classiques (radiation ? particules fines, infrarouge ?...), à définir, permettant de concevoir quelques expériences scientifiques.

Déjà, en 2 vidéos, voici en quoi consiste un projet Ballon Sonde "Amateur" (classique, volume de quelques m3 à hélium)  :

• une vidéo qui date de 5 ans environ ,de 4 amateurs pour un budget global de 800 euros environ : https://www.youtube.com/watch?v=kK6nie2fSsE
• une vidéo de 2 étudiants, aidé par un club en Suisse, qui détaille un peu plus les différents points importants de la réalisation : https://youtu.be/A4E08Ey3UvA

Budget prévisionnel

• Il existe un budget incompressible comprenant l'achat du ballon (moins de 100 euros) et de l'hélium (environ 300 euros), soit 400 euros.
• Pour la charge utile, le budget dépendra de sa définition, du choix d'utiliser ou non des éléments de récupération (smartphones par exemples).
• En tout état de cause, en ordre de grandeur, le budget sera inférieur à 1000 euros, voire à 500 euros si on se débrouille avec pas mal de composants récupérés !
• une autre option (voir sections en dessous) serait d'opter pour un pico-ballon (ballon de quelques dizaines de grammes de charge utile). Cela pourrait être une piste soit si le budget est restreint et qu'on ne trouve pas de sponsor, soit parce qu'après réflexion un pico ballon apparaitrait comme plus opportun dans un 1er temps. Cette question reste à décider (on pourrait aussi opter pour les 2 options !). En tout état de cause, un pico-ballon revient moins cher qu'un ballon sonde classique (quelques dizaines d'euros il semble - à confirmer), mais est plus limité en terme d'instrumentation !

Phases du projet

Le projet est en cours de montage sur novembre/décembre 2023 et aura différentes phases :

• prises de contacts avec des organismes expérimentés, pour bénéficier de leurs conseils, pour voir les aspects réglementaires en France,..
• tour d'horizon des partenaires locaux possibles (Météo France ? aéroclub ? Ecoles/Lycées ? autres ?)
• définition de la charge utile (environ 1kg max) : quels composants, quels capteurs, quelles technologies
• conception / réalisation de la charge utile et nombreux tests (autonomie, gestion de la température, tracking, parachute,...)
• en phase finale, achat du ballon et du gaz (hélium)
• puis lancer du ballon !
  • lancement sur un site de Bretagne à définir
  • récupération de la charge utile
  • analyse des résultat et des vidéos, et leurs publications !

Un document pdf est disponible sur les différents aspects du projet, la page Wiki s'étoffera au fur et à mesure.

Le projet sera réalisé au fablab courant 2024.

Suivant la vitesse d'avancement du projet, la phase de lancement pourra être à l'été 2024, ou sinon au printemps 2025.

Suivi GPS

Pour espérer récupérer le matériel

GPS+LoRa

Le terminal

T1000 32g, autonomie 2 mois mini

Le suivi

A priori sur une expérimentation TTNMapper

Mais aussi SonderHub avec l'intégration LoraWAN

Record Ballon

Record

Quelles pistes techniques pour le type ballon ?

Il y a principalement 2 gaz utilisés pour gonfler des ballons stratosphériques, l'hélium et l'hydrogène. L'hydrogène est un peu plus léger que l'hélium, mais en gros leur pouvoir ascensionnel est à peu près le même, environ 1g de pouvoir ascensionnel par litre de gaz (au niveau de la mer). Il faut compter la charge utile, l'enveloppe du ballon, les ficelles, les éventuels parachutes, réflecteur radar, le différentiel final donnant la poussée d'Archimède au moment du décollage. En altitude l'enveloppe du ballon grossit tandis que la pression extérieure baisse ainsi que la densité de l'atmosphère, et donc la poussée d'Archimède baisse au fur et à mesure. Le ballon finit par se stabiliser à une altitude donnée, ou s'il a été suffisamment gonflé pour éclater, il éclate permettant de récupérer la charge utile.

Il y aurait donc en fait 2 options techniques intéressantes :

• un ballon classique gonflé à l'hélium, avec une charge utile de 800g à 1kg environ, charge utile récupérable. Le volume de gaz nécessaire est de l'ordre de 2 à 3m3 (donc 2 à 3 kg de poussée hors tout mais pour ce type de ballon, il faut un parachute, un réflecteur radar et le poids de l'enveloppe n'est pas négligeable). Ce genre de ballon monte haut, à 30 voire 35 km d'altitude, pour une durée de vol de quelques heures, ensuite il éclate et la charge utile redescend par un parachute. Le cout principal sur ce type de projet sera sans doute celui de l'hélium (quelques centaines d'euros pour environ 2.5M3). L'intérêt de cette piste est qu'on dispose d'un charge utile assez importante, permettant d'envisager plusieurs capteurs dont 1 ou 2 caméras pour ramener des belles images du vol (voire de l'espace ?), et diverses expériences. Il faut par contre avoir aussi un peu de chance car on n'est jamais sûr à 100% de récupérer la charge utile (il faut qu'elle atterrisse à un endroit accessible, pas en mer, pas dans un lac, pas sur le toit d'une usine...).
• un "pico ballon" gonflé à l'hydrogène. Là le volume serait que de quelques dizaines de litres d'hydrogène (H2). La charge utile est donc limitée à quelques dizaines de grammes, et comprendrait sans doute uniquement un trackeur (alimenté si possible via du photovoltaïque). Ce genre de ballon a tendance à aller moins haut (plutôt la zone de 12-15km a priori - à confirmer), mais peut rester longtemps en l'air (plusieurs jours à plusieurs semaines, parfois il peut faire plusieurs fois le tour du monde). Un sous projet très intéressant est un générateur d'hydrogène efficace permettent de générer le gaz au moment du lancement (via hydrolyse de l'eau). On éviterait le problème du stockage. Le coût du projet (hors générateur d'H2, réutilisable) serait dans ce cas de quelques dizaines d'euros (le pico-ballon lui même et le trackeur). Les avantages de cette piste est un cout de projet réduit, et un sous projet technique sur la génération efficace de l'H2 "sur le site de lancement" très intéressant. Il y a par contre des inconnues (novembre 2023) sur les contraintes réglementaires liées à des ballons à hydrogène, même petits, il convient de se renseigner à ce sujet.
  • une vidéo sur les principes des pico-ballons ''in English" : https://www.youtube.com/watch?v=QfDDezwZ8QM

Documents

Fichier:Balloon project v02.pdf

Liens intéressants

• un site de radio amateur français (pas mal d'infos sur le tracking et les ballons sondes) : https://www.radioamateurs-france.fr/ . On n'y pense pas de prime abord, mais les radio-amateurs lancent et suivent beaucoup de ballons sondes.
• le site Planete-science un site de soutien à des projets plutôt pour les écoles, mais très intéressant aussi : https://www.planete-sciences.org/espace/Ballon-stratospherique/Presentation

Contributeurs

@Frank, @others...