Une montgolfière est un aérostat composé d'un panier surmonté d'une enveloppe remplie d'air chaud, ce qui assure sa sustentation par la poussée d'Archimède issue de la différence de densité entre l'air chaud situé à l'intérieur de l'enveloppe et l'air ambiant.
La maîtrise de la température de l'air dans l'enveloppe nécessite l'usage d'un brûleur de chauffage, ce qui limite l'autonomie par la réserve de carburant et le poids correspondant. Elle se différencie des ballons à gaz qui se sustentent grâce à un gaz plus léger que l'air, et n'ont pas cette contrainte.
Histoire
vignette|Le habité à la Folie Titon, le . vignette|Le féminin par Élisabeth Tible, le à Lyon, sur La Gustave. vignette|La traversée de la Manche en ballon à gaz, par Jean-Pierre Blanchard en 1785. Si l'on excepte le prétendu vol que Kriakutnoï aurait effectué en 1731, il est généralement admis que la montgolfière a été inventée par les frères Montgolfier, Joseph-Michel et Jacques-Étienne, en 1782. Mais ils furent en fait précédés par les démonstrations de l'inventeur portugais Bartolomeu Lourenço de Gusmão, qui fit voler de petits ballons à air chaudLien à établir entre la lanterne céleste chinoise utilisée depuis le et l'expérience du prêtre. en puis le au Portugal. Lourenço de Gusmão espérait transporter des hommes grâce à un ballon prénommé La Passarola mais l'expérience fut abandonnée avant qu'il y ait réussi..
Le premier vol officiel sans passager du ballon à air chaud des frères Montgolfier a lieu place des Cordeliers, à Annonay en Ardèche, le . Le de la même année, un coq, un mouton et un canard firent l'expérience du premier vol habité à Versailles, devant le roi Louis XVI : leur ballon s'envole jusqu'à environ de hauteur. Le , à la Folie Titon, aujourd'hui située rue de Montreuil à Paris, à l'époque encore bourg de Saint-Antoine, a lieu le premier vol captif humain, effectué par Jean-François Pilâtre de Rozier et Giroud de Villette.
Le premier vol libre humain élève Jean-François Pilâtre de Rozier et le Marquis d'Arlandes le . Le « lâcher » a lieu en lisière du Bois de Boulogne, et l'atterrissage à la Butte-aux-Cailles, emplacement actuel de la place Paul-Verlaine dans le arrondissement, soit un vol de .
La première femme à voler est Élisabeth Tible, le à Lyon sur La Gustave..
Le , triple record du monde, de Jean-François Pilâtre de Rozier et du chimiste Louis Joseph Proust à bord de la montgolfière La Marie-Antoinette conçue par Étienne Montgolfier : distance , vitesse et altitude environ.
L'histoire des premiers vols en montgolfière est aussi l'histoire d'une exploration scientifique. Faire s'élever le ballon est une chose, savoir pourquoi il vole en est une autre. Le Journal de Paris en 1784 rapporte plusieurs témoignages d'expériences qui montrent cette incompréhension. Le « mystère » ne semble commencer à se dissiper qu'à la mi-, où est imaginé le concept d'un ballon solaire :
Les premières montgolfières étaient délicates à mettre en œuvre avec le foyer qu'il fallait alimenter sans mettre le feu au ballon, avec des escarbilles ou un ballot de paille à moitié consumé. Après des débuts prometteurs, elles sont donc supplantées par les « charlières », ballons à gaz, dont le premier gonflé à l'hydrogène s'envole le avec à son bord l'inventeur même de ce type de ballon le physicien Charles et les frères Robert. La première traversée de la Manche est aussi effectuée avec un ballon à hydrogène le par Jean-Pierre Blanchard, dans le sens Angleterre vers France.
Jean-François Pilâtre de Rozier perd la vie le en essayant de traverser la Manche depuis la France, lorsque sa rozière, aérostat hybride constitué d'une montgolfière cylindrique surplombée d'un ballon à hydrogène, prend feu et s'écrase au sol (dans ce type d'aérostat qui évite l'emport de lest, la chaleur du foyer se transmet aussi bien au compartiment air chaud qu'à celui gaz). L'hydrogène, coûteux, difficile à préparer et extrêmement inflammable, est ensuite remplacé par du gaz d'éclairage bon marché.
Pendant la période de déclin, les montgolfières ne sont plus équipées de foyer, elles sont gonflées à bloc au sol puis on les laisse s'envoler librement. La montgolfière s'élève très rapidement et redescend avec l'abaissement progressif de la température de l'air dans le ballon, pour un vol d'une dizaine de minutes.
À la fin des années 1950, l'utilisation d'une fibre synthétique pour l'enveloppe (le nylon), et d'un gaz de pétrole liquéfié (le propane) comme carburant, allaient relancer la montgolfière, en permettant un usage souple et sécurisé. Les premières montgolfières ainsi modernisées volent d'abord aux États-Unis. Elles arrivent en France en 1972.
Il existe chaque année en juin, une fête de la montgolfière qui se déroule à Annonay, lieu de création, mise au point et premier décollage de l'appareil des frères Montgolfier.
Origine du nom Dès , après le vol de La Gustave, le nom de « montgolfière » est utilisé en français pour désigner les ballons à air chaud se sustentant selon le principe découvert par les frères Montgolfier.
vignette|Médaillon en bronze des frères Montgolfier, par Houdon (musée du Bourget).
Technique de construction Une montgolfière moderne est constituée de trois éléments principaux : l'enveloppe, le brûleur relié aux réservoirs de carburant (du propane en phase liquide) et la nacelle. vignette|Intérieur d'un ballon.
L'enveloppe vignette|Vue de l'intérieur d'une enveloppe de montgolfière. Les frères Montgolfier avaient conçu leurs premières montgolfières en papier et en tissu (taffetas de soie), aujourd'hui l'enveloppe est constituée d'un tissu (généralement nylon ou polyester) enduit (polyuréthane, silicone…) destiné à le protéger des rayons ultraviolets et réduire le taux de fuite de l'air chaud. Le dessin de l'enveloppe peut être lisse ou lobée. Dans les deux cas, l'enveloppe est constituée de fuseaux qui sont cousus ensemble. La forme des fuseaux change selon le type de ballon désiré.
Selon le modèle, le volume de l'enveloppe gonflée est compris entre , pour emmener une personne seule dans des conditions météorologiques très favorables, à plus de pour les plus grandes permettant l'emport de ..
La diminution de température par arrêt d'alimentation en air chaud suffit à atterrir quand il y a peu de vent. Les ballons sont également équipés de systèmes permettant de les vider très vite. Il existe trois méthodes de dégonflement, deux réversibles et une définitive : les systèmes réversibles : la soupape circulaire (aussi nommée parachute en raison de sa forme) dans la partie supérieure de l'enveloppe qui est accrochée avant le gonflement grâce à des velcros ; le pilote peut l'ouvrir depuis la nacelle, en l'air, pour libérer de l'air chaud en vue de mettre le ballon en descente ; la pression interne permet à la soupape de se remettre en place dès que la corde d'ouverture est relâchée ; le dégonflement rapide ; en réalité, c'est un dérivé du premier qui permet d'actionner cette même soupape et de la transformer en un cône permettant de libérer l'air beaucoup plus rapidement. La soupape revient en place en actionnant une autre corde. Ce système ne doit être utilisé qu'à l'atterrissage (cas typique : par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol) ; le système non réversible : il permet d'ouvrir une grande zone d'évacuation de l'air chaud, à proximité du sommet du ballon (triangle, zone circulaire, rectangulaire, etc.). Ce système non réversible doit être réarmé lorsque l'enveloppe est au sol (lors de la préparation du gonflement). Le pilote l'actionne au moyen d'une corde de commande lors de l'atterrissage.
Le brûleur vignette|redresse|gauche|Chauffage de l'air dans le ballon. En bas à gauche, le ventilateur permet le gonflage de la montgolfière à froid avant de redresser le ballon à l'aide du brûleur. Fixé à un cadre supporté par quatre cannes qui le supportent sur la nacelle, il se situe sous la « bouche » de l'enveloppe, au-dessus des passagers, et délivre une longue flamme (). Il peut être simple ou, plus généralement, double, pour permettre au pilote une plus grande réactivité en disposant ainsi, au besoin, d'une double puissance de chauffe assurant une ascension plus rapide.
vignette|redresse|Nacelle de montgolfière.
Le propane à l'état liquide est contenu dans des bouteilles cylindriques en aluminium (ou acier, plus lourd ; ou encore en titane, plus léger mais très fragile et coûteux), placées dans la nacelle. Il alimente le brûleur à travers des tuyaux (grâce à la pression du gaz) où il se vaporise dans un serpentin de détente situé généralement autour du brûleur. Le mélange air-propane est enflammé par une veilleuse continue. La longue flamme, juste sous l'ouverture de l'enveloppe, réchauffe l'air contenu dans le ballon, ce qui permet son ascension.
La nacelle Elle est le plus souvent en osier ou en rotin, avec un plancher en contreplaqué. Beaucoup d'autres matériaux ont été utilisés, mais ce sont ces matériaux naturels, qui offrent une souplesse indispensable, surtout lors d'atterrissages un peu sportifs. Pour embarquer et les bouteilles, la dimension classique est de hauteur, de longueur sur de largeur.
Technique de vol vignette|Cette image thermique montre le gonflement d'une montgolfière par de l'air chauffé à l'aide d'un brûleur : l'air chaud s'élève. vignette Les montgolfières exploitent d'une part le principe d'Archimède et, d'autre part, la caractéristique des gaz selon laquelle le produit de la pression du gaz par son volume est toujours proportionnel à sa température. Ce deuxième principe est décrit par l'équation d'état du gaz parfait.
La poussée d'Archimède est la force reçue par un corps plongé dans un fluide (liquide ou gazeux) égale à l'opposé du poids du volume de fluide déplacé de ce corps.
Sous l'action de la chaleur, l'air se dilate. Sa masse volumique diminue : donc, à pression identique, l'air chaud est plus léger (pour le même volume) que l'air froid. On peut vérifier ce phénomène, dans une pièce calme (la pression étant donc constante à l'intérieur) que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol : il est plus léger et s'accumule en hauteur.
Le principe d'Archimède indique que, si le volume de l'ensemble (ballon chargé + air contenu dans l'enveloppe) est plus léger que le volume équivalent de l'air environnant, le ballon s'élève dans l'air.
vignette|Rassemblement au col des Saisies en 2005.
La pression atmosphérique diminuant avec l'altitude (d'environ par au niveau de la mer, soit environ par ), la masse de l'air déplacé par le ballon réduit avec l'altitude du ballon. Le point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air déplacé (par sa présence). Le ballon est dit « ouvert », contrairement à un ballon à gaz dont la masse de gaz est constante, et l'altitude d'équilibre dépend de la température de l'air contenu dans l'enveloppe dont le volume est constant.
Le déplacement latéral d'une montgolfière ne dépend que du vent dans la zone où elle se situe. Dans certaines conditions météorologiques, le vent en altitude peut être très différent de celui au ras du sol : cette particularité est utilisée par les pilotes pour se diriger, et par exemple atteindre une cible donnée en faisant varier l'altitude de l'engin.
Utilisation Loisirs vignette|Plaque commémorative du vol en montgolfière de 1969 à l'aérodrome de Temploux (Belgique). vignette|Exemple d'autoconstruction : l'aquaballoon de Mark Dworski. Des sociétés commerciales ayant la licence de transport proposent de brèves excursions en montgolfière, généralement autour d'une heure de vol. Il s'agit d'un loisir assez onéreux. La montgolfière peut aussi être opérée au sein d'association sans but lucratif, afin non seulement de faire découvrir le monde aérostatique à des prix plus accessibles, mais aussi de survoler certaines régions, faire de la pédagogie, vol caritatif, , compétition