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Etalonnage
du capteur de pression
L'étalonnage du capteur de pression (MPX4115AP) est tel que, pour
une tension réceptionnée, la pression est la suivante :
Etalonnage
des capteur de température
La courbe d'étalonnage des deux capteurs de température,
effectuée au siège de Planète Science de Ris-Orangis,
est la suivante :
Pour pouvoir, d'après la valeur de tension récupérée
lors du vol, retrouver la température qui lui correspond, il faut
tout d'abord trouver une équation à cette courbe. Pour obtenir
cette équation, la méthode utilisée fut de faire
l'approximation de la courbe par trois droites.
On voit bien, d'après la courbe ci-dessus, qu'il est important
d'utiliser trois droites pour se rapprocher de la courbe d'étalonnage,
car avec une seule droite, l'approximation est trop grande.
La
pression obtenue
La courbe de l'évolution de la pression obtenue au cours du vol
de notre ballon est la suivante :
Temps :
|
Remarques : |
De 0:00
à 0:15 |
Nous remarquons que la pression est stable durant un
quart d'heure pour diminuer ensuite. Ce quart d'heure n'est autre
que le temps mis à lancer le ballon. En effet, nous avons mis
en route le circuit bien avant le lancer, car le bouton d'interrupteur
du circuit était à l'intérieur. Il fallait donc
l'enclencher avant de refermer le couvercle. |
De 0:15
à 1:15 |
Le vol de la nacelle commence donc au temps 0:15. On
remarque que la courbe diminue, et se stabilise après une heure
de vol. Cela vient du fait que la pression diminue lorsque l'altitude
augmente. |
De 1:15
à 2:29 |
La pression reste stable pendant un peu plus d'une heure
(1h15 environ). Cela ne vient évidemment pas du fait que le
ballon a terminé son ascension et reste à la même
hauteur, mais c'est à cause de l'étalonnage du capteur
de pression. En effet, la pression minimale détectée
sera d'environ 106 hPa avec ce capteur. Le calcul est simple : la
tension du capteur baisse en même temps que la pression. Si
la tension est à 0V, c'est le minimum que l'on puisse avoir,
et cette tension correspond à une pression de :
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De 2:29
à 3:00 |
Ensuite, la pression remonte : c'est la descente du
ballon. On peut aussi remarquer que la descente s'effectue beaucoup
plus rapidement que la montée, car la variation de pression
dans le temps est plus faible lors de la montée que lors de
la descente. |
L'altitude
obtenue
L'altitude du ballon a été calculée à partir
de la valeur de la pression. En effet, la pression varie avec la hauteur.
La courbe de cette évolution est visible avec la figure suivante.
Le calcul de l'altitude est effectué grâce à la courbe
de la pression par rapport à l'altitude (courbe bleue). Le résultat
est le suivant :
Temps :
|
Remarques : |
De 0:00
à 0:15 |
De même que la pression, le lancer n'est pas encore
effectué. L'altitude est donc nulle, et ne varie pas. |
De 0:15
à 1:15 |
C'est l'ascension du ballon. Durant cette première
heure d'ascension, le ballon a atteint une altitude de 15 km. On peut
donc dire que la vitesse d'ascension moyenne pour cette première
heure est de 15 km/h (4,2 m/s). |
De 1:15
à 2:29 |
Pour les raisons similaires à la
pression, l'altitude est limitée. On ne peut donc pas obtenir
l'altitude du ballon lorsque celle-ci dépasse les 15km. |
De 2:29
à 3:00 |
La descente du ballon est déjà
commencée depuis un moment lorsque l'on retrouve enfin une
valeur de pression.
Lors des 10 minutes qui ont suivi le retour des valeurs du capteur
de pression, la descente s'est effectuée à une vitesse
de 34 km/h (9,4 m/s), alors que la vitesse moyenne de la descente,
toujours après le retour des valeurs du capteur, est d'environ
25 km/h (6,9 m/s). Les 5 dernières minutes avant de perdre
la communication avec la nacelle, la vitesse de descente n'était
plus que de 16,5 km/h (4,6 m/s).
Nous avons perdu la communication avec la nacelle lorsqu'elle a atteint
une altitude inférieure à1.6 km. Cela vient du fait
qu'elle est passée au-dessous de la ligne d'horizon. De ce
fait, les ondes envoyées pas l'émetteur ne pouvaient
plus se propager jusqu'à notre récepteur. |
Les
températures obtenues
Les courbes de température intérieure et extérieure
obtenues lors du vol sont les suivantes :
On peut tout d'abord remarquer que la température extérieure
diminue dès le début du lancer (qui a commencé après
15 minutes). Au bout de 45 minutes de vol environ (au temps 1:00), on
voit que la température remonte, pour rester pratiquement stable
à -48, -49 °C, entre les temps 1:15 et 1:35. Cela signifie
que le ballon se situe alors dans la couche intermédiaire entre
la troposphère (la couche de l'atmosphère dans laquelle
nous vivons) et la stratosphère : la tropopause. En effet, la température
dans cette couche intermédiaire y est stable. En France, cette
couche se situe environ à 15 km d'altitude, mais peut varier suivant
les conditions atmosphériques et climatiques. Ici, l'altitude de
notre nacelle lorsque la température se stabilise est bien de 15
km environ. Mais normalement, la température ne devrait pas, contrairement
à nos résultats, remonter avant de rester stable, avant
d'arriver au niveau de la tropopause. Mais là, ce n'est pas le
cas. Sans doute est-ce dû à un phénomène de
tropopause multiple.
A la sortie de la tropopause et donc en entrant dans la stratosphère,
la température que subit notre nacelle remonte.
Au bout de 2 heures de vol (au temps 2:15), on remarque que la température
chute brusquement, pour remonter après 2h20 de vol et avoir atteint
pratiquement -60°C. On peut donc en déduire que c'est à
la suite d'une montée qui a duré 2 heures que le ballon,
chargé en hélium, a fini par exploser sous l'effet de ce
gaz qui augmentait sans cesse de volume, à cause de la pression
qui diminuait lors de l'ascension. Puis, après l'explosion du ballon,
la descente s'est amorcée, et la température est donc passée
par les mêmes phases que lors de la montée, mais plus rapidement.
La température à l'intérieur de nacelle quant à
elle n'a pas beaucoup évoluée. On la voit diminuer brutalement
un peu après l'explosion du ballon. Ceci étant sûrement
dû à la vitesse élevée de la chute de la nacelle
et aux courants d'air qui y rentrent.
Compléments
d'information
Finalement, même si on n'a pas pu récupérer l'altitude
à laquelle le ballon a explosé, on peut quand même tenter
d'en faire une approximation. En effet, nous savons à peu près
à quel instant cela a eu lieu. De plus, la vitesse d'ascension du
ballon semble être à peu près linéaire (même
si ce n'est pas le cas, car elle aurait plutôt tendance à se
réduire dans la stratosphère). On connaît déjà
la vitesse d'ascension durant la première heure avec la courbe d'altitude.
Le résultat est d'environ 15 Km/h. Puisque le vol a duré 2
heures environ (voir l'explication dans le paragraphe sur la température
extérieure), on peut émettre l'hypothèse que le ballon
a atteint une altitude d'environ 30 Km avant d'exploser.
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