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Le dirigeable "Zeppy 2"

The airship "Zeppy 2"

Le Ballon Zeppy-2, son vol, son hangar. 

Préalable:

En 1985-88 Luc GEISER créait et pilotait "ZEPPY", dirigeable monoplace de 130 m3 à propulsion par pédalage, pilotage en profondeur par orientation de deux hélices associées à des petites ailes, suspension de la selle par l'intermédiaire d'une tube-quille. La maniabilité était bonne et la vitesse dépassait 20 km/h. Luc, avec l'Association Jonathan, prévoyait un biplace Zeppy-2 pour un raid transatlantique. Cette Association , fondée en 1981, qui a pour but de promouvoir l'aviation accessible à tous "parce que le ciel est à tout le monde", continue à travailler dans les milieux en difficulté.

            Le père de Luc, Jean Marc GEISER, architecte, a réalisé en 1975 les premiers ULM pendulaires et en 1986 le "G30" très profilé. Luc disparu en 1987, il décide de travailler sur les dirigeables légers et rencontre Didier COSTES, ingénieur qui, impliqué dès 1972 par le CEA dans les questions de dirigeables de transport lourd, propose un développement progressif à partir de dirigeables légers. Ils expérimentent des maquettes de dirigeables destinés à des prises de vues.

Jonathan reprend le projet Zeppy-2 en 1989 et charge Jean Marc GEISER, chef de projet, et Didier COSTES d'en assurer la conception, les calculs et la maîtrise d'œuvre. Le raid prévu pour Zeppy-2, du Sud de l'Espagne à la Martinique, se fera essentiellement par vent portant (alizé). La durée prévue est de 8 à 12 jours. Le ballon permettra l'emport de deux pilotes-pédaleurs, des provisions, et les équipements de sécurité-navigation et de communication nécessaires.

 

            Les concepteurs, en 1990, étudient des options, en s'aidant de petites maquettes tirées ou planant dans l'eau, et proposent un avant-projet. Cette même année, CONTINENT (Groupe PROMODES) marque son intérêt.

Conception du ballon:

 

            Zeppy-2 est un ballon semi-rigide, à nacelle suspendue, hélice arrière et ailes importantes, composé de :

a) une enveloppe fuselée ovoïde de 622 m3, longueur 22 m, diamètre 7,33 m (allongement 3), en tissu polyamide enduit polyuréthanne sur une face, 182 g/m², soudé haute fréquence, contenant un ballonnet d'air d'un volume de 180 m3, soudé le long de la carène, en film polyuréthanne 100 microns,

b) une quille tubulaire en fibre de carbone par éléments droits emboîtés et prenant la courbure de l'enveloppe,  portant la nacelle, la dérive et l'hélice de propulsion arrière,

c) une nacelle suspendue, en sandwich PVC-tissu de verre et renforts carbone-époxy, à déplacement pendulaire commandé pour le pilotage en tangage, pouvant être fermée par un film souple,  largable pour constituer une embarcation de sauvetage insubmersible,

d) des surfaces aérodynamiques : une dérive inférieure de 18 m² avec gouverne à double courbure, et deux ailes d'un total de 27 m², en tubes carbone et entoilage dacron, fixées sur l'enveloppe et haubanées, pour procurer une portance aérodynamique dès la faible vitesse permise par la propulsion, et obtenir par réglage du tangage la montée ou la descente requise,

e) un système de propulsion, comportant deux postes de pédalage côte-à-côte, une transmission par câble kevlar guidé par poulies, une hélice arrière de diamètre 4,8 m en sandwich carbone-époxy,

f) un système de régulation de pression comportant une soupape air automatique, une soufflante air automatique, une soupape hélium commandée, une bande de déchirure hélium.

g) en complément pour le réglage en tangage, à chaque extrémité un ballast d'eau de 30 litres, et une pompe de transfert,

h), une installation électrique alimentée par 4 m² de cellules solaires sur chaque aile, avec batterie au plomb, pour les servitudes et une propulsion auxiliaire par moteur électrique de 250 W embrayable sur la même hélice,

i) un point d'attache au nez pour l'amarrage à un mât, et une roulette amovible sous la nacelle,

j) un "Chien-de-Mer", dérive marine stabilisée en bout de câble, pour une navigation où l'enveloppe fonctionne en voile, avec possibilité de remonter au vent.

k) une "souris", écope stabilisée en bout de câble pour prélever de l'eau de mer de lestage.

 

            Il est prévu que la navigation s'effectuera essentiellement au Chien-de-Mer.

 

Devis des poids:
Enveloppe et ballonnet                

122 kg

Nacelle

80 kg

Quille, étambot, hélice

20 kg

Ailes, dérive, gouverne 22 kg
Soupapes, soufflante, pompe à eau 6 kg
Electricité (cellules, batterie, câbles, moteur) 30 kg
Chien-de-Mer, souris, serpent, câbles  20 kg

Sous total  = 300 kg

  < < < < <   
Equipiers, bagages 150
Eau, vivres, survie     160
Imprévus, divers 20

  Sous total  = 330 kg

  < < < < <  

Total =

630 kg
Départ avec 630 m3 d'hélium et 30 m3 d'air.  

Résumé des opérations:

 

Les études se précisent et un avant-projet est présenté en Février 91. Les plans et calculs sont établis et les fournisseurs consultés. Une maquette motorisée électrique donne satisfaction et permet de dimensionner la gouverne, une maquette grandeur de nacelle et de propulsion est réalisée à Paris, à l'Ecole nationale Supérieure de Création Industrielle. Des essais de rigidité effectués sur les premiers tubes de quille conduisent à reprendre la fabrication. Tout est en train durant le deuxième trimestre 1991.

 

            Le tissu Pennel choisi donne lieu à un délai supplémentaire car on a choisi la teinte blanche au lieu de écrue, mais on constatera plus tard au soleil un jaunissement assez rapide. La fabrication de l'enveloppe par CERTEC apparaît satisfaisante, mais l'étanchéité est difficile à obtenir : le ballonnet d'air soudé ne facilite pas la recherche. Finalement une fente de 3 cm est trouvée. La cabine et les diverses  parties arrivent. Durant le deuxième semestre 1991 s'effectuent sous la direction de Francis Plessier le montage dans le hangar de Réau-Villaroche, et les premiers essais en vol stationnaire puis pédalé, avec sécurité par câble. La traînée des appendices sur l'enveloppe est importante : le pédalage permet d'obtenir environ 15 km/h. Un hangar en tubes et toile est commandé à Huelva, port espagnol, près de Séville, d'où était parti Christophe Colomb  500 ans plus tôt.

 

A Huelva, de Février à Avril 1992, grand déplacement Jonathan. Vols sur mer, facilités par un moteur à essence de 20 CV en étambot de cabine (vitesse 20 nœuds), bons résultats du Chien-de-Mer. On ajoute un guide-rope ou "serpent", tube rempli d'eau et traîné pour stabiliser l'altitude, et une ancre marine pouvant tomber du nez de l'enveloppe. Nicolas Hulot et Gérard sont satisfaits de l'appareil, mais on voulait affréter un bateau suiveur rapide et l'on n'y arrive pas. Une météo favorable, avec des alizés dans le bon sens, ne se déclenche pas. Repli jusqu'à l'année suivante…

          Il est alors décidé de garder le moteur à essence pour la sécurité à l'arrivée sur une terre, et de monter le volume à 740 m3 en ajoutant une laize de tissu, ce qui ne compromet pratiquement pas l'esthétique. Compte tenu de l'aléa sur les vents, on partira non plus d'Espagne mais des Canaries, en l'île de Tenerife. Un hangar démontable y est implanté en Février 1993 (annexe).

            Le remontage du Zeppy-2 commence alors. Les essais sont courts, après les bons résultats de 1992. Un bateau suiveur a été trouvé : un ancien dragueur de mines allemand, l'Ars Vivendi, belle vedette rapide (25 nds) en bois, qui nécessite des travaux pour accroître la réserve de combustible, ce qui pose un problème de délais. Mais les vents alizés favorables ne se déclenchent pas.

Finalement, départ le 12 mars 1993, par vent du Nord, qui devraient mener plus au Sud aux alizés. Le Chien-de-Mer fonctionne, mais dans les vagues, à plus de 15 nds, il saute souvent, puis retombe en bonne position ; les dauphins aussi s'amusent à le déséquilibrer… L'emplanture de la queue de stabilisation, mal renforcée,  cède et il faut un gros travail pour démêler les câbles. Une autre queue était disponible mais l'équipage ignorait qu'elle était solide, d'où l'abandon du Chien-de-Mer. De plus, le moteur électrique se bloque : surchauffe ou emmêlement de la transmission ? Alors, descente plein sud sur le seul guide-rope… Belles vues sur des baleines.

           

Le 16 mars, on arrive dans un alizé ou tout au moins une bourrasque vers l'ouest à plus de 25 nœuds et le bateau ne peut pas suivre. Le Zeppy va filer vers le Brésil ! La météo annoncée sur l'Amérique du Sud n'est pas bonne, et des problèmes se posent sur l'étanchéité. L'équipage veut faire une verticale bateau pour déposer les cassettes enregistrées, reprendre des vivres, et se donner un temps de réflexion. Si l'ancre marine avait été prévue remontable, on l'aurait utilisée pour attendre le bateau…On file donc plein moteur contre le vent. Arrivé au bateau, l'équipage veut s'y attacher ce qui, dans la houle et le vent, en gardant le moteur, s'avère impossible. Des câbles s'emmêlent et celui de l'ancre marine, finalement utilisée, se coince sous le bateau dans une plaque de doublage mal fixée.

 

Après de grandes oscillations, la cabine touche l'eau et le ballon est pris de côté par le vent. On tente la manœuvre de déchirure, peu efficace et conduisant à une plus grande prise du vent. Les câbles bloqués se rompent alors. La manœuvre  de largage de la cabine échoue car actionnée trop lentement :  les verrous d'avant libérés d'abord donnent lieu à un basculement vers l'avant qui empêche la libération des verrous arrière.  Une partie du chargement glisse à l'eau et la nacelle remonte tout en prenant de la vitesse. Les passagers sautent à l'eau d'une hauteur de 6 m, Gérard se cassant une vertèbre, et sont récupérés. Le bateau file vers un hôpital sur les Iles du Cap-Vert. Le vent se calme : en chemin, on voit dans le ciel le ballon descendre vers la mer, remettre la cabine à l'horizontale et alors la libérer mais renversée, et repartir…  On ne peut récupérer la cabine.

  Le 26 mars 1993, Gérard, soigné et rapatrié, adresse des lettres de remerciement aux participants.

Conclusions sur le ballon:

 - certains détails techniques avaient été insuffisamment mis au point : ancre marine, moteur électrique, commande de verrous de cabine, vidange de guide-rope

- le Chien-de-Mer aurait dû permettre une plus grand vitesse,

- l'expérimenter aurait dû être progressive, en commençant par des petits voyages,

- la grande hélice, donnant un bon rendement de propulsion par pédalage, aurait dû pouvoir être mise en drapeau, ou être plus petite puisque la propulsion devait surtout être obtenue au Chien-de-Mer.

- l'obligation d'un bateau suiveur était pénalisante, mais elle a été utile,

- le moteur à essence aurait dû être scellé pour n'être utilisé qu'en cas de nécessité.

  Ces enseignements seront mis à profit pour de nouvelles tentatives, avec un appareil de conception générale différente et à cabine jointive, pour une plus faible hauteur et une meilleure adaptation au vol "Chien-de-Mer".

Le hangar "Janathan aux Canaries, 1993:

 

Préparation par Didier Costes.

Définition en août 1992 :  5 Arceaux demi-circulaires de rayon moyen 11m espacés de 5,5m avec rehausses 1m, plus absides tendues selon un profil de chapiteau. 76 Pannes bois. Surface couverte 484 m² plus absides 150 m².

Calculs : la charge neige est négligée en raison de la forme, le vent est choisi selon NV65 pour régions I, II, et III de France métropolitaine avec q= 900 Pa. L'effort transversal sur les arceaux est calculé selon règlement, assimilé à 1,3 q sur un seul secteur entre sol et 45°.  Le calcul informatique donne le moment maximum dans un arceau M=327600 Nm ou 33,4 tm.

Une proposition de vérification des calculs est demandée à Socotec : offre 26000 F HT, non retenue.

7 entreprises sont consultées pour la charpente, donnant 4 réponses. Une proposition à 410000 FHT inclue la toile

La part charpente revient à ACMD à Carmaux (Tarn), selon offre du 9-10-92 : 89529 FHT, ensuite majorée pour rehausse, attaches toile,  total facturé 113040 FHT. En novembre et décembre 1992 : plans détaillés d'entreprise, réalisation, montage d'essai d'un arceau. La masse métallique est d'environ 7 tonnes.

Pannes bois: 76 longueurs 5,75m en 18 x 5 ou 22 x4, facture de l'ordre de 5000F, livré à Carmaux.

Toile: Saint Frères, 80420 Flixecourt : en "Sainter Forain vernis laqué" 650 g/m²,  partie centrale 42 m  x 23 m, et 2 pignons avec fermeture à glissières : 190000 FHT départ usine., ensuite réduit à 155000. Déduire participation Bulgomme 90000 F, puis 25000 Saint-Frères d'où 40000 FHT pour Jonathan.

Pour 155000 F et environ 1800 m² on obtient 86 F/m² pour la toile, livrée à Carmaux.

Achat d'un conteneur occasion 40 pieds (12 m) qui contient tout : 11320 FHT

Transports : conteneur de Marseille à Carmaux, remplissage, puis Barcelone et Ténérife : 7800 FHT. Pas de frais de transit et douane, transport offert vers site montage.

Montage par société Servi-rapid à Los Cristianos : 1029000 pesetas soit 50000 F. ( Jonathan participe au montage)

Total sponsors compris : 113000 + 5000 +155000 +11300 + 7800 + 50000 = 342000 FHT soit 706 FHT/m². 

 

Montage et utilisation

 

Didier Costes arrive à Ténérife le 22-1-93 et rencontre M. Luis-Miguel ELGUE, promoteur, appui de Jonathan. Mission de Gerald Similovsky (Aviation sans frontières) du 24 au 26-1-93. Le site est fixé à "El Palmar" le 25-1-93. Le propriétaire est trouvé le 1-2-93 et donne son accord gratuit.

Retour en France de Didier vers le 1-2-92.

Les travaux de préparation du terrain et des fondations s'effectuent sous la direction de Francis Plessier. Le conteneur arrive après quelques retards le 8-2-93. Les arceaux sont boulonnés et levés le 12-2-93. Après une pause imposée par le vent, la toile est établie le 16-2-93, et l'on commence à monter le Zeppy-2 avec gonflage hélium.             Didier à nouveau sur site entre 15-2 et 1-3-93.

Sous direction de Francis, derniers travaux sur Zeppy-2 et sur le bateau d'accompagnement. Le vol a ensuite eu lieu du 12 au 16 mars.

            Le hangar était peut-être alors laissé sans consignes de surveillance, l'abside côté mer ouverte. Une bourrasque est venue de la mer, donnant la pleine pression à l'intérieur du hangar et arrachant toute la toile, probablement par rupture des attaches basses sur les massifs. L'abside sous le vent fait tomber le dernier arceau avec arrachement des pannes, et cet arceau est largement faussé. La toile revient au sol 300 m plus loin et se trouve récupérée par des amateurs inconnus…

            L'entreprise chargée de démonter la charpente fait tomber les arceaux au sol, d'où des déformations. Les arceaux sont remis dans le conteneur et reviennent en France. Les 76 pannes en bois ont probablement disparu. On hésite pour implanter à nouveau le hangar dans un site en France, compte tenu de l'importance des éléments à reconstituer. Le conteneur échoue sur le terrain de Cerny, et l'ensemble est ferraillé vers 1998.

Conclusion technique sur le hangar:

L'ossature métallique était légère et solide, en éléments adaptés pour le transport dans un conteneur unique. Elle a pu être trouvée compliquée à monter, avec de nombreux boulonnages. La masse de l'ordre de 12 tonnes, plus les massifs d'ancrage en béton et les lestages par de la terre soit environ 20 tonnes, total 32 tonnes réparties sur 600 m² au sol, aurait correspondu à un pression d'environ 500 Pa, pour une pression de vent de calcul de 900 Pa, non supposée pouvoir agir en pression interne. La toile de 650 g/m² aurait été trop peu résistante pour une construction permanente. Il aurait été utile de lui adjoindre des câbles de frettage. 

Les absides, tendues sans charpente, étaient probablement trop fragiles et insuffisamment ancrées; on ne sait pas si, convenablement fermées, elles auraient tenu à la bourrasque qui a emporté toute la toile. Dommage de ne pas avoir pensé à des absides gonflables.

            Le Zeppy-2 à cabine suspendue avait une grande hauteur, qui a imposé ce vaste hangar. Il aurait pu abriter deux ULM-5 plus compacts.

Rédaction Didier Costes pour www.classe5ulm.fr