Sur quel gaz volent les dirigeables : hélium ou hydrogène

Les dirigeables sont des aéronefs plus légers que l’air, qui dominaient autrefois le ciel et connaissent aujourd’hui un renouveau technologique. Leur capacité à rester en sustentation dépend du gaz qui remplit leurs enveloppes. Mais quel gaz utilise-t-on aujourd’hui — l’hélium ou l’hydrogène ? Et pourquoi le choix du gaz est-il si important pour la sécurité, l’efficacité et l’avenir de la construction de dirigeables ? Dans cet article, nous analysons en détail l’histoire, la physique et les tendances actuelles afin de répondre à la question principale : sur quel gaz volent les dirigeables ?

Au début de l’ère de l’aérostation, au XIXe siècle et au début du XXe siècle, le principal gaz utilisé pour remplir les dirigeables était l’hydrogène. Pourquoi ? Parce que c’était le plus léger des gaz connus — sa masse molaire n’est que de 2 g/mol, ce qui assurait une portance maximale. De plus, l’hydrogène pouvait être produit à relativement faible coût et en grandes quantités — par exemple, par la réaction du zinc avec l’acide sulfurique ou par électrolyse de l’eau.

Les premiers dirigeables pilotables, ceux de l’ingénieur français Henri Giffard (1852) et du comte allemand Ferdinand von Zeppelin (début des années 1900), utilisaient précisément l’hydrogène. Il permettait de soulever des charges importantes et d’atteindre des vitesses inaccessibles aux ballons. Les dirigeables des grandes puissances — l’Allemagne, la France, le Royaume-Uni, les États-Unis — étaient remplis d’hydrogène. C’était l’âge d’or des dirigeables, mais il s’est révélé tragiquement court.

Le dirigeable à hydrogène était un véritable prodige de son époque — d’immenses structures métalliques recouvertes de toile, remplies de milliers de mètres cubes de gaz, pouvaient traverser l’Atlantique et transporter des dizaines de passagers. Mais derrière cette portance se cachait un danger : l’hydrogène s’enflamme facilement.

Les avantages de l’hydrogène comme gaz de sustentation sont évidents : il est presque 14 fois plus léger que l’air, offre une excellente portance, est peu coûteux à produire et largement disponible. Un dirigeable à hydrogène pouvait transporter davantage de charge, voler plus longtemps et nécessitait moins de carburant pour maintenir l’altitude. Cependant, son principal inconvénient — sa grande inflammabilité — annulait tous ses atouts. Aujourd’hui, nous disposons de technologies de contrôle de la combustion, mais à l’époque, elles n’existaient pas.

L’histoire connaît de nombreuses catastrophes liées à l’inflammation de l’hydrogène. La plus célèbre est celle du dirigeable « Hindenburg », le 6 mai 1937 à Lakehurst, aux États-Unis. Cet immense Zeppelin allemand, arrivé de Francfort, a pris feu lors de l’atterrissage et a brûlé en quelques minutes. Sur les 97 personnes à bord, 36. ont péri. La cause : une étincelle (peut-être due à l’électricité statique) a enflammé l’hydrogène. Les vidéos et les photos de la catastrophe ont fait le tour du monde et ont durablement sapé la confiance dans les dirigeables à hydrogène.

Avant « Hindenburg », il y eut d’autres tragédies : l’explosion du dirigeable R101 au Royaume-Uni (1930), celle de l’USS « Shenandoah » aux États-Unis (1925), celle du LZ 4 en Allemagne (1908). Chacune d’elles poussait les ingénieurs à chercher des alternatives. L’incendie et l’explosion de l’hydrogène sont devenus la principale raison de son abandon dans l’aviation civile. Les militaires ont continué à utiliser des dirigeables à hydrogène jusqu’à la fin de la Seconde Guerre mondiale, mais après cela, l’ère de l’hydrogène dans l’aérostation s’est achevée.

L’hélium est le deuxième élément le plus léger après l’hydrogène, mais, contrairement à lui, il est totalement inerte. Il ne brûle pas, n’explose pas, ne réagit pas chimiquement. Un dirigeable à l’hélium est une garantie de sécurité. C’est précisément pourquoi, après la catastrophe du « Hindenburg », tous les nouveaux dirigeables civils ont commencé à être remplis d’hélium.

Le premier dirigeable à l’hélium — l’USS « Shenandoah » — a été construit dès 1923, mais, en raison de la pénurie d’hélium et de son coût élevé, il a été peu utilisé. L’hélium était extrait principalement aux États-Unis, où se trouvaient les plus grands gisements de gaz naturel à forte teneur en hélium. En 1927, le Congrès des États-Unis a même interdit l’exportation d’hélium, craignant qu’il ne soit utilisé pour des dirigeables militaires par d’éventuels adversaires.

L’hélium offre environ 8 % de portance en moins que l’hydrogène, mais cette différence est compensée par la sécurité. Les dirigeables modernes — publicitaires, touristiques, scientifiques — utilisent exclusivement l’hélium. Par exemple, les célèbres dirigeables Goodyear, que l’on peut voir au-dessus des stades et des villes, sont remplis d’hélium. Ils transportent moins de charge que leurs prédécesseurs à hydrogène, mais restent totalement sûrs, même en cas d’incident.

De plus, l’hélium n’est pas toxique, est inodore et incolore, et ne provoque pas la corrosion des matériaux de l’enveloppe. Son seul inconvénient est son prix et la limitation des ressources. L’hélium est une ressource non renouvelable, son extraction est complexe et les réserves mondiales s’épuisent. Cela incite les scientifiques à rechercher des alternatives, mais, pour l’instant, l’hélium demeure la référence absolue pour les dirigeables.

Aujourd’hui, le gaz utilisé dans les dirigeables est presque exclusivement l’hélium. Les technologies de production et de stockage de l’hélium se sont considérablement améliorées ; des systèmes de récupération et de réutilisation sont apparus, ce qui réduit les coûts d’exploitation. Quel gaz inerte utilise-t-on pour remplir les dirigeables ? Uniquement l’hélium — il n’existe tout simplement pas d’autres gaz inertes à la fois suffisamment légers et sûrs. Le néon, l’argon, le krypton — tous sont plus lourds que l’air et ne conviennent pas pour créer de la portance.

Avec quoi remplit-on les dirigeables modernes ? Avec de l’hélium de très haute pureté (99,995 % et plus), afin d’éviter les impuretés susceptibles d’influencer la portance ou la sécurité. On utilise également des enveloppes multicouches en matériaux composites modernes, qui minimisent les fuites d’hélium — contrairement aux enveloppes en tissu du siècle dernier.

Ces dernières années, des dirigeables hybrides sont apparus — combinant la portance aérostatique (due à l’hélium) et la portance aérodynamique (due à la forme de la coque et aux moteurs). Ils sont capables de transporter des charges lourdes vers des zones difficiles d’accès — par exemple, Lockheed Martin a développé le dirigeable hybride LMH-1, destiné au transport de fret en Arctique et dans des régions montagneuses.

Des recherches sont également menées sur la création de dirigeables équipés de systèmes de captage et de réutilisation de l’hélium, ce qui les rend plus écologiques et plus économiques. À l’avenir, l’apparition de dirigeables utilisant un mélange d’hélium et d’autres gaz, voire de l’air chaud, est possible — mais, pour l’instant, ce sont des projets expérimentaux.

L’air ne convient pas pour remplir un dirigeable — parce qu’il n’est pas plus léger que lui-même. Pour qu’un aéronef soit plus léger que l’air, son volume interne doit être rempli d’une substance dont la densité est inférieure à celle de l’atmosphère environnante. L’air se compose principalement d’azote (78 %) et d’oxygène (21 %), et sa densité, dans des conditions normales, est d’environ 1,225 kg/m³. Aucun des composants de l’air ne fournira de portance s’il n’est pas chauffé.

Il existe toutefois une exception — les dirigeables à air chaud, analogues aux ballons. Le principe est simple : l’air chauffé se dilate, sa densité diminue, et l’aéronef devient plus léger que l’air froid environnant. De tels dirigeables existent — par exemple, les projets Thermal Airship ou le projet « Santos-Dumont » au Brésil. Ils sont sûrs, peu coûteux à exploiter et ne nécessitent pas de gaz onéreux. Mais ils présentent des inconvénients sérieux :

Faible portance par rapport à l’hélium ou à l’hydrogène ;

Nécessité de chauffer l’air en permanence, ce qui exige une grande consommation de carburant ;

Difficulté de pilotage à haute altitude, où la température de l’air ambiant diminue ;

Capacité de charge et autonomie de vol limitées.

Ainsi, l’air n’est pas utilisé, à l’état pur, pour remplir les dirigeables. Uniquement lorsqu’il est chauffé — et encore, comme solution de niche pour des tâches spécifiques : tourisme, publicité, observation à basse altitude.

Alors, sur quel gaz volent les dirigeables aujourd’hui ? La réponse est sans équivoque — l’hélium. L’hydrogène appartient au passé en raison de son caractère explosif, malgré d’excellentes caractéristiques de portance. L’hélium — sûr, inerte, fiable — est devenu le gaz principal de tous les dirigeables modernes. L’air ne peut pas servir de gaz de sustentation sans chauffage, et les technologies alternatives n’ont pas encore dépassé le stade expérimental.

L’avenir des dirigeables réside dans les systèmes hybrides, les nouveaux matériaux et, peut-être, l’hélium synthétique ou d’autres innovations. Mais pour l’instant, si vous voyez un dirigeable dans le ciel, vous pouvez en être sûr : il contient de l’hélium. Sécurité, fiabilité et sérénité — voilà ce qui compte le plus aujourd’hui dans l’aérostation.

Vous pouvez participer à la création de tels dirigeables sûrs, économiques et respectueux de l’environnement. Nous expliquons comment le faire ici.