Combien de ballons pour faire voler une maison?

Dans le nouveau film de Pixar, «Là-haut», un vieil homme grincheux, Carl, attache sa maison à des milliers de ballons pour pouvoir entreprendre un périple volant en Amérique du Sud. D'où la question que s'est posée l'Explication: combien faut-il de ballons pour faire voler une maison?
Entre 100.000 et 23,5 millions. L'estimation basse provient du blog Wired Science, qui s'est essayé au calcul. Aidé d'un expert en déménagement de maisons, Wired a évalué que la maison de Carl devait peser dans les 45 tonnes. (La plupart des maisons pèsent entre 36 et 72 tonnes). Étant donné que 3 centimètres cubes d'hélium peuvent soulever environ 30 grammes, il faudrait 42 264 mètres cubes d'hélium pour soulever cette maison, soit ce que pourraient contenir 105 854 ballons de 90 cm de diamètre chacun.
Cependant, ce chiffre ne prend pas en compte le poids des ballons. Un ballon de 90 cm de diamètre, plus grand qu'un ballon de goûter d'anniversaire mais plus petit qu'un spécimen utilisé dans le sport extrême du «cluster ballooning» [vol en ballons gonflés à l'hélium], pèse autour de 28 grammes. Donc, 105 854 de ces ballons ajouteraient environ 3 tonnes au poids de la maison. À cela, il faut encore ajouter le poids des ficelles. (Un commentateur de Wired Science a estimé qu'un «gréement non optimal» nécessiterait dans les 816 kilogrammes de cordage).
L'article de Wired souligne par ailleurs qu'il faudrait davantage de ballons pour élever la maison de Carl au-dessus de la couverture nuageuse, mais selon certains «cluster balloneurs» chevronnés, cela n'est pas forcément vrai: si les ballons sont composés d'une matière élastique telle que le latex et qu'ils n'ont pas été gonflés à bloc au préalable, ils continuent de se déployer quand ils pénètrent dans l'atmosphère plus fine, ce qui leur permet de continuer à tirer la maison vers le haut.
Et avec des ballons d'anniversaire?
Avec de bons vieux ballons d'anniversaire, Carl en aurait besoin de beaucoup plus. Un ballon d'anniversaire typique, de 27 centimètres de diamètre et muni de 66 centimètres de bolduc, peut tracter 4,8 grammes. En imaginant que ces ballons plus chétifs puissent supporter la charge, et en omettant les kilomètres de bolduc supplémentaires qui seraient nécessaires, 9,4 millions de ces ballons seraient requis pour faire voler la maison de Carl.
De son côté, le co-réalisateur de «Là-haut», Pete Docter, a récemment révélé au magazine «Ballooning» que les ingénieurs de Pixar avaient calculé qu'il faudrait 23,5 millions de ballons d'anniversaire pour soulever une maison de 170 mètres carrés, mais l'on ignore quelle taille de ballon a été retenue pour obtenir ce résultat. (Dans le film, les infographistes ont créé 20 622 ballons pour la séquence du décollage, et la plupart des autres scènes de la maison volante n'en comportaient que 10 297.)
Notons toutefois que ces chiffres supposent que la maison de Carl est simplement soulevée du sol. Or, dans le film, elle est arrachée de ses fondations, ce qui augmente considérablement le nombre de ballons nécessaire à son envolée. (Dans la vraie vie, pour arracher une maison de ses fondations, il faut par exemple des vents soufflant à 190 km/h, ce qui correspond à un ouragan de force 3.) En outre, si la grappe de ballons possédait une telle force de traction, la maison ne se contenterait pas de flotter gentiment après le décollage, elle partirait comme une fusée. Sur ce point, un physicien a fait remarquer que Carl n'utilise pas d'amarres pour retenir sa maison au sol avant de lâcher les ballons [alors qu'ils sont d'ores et déjà gonflés à l'intérieur de la maison].
Bonus explicatif : Peut-on légalement s'envoler dans sa maison? Pas sans autorisation. La plupart des ballons volants, qui transportent un passager unique dans un harnais ou une nacelle, sont considérés comme des engins ultralégers, à l'instar des deltaplanes ou des parapentes. Selon l'aviation civile américaine, les pilotes de ces engins doivent respecter certaines règles, comme voler uniquement pendant qu'il fait jour, ou se tenir hors de certains espaces aériens.
Comme la maison de Carl pèse certainement plus de 70 kilos, le poids maximum autorisé pour les ultralégers non motorisés, il aurait dû demander à la direction de l'aviation civile une autorisation de vol spéciale pour aéronef expérimental. Pour s'assurer que la maison de Carl ne menaçait pas l'espace aérien américain, les inspecteurs de l'aviation auront probablement consulté les consignes spécifiques aux aérostats.
Remerciements à Rhett Allain, de la Southeastern Louisiana University, John Ninomiya, de clusterballoon.org, et Jonathan Trappe, de clusterballoon.com.
Nina Shen Rastogi
Article traduit par Chloé Leleu
(Photo: capture d'écran de «La-haut»)