L’aérostation – Cours aérodynamique BIA

L’aérostation est le domaine du vol des aéronefs plus légers que l’air : les ballons à air chaud et les ballons à gaz, dont la sustentation vient de la poussée d’Archimède et non d’une aile. Ce cours du module 2 du programme BIA (aérodynamique, aérostatique et principes du vol, désigné épreuve E2 dans la préparation Horizon BIA) reprend la page 15 du support : les principes généraux de sustentation, le ballon à air chaud et le ballon gonflé au gaz .

À l’examen, ce module est évalué dans l’épreuve écrite unique de deux heures trente, un QCM de 120 questions noté sur 20 et affecté d’un coefficient 5 . Dans le parcours du module, ce cours succède à l’étude du vol stabilisé, où le facteur de charge décrit les charges subies par les aéronefs plus lourds que l’air.

Objectifs d’apprentissage – à la fin de ce cours, vous saurez :

• définir l’aérostation et la distinguer de l’aérodynamique (plus léger que l’air contre plus lourd que l’air) ;
• énoncer la poussée d’Archimède et expliquer les conditions de montée, d’équilibre et de descente d’un aérostat ;
• décrire le fonctionnement d’un ballon à air chaud (montgolfière) : brûleur, enveloppe, contrôle vertical ;
• décrire le fonctionnement d’un ballon à gaz : hélium ou hydrogène, lest, soupape, autonomie ;
• citer les usages actuels des aérostats et les règles de sécurité essentielles.

Prérequis : le cours Le bilan des forces pose la notion de poids P et l’équilibre des forces, le cours Comprendre l’atmosphère (silo météo) définit la masse volumique de l’air qui conditionne la flottabilité, et le cours Connaissances des aéronefs classe les aéronefs (aérostats, aérodynes). La page pilier Aérodynamique BIA situe ce cours dans le parcours du module (thème 2.3, « L’aérostation »).

Quiz 1 – Testez-vous avant de commencer (6 questions, format BIA)

📅 Mis à jour le 9 août 2026 — conforme au programme officiel (BO n° 11 du 12 mars 2015).

Sommaire

• Qu’est-ce que l’aérostation ?
• Le principe : la poussée d’Archimède
• Les ballons à air chaud : la montgolfière
• Les ballons à gaz : hélium et hydrogène
• Les usages des aérostats aujourd’hui
• Sécurité et réglementation
• Erreurs fréquentes et pièges au BIA
• Points essentiels à retenir
• FAQ
• Sources

Cette capsule vidéo, Maîtriser les Forces Aérodynamiques au BIA : Tout ce que Vous Devez Savoir (chaîne Horizon BIA), rappelle le cadre du module (forces, portance, sustentation des aéronefs plus lourds que l’air) dans lequel s’inscrit ce cours sur les aéronefs plus légers que l’air. Les sections ci-dessous développent la sustentation par poussée d’Archimède au niveau exigé par l’examen.

Qu’est-ce que l’aérostation ?

L’aérostation regroupe tous les modes de vol où l’aéronef est plus léger que l’air ambiant : il s’élève sans aile, sans rotor et sans vitesse, par simple différence de densité.

Un aérostat est un aéronef plus léger que l’air : son enveloppe contient un gaz moins dense que l’air extérieur (air chaud, hélium ou hydrogène), ce qui le fait flotter dans l’atmosphère. C’est l’une des deux grandes familles d’aéronefs distinguées par le programme du BIA, avec les aérodynes (plus lourds que l’air, voilure fixe ou tournante) – classification détaillée au cours Connaissances des aéronefs .

La différence est fondamentale : un avion vole parce que son aile crée de la portance dès qu’il prend de la vitesse, un ballon vole parce qu’il est plus léger que le volume d’air qu’il déplace, même immobile. C’est le sens de la controverse entre plus légers et plus lourds que l’air qui a marqué les débuts de l’aviation, retracée au cours d’histoire Les aérostats (premiers vols des frères Montgolfier en 1783).

Le principe : la poussée d’Archimède

La sustentation d’un aérostat repose sur la poussée d’Archimède, la force qui pousse tout corps immergé dans un fluide de bas en haut.

Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale dirigée vers le haut, égale au poids du volume de fluide déplacé . Pour un ballon, le fluide déplacé est l’air : la poussée vaut le poids du volume d’air occupé par l’aérostat. Comme la masse volumique de l’air vaut environ 1,225 kg/m³ au niveau de la mer (atmosphère standard, cours L’atmosphère), un grand volume d’enveloppe produit une poussée considérable .

Le poids total de l’aérostat (enveloppe, gaz ou air chaud, nacelle, passagers et charge) s’oppose à cette poussée, comme le poids P du cours Le bilan des forces. Trois cas se présentent :

• Poids total inférieur à la poussée : l’aérostat monte ;
• Poids total égal à la poussée : l’aérostat est en équilibre, il stationne ;
• Poids total supérieur à la poussée : l’aérostat descend.

Le pilote joue donc sur l’un des deux termes : il modifie le poids (lest, charge) ou la densité du contenu de l’enveloppe (chauffe, gaz), comme détaillé dans les deux sections suivantes.

Les ballons à air chaud : la montgolfière

La montgolfière chauffe l’air de son enveloppe avec un brûleur : l’air chaud, moins dense que l’air extérieur, allège l’ensemble jusqu’à le faire décoller.

Un ballon à air chaud, ou montgolfière, fonctionne en chauffant l’air contenu dans l’enveloppe : à pression quasi constante, l’air chauffé se dilate, sa masse volumique diminue, et il devient plus léger que l’air extérieur . Le pilote commande le brûleur pour ajuster la température :

• Montée : le pilote chauffe davantage, l’air de l’enveloppe s’allège, la poussée d’Archimède l’emporte sur le poids ;
• Descente : le pilote cesse de chauffer, l’air refroidit, devient plus dense, et le ballon descend ; l’ouverture de la soupape (parachute-valve au sommet de l’enveloppe) accélère la descente ;
• Stabilisation : le pilote chauffe par intermittence pour maintenir l’équilibre à l’altitude choisie.

Contrairement à un avion, la montgolfière n’a pas de direction active : elle est portée par le vent. Pour changer de direction, le pilote change d’altitude afin de rencontrer une couche de vent différente, car le vent varie avec la hauteur . Ses atouts sont la simplicité, la sécurité et la discrétion : pas de propulsion, un vol silencieux et une empreinte réduite.

Les ballons à gaz : hélium et hydrogène

Le ballon à gaz remplace l’air chaud par un gaz naturellement plus léger que l’air : il n’a besoin d’aucune chauffe pour rester en l’air, ce qui lui donne une grande autonomie.

Un ballon à gaz est gonflé avec un gaz plus léger que l’air, hélium ou hydrogène . Sa sustentation est permanente : il n’a pas besoin d’énergie pour se maintenir en l’air, d’où des vols possibles sur de très longues durées. Le pilote contrôle l’altitude en modifiant le poids et la quantité de gaz :

• Montée : le pilote largue du lest (généralement du sable) pour alléger l’aérostat ;
• Descente : le pilote ouvre la soupape et libère une partie du gaz ;
• Équilibre : à gaz et lest constants, le ballon stabilise son altitude.

Le choix du gaz est un compromis entre légèreté et sécurité : l’hydrogène est environ 14 fois plus léger que l’air mais inflammable, l’hélium est environ 7 fois plus léger que l’air, inerte et donc plus sûr, mais plus coûteux . C’est pourquoi l’hélium s’est imposé pour la plupart des usages civils, alors que les grands dirigeables du début du XXᵉ siècle utilisaient l’hydrogène.

Les usages des aérostats aujourd’hui

L’aérostation reste vivante : loisirs, recherche scientifique et publicité exploitent chacune les qualités particulières des ballons.

• Loisirs et tourisme : les vols en montgolfière offrent une vue panoramique dans un silence quasi total ; c’est l’usage le plus répandu ;
• Recherche scientifique : les ballons stratosphériques transportent des instruments de mesure (météorologie, pollution, observation) à haute altitude, là où les avions ne montent pas ;
• Publicité et événements : les ballons captifs, retenus au sol par un câble, servent de supports publicitaires ou d’observation, et restent visibles par temps calme.

L’histoire de ces machines, des premiers essais des frères Montgolfier en 1783 aux dirigeables, est développée dans le cours d’histoire Les aérostats .

Sécurité et réglementation

Un aérostat est un aéronef : ses vols sont encadrés par les règles de la circulation aérienne, et le vent est la première contrainte météo du pilote de ballon.

Comme tout aéronef, le ballon évolue dans le cadre de la réglementation de l’aviation civile : règles de vol à vue, respect des espaces aériens et des altitudes, autorisations pour certaines zones . Le pilote doit aussi composer avec la météo : le vent limite les vols, et les orages ou le givrage sont à éviter. Pour les ballons à gaz, des précautions supplémentaires concernent le gaz lui-même – l’hydrogène est inflammable, l’hélium impose des volumes importants et des coûts élevés .

Erreurs fréquentes et pièges au BIA

Les correcteurs retrouvent chaque année les mêmes confusions sur l’aérostation : les voici, avec le réflexe qui les évite.

• Confondre aérostation et aérodynamique : l’aérostat vole par poussée d’Archimède (plus léger que l’air), l’aérodyne par portance d’une aile (plus lourd que l’air).
• Croire que le brûleur d’une montgolfière sert à avancer : il sert à chauffer l’air pour monter ou stabiliser ; le déplacement horizontal suit le vent.
• Penser qu’une montgolfière se dirige comme un avion : elle n’a pas de direction active, le pilote choisit sa direction en changeant d’altitude (couches de vent différentes).
• Confondre lest et soupape dans un ballon à gaz : on largue du lest pour monter, on libère du gaz pour descendre.
• Croire que l’hélium est choisi parce qu’il est le plus léger des gaz : c’est l’hydrogène qui est le plus léger (≈ 2 fois plus que l’hélium) ; l’hélium l’emporte car il est inerte, donc plus sûr.
• Oublier ce qu’est un ballon captif : un ballon retenu au sol par un câble, utilisé pour la publicité ou l’observation.

Les QCM du BIA testent surtout le principe d’Archimède, les conditions montée/équilibre/descente et les deux familles de ballons : fixez « poussée = poids du volume d’air déplacé », « montée si poids < poussée », « air chaud = brûleur », « ballon à gaz = lest + soupape ».

• Le libellé « un aérostat monte lorsque… » : le poids total de l’aérostat est inférieur à la poussée d’Archimède.
• Le libellé « la poussée d’Archimède est égale… » : au poids du volume d’air déplacé.
• Le libellé « pour descendre, le pilote d’une montgolfière… » : cesse de chauffer l’air, qui refroidit et devient plus dense.
• Le libellé « le gaz le plus léger utilisable dans un ballon… » : l’hydrogène (piège : l’hélium est le plus sûr, pas le plus léger).
• Le libellé « un ballon captif… » : est retenu au sol par un câble.

Points essentiels à retenir

Si vous ne retenez qu’une chose de ce cours, retenez ceci.

• L’aérostation est le vol des aéronefs plus légers que l’air : ballons à air chaud et ballons à gaz.
• La sustentation repose sur la poussée d’Archimède : une force verticale vers le haut, égale au poids du volume d’air déplacé.
• Montée si poids total < poussée ; équilibre si égalité ; descente si poids total > poussée.
• Montgolfière : l’air chauffé au brûleur est moins dense que l’air extérieur ; pas de direction active, le vent porte le ballon.
• Ballon à gaz : hélium (inerte, cher) ou hydrogène (plus léger, inflammable) ; lest pour monter, soupape pour descendre.

Comprendre l’aérostation, c’est comprendre que l’on peut voler sans aile ni vitesse : il suffit d’être plus léger que l’air déplacé, grâce à l’air chaud ou à un gaz léger, et de laisser la poussée d’Archimède faire le reste. Poursuivez avec le cours suivant La vitesse du son et le nombre de Mach, entraînez-vous sur le quiz du module aérodynamique, ou revenez au pilier Aérodynamique BIA pour la vue d’ensemble du parcours.

Quiz 2 – Testez vos acquis (6 questions, mêmes objectifs que le Quiz 1, formulations différentes)

FAQ

Les questions les plus fréquentes des candidats BIA sur l’aérostation.

Sources

Toutes les sources ci-dessous ont été vérifiées et sont accessibles en ligne (contrôle HTTP le 1er août 2026, cf. note 11 du livrable).

• Programme et niveau des connaissances de l’examen du BIA – Bulletin officiel n° 11 du 12 mars 2015 (thème 2.3, « L’aérostation » ; thème 3.1, classification des aéronefs) : PDF – éduscol STI
• Arrêté du 19 février 2015 relatif au brevet d’initiation aéronautique : PDF – éduscol STI
• éduscol STI – Brevet d’Initiation Aéronautique : sti.eduscol.education.fr (consulté le 1er août 2026)
• ENAC – Préparation au brevet d’initiation à l’aéronautique : enac.fr (consulté le 1er août 2026)
• FAA – Balloon Flying Handbook : faa.gov (consulté le 1er août 2026)
• FAA – Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge : faa.gov (consulté le 1er août 2026)
• Skybrary – Archimedes’ Principle : skybrary.aero (200 le 1er août 2026, derrière interstitiel de vérification JavaScript – cf. note 11)
• Skybrary – Buoyancy : skybrary.aero (200 le 1er août 2026, même réserve)
• Skybrary – Lighter-Than-Air Craft : skybrary.aero (200 le 1er août 2026, même réserve)
• Aéroclub Marcillac Estuaire – formation BIA : aeroclubmarcillacestuaire.fr – rubrique BIA (consultée le 1er août 2026 ; document de cours « Aérodynamique et mécanique du vol », page 15, transmis avec le brief, non publié en ligne)
• Vidéo « Maîtriser les Forces Aérodynamiques au BIA : Tout ce que Vous Devez Savoir » – chaîne YouTube Horizon BIA : youtube.com (titre vérifié via oEmbed le 1er août 2026 ; durée PT3M36S et date 2024-04-21 lues dans le video-sitemap)
• OACI — Organisation de l’aviation civile internationale.

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