Fabriquer une lanterne volante

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Ces lanternes volantes, également appelées « lanternes célestes », sont des ballons à air chaud traditionnels utilisés pour les célébrations en Asie du Sud-est.

Fonctionnant sur le même principe que la montgolfière, Il s’agit d’une poche en papier de riz, fixée sur un cerclage en bambou. Ce cerclage sert d’embase pour le maintien de l’ensemble et de point de fixation pour un brûleur en cire, lequel permet de chauffer l’air contenu dans la poche. Ce lampion devenant plus léger que l’air ambiant, s’élève dans le ciel pour atteindre des altitudes impressionnantes.

Dans cet article, nous allons suivre pas à pas, les étapes de fabrication d’un modèle de lanterne volante, entièrement biodégradable.

Pour la petite histoire…

Les lanternes célestes sont très utilisées en Asie du Sud-est pour les célébrations, notamment en Thaïlande où elles sont connues sous le nom de « Khom Loy ». Toutes les années, des milliers de lanternes s’élèvent dans le ciel en commémoration du tsunami de 2004.

Étant apparentée à la Montgolfière, on tend à attribuer la compréhension de ce principe « du plus léger que l’air » aux frères Montgolfier. Or, l’histoire révèle que les premiers aérostats à air chaud on été conçu par l’inventeur et prêtre brésilien Bartolomeu Lourenço de Gusmão, qui présenta dès le mois d’août 1709 au Portugal, des prototypes volants de petite taille, alimentés par des bougies ou par une écuelle remplie d’alcool en combustion.

Bien que le premier brevet ait été déposé par l’inventeur Gusmão et qu’il soit reconnu comme le père de l’aérostation, ces expérimentations ne trouvèrent d’intérêt que par la maîtrise scientifique du phénomène et les applications qui pouvaient en découler. Ce sont alors les frères Montgolfier qui en 1783, construiront un prototype capable d’embarquer des passagers.

Cependant, d’après les publications du Sinologue Joseph Needham qui s’interessa à l’histoire des sciences et des techniques dans la civilisation chinoise ; il apparaît que les chinois utilisaient déjà les ballons à air chaud au IIIe siècle av. J.-C.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement d’un ballon à air chaud est basé sur une donnée physique simple : l’air chaud est plus léger que l’air froid. On constate que sous l’action de la chaleur, les molécules d’air s’éloignent les unes des autres ; l’air se dilate et sa masse volumique diminue. Le poids d’un volume d’air diminue de moitié lorsque cet air est porté à 60 degrés.

Ensuite on applique le principe d’Archimède : « Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du fluide déplacé. »

Les forces s’exerçant sur la montgolfière sont donc son poids, dirigé vers le bas, et la poussée d’Archimède dirigée vers le haut. Comme le poids de la montgolfière est plus faible que celui de l’air déplacé, la résultante des forces s’exerçant sur la montgolfière va du bas vers le haut, et fait décoller le ballon.

Apports pédagogiques

  • Apprentissages en mode projet
    Cette réalisation peut s’inscrire dans une optique de décloisonnement des matières : c’est le projet qui sollicite l’approche et la résolution des problèmes. Le tout est couronné par un beau moment d’émerveillement.
  • Observations scientifiques
    Compréhension de la poussée d’archimède. Notions physiques.
  • Opérations mathématiques
    Prises de mesures. Usage de Pi. Calcul du rapport poids et poussée…
  • Travaux manuels
    Découpages et assemblages délicats… Réserver la réalisation du brûleur à des adultes

Ce que nous allons réaliser

Les lanternes volantes peuvent être réalisées de différentes manières. Comme il s’agit d’un objet qui se perdra probablement dans la nature, nous allons privilégier l’usage de matériaux biodégradables. D’autre part, nous allons nous attacher à réunir les conditions d’une expérience faite dans des règles de sécurité pour les utilisateurs comme pour l’environnement.

La première partie consiste à confectionner la poche à air faite en papier de soie, autour d’un cerclage en bambou. La deuxième partie consiste à réaliser le « brûleur » à base de cire végétale. Nous n’appliquerons pas de retardant flamme comme cela se fait parfois, en raison de la nocivité des composants de ce type de produit.

Pour la clarté de nos explications, nous allons réaliser un modèle bicolore, orange et blanc, pour nous permettre de bien distinguer les quatre pans à assembler pour former la lanterne.

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Ce qu’il nous faut

  • Un rouleau de papier de soie de 5m x 0,5m ou du papier Mulberry léger
  • Une tige de bambou (à récupérer dans des stores)
  • De la colle à papier liquide
  • Du fil de fer très fin
  • De la bande de gaze en rouleau ou des compresses
  • De la cire végétale (ou à défaut, des bougies classiques à fondre)
  • Un panneau de carton de 100cm x 25cm
  • Le tube en carton d’un rouleau de papier hygiénique
  • Du scotch microporeux

Les étapes de fabrication

1. Confection de la lanterne

Pour la lanterne, nous allons assembler des bandes de papier de soie, que nous appellerons des fuseaux, découpées de sorte à former une poche en forme de ballon. Pour faciliter ce découpage, nous allons préalablement réaliser un gabarit en carton. Le fichier ci-dessous, disponible au téléchargement, nous donne les dimensions de ce patron.

Gabarit_LanterneVolante

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Sur la base de notre plan, nous découpons notre patron dans un panneau de carton

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Nous déroulons nos rouleaux de papier de soie pour découper des bandes de 1m x 50cm

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Nous avons ainsi 4 bandes de 1m x 50cm pliées en deux ,dans les sens de la longueur

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Dessinez le contour à découper des bandes de papier de soie

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Puis, aux ciseaux, nous découpons suivant le contour tracé

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Nous avons ainsi les fuseaux de notre ballon avant assemblage

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Le filet de colle se dépose sur une bande de 1cm maximum, tout le long du bord de notre fuseau
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Délicatement, nous venons positionner notre fuseau blanc sur notre premier fuseau orange. Les deux bords sont ainsi collés. Nous détachons immédiatement notre collage du patron en carton et nous positionnons des objets (ici, les pinces à linge) pour éviter tout autre contact pendant le séchage, lequel devra être complet avant l’assemblage du fuseau suivant.
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Lorsque le séchage est complet, nour retirons le patron en carton et nous le plaçons sur le fuseau blanc que nous replions dessus. Nous présentons alors un nouveau fuseau orange déplié que nous collerons au fuseau blanc, sur le bord extérieur, comme précédemment.
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Voici nos 4 fuseaux assemblés, notre ballon est presque prêt! Nous verifions tous les collages notamment au sommet du ballon, afin qu’il soit parfaitement hermétique.

 

2. Réalisation du Cerclage en bambou

Le cerclage va fixer l’ouverture de notre ballon ; il servira également comme point de fixation du combustible. Les matériaux tels que le bambou ou le rotin sont des supports de choix pour leur solidité et leur souplesse et surtout, parcequ’ils sont naturels. Des tringles de bambous sont assez faciles à récupérer dans des vieux stores ou des paravents.

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Dans un store récupéré en déchetterie, nous obtenons la tringle de bambou pour notre cerclage.

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Sachant que chacun de nos 4 fuseaux mesure 35cm et en retirant 1cm à chaque panneau du fait des collages, on peut estimer notre circonférence à 136cm. Nous pouvons alors réaliser notre cerclage en bambou en prévoyant un chevauchement sur 10 à 20 cm. Nous maintenons le cerclage avec du scotch microporeux.

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Nous passons à la fixation du fil de fer sur le cerclage ; c’est ici que maîte Pi entre en jeu : 136 divisé par 3,14 = 43,3. Nous avons la longueur de notre fil de fer que nous fixons d’un bout à l’autre de notre cerclage ; deux fois, pour obtenir une croix.

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Puis nous installons notre montage dans l’ouverture de notre ballon

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Enfin, nous ourlons la base de notre ballon autour de notre cerclage avec de la colle liquide

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Notre lanterne est terminée, prête à accueillir son combustible…

 

3. Réalisation du brûleur à base de cire

Il existe différents moyens de réaliser des combustibles pour les lanternes volantes. Cependant la constante est que ces combustibles sont constitués d’une matière absorbante (carton, papier, tissus…) et de cire (paraffine, cire végétale, stéarine ou cire d’abeille…). Nous ne nous intéresserons pas aux contenants en papier aluminium servant en cuisine, bien qu’il s’agisse d’alternatives en expérimentation avec de l’alcool modifié.

On peut réaliser un brûleur tout simplement en amalgamant du papier ciré. Dans cet article, nous expérimentons la bande de gaze enduite de cire végétale en fusion. ces bandes seront successivement embobinées autour d’un axe en carton d’une longueur déterminée, de laquelle nous pourront obtenir plusieurs brûleurs pour nos lanternes volantes.

La bande de gaze étant de plus en plus rare dans les pharmacies, nous réaliserons notre brûleur avec une boîte de 10 compresses de 7,5cm x 7,5cm qui seront dépliées et découpées.

Ayant compris le principe, chacun pourra fabriquer le combustible cireux à sa guise. L’important est qu’il soit léger et qu’il soit préalablement testé.

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A défaut de bande de gaze, nous déplions et découpons des compresses dans la longueur pour obtenir, pour chaque compresse, deux bandes de 7cm de large..

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Avec une pochette de compresses, nous obtenons 4 bandes.

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Donc avec une boîte de 10 pochettes de compresses, nous avons 40 bandelettes.

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Nous commençons alors l’imprégnation d’une bandelette par une extrémité.
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Puis, nous enroulons soigneusement la bandelette cireuse autour du noyau.
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Après quelques bonnes minutes de travail patient jusqu’à épuisement de nos 40 bandelettes, nous obtenons une bobine de gaze imprégnée de cire d’un diamètre suffisant.
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Notre bobine de cire est sèche et dure, nous allons pouvoir en tirer une petite série de brûleurs de taille et de poids appropriés à notre lanterne.
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Avec une scie à métaux, nous découpons des palets de 1 cm d’épaisseur.
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Nous réservons le reste de la bobine pour d’autres lanternes. Notre brûleur fait approximativement 6cm de diamètre pour 1cm d’épaisseur. Nous y attachons des fils de fer qui nous permettront de le fixer sur le cerclage de notre lanterne. Si l’on souhaite réaliser un seul palet, on peut s’orienter vers la mèche de gaze de 1cm environ que nous viendrons enrouler suivant le même principe autour d’un noyau ad hoc. Reste plus qu’à fixer ce brûleur au centre de notre cerclage en bambou et : Mise à Feu!

Note de sécurité

La fabrication des lanternes volantes requiert la plus grande vigilence, notamment en cuisine, lors de la manipulation de la cire en fusion. Cette manipulation doit être réservée à des adultes avertis. L’autre moment critique est celui du lancement du ballon qui doit se faire dans un endroit dégagé, loin de forêts ou de garrigues et par un jour sans vent ; l’idéal étant les bords de plans d’eau.

Le ballon doit être bien déployé avant la mise à feu du brûleur et personne ne doit se tenir en dessous de la lanterne allumée.

Ressources audiovisuelles

http://www.dailymotion.com/video/xwdxeq_fabriquer-une-lanterne-volante-modele-biodegradable_creation