Les frères Montgolfier, Joseph (1740-1810) et Étienne (1745-1799), sont des industriels français, inventeurs de la montgolfière, ballon à air chaud grâce auquel a été réalisé en 1783 le premier vol d'un être humain.
Jeunesse et enfance des deux frères
Leur père, Pierre Montgolfier (1700-1793), père de seize enfants, est papetier comme ses ancêtres depuis le XVe siècle. Le moulin familial est installé à Vidalon-lès-Annonay, petit bourg de l'Ardèche de la commune de Davézieux, situé non loin du Rhône à 75 kilomètres au sud de Lyon. La papeterie a une réputation européenne.
Joseph est né à Vidalon-lès-Annonay, le 26 août 1740. C'est le douzième enfant de Pierre. Curieux et inventif, il n'est pourtant pas un très bon élève, ne se faisant pas à la discipline de l'époque. Il s'intéresse néanmoins aux sciences physiques et naturelles. Une fois ses études terminées, ne voulant pas intégrer la papeterie familiale, il monte un laboratoire de chimie, puis fait un séjour à Paris assez bref pour revenir travailler à Vidalon. Son père lui confie, avec sa sœur Mariane et son frère Augustin-Maurice, la nouvelle usine de Vidalon-le-Bas.
Étienne, né le 6 janvier 1745 également à Vidalon-lès-Annonay, est le quinzième. Il réussit mieux à l'école que Joseph et étudie l'architecture à Paris. Il travaille sous la direction de l'architecte Soufflot. Il réalise des bâtiments pour la papeterie de Jean-Baptiste Réveillon.
En 1772, le frère aîné des Montgolfier, Raymond, décède et son père rappelle Joseph au pays pour prendre en charge la papeterie. Finalement, en 1774, Pierre laisse la responsabilité de l'entreprise à Étienne et nomme Joseph responsable technique des ateliers de la papeterie Montgolfier. L'entreprise se développe, surtout par la mise au point, en 1777, par Étienne du premier papier vélin français. Une unité dirigée par Joseph s'ouvre en 1780, à Avignon, où un marché important existe, en raison du très grand nombre d'imprimeries locales : Avignon ne fait pas partie du royaume de France, mais dépend du Pape. De nombreux imprimeurs y travaillent donc pour éviter la censure royale et ne pas payer les droits sur des copies d'ouvrages. Joseph Montgolfier en profite donc pour passer une licence en droit, qu'il obtient en 1782, à 42 ans.
La papeterie compte à cette époque à peu près trois cents ouvriers, ce qui est un effectif important et les affaires marchent bien.
La découverte de l'hydrogène par Henry Cavendish date de 1766. Il découvre ainsi que « l'air inflammable » est un gaz 11 à 12 fois moins dense que l'air. En 1782, les frères Montgolfier avaient fait des expériences en produisant de l'hydrogène, en versant du vitriol sur de la ferraille, et en tentant de l'enfermer dans des sacs en papier, mais sans succès.
Plusieurs hypothèses existent sur la naissance de l'idée de l'utilisation de l'air chaud. Dans une version, Joseph ayant jeté un papier dans la cheminée s’aperçoit que ce dernier est aspiré. Dans une autre, l'idée lui vint simplement en voyant monter la fumée ou une chemise de sa femme dans la cheminée. Sur cette origine, les sources ne sont pas sûres.
En novembre 1782, alors qu'il est à Avignon, Joseph fait une première expérience avec une chemise fermée, puis avec un « cube » de taffetas de soie d'un mètre cube environ qu'il parvint à faire monter au plafond de la cheminée. Cette expérience eut lieu dans la maison aux Ballons qui se situe au no 18 de la rue Saint-Étienne. Elle se distingue, entre toutes, par ses appuis de fenêtres en fer forgé portant, chacun en son centre, « la figure d'un ballon, réhaussée sur ceux du deuxième étage par un petit aérostat en tôle découpée et repoussée ».
C'est ici que descendaient les frères Montgolfier quand ils venaient d'Annonay pour leur commerce de papier. Le Courrier d'Avignon du 24 février 1784 relate : « C'est à Avignon que M. de Montgolfier l'aîné fit son expérience pour la première fois. Là, il ne vit pas sans une profonde joie, qu'un petit parallélépipède creux de taffetas ayant été chauffé préalablement monta rapidement au plafond ».
Une autre relation de cet évènement est faite par Félix Dugonet, dans son ouvrage paru en 1903 L'invention de l'Aéronautique à Avignon en 1782. Il narre « Il voulut en se lavant chauffer la chemise qu'il allait mettre. À cet effet, il alluma devant la cheminée une flambée de papier et, serrant l'ouverture du col de la main gauche, il évasait les pans de la chemise en forme de cloche pour y concentrer la chaleur. Il arriva que l'air chaud, étroitement emprisonné dans le ballonement bien réussi de la toile, se mit à élever avec assez de force la chemise gonflée au-dessus du foyer improvisé ».
De plus, il est de tradition que les frères Montgolfier donnent une des premières séances d'aérostation dans la cour d'honneur de l'hôtel particulier des Villeneuve-Martignan, l'actuel musée Calvet d'Avignon.
En décembre 1782, les deux frères sont réunis à Annonay, et la même expérience est refaite : une enveloppe cubique d'un mètre cube gonflée par un feu de laine et de paille mouillée s'envole à une trentaine de mètres d'altitude. Le feu produit une épaisse fumée, car ils pensent, par analogie aux nuages, que la fumée est la responsable de l'élévation. Ils multiplient les expériences en mélangeant plusieurs combustibles, utilisant la combustion ignée de matières organiques telles que paille, foin, laine mouillée, fumier de mouton, vieilles chaussure et même viande pourrie.
Le 14 décembre 1782, ils gonflent avec de l’air chaud une sphère de 3 m3 qui parvient à s'envoler elle aussi. Ils décident donc de faire un ballon plus gros, d'une douzaine de mètres de diamètre. Ils utilisent de la toile en coton (toile d'emballage) qu'ils doublent avec des feuilles de papier mince (le papier renforce la toile, l'imperméabilise et l'isole thermiquement), découpée en fuseaux assemblés ensuite entre eux et cousus sur un réseau de ficelles fixées aux toiles. Le poids du ballon était de 225 kg pour 800 m3. Le ballon est prêt en avril 1783 et quelques essais captifs sont réalisés. Le 25, le ballon est lâché et il monte à une hauteur estimée de 400 mètres.
Le 4 juin 1783, c'est avec ce ballon qu'ils font une démonstration aux états particuliers du Vivarais. Jean de Viguerie parle lui du 5 juin 1783. Il se serait élevé ce jour-là à 1 000 mètres et se posa 10 minutes après l'envol à 2 kilomètres. Les députés font un rapport pour l'Académie des sciences de Paris. Le 27 août 1783, le physicien Jacques Charles répète l'expérience au Champ de Mars à Paris mais préfère l'hydrogène, quatorze fois plus léger que l'air, à cause de sa meilleure force ascensionnelle. Dès lors, une compétition s'engage entre les montgolfières à air chaud et les charlières à hydrogène. Les deux frères songent à se faire connaître à Versailles pour obtenir du financement ; tous leurs essais ayant été payés jusqu'alors avec leurs propres deniers.
L'information de l'expérience du 4 juin est très vite arrivée à Paris. L'Académie des sciences forme une commission pour réaliser une démonstration à Paris en participant aux frais. C'est Étienne seul qui se rend à l'invitation.
Joseph et Étienne après avoir hésité à réemployer le ballon d'Annonay, décident de construire pour cette expérience un nouveau ballon d'une plus grande taille, 1 000 m3 environ et 450 kg. Le textile de base de l'enveloppe est encore de la toile de coton encollée sur ses deux faces avec du papier. Il est formé de 24 fuseaux, ce qui lui donne une allure biconique assez allongée de 24 mètres de haut.