RAPPORT

F4IT A L'iNSTITUT DE FRANCE,

(Académie des Sciences);

Sur tes avantages , sur les inconvénients , et sûr les dangers compares des machines à vapeur, dans les systèmes de simple , de moyenne et de haute pression.

L'Académie des Sciences a chargé MM. de Laplace, de Prony , Ampère, Girard et moi (i), d'examiner quels sont les avantages et les inconvéniens que présente l'emploi des machines à Vapeur à moyenne et à haute pression , spécialement sous le point de vue de la sécurité publique*

: Pour atteindre le but indiqué par l'Àcadér mie, la commission s'est proposé successivement ces deux questions essentiellement distinctes :

i°. Quels avantages relatifs présente remploi des machines à moyenne et à haute pression;

a°. Quel est le danger de^^ur emploi.

(i ) M, Chartes Dupio.

annales, tom. x. n°. 4 1 • 8

n4 AKNALES DE L'INDUSTRIE

PREMIÈREPARTIE.

Avantages comparés des machines à vapeur.

Au nombre des avantages reconnus des machines à pression élevée, il faut compter celui d'occuper le râoitas d'espace possible. Si Ton veut suffire à la dépense d'une force donnée, il faut de moins grandes capacités pour contenir de la vapeur très-comprimée y que pour contenir de la vapeur dont la pression diffère trèspeu de celle de l'atmosphère.

Il suit de là que les machines à pression élevée, toutes choses égales d'ailleurs, sont d'un emploi d'autant plus avantageux que les lieux où l'on doit s'en servir sont moins spacieux, et que le prix du terrain est plus considérable.

Si l'emploi des machines à haute pression présente des avantages, c'est donc dans les lieux ou beaucoup d'établissepaens d'industrie et d'habitations particulières ne permettent à chaque établissement de prendre qu'un espace peu développé, dans lequel on veut cependant faire agir une très-grande force pour produire des résultats importans.

L'émplordes machines à haute pression, est pareillement avantageux dans l'intérieur des mines, où l'on ne peut disposer librement que

tftin eapaoe beawçup nioiftdre <jûW plein air.

Aussi voyons-nous dpefces machines à pressions eleyées sont beaucoup' employées dans les villes manufacturières j et dans les travaux des mines.

Un second avantage des machines à haute pression , plus grand encore que le premier, tient à l'économie de combustible qui résulte des effets d'une température élevée.

Nous pouvons démontrer cette économie, de la manière la plus* positive , d'après l'état officiel et comparatif de Feffet des grandes machines à vapeur employées aux travaux des mi* nés dû comté de Cornouailles, en Angleterre.

Pour se former une idée de l'importance que les propriétaires et les exploitateurs des mines de Cornouailles/oAt dû tmettrë à chercher les moyens d'augmenter le produit des machines à vapeur; ainsi qu'à mesurer de la manière la plus précise Feffet defs moyens propre? à donner une augmentation de ce genre, il suffira dé présenter cette observation : l'entretien et le sèr* vice dés machines pour épuiser l'eau, dans une seule grande mine de charbon, coûtent annuellement la somme de a5,5oo livres sterling, c'est-à-dire eâviron* 65o>ooo francs.

Pour ces motifs, en 1811 , plusieurs grands propriétaires des mines de cuivre et d'étain du comté de Cornouailles désirèrent connaître avec <

1 1(5 ASH*LSft Bfi L'IIBWOTaW

certitude le Jea^eitrâéeiitp pa*le*rg machines u vapeUr. fld eo#vittre*t dladapter àr ekacUne die eesmacbides un compteur forma par on engrenage de rou^/ comparable au* cugrè*nages d'horlogerie. Ce compteur fut disposé de manière que Jes aiguilles indicatrices robrquaien*, sur un cadran, le nombre d oscillatiens du balancier' de la m ad» ne à vapeur.

L'établissement et la surveillance de ces conipr téurs furent donnes à un mécanicien digne de confiance. Le système éntier>jcte ohaque coropr teur fut établi dons une boite fermant à clef > afin qu'aucune autre personne que celle qui s'en trouverait pofciUveœent chargée ne pût déranget* les aiguilles iudiûatrioeat

Four, toutes les machinas ainsi muâtes <T*i** eeimptèur, on ; a tenu deô ét*.t$qui présentent ; ,

•i?„ Le nom de k mine; jm,;|« dimension du cylindre, simple ou donbie, de là maebine:* Tepeub employée à l'exploitation de cette*ajnef 35> A la ) pression supportée pw 1b ; cylindre, en raison de sa surface, e» la longUnur du, jrodfe pbton dan^ le cylindre ;« 4^. le nombre rfétagee de pompes; 5°. la hauteur rerticale de/cfaaque étage > â«. -la durée du .travail; 7*. la consommation du charbon, estimée eu keie$4feux (1) ; 8*. ^tendue parcourue par le pisjon^dans Ja

! f Ûri boissèatt fàfc coWtieiit 35* 1 . : ; azf. '

NATIONALE ET ÉJflANGÉKtt* i t'f

pompe^ugft kj psids ep; oômbrè d^livv^B (i) élevées<à an pi^d (2), de hauteur ipïarlMiisieAii de Gharlwm ;». i^ # . le n©u*ttre des osup* àë piéton par minute ; a i*. le. honiiq^ r eooitru^i1rs><iè ; chaque rriachloe,! etksohsçvvwtiofts essentielles à foirtiattr cette nxa<ii nfiiî -t; -*! u -:.,r .

. : C'est d'après ce beau castre: cfyxp&taftCes fàitte sur la/ plas gpaiiâe. écketle désii<abte, qu'on a comparé l'effet 4© direjcses eapèces de machine* à vapeur, depuis plus de' dix antfép*.

Au, mois d'adùt . iftu, les ru^hlnes employées daos les mines de Cornouailles , et soumises ^ l'examen dont nous parlons , élevaient à un pied de hauteur 15,760,000 livrez (avoirdupois) , par boisseau de charbon consomme*

Dès le mois de décembre de là même année, les perfectionnement dans le service des mân chines, ou dans <juelques-une&de leurs parties, avaient porte le produit «moyen total , de 15,760,000 liv. à 17,075,000 liv.'

Par suite d'améJioratiôas du même genre, et par la construction de nouvelle» machines plus parfaites que les anciennes-, ce produit était, "

E4 décembre *8 ta, de ï8>20o,ooo liv.

(1) La livré anglaise (avoirclupois) équivaut à 4^3 grammes*

(2) Le £ted anglais éjale 3 d^èimètres et 5 millimètres.

i .8 ANNALES DE L'INDUSTRIE

Jgg décembre iôi4> de 19,784*000:

En mai i8i5, de 20,766,000%

On sera frappé sans doute de cette amélioratien processive, qui, dans le court espace de trois ans et demi , accroît de plus de trente pour cent le produit moyen des machines à vapeur ^ pour une même quantité de combustible consommé. Depuis 181 5, le produits'est encore augmenté par les perfectionne mens apportés à la construction' des foyers , des chaudières , et de toutes les parties du mécanisme.

Aujourd'hui l'on. calcule que les machines de Watt, perfectionnées , élèvent , en consommant un? boisseau <de charbon, plus de trente millions de livres d'eau , à un pied de hauteur. A côté de cette augmentation, nous devons placer celle. qui résulte cl* l'emploi dés machines q pressions qui surpassent la pression simple.* Ce sont les machines construites d'après le système de Woolf, lesquelles sont , comme on sait > k moyenne pression et à condensation.

D après ce système , on a fait pour la mine de Whealvor, en Gornouailles , une machine à double cylindre : le grand cylindre a pour dia~ mètre v 55 pouces anglais, c'est-à-dire 1*^,35; le petit a pour diamètre a m ,i35.

Cette . machine a élevé 49*980*882 livres u un pied de hauteur , par boisseau de charbon consommé;, 1 tandis que le. produit moyen des

autres machines n'était que de 20,479,350 livres élevées à la même hauteur. -

En i8i5 , deux machines de Woolf ont donné pour produit moyen 46,255,25o liy. élevées à celte hauteur.

Un des inconvénient qu'on trouve aux machines à moyenne et à haute pression , c'est de diminuer de puissance par l'usé des parties les plu&tdélicates de leur structure, et par la déperdition de vapeur qui en résulte. Tout en reconnaissant la vérité d'une telle objection , il est jpste de remarquer que des perfectionnemens récens apportés à la construction des boîtes à vapeur ont sensiblement diminué ce grave inconvénient.

Nous avons puisé les résultats que nous avons rapportés sur les machines à vapeur employées aux mines de' Cornouailles, dans la collection du Philosophical Magazine f recueillie et publiée par le docteur Tilloçh , membre de la société royale de Londres. Ces résultats s'y trouvent avec les attestations des propriétaires des mines et de l'inspecteur des machines à vapeur employées pour les épuisemens. On peut voir aussi , dans les encyclopédies anglaises les plus récentes, des développeinens qui confirment les faits que nous venons de rapporter.

Des épreuves faites en France viennent à 1 appui des mêmes, résultats. Nos collègues

>og!e

120 ANttÀLES DE L'INDUSTRIE

MM. Girard et de Prony otit fhit séparément des expériences comparatives sur la force des machines à simple pression et des nftacbineé h pression moyenne et à condensation , suivant le système de Woolf, perfectionné par M. Edwards. Hs ont trouvé l'un et l'autre qtfe^e dernier système est le plus avantageux, quant à l'économie du combustible.Leurs résultats présentent, il est vrai, des différences sur l'étendue de cette économie, mais leurs conclusions vont au même but; et c'est à des circonstances particulières qu'il fhut rapporter l$a différences dont nous parlons.

Nous présenterions comme une dernière preuve de l'économie relative des machines à moyenne pression , sur les machines à simple pression , les quantités de combustible consommé dont le maximum est garanti par les fabricateurs de ces diverses machines, si Ton pouvait être certain' que Funité de force qu'on appelle force d'un cheval est là même pour les deux espèces de machines ; *alors il ne resterait aucun doute si Pôn* donnait une égale confiance aux tarifs publiés par les deux plus grands ateliers où Ton fabrique, en France, des machines à vapeur suivant l'un et l'autre système.

Il serait à désirer qu'on adoptât pour unité de mesure de la force des machines a vapeur, au lieu d'une indication Vague et taiâl définie, un

nationale et étrangère. 121

poids constant élevé à une hauteur déterminée , par exemple, îôo kilogrames élevés à un mètre de hauteur durant une seconde : quantité d'action qu'on désignerait très-convenablement par le nom de djname. Alors l'effet utile de la machine serait connu par la simple indication du nombre de dynames que sa force produit; et Ton pourrait toujours s assurer qu une machine à vapeur a tel degré de puissance, en fesant supporter à son piston une pression suffisante et déterminée , puis en comptant l'espace que le piston fait parcourir à ce poids durant une seconde.

Quant à la mesure de la tension de la vapeur, en lui donnant pour unité la pression de l'atmosphère, il faudrait constamment rapporter cette pression à celle qu'indique une colonne barométrique de 76 millimètres de hauteur , à la température de la glace fondante.

En revenant au premier objet de notre rap- * 4>ort, d'après tous les détails ou nous venons d'entrer, nous croyons pouvoir conclure comme d'un fait d'expérience irrécusable, qu'il y a économie à prendre pour «force motrice, la vapeur élevée à une température supérieure de plusieurs unités à celle qui correspond; à la «impie pression de l'atmosphère. Mais jusqu'à quel terme convient-il de porter la tension de la vapeur? quelle est la loi mathématique qui

i m ANNALES DE L'INDUSTRIE

donne le produit des machines à Tapeur, en:

fonction de la température et des tensions qui

en résultent? C'est ce qu'on ne peut pas encore

décider d'une manière rigoureuse par la seule

théorie.

Des expériences nouvelles faites avec soin , accompagnées de calculs convenables pour donner les unités 'qui manquent aux évaluations , et la valeur de chaque espèce de déperdition de chaleur et de mouvement, pourront seules donner à la théorie un complément qui lui manque et qui fasse concorder numériquement ses résultats définitifs, avec l'action réelle des machines à vapeur, pour les différens degrés de pression.

Quant à présent, il nous suffit que des expériences faites en grand et durant plusieurs années, aient montré d'une manière positive qu'on trouve une économie considérable , dans l'usage de machines où la vapeur supporte une pression supérieure à celle de deux atmosphères , pour fixer nos idées à l'égard de l'avantage des pressions qui sont au-dessus de la pression simple. -

Jusqu'ici nous n'avons comparé les machines à simple pression qu'avec les machines à moyenne pression : comparons-les maintenant avec les machines à haute pression , qui , comme

Dïgitized by

NATIONALE ET ÉTRANGÈRE. ia3

on sait, ont pour caractère de jouer sans condensation de vapeur.

En Angleterre M. Trevithick , en Amérique M- OKverÉvans, ont exécuté des machines à haute pression.

Au Pérou plusieurs des mines les plus riches tombaient en décadence, et quelques-unes devenaient inexploitables; par l'impossibilité de les assécher au moyen du travail de l'homme. Dans cet état de choses, le directeur général des mineseut l'idée de s'adresser à M. Trevithick pour obtenir des machines à haute pression , propres à l'épuisement des eaux dans ces mines précieuses. En peu de mois, neuf de ces machines furent construites dans le sud de l'Angleterre , et portées au Pérou, vers la fin de 1814*

Elles y rendirent de tels services, que le trésorier de cette province proposa d'élever , à M. Trevithick une statue en argent, comme un monument delà reconnaissance du nouveau monde.

Parlons maintenant des machines à haute pression qui sont dues à l'invention d'Oliver Évans. Cet habile ingénieur en a construit un grand nombre qui toutes ont présenté des économies considérables dans la consommation du combustible.

A Philadelphie, lorsqu'on remplaça la machine à simple pression qui servait pour élever

ia£ AKNÀLES Iffi L'HTODSTME

les eaux nécessaires à la consommation de k rille, par une machine à haute pression cobh struite d'après le iystème d'Oliver Éfaans , l'économie du conlbustible seul fut de 8& fl£ par jour : de qui fait plus de 3 0,000 franco par an. Ce fait est cité par M. Partington, dans son Histoire des machines à vapeur* 11 est fâcheux que M. Partington ne donne ni la quantité ta* taie des eaux élevées, ni l'élévation de ces eaux, ni le poids du combustible employé pour pHH duire cet effet.

Heureusement M. Marestier a rapporté dans ses mémoires sur la marine des États4Jnis d'Amérique, les particularités essentielles* an fait que nous citons. La machine établie à Philadelphie , élève en vingt-quatre heures plus de vingt mille tonneaux d'eau à 3o mètres de hauteur, et consomme par jour 43 7 stères de bois. La machine à haute pression qui produit ces résultats n'a coûté que 123,000 francs ; tandis qu'une machine de même force et à simple pression, dit M. Marestier, aurait coûté 200,000 francs pour la faire exécuter en Amérique , ainsi que la première.

Les machines d'Évans font travailler la vapeur sous une pression de huit et même de dix atmosphères. Un grand nombre de Ces ma-* chines sont construites en Amérique f où elles rendent des services essentiels. 1

NATIONALE £T ÉTRANGÈRE. t2 5

Le congrès des États+Unip ayant fait en i8*4 un rapport sur les progrès des arts utiles, dans lç§ États d# i'Upion , Qlivçr Êvanç fut cite d^ns çf apport comme un des bienfaiteurs d# son pays, I^eco^g^ès voulut lui donner un autre ter MjK>igna£e sqjlenpel de sa reconixaissauçe , eq lui accordant, par une faveur spéciale, la prolongation, pour dix anuée$r(i), <jta brevet d'invçntipp rejatif à ses maphines à haute pression; faveur pareille à celle que Watt et Bouitpn ^vaieut obtenue du parlement d'Angleterre , pour Iwnj IPflcjhifles à simple pressing. ; .

; . L'usagçdes machines à pression élevée, çouupç nous l'apprend M. Marestier dans son voyage eu Amérique , s'est multiplié de plus en plus aux États-Unis. D'après les renseignemens que l'un de nous a pris auprès de personnes dignes de toute confiance, l'usage de ces machines, loin de se restreindre, $'étçnd au contraire dans la Grande-Bretagne.

, Dans ces derniers temps, un Américain fort connu par ses ingénieux travaux, pour employer l'acier au lieu du cuivra \ des planchas de gravure, M* Parkins, a surpassé tous ses devanciers { par la hardiesse de ses conceptions. Il emploie la vapeur comme force motrice, sous une pression supérieure à trente j ' * . * * ' • *

' (i) Dç i8i5à i8a5.

i?6 ANNALES DE L'INDUSTRIE :

atmosphères j et il paraît y trouver de grands avantages.

Dans les machines à haute pression construis tes jusqu'à ce jour, on doit donc se regarde*, sous le point de vue de l'économie du* combustible, comme au-dessous eu point qui doit donner le maximum d'économie.

L'emploi de la vapeur condensée est une industrie encore dans l'enfance; et, malgré l'importance des services qu'elle a déjà rendus , on doit considérer cette industrie comme bien éloi* gnée des services qu'elle rendra, quand on connaîtra mieux l'art de tirer parti de ses effets.