JAMES WATT

« Avant de commencer l'analyse des inventions de Watt, je devrais peut-être transcrire ici les titres des divers brevets qu'il obtint pen-

(i) James Watt naquit à Greenock en Ecosse, dans Tannée 1736, de pareuts estimés, mais pauvres. L'extrême faiblesse de sa constitution semblait ne pas lui promettre ua long avenir. Cette lâcheuse circonstance développa du

dant fa longue el gloricure carrière. La lecture de ces litres montrerait nettement l'objet des améliorations importantes que cet illus-

moins en lui, de bonne heure, des habitudes de retraite et d'application sans lesquelles il est très-rare qu'on fasse de grandes choses. Le jeune Watt fréquenta jusqu'à seize ans une de ces écoles publiques et gratuites nommées en Ecosse grammar school. Ensuite ses parents le placèrent en apprentissage dans un petit atelier où l'on eiécutait des compas, des balances, quelques appareils de physique, des cadrans solaires et les divers ustensiles nécessaires pour la pèche ; il y resta quatre ans. Plus tard, il se rendit à Londres chez un fabricant d'instruments de mathématiques. Là, un travail particulier l'ayant retenu toute une journée d'hiver près de la porte de l'atelier, il fut pris d'un violent rhume dont les médecins ne purent pas le guérir complètement. Il résolut alors d'essayer les effets de l'air natal, retourna en Ecosse et y forma un modeste établissement pour son propre compte. Dans Tannée 1757, l'université de Glasgow accorda à Watt, alors âgé de vingt et un ans, la charge de conservateur de sa collection de modèles. A ce titre, on lui donna un logement dans le collège avec la permission d'y continuer son petit commerce. Bobison était à cette époque au nombre des étudiants de l'université. Il se lia avec Watt, lui confia le projet qu'il avait conçu d'appliquer les machines à vapeur au mouvement des voitures, et l'engagea à s'occuper lui-même de leur perfec* tionnement Quelques essais faits par l'artiste en 4759, en 1761 et en 1763, n'amenèrent point de résultat; mais en 1764, ses tentatives prirent beaucoup de consistance. Chargé, à litre de simple ouvrier, de réparer uue machine de Mewcomen qui faisait partie du cabinet de physique, Walt y trouva des défauts que la petitesse des dimensions de ce modèle rendait plus apparents, mais qui n'en devaient pas moins exister dans les grandes machines, quoiqu'on ne les y eûtpas signalés. Telles sont la date et l'or gine des perfectionnements expliqués dans le texte. Plusieurs années s'écoulèrent cependant avant que Watt pût les soumettre à une épreuve décisive. En t764, il quitta l'université après s'être marié, et exerça quelque temps l'état de géomètre-arpenteur. Sa première machine améliorée ne fut exécutée qu'en 1768, mais sur d'assez grandes dimensions, car le corps de pompe avait dix-huit pouces anglais de diamètre. - Le docteur Roebuck qui, par ses avances pécuniaires, avait fourni à Watt les moyens d'achever ce travail, fit établir la nouvelle machine à Kinneil, sur le puits d'une mine de charbon de terre appartenant au duc d'Hamilton ; tous ces noms m'ont paru devoir être conservés: ils sont devenus historiques. Dans cette même année 1768, Watt demanda sa première patente ; il ne l'obtint, toutefois, qu'en 1769. Enfin, Malhew Boullon de Birmingham devint son associé en 1773, après la retraite volontaire du docteur Roebuck. La fortune de cefabricant, l'étendue et l'activité de son esprit, les relations personnelles qu'il avait contractées avec une multitude d'individus appartenant à toutes les classes de la société, donnèrent à l'entreprise la plus vive impulsion. Le privilège concédé par la patente allait cependant expirer avant que la nouvelle fabrique de Soho eût donné des profits assurés Boulton s'adresse à l'autorité, sollicite la c opération de ses nombreux amis, intéresse à ses projets la cour et la ville,

tre mécanicien introduisit successivement dans les machines de ses prédécesseurs. Elle détromperait, d'une autre part, ceux qui croient, sans aucun fondement, que la machine à feu employée de nos jours a été créée par un seul homme et d'un seul jet ; mais le besoin d'abréger cette notice me force d'entrer de suite en matière.

Du Condenseur*

« Pour que la machine à feu atmosphérique, dite machine de Newcomen, produise de bons effets, il faut: 1° qu'à l'instant où le mouvement descendant du piston commence, il y ail dans toute la capacité inférieure du corps de pompe le vide le plus parfait possible ; 2° que pendant le mouvement ascendant , la vapeur venant de la chaudière dans la même capacité, ne perde rien de la force élastique qu'elle avait acquise au prix de beaucoup de charbon.

« La première condition exige impérieusement qu'au moment de la

et obtient du parlement, par ses nombreuses et judicieuses démarches, la prorogation du privilège primitif jusqu'à l'année 1800. A partir de cette époque (1775), l'association de Watt et Boulton prospéra au plus haut degré. Bientôt la colline stérile de Soho, près de Birmingham, où l'oeil du voyageur apercevait à peine la hutte d'un garde-chasse, se couvrit de beaux jardins, de somptueuses habitations et d'ateliers qui, soit par leur étendue, soit par l'importance et la perfection des ouvrages qu'on y exécutait, devinrent en peu de temps les premiers de l'Europe. Les découvertes de Watt étaient d'une application trop immédiate, trop populaire, pour que des litres académiques pussent rien ajouter à la renommée de ce grand mécanicien. Disons toutefois que les principales sociétés savantes, celles d'Edimbourg et de Londres, par exemple, s'empressèrent de l'admettre parmi leurs membres. L'Institut de France, de son côté, le choisit dès 1808 pour un de ses correspondants, et lui accorda, en 1814, la plus belle récompense qu'il puisse décerner, en le nommant un de ses huit associés étrangers. Parvenu à un âge avancé, possesseur d'une brillante fortune, fruit de ses nobles et laborieux travaux, entouré de l'estime et du respect du monde entier, Watt quitta les affaires commerciales et se retira dans sa maison de Heathfield, près de Birmingham. Là, le patriarche de l'industrie britannique, toujours bienveillant, modeste et réservé, comme au temps où, dans sa jeunesse, il nettoyait les appareils de l'université de Glascow, coulait des jours paisibles dans la société d'un petit- nombre d'amis. En 1817, Watt fit un voyage en Ecosse. A son retour, sa santé s'affaiblit beaucoup. Enfin, il mourut, le 25 août 1819, à la suite d'une courte maladie, et à l'âge de quatre-vingt-quatre ans. Une statue doit être élevée à Walt, sur une des places de Birmingham, aux frais du public. Tout ce que l'Angleterre renferme de distingué a mis l'empressement le plus honorable à se faire inscrire au nombre des souscripteurs.

condensation * l'eau d'injection aille refroidir les parois du corps de pompe. Sans cela, la vapeur qu'on veut anéantir conserverait un ressort considérable , et elle opposerait un grand obstacle au mouvement descendant du piston que la pression atmosphérique doit déterminer. La seconde condition nécessite, au contraire* que lés mêmes parois soient très- chaudes. En effet, la vapeur d'eau à 100° de température ne conserve en arrivant dans un vase toute la force élastique qui lui est propre, qu'autant que les parois de ce vase sont elles-mêmes à 100°. Si la température des parois est moindre, la vapeur afflue n te perd aussitôt une partie de sa chaleur primitive, et avec elle une fraction considérable de la densité ou de la force élastique qu'elle possédait. Ainsi, durant le mouvement descendant du piston, les parois du cylindre métallique qu'il parcourt doivent être aussi froides que possible, si c'est dans ce cylindre que la condensation a lieu; pendant le mouvement ascendant, il serait très-utile, au contraire, qu'elles fussent à 100°.

« Le refroidissement s'opère assez simplement en projetant l'eau d'injection, non-seulement au milieu delà vapeur, mais encore sur les parois du cylindre. Quant à réchauffement qui doit suivre, comment l'obtenir dé manière qu'il soit considérable et prompt ? La vapeur àfflucnte elle-même produira bien à la longue Réchauffement désiré; mais ce sera à la longue seulement, et dès lors les excursions ascendantes du piston étant fort lentes, la machine ne fera pas dans les 24 heures tout l'ouvrage sur lequel, sans ce genre d'obstacle* on aurait pu compter. Remarquons d'ailleurs que la vapeur venant de la chaudière n'échauffe le corps de pompe qu'aux dépens de sa propre chaleur ou en se condensant en partie. Or, la vapeur a un prix élevé, lors même que l'eau d'où elle provient ne coûte rien, car le combustible, à l'aidé duquel s'opère la transformation est assez cher en tout lieu. Pour qu'on ne doute pas de la grande attention qu'il importe d'accorder à cette considération économique, je dirai que la quantité de vapeur employée ainsi pour échauffer le corps de pompe, en remplirait plusieurs fois la capacité, en sorte que la dépense de vapeur, ou, ce qui revient au même, la dépense de combustible, ou, si on l'aime mieux encore, la dépense d'argent nécessaire pour mettre la machine en jeu, serait plusieurs fois moindre, si Ton parvenait à faire disparaître la nécessité des échauffemenls et refroidissements successifs dont nous venons dé parler. Or, tel est précisément le problème que Watt a résolu par une méthode qui permet de laisser toujours au corps de pompe sa température de 100°. 11 lui a suffi pour cela :

« D'opérer la condensation de la vaptur dans un vase séparé, totalement distinct du corps de pompe> ti ne communiquant avec lui qu'à Vaide d'un tube étroit.

« Expliquons cet ingénieux procédé, qui formera toujours le principal titre de Watt à la reconnaissance de la postérité.

« S'il existe quelque communication entre un corps de pompe rempli de vapeur et un vase vide de vapeur et d'air, la vapeur du corps de pompe passera en partie et très- rapidement dans le vase ; l'écoulement ne cessera qu'au moment où l'élasticité sera la même partout. Supposons, dès à présent, que le vase soit maintenu constamment froid dans toute sa capacité et dans son enveloppe, à l'aide d'une injection d'eau abondante et continuelle j la vapeur s'y condensera alors dès qu'elle y arrivera : ce vase restera donc toujours vide de fluides élastiques, et toute la vapeur dont le corps de pompe était primitivement rempli viendra s'y anéantir successivement. Ce corps de pompe se trouvera ainsi purgé de vapeur, sans que ses parois aient été le moins du monde refroidies, et la vapeur nouvelle, dont il pourra devenir nécessaire de le remplir un moment après, n'y perdra rien de son ressort.

« Un vase séparé ainsi d'un corps de pompe et dans lequel la vapeur de celui-ci vient de temps en temps se précipiter, s'appelle un condenseur.

« Le vase ou condenseur que nous venons de mettre en jeu n'a entièrement absorbé la vapeur dont le corps de pompe était rempli, qu'à cause qu'il contenait de L'eau froide, et que le reste de sa capacité se trouvait vide de fluides élastiques (1) ; niais après que la condensation de vapeur s'y est opérée, ces deux conditions de réussite ont disparu. L'eau condensante s'est échauffée en absorbant tout le calorique de la vapeur ; une quantité notable de vapeur s'est formée aux dépens de cette eau chaude ; l'eau froide contenait d'ailleurs de l'air atmosphérique quia dû se dégager pendant son échauffement. Si l'on n'enlevait pas, après chaque opération, cette eau, celle vapeur, cet air que le condenseur renferme, il finirait par ne plus produire d'effet. Watt opère cette triple évacuation à l'aide d'une pompe ordinaire qu on appelle la pompe à air, et dont le piston porte une tige convenablement attachée au balancier que la machine met enjeu. Quand on calcule les effets d'une machine à feu de Watt, il est donc nécessaire d'avoir égard à la portion de force qui est destinée à maintenir la pompe à air en mouvement. Cette soustraction, au reste, n'est

(4) A la rigueur, un vase n'est jamais entièrement purgé de fluides élastiques tant qu'il contient de l'eau ; car l'eau la plus froide dégage des vapeurs ; mais, dès que la température du liquide d'injection ne surpasse pas les températures habituelles de l'atmosphère, ou peut, dans la pratique, ne pas tenir compte de la vapeur qui en émane.

qu'une petite partie de la perte qu'amenait dans l'ancienne méthode la condensation de la vapeur sur les parois refroidies du corps de pompe (1).

Machine à double effet.

« La machine atmosphérique, soit que l'injection d'eau froide s'opère au milieu du corps de pompe ou dans un condenseur séparé, n'a de force réelle que pendant le mouvement descendant du piston. C'est alors, et seulement alors, que le poids de l'atmosphère produit tout son effet. Durant l'oscillation ascendante , ce poids est contrebalancé par la pression de la vapeur qui pousse le piston de bas en haut. Le mouvement est alors uniquement déterminé par un contrepoids qui ue surpasse le poids du piston que de la valeur du frottement qu'éprouve celui-ci sur les parois du corps de pompe. Cela n'est pas un inconvénient quand la machine à feu est employée à extraire des mines l'eau qui les inonde. Le mouvement descendant du pislon détermine en effet un mouvement de même sens dans l'extrémité du balancier auquel sa lige est attachée , et, dès lors , un mouvement

(1) On se fera une idée exacte de l'importance commerciale que l'invention du condenseur a eue, si Ton veut bien jeter les yeux sur le petit nombre de renseignements qui suivent :

Pour accorder la permission de substituer leurs machines à celles dites de Newcomen, Watt et Boulton exigeaient la valeur du tiers de la quantité' de charbon dont chaque nouvelle machine procurait l'économie, en supposant qu'elle produisît précisément le même ouvrage que l'ancienne. Une expérience préliminaire faite par des personnes habiles et désintéressées, sur deux machines de Tune et de l'autre espèce, ayant précisément les mêmes dimensions, détermina à combien l'économie s'élevait pour mille oscillations du piston, par exemple. Les droits à percevoir pouvaient se calculer ensuite à l'aide d'une simple partie proportionnelle, dès que le nombre d'oscillations qu'avait faites dans le mois la machine employée était connu. Watt et Boulton faisaient compter ce nombre d'oscillations par une pièce d'horlogerie attachée au balancier et disposée de manière que chacun de ses mouvements avançait l'aiguille d'une division. Ce mécanisme ou counter était renfermé dans une boîte à deux clefs qu'on ouvrait à l'époque du règlement de comptes, en présence d'un agent des inventeurs et du directeur de la mine. Dans celle de Chacewater, en Cornouailles, où trois machines étaient en jeu, les propriétaires rachetèrent le droit des inventeurs pour une somme annuelle de 60,000 fr., ce qui prouve que la substitution de l'injection isolée à celle qu'on opérait précédemment dans le corps de pompe, y avait procuré une économie de combustible de plus de 180,000 fr. par an.

ascendant à l'autre extrémité. Or, c'est pendant ce dernier mouvement que l'eau située verticalement sous cette seconde extrémité du balancier, est soulevée d'une quantité égale à l'excursion du piston du grand corps de pompe. Quand le piston de la pompe d'épuisement descend, quand il va se charger de nouveau de liquide , il est parfaitement inutile qu'il soit poussé vivement. La force qui servirait à cela serait de la force perdue. Qui n'a remarqué, et l'analogie , en effet, est complète, que partout où Ton tire l'eau d'un puits, on laisse le seau descendre par son propre poids , que nulle part on n'a imaginé de produire ce mouvement descendant par l'action du moteur Ainsi, comme moyen d'épuisement , la machine atmosphérique est parfaite. Ses intermittences d'action ne sont pas alors un défaut. Il n'en est pas de même du cas où cette machine est employée comme moteur. Les appareils, les outils qu'elle ébranle, ont des mouvements très-rapides durant la course descendante du piston; mais, pendant le mouvement ascendant, ils s'arrêtent ou ne continuent à agir qu'en vertu de la vitesse acquise. Une machine à feu qui aurait de la puissance pendant que s'exécutent les deux excursions opposées du piston présenterait donc alors des avantages réels. Tel est l'objet de la machine inventée par Watt, et qu'on appelle machine à double effet.

«Dans cette machine, l'atmosphère n'a plus d'action. Le corps de pompe est fermé dans le haut par un couvercle métallique , percé seulement dans son centre d'une ouverture garnie d'étoupe grasse et bien serrée à travers laquelle la lige cylindrique du piston se meut librement, sans pourtant donner passage à l'air ou à la vapeur. Le piston partage ainsi le corps de pompe en deux capacités fermées et distinctes. Quand il doit descendre, la vapeur de la chaudière arrive librement dans la capacité supérieure par un tube convenablement disposé à cet effet, et pousse le piston de haut en bas comme le faisait l'atmosphère dans la machine atmosphérique. Ce mouvement n'éprouve pas d'obstacle, attendu que, pendant qu'il s'opère, le dessous du corps de pompe, mais ce dessous tout seul, est en communication avec le condenseur. Dès que le piston est descendu tout à fait , les choses se trouvent complètement renversées par le simple mouvement de deux robinets. Alors la vapeur que fournit la chaudière ne peut aller qu'au-dessous du piston qu'elle doit soulever, et la vapeur supérieure qui, l'instant d'avant, a produit le mouvement descendant, va se liquéfier dans le condenseur avec lequel elle est , à son tour, en libre communication. Le mouvement contraire des mêmes robinets replace toutes les pièces dans l'état primitif dès que le piston est au haut de sa course. La machine marche ainsi indéfiniment, avec une puissance à peu près égale, soit que le piston monte,

Mil qu'il descende; mais, il importe de le remarquer, la dépense de vapeur est précisément double de celle qu'une machine atmosphérique eu à simple effet aurait occasionée (1).

Machine à détente,

« Dans la machine à double effet dont je viens de parler, le piston est alternativement poussé par la vapeur de haut en bas et de bas en haut. Si la communication de la chaudière avec le corps de pompe est ouverte pendant tout le temps que chacune de ces oscillations nécessite, le piston se trouvera soumis à l'action d'une force accélératrice constante; il aura donc un mouvement accéléré ; il arrivera i Tune et à l'autre extrémité du corps de pompe avec une vitesse trèsgrande, et qui, sans produire aucun effet utile, contribuera à ébranler l'ensemble de l'appareil. Si, au contraire, chaque robinet de communication entre la chaudière et le corps de pompe ne demeure pas ouvert pendant toute la durée des excursions du piston, s'ils se ferment, par exemple, quand le piston est parvenu aux deux tiers de'sa course, le tiers restant sera parcouru en vertu de la vitesse acquise, et surtout par l'action que la vapeur déjà introduite alors continuera à exercer. Cette action deviendra de moins en moins forte pendant le reste du mouvement du piston, attendu que la vapeur se dilatera graduellement , et qu'à mesure qu'elle occupera des espaces de plus en plus grands, son élasticité, comme celle de tout autre gaz, s'atténuera. Dès lors il n'y aura plus d'accélération nuisible vers les deux limites des excursions du piston, et, ce qui est incomparablement plus

(i) Papin, comme je Pai déjà dit, avait bien prévu, eu 1695, que les machines à feu ne seraient pas toujours exclusivement employées aux épuisements des mines. Déjà, à cette époque, il avait indiqué comment on pourrait lier la tige du piston à Taxe d'une roue tournante et transformer le mouvement rectiligne de va-et-vient de la tige en mouvement de rotation de la roue. Le défaut de continuité dans l'action de la machine atmosphérique attira dès lors son attention, et pour empêcher que sa roue ne marchât par secousses trop brusques, il proposa d'agir sur Taie à l'aide des tiges de deux ou môme d'un plus grand nombre de pistons appartenant à des corps de pompe distincts, et disposés de manière que, dans le cas de deux, par exemple, la tige du premier descendît pendant que celle de l'autre monterait, et réciproquement. Deux corps de pompe de machines atmosphériques ainsi combinés produiraient exactement l'effet de la machine de Watt. La dépense de vapeur serait aussi précisément la même. L'idée de faire une machine à double effet à l'aide de deux corps de pompe distincts, fut présentée en Angleterre, comme nouvelle, en 1779, par le docteur Falck.

important, une moindre quantité de vapeur sera employée pour produire les mouvements désirés. Qui ne voit, en effet, que, si le robinet était ouvert- pendant toute la course du piston , l'injection détruirait chaque fois un volume de vapeur égal a celui du corps de pompe , tandis que, si le robinet se ferme quand le piston est aux deux tiers de sa course, il entrera et il se détruira un tiers de vapeur de moins. Les mécaniciens ont cité des expériences d'après lesquelles il semblerait qu'en employant ainsi la détente de la vapeur, on peut économiser, à égalité d'effet, une quantité considérable de combustible, et ils rangent la proposition que Watt a insérée à ce sujet dans sa première patente, au nombre des plus lumineuses dont l'industrie lui. soit redevable. 11 ne parait pas cependant que , dans la plupart des machines sorties des ateliers de Sobo , la détente ait été employée sur une grande échelle : on n'y a eu recours que pour rendre le mouvement du piston à peu près uniforme (1).

Enveloppe ou chemise du corps de pompe.

« Le condenseur isolé, la plus belle des inventions de Watt, a pour objet, comme on l'a vu plus haut, de laisser constamment le corps de pompe à la température de la vapeur, afin qu'elle ne s'y condense pas eu partie quand elle vient de la chaudière. Mais ce corps de pompe est en contact avec l'atmosphère sur toute l'étendue de ses parois extérieures. Il y aura donc sur ces parois, et, par suite, dans toute l'épaisseur du cylindre, un refroidissement continuel auquel la vapeur motrice devra pourvoir aux dépens de sa propre élasticité. Watt a proposé d'atténuer cet effet en enveloppant le corps de pompe dans un second cylindre. Une telle enveloppe, si elte est fermée eu haut et en bas, empêchera qu'il ne se forme des courants d'air refroidissants, et ce sera déjà beaucoup de gagné. Mais on pourra de plus introduire de la vapeur dans l'espace annulaire compris entre les deux cylindres, et, dès lors, la température du corps de pompe proprement dit sera

(1) Au moment de mettre cette feuille sous presse, j'apprends qu'une expérience faite, ces jours-ci, fort en grand, sur un bateau à vapeur de l'État, et à l'aide d'une machine susceptible d'agir à volpnté avec et sans détente, montrerait non-seulement que la détente n'amènerait aucun résultat utile, mais même, tout paradoxal que cela puisse paraître, qu'elle occasionnerait, à égalité d'effet, un accroissement notable dans la consommation du charbon. La juste confiance dont sont entourés les ingénieurs habiles qui ont présidé à ces épreuves, ne doit pas nous dispenser d'attendre, avant d'en adopter les conséquent ces, que tous les détails aient été publiés.

si peu différente de celle de la vapeur fournie par la chaudière, que, dans la pratique, on pourra les considérer comme étant parfaitement égaies.