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fondamental est celui du changement de marche. Certains moteurs fonctionnent toujours dans le même sens, mais la plupart doivent pouvoir réaliser à volonté la marche en avant ou la marche en arrière. Le groupe entier des locomotives, celui des machines de navigation, les moteurs d'extraction, etc., en sont les exemples les plus importants.

Cette question est compliquée, et demande des explications détaillées. Nous envisagerons pour cela successivement trois cas distincts : 1* une machine fixe que l'on veut faire partir du repos, soit dans un sens, soit dans l'autre, à volonté; 2* une machine fixe déjà lancée, que l'on a besoin d'arrêter et de faire repartir sans interruption dans le sens contraire; S"* une locomotive sur laquelle on veut exécuter cette môme manœuvre.

Envisageons en premier lieu une machine fixe au repos. Le piston s'est arrêté sur une certaine position. Si Ton demandait dans quel sens il y est parvenu, il serait possible de répondre à cette question en examinant la situation du tiroir. Il est clair en effet que celui-ci occupe dans l'appareil deux positions bien distinctes suivant les cas. Supposons, pour fixer les idées, le piston près du fond de course de gauche, et en train d'effectuer sa course directe vers la droite. Le tiroir découvre alors la lumière de gauche, afin d'admettre la vapeur de ce côté. Lorsque le piston repasse par cette môme situation en revenant de la droite, le tiroir doit au contraire mettre cette face en communication avec le condenseur, ou l'isolei* pour la compression. Si, en laissant le tiroir à la position qu'il occupe dans la machine au repos, on vient à rendre la vapeur au moyen du régulateur, il est bien clair que le piston reprendra dans le même sens sa marche interrompue. Mais si dans l'intervalle on a réussi, par quelque moyen que nous n'examinerons pas en ce moment, à transposer le tiroir dans sa situation conjuguée, les choses se trouvant alors disposées comme si le mouvement qui a été laissé en suspens appartenait à la marche inverse, c'est celle-ci qui prendra naissance au moment de l'ouverture de la valve. Le résultat cherché sera donc obtenu.

677 — Comme second cas, nous envisagerons une machine

DÉTENTE VARIABLE. — CHANGEMENT DE BfARCHE. 105

(autre qu'une locomotive) actuellement en mouvement et dont on veut renverser la marche.

Effectuons par la pensée, dans un temps très court, la transposition du tiroir dont il vient d'être question. Les choses se trouveront alors disposées comme elles devraient l'être pour distribuer la vapeur en vue de la course inverse; et cependant cette marche ne saurait se substituer instantanément à la précédente. L'inertie s'y oppose. Mais la force vive acquise par le mécanisme, et principalement par le volant, diminuera progressivemeat. En effet, au lieu que la distribution fournisse comme à l'ordinaire la vapeur sur la face motrice du piston, en dégageant le côté opposé; c'est sur la face résistante que nous appliquons maintenant Teffort, et en arrière que nous faisons le vide. Les forces actives joignant ainsi leur interversion aux résistantes passives, qui travaillent comme toujours dans le sens opposé au mouvement, l'allure va tomber rapidement. Cette phase porte le nom de marche à contre^vapeur. On dit également que le mécanicien oppose la vapeur, qu'il renverse la vapeur, qu'il bat contre-vapeur.

Lorsque la vitesse finit par s'annuler dans toutes les parties de ce système à liaison complète, on se trouve, pour un seul instant, dans la situation qui vient d'être envisagée tout à l'heure, d'une machine arrêtée depuis un temps quelconque, à laquelle on rend la vapeur, après avoir profité de cet intervalle pour effectuer le renversement de la distribution. Ici la durée du repos est nulle et ne permettrait pas d'exécuter la manœuvre ; mais celle-ci a élé réalisée depuis quelque temps déjà, et tout est prêt pour que la machine reparte à contre-sens, avec une force vive dorénavant croissante.

•78 — Envisageons enfin le troisième cas, celui d'une locomotive en marche directe avec le train qu'elle remorque. Le mécanicien renverse brusquement la distribution. Examinons ce qui va se passer.

Pas plus que dans le cas précédent, l'ensemble ne saurait rebrousser chemin subitement. La force vive acquise ne le permet pas; mais il y a lieu, pour plus de clarté, d'opérer dans sa valeur totale une distinction essentielle. On sait que la force vive d'un sys-

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tème quelconque peut toujours être considérée comme la somme

de deux autres : V celle du mouvement de translation qui animerait tout l'ensemble avec des vitesses égales et parallèles à celle du centre de gravité; 2^ la force vive du mouvement relatif à cet entraînement fictif. Nous devons comprendre dans cette seconde catégorie la rotation de toutes les roues du train et de leurs essieux, ainsi que le mouvement propre des pièces du mécanisme : pistons, bielles, excentriques, coulisses, contre-poids, etc., par rapport au châssis de la locomotive qui est emporté parallèlement aux rails.

L'énergie diminue dans' chacune de ces deux parties. Mais, comme les masses en mouvement relatif sont incomparablement moindres que celle du reste du train, c'est la force vive de ce mouvement qui disparaîtra la première, tandis que celle de la progression d'ensemble subsistera encore. Lorsque cette première phase de marche à contre-vapeur sera éteinte, un observateur emporté dans la translation générale se trouverait précisément dans les conditions qui viennent analysées pour le second cas. Nous devons donc nous attendre, si rien de nouveau n'intervient dans la question, à voir se produire le même résultent, et le mécanisme s'ébranler dans le sens opposé. Examinons dans quelles conditions pourrait s'effectuer un tel mouvement.

Tandis que toute la masse en translation poursuit sa marche, simplement ralentie, et que les roues des wagons, ainsi que celles de la locomotive qui ne sont pas couplées, continuent à tourner dans le môme sens qu'auparavant, les roues motrices ou couplées, qui sont solidaires du mécanisme, renversent comme lui leur mouvement de rotation. On verra donc ces dernières frotter sur le rail, par cette giration inverse de celle qui devrait accompagner le roulement (*). De là une résistance spéciale, qui s'ajoute aux précédentes pour amortir la force vive encore plus activement que pendant la première phase. Le train finira donc par s'arrêter; ce sera le terme de la seconde phase.

A cet instant, comme la distribution se trouve déjà disposée pour la marche en arrière, qu'elle est sous vapeur, et que les roues

(*] On peut comparer ce mouvement à celui de la brosse tournante des balayeuses mécaniques à cheval de la voirie de Paris.

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motrices tournent déjà dans ce sens, le train leur obéira et se mettra à reculer.

679 — Marche à contre-vapeur. — Mais, dans la pratique, il est très rare que les choses se passent ainsi. On a soin de substituer, pour la seconde phase, un fonctionnement différent, qui constitue la marche normale à contre-vapeur (*).

Il y aurait en effet un grand inconvénient à faire frotter ainsi à contre*sens sur les rails les roues motrices, dont on doit ménager soigneusement les bandages, tant au point de vue de l'usure géométrique que de réchauffement. La première période nous présentait un fonctionnement beaucoup mieux entendu à titre de frein. Elle constitue en effet une pompe de compression dans laquelle le travail moteur du piston s'emploie à refouler la vapeur au sein de la chaudière. L'énergie s'y change en chaleur, ce qui est sans inconvénient, puisque le générateur a été précisément construit en vue de servir de réservoir de calorique, ce qui n'est en aucune façon le rôle des roues motrices.

Or il est possible, au moyen d'un artifice très simple, de faire pereister pendant la seconde phase le premier type de fonctionnement de la contre-vapeur; en l'y employant à éteindre la force vive de translation, de la même manière qu'elle a déjà, dans la première période, détruit celle du mouvement relatif. Il suffit pour cela de ne pas dépasser, pour la vapeur admise, un certain degré de puissance, ainsi que nous allons l'expliquer.

(') Le ChftteHer [Mémoire sur la marche à contre-vapeur ^ 1869. — Supplément au mémoire sur la marche à contre-vapeur^ 1869). — Ricour. Rapport sur les inconvénients des freins ordinaires et sur l'emploi régulier de la contre-vapeur (Annales des Mines, 6* série, t. X, p. 141. — Annales des Ponts et Chaussées, mai*s 1869). ~ Combes {Étude sur la machine à vapeur, p. 42 et 123. — Comptes rendus de l'Académie des sciences, 15 juillet 1869). — Couche (Voie, matériel roulant, exploitation technii/ue des chemins de fer, t. III, p. 427 à 489. — Des locomotives très puissantes et à petite vitesse. Annales des Mines, 5* série, t. VI, p. 395). — Zeuner. Traité des distributions par tiroirs. Traduction Debize et Mérijot, p. 170. — Pochet. Nouvelle mécanique iJtdM- Irielle, p. 522. *- Beugniot. Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse, t. \XX, p. 497. — Armengaud. Publication industrielle, t. XIX. — Rankine. Manufi re a machine à vapeur. Traduction Richard, p. 739. — Dombre. Note sur l'application rationnelle de la contre- vapeur à l'équilibre des machines d'extraction. Bulletin de la Société de Vindustrie minérale de Saint-Étienne, 2* série, t. IV, p. 805.

Pour plus de clarté, imaginons d'abord une locomotive au repos, appuyée contre des tampons d'arrêt, et fournissons-lui une petite quantité de vapeur. Arrêté par l'obstacle, le véhicule ne peut se porter en avant. Si donc on contraint les roues à tourner, elles devront patiner sur place. Mais la faible puissance mise en jeu, estimée à la jante d'après les rapports de vitesses virtuelles, est trop faible pour y vaincre la résistance qu'opposerait le frottement de glissement. Le seul résultat sera donc d'exercer sur les tampons une certaine pression ; laquelle ira en croissant, si nous augmentons progressivement la tension de la vapeur. Enfin viendra le moment où l'équilibre sera rompu, et où la roue se mettra à tourner en glissant sur le rail. La vapeur consommée s'emploiera dès lors à fournir un travail égal à celui de ce frottement, sans produire d'accélération, si elle reste exactement dosée à ce degré.

Les choses se passeront de même pendant la marche du train. L'adhérence de la roue sur le rail ne diffère pas alors {') de celle qui se développait fout à l'heure au repos. Si donc le mécanicien a soin d'allonger la détente, de manière à ne fournir par tour de roue qu'une quantité insuffisante de travail, cet état de choses ne pourra prendre naissance. La roue continuera à rouler en avant, et l'on conservera la marche proprement dite à contre-vapeur, avec laquelle la destruction de force vive se consomme dans le générateur sous forme de production de chaleur, en dégageant les bandages de cette mission nuisible. On arrivera ainsi sans encombre jusqu'à l'annihilation complète de l'énergie, après quoi le train se mettra à reculer.

680 — Cette modification présente un autre avantage d'une grande importance. Si la roue motrice tourne à conlre-sens, tandis que le mécanisme moteur et celui de la distribution marchent dans un sens corrélatif, c'est, comme nous venons de le voir, au prix d'un effort vaincu considérable, qui se transmet (sauf les rapports de vitesses virtuelles) dans toutes les parties de lappareil. Celte force peut devenir irrésistible, en cas d'un grippement des surfaces métalliques, lequel a précisément tendance à se produire,

{*) Si nous négligeons les efTets secondaires, pour plus de simplicilé.

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comme nous le verrons bientôt (n** 682), en raison de. la destruction des enduits. Le levier de changement de marche qui se trouve placé sous la main du mécanicien en reçoit donc sa part, et le cran dans lequel est engagé son loquet se trouve fortement comprimé. Si celui-ci vient à l'échapper, le levier sera vivement rejeté vers la position compatible avec la marche contraire, dont la suppression a précisément donné naissance à cet effort anormal. De là un choc violent que le machiniste risque de recevoir à la tète ou dans la poitrine (^). Aussi ces hommes, instruits de ce danger, ne se servaient-ils de celte ressource à Torigine qu'avec la plus grande appréhension. On ne l'utilise aujourd'hui que pour le cas d*un danger imminent, dans lequel il devient nécessaire de s'arrêter sur le plus petit parcours possible, en opposant la vapeur avec toute l'énergie dont elle est susceptible, en même temps que l'on engage à bloc tous les freins.

681 — Mais il y a plus encore ; et la marche à contre-vapeur, telle qu'elle vient d'être définie, est journellement employée, non plus pour réduire à zéro, dans un parcours limité, la force vive d'un train, mais pour le laisser progresser indéfiniment sur une pente, en détruisant progressivement le travail de la pesanteur, qui déterminerait sans cela une accélération permanente. On pourrait assurément trouver dans les sabots des freins l'influence antagoniste nécessaire; mais ce serait encore au prix d'une usure et d'un échauflement abusifs, qu'il est bon de leur éviter.

On peut citer également dans l'exploitation des mines quelques cas analogues, fort rares du reste, où l'on opère la descente verticale des bois et autres matériaux à l'aide de la machine d'extraction conduite en contre-vapeur.

Lorsque l'emploi de cette allure exceptionnelle prend ainsi un caractère normal et durable, il devient nécessaire de lui apporter un perfectionnement extrêmement ingénieux appelé lube dHnver' sioUf avant l'introduction duquel on se heurtait dans la pratique à des obstacles à peu près insurmontables.

[*) On peut consulter pour ce danger le mémoire sur la contre^vapeur le Le ChAtelier, p. 28.

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68» — Tube (T inversion. — On doit remarquer que dans ce régime, tout se trouve interverti. On aspire par Téchappement, et l'on refoule par la conduite d'amenée jusque dans la chaudière. Or on a soin, dans les locomotives, de placer l'évacuation au pied de la cheminée par laquelle s'échappent les .gaz brûlés du foyer. On trouve à cette disposition l'avantage de venir en aide au tirage pendant l'allure ordinaire, au moyen des bouffées puissantes que produit l'échappement de la vapeur à chaque course.

Avec la marche à conire-vapeur, ce sera donc l'air chaud qui viendra remplir le cylindre; et la compression qu'il y subit ne pourra qu'en élever encore la tempéralure. Dans ces conditions, il oxyde le métal et brûle les graisses, dont la destruction provbquera des grippements. La carbonisation des presse-étoupes et des joints détermine des pertes de vapeur. Cet air arrive dans la chaudière, où il ne saurait se liquéfier. U entrave le jeu du Gifferd (^). Il fait souffler les soupapes de sûreté. Ajoutons que les gaz brûlés sont loin d'être purs, et qu'ils amènent avec eux dans le cylindre des cendres et des escarbilles qui l'encrassent et rayent ses parois.

Le Châtelier a imaginé un artifice remarquable par sa simplicité (*), en vue de parer à ces difficultés. U consiste uniquement à établir un conduit muni d'un robinet, et destiné à faire communiquer la chaudière avec la base de la cheminée, au point d'insertion de l'échappement. On l'appelle tube d'inversion ou tube Le Châtelier. Imaginons que l'on ouvre peu à peu la communication, en envoyant de la vapeur au pied de la cheminée. Elle y prendra la place des gaz chauds, qu'elle refoulera loin des abords de l'échappement. C'est donc elle qui sera aspirée à leur place à l'intérieur du cylindre. Dès lors l'obstacle se trouve écarté, et ce fluide ira se liquéfier par la coai{>res$ion dans le générateur.

Mais il y a plus. En vue de diminuer la température, qui n'en reste pas moins fort élevée, puisque le travail de la gravité se

(*) Appareil d'alimentation dont il sera question plus tard.

(*) M. Uicour, Inspecteur général des Ponts et Chaussées, travaillait de son côté dans cette voie. Quelques autres personnes, parmi lesquelles H. Lai*pent, chef de dépôt, y on( également, à des degrés très divei^, pris une certaine part. Toutefois l'opinion publique a sanctionné pour cette belle découverte la prééminence des titres de Le ChÂtelierf inspecteur général des Mines.

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transiorme incessamment en chaleur, Ton fournit de préférence par le tube d'inversion un mélange de vapeur et d'eau liquide, et même le plus souvent de Teau seulement. Celle-ci, attirée par la succion qui s'opère dans le cylindre, s'y volatilise sous l'influence de cette chute de pression, en absorbant pour cela des calories, de manière à rafraîchir les surfaces, en préservant le métal et ses enduits.

688 — On a imaginé de réaliser la contre-vapeur, non plus on renversant le tiroir, suivant Tordre d'idées que nous avons développé uniquement jusqu'ici, mais en intervertissant le jeu des fluides. Dans la conlre-vapeur Krauss('), à Taide d'une tuyauterie et d'une robinetterie convenablement disposées, on se met en mesure de fournir, au moment voulu, la vapeur à l'orifice d'évacuation, en interrompant la communication de la chaudière avec la boite à vapeur, et reliant cette dernière au condenseur ou à l'atmosphère extérieure. Dans ces conditions, un mouvement toujours identique du mécanisme de distribution déterminera, suivant la volonté du mécanicien, des fonctions motrices ou résistantes à rinlérieur du cylindre.

On peut citer de même les freins de vapeur de Landsée (*) et de Linde (').

M. Roirant a proposé un moyen du même genre. Il emploie deux tiroirs qui sont réglés, l'un pour la marche en avant, et Tautre pour la marche en arrière. Ils jouent constamment tous les deux sur leurs glaces. Mais le déplacement d'une plaque entre ces dernières permet, suivant la volonté du mécanicien, de condamner Tune et de dégager l'autre, en déterminant ainsi alternativement le fonctionnement dans le sens voulu.

[*) Bulletin de V Association des aticiens Élèves de VÉcole des Mines de Paris^ janvier-février 1860. -^ Le Châtelier, Mémoire sur la marche à contre-vapeur y p. 113. — Linde. Sur les freins à vapeur de Krauss, Munich, 1866.

{*) Landsée. Mémoire sur les différentes méthodes employées pour modérer fes vitesses des trains sur les pentes i et en particulier sur le frein à vapeur. Mulhouse, 1867.

(') Linde. Veber einige Methoden zum Bremsen der Ijocomotiven insbesondere ueber die Dampfrepressionsbremse. Munich, 1868.

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