POMPE ASPIRANTE

Cette pompe, fig. î, qui a beaucoup de rapports avec la pompe pneumatique ordinaire, se compose de deux parties distinctes: Tune appelée le corps de pompe ; l’autre, le tuyau d3 aspiration.

Le corps de pompe est un cylindre d’une certaine largeur, qui se réunit à un tube plus étroit plongeant dans un réservoir d’eau. Le corps de pompe est séparé du tuyau d’aspiration par une soupape S qui s’ouvre de bas en haut. Le piston P est percé dans son milieu et porte une soupape qui s’ouvre dans le même sens que l’autre. L’étendue que le pistou parcourt s’appelle la course du piston»

Le piston étant au bas de sa course et repoussant sur le fond du corps de pompe, les deux soupapes se trouvent fermées. Si on soulève le piston, il est évident qu’il se fait un vide sous ce piston, mais dès l’instant où il y a un vide, Fair qui se trouve dans le tuyau d’aspiration soulève la soupape S et pénètre dans le corps de pompe. Dès lors cet air occupant un espace plus grand que celui qu’il occupait, ne peut plus, par

son ressort, faire équilibre au poids de l’air extérieur. Il faut par conséquent que le liquide s’élève à une certaine hauteur, de manière que la colonne d’eau soulevée, plus le ressort qui reste, fassent équilibre à la pression extérieure de l’air. Le piston redescend ensuite. Le ressort de l’air qui était diminué devient égal au ressort de l’air extérieur et finit même par devenir plus grand. Une fois que cette condition est remplie, la soupape s qui est soumise alors à une pression plus forte de bas en haut que de haut en bas, s’ouvre, l’air s’échappe, et le piston est ramené sans effort jusqu’au bas de sa course. On remonte de nouveau le piston, la soupape s se ferme aussitôt, et s’il y a encore de l’air dans le tuyau d’aspiration, il soulève la soupape S qui s’était refermée lors de la descente du piston, et se précipite dans l’espace vide. Cet air perdant de son ressort, et augmentant de volume, ne peut plus faire équilibre à l’air extérieur, par conséquent il faut que l’eau monte d’une certaine quantité. Après plusieurs coups de piston, l’eau montera jusqu’à la soupape A ou même jusque dans le corps de pompe. Si i’eau a pu s’élever dans le corps de pompe, le piston en descendant, fera fermer la soupape inférieure; la soupape supérieure s’ouvrira, et l’air s’échappera. En retirant le piston, nous ferons un vide, et comme la pression extérieure est constante, il en résultera que l’eau s’élèvera d’une certaine hauteur jusqu’à ce que la colonne soulevée fasse équilibre à la pression extérieure. En descendant encore le piston l’eau traversera la soupape s et viendra se loger dans la partie supérieure. Enfin, en continuant le jeu du piston, on forcera l’eau à s’élever à une hauteur indéfinie, si la force qui fait mouvoir la pompe est suffisante.

Telle est la construction de la machine extrêmement simple appelée pompe aspirante. Il s’agit d’examiner plus particulièrement les circonstances nécessaires pou/ le jeu de cette machine. Pour pouvoir au moyen de la pompe aspirante, élever l’eau à une hauteur quelconque, il est évident qu’il faut que l’eau parvienne au-dessus de la tête du piston. Or pour qu’elle parvienne au-dessus de la tête du piston, il faut que le corps de pompe ne soit pas placé à une hauteur plus grande que celle à laquelle la pression atmosphérique peut élever l’eau. Imaginez, en effet, que la distance entre le corps de pompe et le niveau du liquide soit de quarante pieds ou plus. En faisant le vide, en aspirant, c’est le mot scientifique qu’on emploie, vous éleverez la colonne d’eau à trentedeux pieds, mais vous ne pourrez aller au-delà. La colonne soulevée à une hauteur de trente-deux pieds fera baromètre .

Voilà donc un premier principe que nous pouvons établir à l’égard de la pompe aspirante ; c’est que le corps de pompe doit être établi à une hauteur moindre de 3a pieds, ou, pour mieux dire, à une hauteur inférieure à celle à laquelle l’eau peut être élevée par la pression atmosphérique. Car si nous étions sur une montagne, la pression de l’air ne serait pas suffisante pour soulever une colonne d’eau de 3e pieds.

Néanmoins, même en se mettant à une hauteur moindre que celle à laquelle l’air soutient l’eau, l’eau pourrait bien s’arrêter. C’est un cas qui est analogue à celui qui arrive dans la machine pneumatique ordinaire, lorsque le piston ne vient pas toucher exactement sur le fond. Vous vous rappelez que nous avons établi qu’une condition à laquelle il fallait avoir égard, pour que la machine pneumatique fît le vide aussi parfaitement que possible , était que la base du piston vînt s’appuyer exactement sur le fond du corps de pompe, et qu’il ne restât aucun espace où l’air pût se loger, et que le vide qu’on obtenait était déterminé parle rapport de cet espace oû l’air se loge à l’espace total que laisse le piston quand il est au haut de sa course : de manière que si dans le corps de pompe, le piston, au lieu de venir toucher exactement sur la partie inférieure, s’arrête, par exemple, à la moitié de sa course, alors l’air qui se trouve en dessous du piston ne pourra jamais être réduit qu’à moitié de sa densité, et nous ne pourrons, par conséquent, faire le vide qu’à moitié. Nous avons vu qu’il faut dans la pompe aspirante remplir cette condition que le ressort de l’air extérieur, plus la colonne d’eau soulevée, fassent équilibre au poids total de l’atmosphère. Si donc le ressort de l’air intérieur ne peut, à cause de l’obstacle qui retient le piston au milieu de sa course, être réduit qu’à moitié, l’eau ne pourra s’élever que de 5 mètres; en admettant que 10 mètres soient la hauteur à laquelle l’eau puisse être élevée par la pression de l’air extérieur. En effet, la moitié de cette pression se trouve contrebalancée par l’air intérieur réduit seulement à la moitié du ressort de l’air extérieur. Celui-ci n’agit donc plus sur la colonne d’eau qu’avec une force moitié moindre, et, par conséquent, au lieu de soulever cette colonne à une hauteur de îo mètres, il ne pourra la soulever qu’à une hauteur de 5 mètres.

Pour empêcher cette circonstance de se présenter, il y a un moyen bien simple : il consiste à faire en sorte que le piston descende et vienne s’appliquer exactement sur la base inférieure. Dans ce cas, en vous mettant à 9 mètres, vous pourrez encore élever l’eau. Cependant, il faut prendre garde

de ne pas aller jusqu’à la limite; parce que les pompes ne sont pas faites avec la précision qu’on met pour des instrumcns de physique. Les corps de pompe sont, au contraire, faits un peu grossièrement. En' général, on établit les corps de pompe à i5, 18, 20 et 24 pieds. Si on s’approchait trop de la limite , pour peu que les pistons ne jouassent pas parfaitement, et qu’il s’introduisît un peu d’air dans le corps de pompe, tous ne pourriez élever l’eau.

Quel est l’effort qu’il faut faire pour faire monter l’eau dans la pompe aspirante? Lorsqu’on soulève le piston, l’effort à faire est égal à la colonne totale soulevée. Ainsi je suppose que vous ayez placé le corps de pompe à une hauteur de 20 pieds, et qu’il s’agisse d’élever l’eau à une hauteur totale de 5o pieds. Nous aurons une colonne d’eau au-dessus du corps de pompe qui sera égale à 5o pieds. L’effort qu’il faudra faire pour soulever le piston sera égal à la somme des deux colonnes inférieure et supérieure, c’est-à-dire, à 5o pieds. En effet, examinons les pressions qui ont lieu dans la partie supérieure du piston et dans la partie inférieure, c’est la différence entre ces deux pressions qui mesurera l’effort qu’on devra faire pour soulever l’eau.

Dans la partie supérieure nous avons la pression de l’air qui agit sur la tête du piston. Lorsqu’on soulève le piston, on supporte la colonne d’eau qui repose sur ce piston. Désignant par P la pression atmosphérique et par H la colonne d’eau qui est portée par le piston, nous aurons pour la pression supportée par la tête du piston :

Sur la partie inférieure du piston, nous avons d’abord la pression de l’air qui agit par l’intermédiaire de l’eau; mais nous avons une colonne qui va depuis la base inférieure du piston jusqu’au réservoir, et qui agit en sens contraire de la pression atmosphérique; par conséquent, en désignant cette colonne d’eau par é, laprcssion exercée sur la base inférieure du piston sera exprimée par

Ainsi P + H est la pression exercée de haut en bas sur le piston; P — h est la pression exercée de bas en haut. Par conséquent c’est la différence de ces deux quantités qui mesure l’effort à faire pour soulever le piston.

Si de P -r H nous retranchons P — A, il nous restera P 4- H — P 4 h. Supprimant P et P qui se détruisent il restera H -f h ? c’est-à-dire la colonne d’eau au-dessus du pis-

ton, plus la colonne d’eau inférieure, pour mesure de l’effort nécessaire pour soulever le piston.

En descendant quel effort a-t-on à faire ? On n’a que l’effort nécessaire pour vaincre les frottemens. Car dès le moment qu’on descend le piston, la soupape intérieure se ferme; la soupape supérieure s’ouvre, et le piston nage librement dans l’air ou le liquide.

C’est un grand inconvénient d’avoir ainsi des efforts inégaux, et d’être obligé d’employer toute sa force pour soulever le piston et de n’avoir aucun effort à exercer pour le faire descendre.

POMPE ASPEÎiAŒTE ET FOULANTE.

La pompe aspirante et foulante, fig. 2, a comme la première, un corps de pompe et un tuyau d’aspiration qui sont séparés par une soupapes, qui s’ouvre de bas en haut. Mais au lieu d’avoir le piston percé et garai d’une soupape, le piston est solide et la soupape s est placée sur le côté du corps de pompe, à l’orifice d’un tuyau latéral qui d’abord marche presque horizontalement, et s’élève ensuite parallèlement au corps de pompe. La soupape s’ouvre du dedans au dehors.

Supposons que le piston soit au bas de sa course, les soupapes^, s , fermées. En retirant le piston, on fait le vide dans l’intérieur, au-dessous du piston. La soupape latérale reste fermée par la pression extérieure de l’air qui agit par le tube ; mais la soupape inférieure doit s’ouvrir d’après sa position. Par conséquent raréfaction de l’air, par conséquent élévation d’une certaine colonne d’eau , comme dans la première pompe. On descend ensuite le piston; le piston, en descendant, diminue l’espace, il comprime l’air, la soupape inférieure se ferme. Mais la soupape latérale doit s’ouvrir, lorsque l’effort intérieur sera plus grand que l’effort extérieur, et l’air s’échappera par cette soupape ; de manière que le piston pourra être ramené en bas immédiatement en contact avec le fond du corps de pompe. En remontant le piston, on fera de nouveau le vide, l’air se précipitera en ouvrant la soupape, et l’eau montera à une certaine hauteur. Après plusieurs coups de piston nous introduirons l’eau dans le corps de pompe; pourvu que nous ayons rempli cette condition de nous placer à une hauteur moindre de 32 pieds. Dans ce cas , nous ferons monter l’eau dans le corps de pompe , comme

dans la première pompe. Une fois l’eau arrivée là, vous pourrez la porter à une hauteur indéfinie en raison de la puissance qu’on peut employer. En effet, une fois que l’eau est dans le corps de pompe, le piston en descendant presse l’eau et la force à ouvrir la soupape latérale poursc loger dans le tuyau. La colonne dans le tuyau presse sur la base en raison de sa hauteur; si vous avez une puissance supérieure à cette pression, vous pourrez faire monter l’eau à une hauteur très grande.

Tel est le jeu de la pompe aspirante et foulante qui est , comme vous le voyez, d’une extrême simplicité.

L’eau arrivant dans le corps de pompe en raison de la pression de l’air extérieur, il faudra placer le corps de pompe à une hauteur inférieure à 52 pieds, première condition à remplir.

A présent , quel est la force qu’il faut employer pour faire marcher cette machine? Ici les efforts sont plus régularisés, c’est-à-dire, que chaque mouvement, en montant et en descendant, exige une certaine force. Ainsi nous venons de démontrer que dans la pompe aspirante, dans le moment où on aspire, on fait un effort égal à la colonne soulevée jusqu’au piston. Si l’eau est au-dessus du piston, on fait un effort additionnel égal à cette seconde colonne. Dans la pompe aspirante et foulante, l’eau ne dépassant jamais le piston, l’effort qu’il faut faire pour monter ce piston est mesuré par le poids de la colonne d’eau soulevée par aspiration. Après cela, quand le piston descend, il ne nage plus librement, il faut qu’il comprime l’eau et la force à passer par la soupape latérale pour s’élever dans le tube parallèle du corps de pompe ; et, par conséquent, il faut un effort qui soit égal au poids de la colonne dans le tube.

Ainsi , dans cette pompe , en aspirant , vous ferez premièrement un effort égal au poids de la colonne soulevée, et, en second lieu , en descendant le piston, vous ferez un effort égal au poids de la colonne qui est dans le tube latéral, c’està-dire que vous faites un effort en montant et en descendant. Vous sentez qu’il y a un grand avantage à régulariser ces deux efforts, de manière que le piston, quand il monte, demande un effort égal à celui qu’il exige quand il descend. Cela est très facile, toutes les fois qu’il s’agit d’élever l’eau à une hauteur qui ne dépasse pas 60 pieds. Supposons, par exemple, qu’il s’agisse d’élever de l’eau à 5o pieds, je divise cette hauteur en deux parties égales, et je place le corps de pompe à a5 pieds du niveau du réservoir dont je dois élever l’eau. Dans ce cas.

l’effort que j’aurai à faire pour soulever le piston sera exprimé par la colonne d’eau soulevée en aspirant, c’est-à-dire 25 pieds ; et l’effort que j’aurai à faire pour descendre le piston sera exprimé par la colonne d’eau que je devrai élever dans le tube , c’est-à-dire, par 25 pieds : ce qui me donne deux efforts parfaitement égaux.

Si on devait élever l’eau à6o pieds, vous sentez bien qu’alors, comme on ne peut se placer à 3o pieds au-dessus du réservoir, il faudrait faire un effort plus grand pour élever l’eau dans le tube, que pour la faire arriver dans le corps de pompe; c’està-dire, que l’effort nécessaire pour faire descendre le piston serait plus grand que l’effort nécessaire pour soulever ce même piston. Mais toutes les fois qu’on doit élever l’eau jusqu’à 4o ou même 5o pieds, on peut rendre les efforts en montant et en descendant parfaitement égaux.