ROUÉ A CUVE

DDl

elle de l'eau, pour que le travail transmis par Teau à la roue fut B plus grand possible.

§381. Roue & cuillers. — Les roues à axe vertical sont depuis Dngtemps employées, surtout dans le midi de la France, pour aire mouvoir des moulins. Elles se prêtent mieux que les autres à e genre*de travail, en raison de la simplicité de la transmission u mouvement de la roue motrice à la meule courante (§ 1 49) ; le lême arbre vertical porte la roue à sa partie inférieure, et la meule Durante à sa partie supérieure. Ces roues sont de deux espèces : 3S roues à cuillers^ et les roues à cuve.

Une roue à cuillers, pg. 445, est formée dune sorte de moyeu

ians lequel sont implantées des pièces de bois taillées de manière . présenter à l'eau une surface concave et oblique ; ces diverses >ièces sont désignées sous le nom de cuillers. L'eau est amenée ur la roue par un petit canal de bois, ou par une buse adaptée à a partie inférieure d'un réservoir. Chaque cuiller, en tournant, 'ient recevoir l'action de l'eau ; et les chocs successifs que reçoit, lînsi la roue entretiennent son mouvement.

On a trouvé que ces roues pouvaient utiliser environ le tiers du ravail moteur développé par la chute d'eau ; et que, pour cela, la rilesse des points de la roue qui sont directement choqués par l'eau levait être environ les 0,70 de celle du liquide. Ces roues con- /iennent bien, en raison de leur grande simplicité, pour des chutes m peu grandes qui ne fournissent pas beaucoup d'eau .

§ 382. Roue & en^e. — Les roues à cuve ont une forme analogue à celle des roues à cuillers ; mais, au lieu d'être isolées et de

recevoir le chDc d'une veine liquide qui vient tomber en un poinl de leur contour, elles sont installées dans une cuve cylindrique de

roaçonnerie qui est ouverte par 'le bas. L'eau motrice est amenée dans cette cuve, tangenliellement à sa circonférence, par un canal A, ^g. 446, qui aboutit au-dessus de la face supérieure de la roue; elle tourbillonne dan^ la cuve en vertu de la viles*e qu'elle possède, et, en descendant ainsi dans la roue, elle l'entraîne dans son mouvement giratoire. Après avoir passé enlit les surfaces courbes qui formée:

comme les palettes de la roue, elle tombe au-dessous, dans le bief d'aval.

Le mouvement de Teau dans la cuve détermine des frottements qui diminuent beaucoup sa vitesse ; d'un autre côté, une portion de l'eau s'écoule, sans produire d'effet, par l'intervalle qui existe entre le contour de la roue et les parois de la cuve. Aussi une roue à. cuve n'utilise-t-elle guère que les 0,1 6 du travail que représente la quantité d'eau employée : et, en la construisant avec tout le soin possible, on ne pourrait pas élever au delà de 0,25 ce rapport entre le travail transmis à la roue et le travail dépensé. Les roues à cuve sont employées principalement lorsqu'on a à sa disposition une grande quantité d'eau tombant d'une faible hauteur.

§ 383. Roues & réaetion. — Imaginons qn'un vase contenant de Teau soit disposé de manière à pouvoir tourner très facilement autour d'une verticale, fig. 447, et qu'il soit muni inférieuremenl de deux tubes horizontaux par lesquels l'eau puisse s écouler ; supposons de plus que les tubes soient recourbés à leurs extrémités, en sens contraire l'un de l'autre. Aussitôt que Técoulement se produira, on verra le vase prendre un mouvement de rotation dans le sens opposé à celui dans lequel l'eau sort de chaque tube. Pour se rendre compte de la manière dont ce mouvement se produit, il faut observer que les molécules liquides, animées d'une certaine vitesse à l'intérieur de chacun des deux tubes horizontaux, sont obligées de changer de direction lorsqu'elles arrivent aux extrémités de ces

TURBINE FOURNBYRON. 553

tubes, en raison de la forme qu'on leur a donnée ; ce changement dans la direction de la vitesse de chaque molécule ne peut pas s'effectuer sans qu'elle réagisse sur le tube, en produisant une pression en sens contraire : et c'est l'ensemble des pressions ainsi déterminées qui fait tourner l'appareil, et qui pourrait même lui faire produire une certaine quantité de travail. Le nombre des tubes horizontaux d'écoulement pourrait être de 3, 4, 5, etc.; le mouvement de rotation se produirait toujours de la même manière , pourvu que ces tubes fussent tous recourbés dans un sens convenable à leurs extrémités.

Cet appareil est désigné sous le nom d'appareil à réaction. Il a servi de type à plusieurs moteurs hydrauliques, appelés roues à réaction^ qui sont peu en^ployés, et que nous n'examinerons pas en détail.

§ 384. Turbine Fonmeyron. — Les roues à axe vertical ont reçu, depuis environ vingt-neuf ans, de grands perfectionnements qui les ont mises au rang des meilleurs moteurs hydrauliques qu'on puisse employer. Ces roues perfectionnées ont reçu le nom dé turbines. Nous allons en faire connaître la disposition .

La première turbine qui ait attiré l'attention générale, par les avantages qu'elle présente, et par les bons résultats qu'elle fournit sous le rapport de la quantité de travail effectué, est celle de M. Fourneyron. Voici en quoi elle consiste. L'eau du bief d'amont A, fig. 448, pénètre librement dans un cylindre B qui descend jusr qu'au-dessous du niveau du bief d'aval. Ce réservoir cylindrique est fermé à sa base ; mais il est ouvert latéralement, en C, sur tout son contour : en sorte que, si rien ne s'y opposait, l'eau qui arrive dans le cylindre B s'écoulerait par cette ouverture, en formant

une nappe continue qui s'étalerait dans tous les sens. Une roue annulaire D est disposée horizontalement, tout autour de l'ouverture

dont on vient de parler, de manière à se présenter partout sur le passage de la nappe d'eau qui s'en échappe. On se fera une idée nette de celte roue, en imaginant que ce soit la roue à aubes courbes de la fig. 443 (page 519) qu'on a placée horizontalement, après avoir enlevé les bras qui relient la couronne à l'arbre, afin que le bas du réservoir B puisse pénétrer à son intérieur. Une sorte de calotte de fonte E relie la roue à un arbre central F, qui s'élève verticalement, en passant à l'intérieur d'un tuyau disposé au mili<'" du réservoir B. La roue est tout entière plongée dans l'eau du bief d'aval, dont le niveau est en G. L'arbre F se termine inférieurement par un pivot, qui s'appuie sur un levier HK, mobile autour du point K^Une tige L, articulée à l'extrémité H du levier, se

TURBINE FOURNEYRON. 555

termine à sa partie supérieure par une vis dans laquelle s'engage un écrou ; c'est en faisant tourner cet écrou, qui est d'ailleurs fortement soutenu par des pièces fixes, qu'on peut élever ou abaisser à volonté l'arbre F, avec la roue qu'il porte, de manière à amener la roue à être exactement en regard de l'ouverture C par laquelle l'eau sort du réservoir B.

L'immersion de la roue dans l'eau du bief inférieur n'empêche pas l'eau du réservoir B de sortir par l'ouverture C, pour venir agir sur les aubes dont cette roue est munie sur tout son contour. L'écoulement se produit en vertu de la différence de niveau dans les deux biefs. Si l'eau n'était pas dirigée dans son mouvement à l'intérieur du réservoir B, les. molécules liquides sortiraient par les différents points de l'ouverture C, en se mouvant perpendiculairement à la surface latérale de ce réservoir. En pénétrant de cette manière à l'intérieur de la roue, elles agiraient bien sur les aubes courbes, et leur communiqueraient un mouvement de rotation : mais il serait difficile de disposer ces aubes de manière à satisfaire aux conditions générales que doit remplir un bon moteur hydraulique (§ 375). C'est pour cela que M. Fourneyron a disposé à l'intérieur du réservoir B des cloisons 0 ' courbes, dont on voit la forme sur la fig. 449, qui est une coupe horizontale faite dans la machine à la hauteur de la roue. La courbure de ces cloisons est dirigée en sens contraire de celle des aubes de la roue D. 11 en résulte que l'eau sort du réservoir B en se mouvant partout obliquement à sa surface ; elle vient ainsi rencontrer les aubes, qui s'opposent à la continuation de son mouvement, et exerce sur elles, de tous côtés, des pressions qui font tourner la roue p»S- *49.

dans le sens indiqué par la flèche.

Une vanne cylindrique aa, (ig. 448, existe à l'intérieur du réservoir B, sur tout son contour; cette vanne est destinée à rétrécir plus ou moins l'ouverture G par laquelle l'eau sort de ce réservoir, pour se rendre dans la roue. A cet effet, elle peut être abaissée ou élevée à volonté au moyen de trois tringles verticales 6, fc, munies à leur partie supérieure de filets de vis, dans lesquels s'engagent des écrous qu'il suffit de faire tourner ensemble dans le sens convenable. Les bords inférieurs de cette vanne aa présen-

556 EMPLOI DE l'EAC COMME MOTEUR.

lent une certaine épaisseur, et sont arrondis, afin d'évaser rorificp de sortie du liquide (§ 29il).

II semble que les aubes courbes de la turbine, qui se présentent à peu près perpendiculairement à la direction du mouvement de l'eau, doivent éprouver un choc de la part du liquide; et cependant il n'en est rien, lorsque la turbine marche convenablement. Pour s'en rendre compte, il faut observer que les choses ne se passent pas de la même manière que si les aubes étaient immobiles. Par suite du mouvement de la roue, les aubes fuient devant l«s filets liquides ; elles ne peuvent recevoir d'action de leur part qu'en vertu de la vitesse relative que ces filets liquides possèdent par rapporta elles (§ 327). Or, les aubes sont disposées de manière que, lorsque la turbine aura la vitesse qu'elle doit prendre habituellement, la vitesse relative de l'eau par rapport à la roue soit dirigée suivant la tangente à chaque aube menée paf son extrémité intérieure. Il résulte de là que Teau entre dans la roue sans produire de choc. En se mouvant le long des aubes courbes, de l'intérieur à l'extérieur, elle exerce une pression en chaque point, en raison de ce que sa vitesse change constamment de direction. Enfin elle sort de la roue avec une vitesse relative dirigée en sens contraire du mouvement des aubes ; et l'on conçoit que l'on puisse faire prendre à la turbine un mouvement tel que la. vitesse de sa circonférence extérieure soit précisément égale à cette vitesse relative. Si celte condition est remplie, l'eau, à sa sortie de la roue, ne sera animée que d'un mouvement insensible, et viendra ainsi se mêler à celle au milieu de laquelle la roue est plongée ; elle sera , pour ainsi dire, déposée sans vitesse par les aubes, qui fuient sans l'entraîner.

• On voit que la turbine Fourneyron satisfait aussi bien que la roue Poncelet (§ 379) aux conditions générales indiquées dans le paragraphe 375. Mais elle a sur cette dernière roue un avantage bien marqué, qui consiste en ce que l'eau marche sur les aube?, toujours dans le même sens, de l'intérieur à l'extérieur. Dans la roue en des.sous à aubes courbes, l'eau entre dans chaque aube, monte le long de sa concavité, puis redescend pour sortir par ou elle était entrée ; il en résulte que les diverses portions de la masse d'eau que contient chacune des aubes, n'entrant pas dans la roue exactement à un même instant, se gênent mutuellement dans leur mouvement, tant ascendant que descendant. Dans la turbine Fourneyron, au contraire, les quantités d'eau qui agissent successivement sur une même aube se suivent sans se gêner, en raison de ce qu'elles marchent toujours dans le même sens.

TURBINE FOURNBYRON. 557

Ajoutons à cela que, l'eau agissant en même temps sur toutes les aubes de la turbine, les pressions horizontales qu'elle exerce sur ces aubes ne tendent à entraîner l'axe do la roue ni d'un côté ni de l'autre ; et en conséquence ces pressions ne déterminent aucun frottement de l'arbre sur son pivot, ni sur les corps qu'il touche en divers points de sa hauteur, et qui sont destinés à le maintenir dans une position exactement verticale. Ces circonstances, qui n'auraient pas pu être réalisées dails une roue à axe horizontal, font que la turbine dont il s'agit donne de meilleurs résultats que la roue Poncelet. L'expérience a fait voir que cette turbine utilise les 0,75 du travail moteur que représente la quantité d'eau dépensée, et que même, dans certains cas,^elle en utilise les 0,80.

La turbine Fourneyron présente encore d'autres avantages d'une grande importance, que nous allons indiquer. D'abord elle peut fonctionner au milieu de l'eau du bief d'aval, comme le montre la . /Sgf. 448 .11 résulte de cette disposition, qui est généralement adoptée par M. Fourneyron, mais qui n'est pas indispensable : 1° que la machine fonctionne toujours, à l'époque des crues, comn^ au moment des basses eaux, sans qu'on ait à s'inquiéter de la hauteur plus ou moins grande du niveau de l'eau dans le bief d'aval ; %" que la totalité de la hauteur de chute est utilisée, ce qui n'aurait pas lieu si la roue devait être placée au-dessus du niveau de l'eau dans le bief d'aval; 3** enfin que la machine marche même au moment des fortes gelées, puisque l'eau ne passe à l'état de glace qu a la surface des cours d'eau.

Un autre avantage de la turbihe dont nous nous occupons, avantage qui a été constaté par des expériences nombreuses, consiste en ce qu'on peut faire varier sa vitesse dans des limites assez étendues, de part et d'autre de la vitesse qui correspond au maximum d'effet, sans que le rapport du travail utilisé au travail moteur que représente la quantité d'eau employée diminue beaucoup. Ce résultat a une très grande importance, pour les cas où une turbine doit marcher toujours avec la même vitesse, et où la hauteur de la chute d'eau motrice varie. En effet, la vitesse d'une turbine qui correspond au maximum d'effet dépend de la hauteur de la chute; elle augmente ou diminue en même temps que cette hauteur. Si la turbine marche toujours avec la même vitesse, sous des hauteurs de chute différentes, elle n'a pas constamment la vitesse capable de produire le maximum d'effet: il est donc très important que la machine, fonctionnant avec une vitesse différente de cette vitesse particulière, fournisse des résultats qui approchent beaucoup du maximum d'effet qu'on pourrait en obtenir.

558 EMPLOI DE l'e\L' COMME MOTEUR.

Enfin la turbine Fourneyron peat être adaptée à toute espèce d« chute, pourvu qu'on la dispose en conséquence, suivant la quantité d'eau plus ou moins grande qui doit agir sur elle, et la rapidité du monvement qu'elle doit prendre. Pour qu'il ne reste pas de doute à ce sujet, il suffit de citer deux exemples. M. Fourneyron a établi a SainuBlaise, dans la forêt Noire, une turbine qui est mise en mouvement par une chute de 4 08 mètres de hauteur ; celte turt>ine. dont le diamètre n'est que de O'fSS, fait 2300 tours par minute, et a une force de 40 chevaux- vapeur : elle utilise les 0,75 de la force de la chute. D'un autre côté, dans des expériences faites sur une turbine établieàGisors, on a trouvé que, sous une chute de 4% 15, la machine utilisait les 0,75 du travail dmloppépar la chute; que sous une chute de 0,62, elle en utilisait les 0,66 ; et enfin que sous une chute de 0",31, elle en utilisait encore les 0,60. Aucune des roues hydrauliques connues n'aurait pu produire d'aussi bons résultats, dans ces circonstances exceptionnelles.

§ 385. TarfolneCallon. — Au milieu de tous les avantages que nous venons de signaler dans la turbine Fourneyron, il existe un inconvénient qui fait qu'elle n'utilise pas toujours une aussi grande portion du travail développé par la chute. Nous avons dit que Tonverture par laquelle leau sort du réservoir, pour se rendre dans la roue, peut être rétrécie plus ou moins, dans le sens de la hauteur au moyen d'une vanne cylindrique,. qui règne tout autour du réservoir, et que Ton peut élever ou abaisser à volonté. On donne à celte vanne une position ou une autre, suivant qu'on a une quantité d'eau plus ou moins grande à dépenser. La nappe d*eau qui s'échappe du réservoir, sur tout son contour, pour pénétrer dans la roue, a donc une épaisseur plus ou moins grande, suivant les cas ; et, en conséquence, elle ne remplit pas toujours la roue dans toute sa hauteur. La partie supérieure de l'espace compris entre les aubes de la roue ne reste cependant pas vide ; mais l'eau qui s'y trouve ne possède pas la vitesse de celle qui sort du réservoir : et cela occasionne àf^ remous, accompagnés déportes de vitesse, qui déterminent une diminution dans l'effet utile. C'est pour cela que M. Fourneyron divise sa roue en plusieurs compartiments dans le sens de sa hauteur, au moyen de cloisons horizontales que l'on voit surla /!g . 4 48 . Mais ces cloisons ne font pas disparaître complètement l'inconvénient qui vient d'être signalé.

M. Ch. Gallon aimaginéun autremoyen de faire varier la quantité d'eau dépensée par la turbine. Ce moyen consiste à remplacer la vanne unique de M. Fourneyron par un grand nombre de vannes partielles, correspondant aux différentes portions (fie l'ouverture par

TUKBINE FONTAINE. 559

laquelle leau passe du réservoir dans la roue. A l'aide de celte modiôcalion, on conçoit que Ton puisse diminuer la quantité d eau qui sort du réservoir, sans diminuer l'épaisseur de la lame d'eau ; il suffit, en effet, déformer complètement quelques-unes des vannes partielles, prises régulièrement dans tout le contour du réservoir, et de laisser les autres entièrement ouvertes. L'inconvénient qui se présentait dans la turbine Fourneyron ne se rencontre plus dans celle de M. Gallon ; mais il est remplacé par un autre, qui consiste en ce que les diverses portions de la roue passent successivement devant des vannes ouvertes et devant des vannes fermées. Au moment où l'intervalle de deux aubes arrive en regard d'une vanne fermée, l'eau qui y est contenue, et qui est animée d'une vitesse assez grande, ne peut continuer à se mouvoir qu'en produisant un vide derrière elle, ce qui occasionne une diminution brusque dans sa vitesse, et par suite entraîne une perte de travail.

§386, Turbine Fontaine. — M. Fontaine de Chartres a donné à la turbine unedisposition différente de celle qu'avait adoptée M . Fourneyron . Au lieu de faire descendre l'eau motrice dans un cylindre qui pénètre jusqu'au milieu delà roue, pour la faire sortir sur tout son contour, et fe faire marcher dans la roue, de l'intérieur à l'extérieur, il a imaginé de faire sortir l'eau du réservoir A, fig. 450 , par une ouverture annulaire BB pratiquée dans son fond, et de la faire agir de haut en bas dans la rouç CG, qui se trouve placée au-dessous de cette ouverture annulaire. La roue est reliée par une sorte de calotte de fonte EE, avec un arbre vertical FF auquel elle communique son mouvement de rotation. Cet arbre est creux, et enveloppe un arbre GG qui est solidement appuyé au fond du bief inférieur. Ge dernier arbre ne tourne pas avec la roue ; mais il supporte en o, sur sa tête, qui forme crapaudine, un pivot fixé à l'arbre FF de la roue. Par cette disposition, la turbine est pour ainsi dire suspendue; et le pivot se trouvant hors de l'eau, on peut l'entretenir facilement dans un état convenable pour éviter les frottements et l'usure. ^

L'ouverture BB, par laquelle l'eau sort du réservoir, pour entrer dans la roue, est divisée, dans tout son contour, en un grand nombre d'orifices distincts , par des cloisons courbes destinées à diriger l'éâu dans son mouvement. Ghacun de ces orifices est muni d'une vanne spéciale à l'aide de laquelle on peut le fermer plus ou moins. Une couronne aa réunit les extrémités supérieures des tiges 6,6, de ces diverses vannes ; cette couronne est d'ailleurs soutenue par des tringles c, c, à l'aide desquelles on peut la faire monter ou descendre, ce qui fait varier en même temps la grandeur

des ouvertures par lesquelles Teau peut s écouler. La fig. 431 montre la disposition des vannes d, d, qui sont arrondies pour éviter les pertes de vitesse dues aux changements brusques de direction des filets liquides ; e, e, sont les cloisons courbes qui dirigent Teau à sa sortie ; /*, f, sont les aubes de la turbine , qui sont également courbes, mais dirigées en sens contraire des courbes directrices e, e.

Fig. 450.

La disposition que M. Fontaine a donnée à ses vannes fait disparaître en grande partie l'inconvénient que nous avons signalé dans la turbine Fourneyron, et qui fait que le rendement de la machine

TURBINE KOeCHLIN.

diminue lorsqu'on ne lui fournit pas toute l'eau qu'elle est capable dedépenser. Les deux espècesde turbines donnent d'ailleurs d'aussi bons résultats l'une que l'autre, lorsque les vannes sont suffisamment ouvertes.

§ 387. Tarbine K«Bchllii.— Les turbines dont nous venons de parler sont placées d'une manière incommode pour les réparations qu'on peut avoir à faire. On ne peut atteindre la roue (ju'autant que, par un moyen quelconque, on est parvenu à abaisser notablement le niveau de l'eau dans le bief inférieur, soit que la roue soit complètement immergée dans ce bief, soit qu'elle se trouve au-dessus de son niveau , mais à une. petite distance. Pour cela on établit ordinairement un barrage momentané, qui isole la portion de ce bief où se trouve la roue de tout le reste du cours d'eau ; puis, en agissant au moyen de pompés , on enlève l'eau qui y est contenue.

La turbine Kœchlin, qui a été imaginée par M. Jonval, et qui a . été construite et perfectionnée par MM. A. Kœchlin de Mulhouse, présente une disposition particulière, qui a pour objet de faire disparaître les difficultés de visites et de réparations que nous venons de signaler dans les autres turbines. Voici quel en est le principe. Concevons que l'eau soit amenée du bief d'amont dans le bief d'aval par un cylindre vertical qui débouche dans l'un et dans l'autre de ces deux biefs ; on pourra utiliser le travail développé par le passage de l'eau dans ce cylindre, en installant à sa partie inférieure une turbine telle que celles que nous avons décrites. Mais, au lieu de mettre la turbine au bas de cette chute, on peut aussi l'installer en un point quelconque de la hauteur du cylindre, pourvu que l'eau, en quittant la roue, et parcourant ensuite la portion de ce cylindre qui existe entre elle et le bief d'aval, ne soit mise en communication directe avec l'atmosphère qu'après qu'elle est arrivée dans le bief. On voit, en effet, que si l'on perd de la force en plaçant la ' turbine plus haut, en raison de ce que la hauteur du niveau du bief d'amont au-dessus de la roue est plus petite, d'un autre côté, on en

562 EMPLOI DB l'eau GOMME MOTEUR.

gagne par Taspiration qui se produit dans la partie du cylindre située au-dessous de la roue, aspiration qui est d'autant plus forte que la roue est à une plus grande distance du niveau de Teau dans le bief d'aval. On comprend maintenant que la position que Ion donnera ainsi à la machine permettra de la visiter et delà réparer beaucoup plus facilement ; car il suffira de ne plus laisser arriver Teau motrice dans le cylindre qui contient la turbine, pour que ce cylindre se vide complètement, et que la roue soit ainsi mise à sec.

La turbine Kœchlin, dans laquelle Teau agit de haut en bas, comme dans la turbine Fontaine, et non horizontalement comme dans les autres machines de ce genre, fournit d'ailleurs de très bons résultats, lorsqu'elle fonctionne dans les circonstances pour lesquelles elle a été établie.

§ 388. Tvrbincshydropiieiiiiuitlqaes. — Nous avons signalé les avantages que présentent les turbines de pouvoir marcher sous Teau, avantages dont le plus important est d'utiliser la totalité de la hauteur de chute, quels que soient les. changements de position du niveau d'aval. Mais nous avons vu qu'il en résulte un inconvénient notable, dans le cas où la turbine ne dépense pas toute l'eau pour laquelle elle a été construite. Si l'eau sort du réservoir à la fois par tous les orifices, que l'on rétrécit plus ou moins, suivant la quantité d'eau à dépenser, comme dans les turbines Fourneyron et Fontaine, elle ne remplit pas tout l'espace compris entre lès aubes de la roue ; le reste de cet espace est occupé par de Teau du

. bief d'aval, qui ne fait que tourner avec la roue, et dont la présence occasionne des remous accompagnés déportes de travail. Si un certain nombre des orifices de sortie du réservoir ont été fermés, tandis que les autres sont restés entièrement ouverts, comme dans la turbine Gallon, l'intervalle des aubes de la roue se remplit bien complètement lorsqu'il passe devant un oriBce ouvert; mais lorsque cet intervalle, en tournant, vient à passer devant un orifice fermé, l'eau y éprouve un ralentissement brusque, par suite do vide que son mouvement tend à produire derrière elle. Ces incon-

. vénienls ne se présenteraient pas si la turbine marchait hors de l'eau, et si elle était disposée de manière que l'intervalle de ses aubes ne fût jamais complètement rempli par l'eau qui s'y introduit successivement ; le reste de cet espace serait occupé par de l'air, qui communiquerait librement avec l'air extérieur, et dont la présence ne gênerait en rien la marche de l'eau dans la concavité des aubes courbes.

Pour réunir à la fois les avantages de la marche sous Feau, et ceux de la marche dans l'air, M. L.-D» Girard a eu l'idée de faire

ÏITRBINES HYDROPNËUMATIQUËS. 563

marcher les turbines dans Tair comprimé. Concevons qu'une turbine soit installée au-dessous du niveau d'aval, et qu'elle soit entièrement recouverte d'une espèce de cloche qui plonge dans l'eau, et dont les bords se trouvent un peu plus bas que la partie inférieure de la roue. Si l'on foule de l'air danis cette cloche, le niveau de l'eau s'y abaissera de plus en plus ; mais à partir du moment où ce niveau se sera abaissé jusqu'aux, bords de la cloche, les nouvelles quantités d'air introduites ne le feront pas baisser davantage ; l'air excédant s'échappera par le bas de la cloche, et remontera dans l'atmosphère en traversant l'eau du bief d'aval. A l'aide de cette disposi^on, la roue ne sera pas noyée ; elle se trouvera à une petite (distance au-dessus du niveau de l'eau environnante, et elle sera toujours placée de même par rapport à ce hiveau , quelle que soit la hauteur de l'eau dans le bief d'aval. Tel est le principe des turbines hydropneumaliques.

On se rend facilement compte de la manière dont l'eau agit dans une pareille turbine, en se reportant à ce qui a été dit sur l'écoulement d'un liquide par un- orifice, lorsque la pression est plus grande à l'orifice que sur la surface libre du liquide dans le réservoir (§ 289). Si le niveau du bief d'aval est situé à 3 décimètres au-dessus des bords de la cloche qui contient la turbine, l'excès de la pression de l'air renfermé dans celte cloche sur l'air extérieur sera mesuré par une colonne d'eau de 3 décimètres de hauteur. Donc l'écoulement de l'eau du réservoir dans la turbine, et par conséquent dans l'air comprimé de la cloche, s'effectuera de la môme manière que si cet air n'était pas comprimé, et que le niveau de l'eau du bief d'amont fût plus bas de 3 décimètres. Ainsi l'écoulement du liquide sera toujours dû à la hauteur de chute, c'est-à-dire a la différence de niveau des biefs d'amont et d'aval. L'emploi de la cloche à air comprimé amène donc le même résultat que si, en laissant la roue où elle est installée, on abaissait à la fois les biefs d'amont et d'aval d'une même quantité, de manière à placer le niveau du dernier à être immédiatement au-dessous de la roue. On voit par là qu'une turbine hydropneumatique réunit l'avantage de marcher dans l'air à celui d'utiliser autant que possible la totalité de la hauteur de chute.

Dans la construction des turbines hydropneumatiques, on n'a pas besoin d'adopter des dimensions telles que l'intervalle des aubes delà roue soit complètement plein de liquide, lorsque la turbine dépense la plus grande quantité d'eau qu'on puisse lui donner. Il vaut même mieux qu'une partie de cet intervalle soit toujours occupée par de l'air communiquant librement avec l'air environnant, et que l'eau ne

56/i EMPLOI DE l'eau COMME MOTEUR.

fadde que s'étaler en nappe dans la concavité de chaque aube. C'est ce qui fait que, lorsqu'on n'a qu'une petite quantité d'eau à dépenser, on peut donner à la roue des dimensions plus grandes que celles qu'on lui aurait données sans cela, et que, par conséquent, on peut la faire tourner moins rapidement, ce qui est un avantage réd. L'emploi des vannes partielles de M. Ch. Gallon, appliquées soit ans turbines Fourneyron, soit aux turbines Fontaine, est alors préférable à la disposition qui consiste à rétrécir plus ou moins les orifice par lesquels l'eau passe du réservoir dans la roue en n'en fermant aucun complètement. L'expérience a prouvé que les turbines établies de cette manière utilisent sensiblement la même fraction de la force de la chute (0,75), quelle que soit la quantité d'eau dépensée, ce qui est un résultat des plus importants.

Il ne reste plus qu'à indiquer de quelle manière on maintient udc atmosphère d'air comprimé dans la cloche qui recouvre la roue: On y parvient au moyen d'une pompe foulante à air, que la turbine ellemême fait mouvoir pendant tout le temps qu'elle marche . Les nouvelles quantités d'air introduites ainsi constamment dans la cloche compensent les pertes qui proviennent, soit des fuites cpii peuvent exister, soit de ce que l'eau entraîne de l'air avec elle ; mais la pompe en fournit toujours un excès qui s'échappe en passant sous les bords de la cloche, de sorte qu'on est sûr que le niveau de l'eau près de la turbine corroÊpond toujours à ces bords.

M. Girard a proposé d'appliquer le même système aux roues hydrauliques à axe horizontal, afin de les empêcher d'être noyées au moment des crues.

§ 389. Goiisidéraaoii»s^Bérale»«iir rétabUMementd»«M ronehydrauliqiie. — Lorsqu'on veut établir une rooehydraulique, pour utiliser la force d'une chute d'eau, il faut d'abord choisir, parmi les diverses espèces de roues, celle qui convient le mieux aux circonstances dans lesquelles on est placé. Des raisons de diverses natures peuvent entrer en considération pour le choix qu'on a à faire. La simplicité plus ou moins graode de la roue et des constructions que nécessitera son établissement; la facilité des réparations qu'on a besoin de faire de temps en temps à des machines de ce genre ; la nature de la chute, et les variations que sa force éprouve aux diverses époques de l'année; le besoin plus ou moins grand qu'on a d'utiliser le mieux possible la force de cette chute, sont autant de motifs qui conduiront à faire adopter tel ou tel système de moteur.

Lorsqu'on aura fait son choix, on saura quelle fraction de la force de la chute sera utilisée par la roue qu'on aura adoptée Ce

sera, par exemple, les 0j75 de cette force, s'il s'agit d'une roue à augets ou d'une turbine; o^ les 0,56, si c'est une roue en dessous à aubes courbes ; ou bien encore les 0,25, si c'est une roue en dessous à aubes planes.

On pourra donc, d'après la connaissance qu'on a de'la force de la chute, calculer le nombre de chevaux- vapeur qui représentera la force de la roue, et régler d'après cela le nombre et les dimensions des machines spéciales destinées à la production du travail utile, machines qui seront, ou des pompes destinées à élever de l'eau à une certaine hauteur, ou des moulins à farine, ou des métiers à filer, etc. Pour cela on aura besoin d'emprunter à l'expérience la connaissance de la quantité de chacun de ces travaux qui peut être effectué par la force d'un cheval- vapeur.

La hauteur de la chute, et la nature de la roue qu'on adopte, déterminent le nombre de tours que cette roue doit faire dans un temps donné pour produire le maximum d'effet. On devra, en conséquence, établir entre l'arbre de la roue et les mécanismes qu'elle doit faire mouvoir une liaison telle que ces mécanismes marchent avec la vitesse la plus convenable au travail qu'ils effectuent, lorsque la roue prendra ce mouvement particulier qui lui permet d'utiliser la plus grande fraction possible du travail développé par la chute. On se servira, pour cela, soit d'engrenages (§ 59), soit de courroies sansfîn(§58).

Enfin, d'après la connaissance de la vitesse que doit prendre la roue, et de la quantité d'eau que lui fournira la chute dans un temps donné, on déterminera les dimensions des aubes ou augets sur lesquels le liquide doit agir.

Lorsque la roue sera construite et installée, et qu'elle aura été mise en communication avec les machines spéciales qu'elle doit faire mouvoir, il ne s'agira plus que d'ouvrir les vannes qui permettent à l'eau motrice de sortir du bief supérieur, pour qu'elle vienne exercer son action sur la roue, et la mettre en mouvement. Si l'on donne à. la roue une quantité d'eau déplus en plus grande, il est clair qu'elle prendra un mouvement de plus en plus rapide. On conçoit donc que l'on puisse de cette manière lui donner la vitesse qui convient à son maximum d'effet; et, si les données d'expériences sur lesquelles on s'est fondé pour son établissement sont bien exactes, on devra dépenser ainsi précisément la quantité d'eau que la chute est capable de fournir sans interruption.

§ 390. MachiBe* colonne d'eau * simple elTet. — Les roues hydrauliques senties machines dont on se sert dans la plupart des cas pour utiliser la force d'une chute d'eau ; cependant il y a des

566 EMPLOI Dl L^BAd COMME MOT£0R.

circonstances exceptionnelles dans lesquelles on a recours à d'antres moyens. Lorsqu'on a à sa disposition une chute d'une grande hauteur, qui ne fournit qu'une petite quantité d'eau, on peut profiter de cette chute pour donner .un mouvement de va-el- vient à un piston qui se ment dans un corps de pompe ; ce mouvement de va-et>vient, en se transmettant ensuite à divers mécanismes, déterminera la production d'une certaine quantité de travail utile. Les machines motrices, dans lesquelles la force de l'eau est ainsi appliquée à un piston, qui, en raison de cette action, se meut tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre, sont désignées sous le nom de machines à colonne d'eau, La machine est à simple effet, lorsque l'eau ne fait mouvoir le piston que dans un sens, et que sod mouvement en sens contraire est déterminé par son propre poids, ou par le poids des diverses pièces qui lui sont tixées ; elle est à double effet, lorsque 1 eau agit constamment sur le piston, soit pour le pousser dans un sens, soit pour le faire mouvoir en sens contraire.

Nous prendrons pour exemple de machine à colonne d'eau a simple effet, les belles machines que M. Juncker a établies dans la mine de Huelgoat, en Bretagne. La fig. 452 en est une coupe qui montre tous les détails de leur disposition. Un piston A est installé dans un cylindre BB qu'il peut parcourir dans toute sa longueur. Ce cylindre est ouvert par le haut et fermé par le bas ; son fond est traversé par la tige du piston A. L'ean qui doit faire mouvoir la machine, et qui doit agir sur le piston A par la pression due à la hauteur de la chute, est amenée par un tuyau C, qui part da réservoir supérieur, et vient aboutir à la machine même. Une ouverture D, pratiquée au bas du cylihdre BB, permet à l'ean motrice de pénétrer dans ce cylindre, de presser le piston A de bas en haut, et de le faire monter à l'intérieur du cylindre ; cette même ouverture laisse écouler l'eau contenue dans le cylindre BB, et par suite permet au piston A de descendre, lorsqu'on supprime sa communication avec le tuyau C, et qu'on la fait communiquer librement avec l'atmosphère.

Pour que le piston A puisse prendre un mouvement de va-etr-vioit dans le cylindre BB, il faut donc que l'ouverture D soit alternativement mise en communication avec le tuyau des eaux molHces C et avec l'atmosphère ; c'est à cela qu'est destiné l'appareil régulateur que 1 on voit à gauche du cylindre BB. Cet appareil se compose essentiellement de deux pistons E, F, montés sur une même tige, et pouvant se mouvoir ensemble dans le cylindre qui les contient. Ces deux pistons occupent, sur la/fg. 452, la position la plus basse qu'ils

puissent prendre ; la fig. 453 , qui reproduit l'appareil régulateur seul, les montre au contraire dans leur position la plus élevée. Dans l'une ou dans l'autre de ces deux positions, Feau motrice, qui vient par le tuyau C, communique toujours avec l'espace compris entre les deux pistons £, F. Mais dans la première, fig. 452, le piston E est au-dessous de l'ouverture D, et par conséquent l'eau motrice peut venir presser le piston A et le faire monter ; tandis que dans la seconde, fig. 453, le piston £ intercepte le passage de l'eau motrice, et permet, au contraire, à l'eau qui s'est introduite sous le piston A, en le soulevant, de s'écouler par le tuyau de décharge G, "et de laisser redescendre le piston. Reste donc à faire voir comment les deux pistons E, F, reçoivent un mouvement de va-etvient, en vertu duquel l'ouverture D est alternativement en communication avec le tuyau C et avec le tuyau G.

Le piston F est un peu plus large que le piston E. L'eau motrice, qui arrive toujours librement entre eux , exerce donc une plus grande pression sur la face inférieure du premier que sur la face supérieure du second ; et, en conséquence, les deux pistons tendent constamment à monter, en vertu de la différence de ces deux pressions. C'est ce qui arrive en effet, tant qu'une autre action ne vient pas se combiner avec celles que nous venons de signaler, et c'est ainsi que les pistons E, F, passent de la position indiquée par la /îgf. 452 à celle de la fig. 453, Pour produire le mouvement contraire, on a adapté au cylindre dans lequel se meuvent les pistons E, F, un petit luyau H, qui se relève, et communique avec le dessus du piston F, par la petite ouverture I. L'eau motrice, en passant par ces conduits, vient exercer sa pression sur la tète du piston F : et, pour que la pression ainsi produite ne soit pas trop grande, on a surmonté le piston F d'un manchon cylindrique qui traverse le fond supérieur du cylindre ; en sorte que l'eau amenée par l'ouverture I ne presse ce piston que sur la surface annulaire qui entoure ce manchon. Un mécanisme particulier, dont nous allons parler, met l'ouverture I alternativement en communication avec le tuyau H qui amène l'eau motrice, et avec le tuyau MM qui aboutit au tuyau de décharge G. Dans le premier cas, la pression que l'eau motrice exerce sur la face supérieure du piston F, tout autour du manchon qui le surmonte, l'emporte sur la résultante des pressions que cette même eau exerce sur la face inférieure du piston F et sur la face supérieure du piston E ; et ces deiix pistons descendent/Dans le second cas, l'eau qui se trouve au-dessus du piston F communiquant avec le tuyau de décharge G, la différence des pressions de l'eau motrice sur la face inférieure du piston F et sur

EMPrX>I DB LEAD COMME MOTEUR.

la face supérieure du piston E fait remonter ces deux piston^:. Deux petits pistons K, L, se trouvent dans nn petit cylindre silué

Fig. 452. (Échelle de 22 millimètres pour mètre,)

entre le tuyau H et l'ouverture l. Un mouvement de va-et-vient de ces deux pistons amène le piston K, tantôt au-dessous de i'ouver-

urel, fig. 452, tantôt au-dessus de cette ouverture, fig. 453 ; et

rest ce qui fait communiquer le dessus du piston F, soit avec l'eau

notrice, par le tuyau H, soit avec le tuyau de décharge, par le con-

iiiît MM. Ce mouvement de va-et-vient des petits pistons K, L,

>st produit par le piston A lui-même. A cet effet il est surmonté

l'une tige NN, qui agit, à la fin de chaque course ascendante ou

iescendante, sur un levier OP, mo-

>ile autour du point 0. Une tringle

JR, articulée en Q à ce levier, trans-

iiet son mouvement à un second levier ST, mobile autour du point S,

luquel elle est articulée en R. La tige

les deux pistons K, L, est articulée

în T^ à rextrémité de ce levier ST. Le

évier OP se termine par un arc P, qui

îorte deux petites cames à ses extré-

nilés. La tigeNN, qui monte et descend avec le piston A, est d'ailleurs

LTiuiiie de deux petits taquets X, Y,

[îxés-, l'un sur sa face antérieure, l'au-

u re sxir sa face postérieure ; ces taquets

v^iennent, chacun à son tour, rencontrer une des cames de l'arc P, et

niettre ainsi en mouvement les deux

leviers OP, ST, et les pistons K, L.

La ^g. 452 montre la machine dans

la position qujoccupent les diverses

pièces, pendant que le piston A monte

sous l'action de l'eau motrice; les

pistons K, L, sont au bas de leur

course ; l'eau motrice, en arrivant par

le tuyau H et par l'ouverture I, presse

sur la face supérieure du piston F, et

niaintient ainsi les deux pistons E, F,

également an bas de leur course ; le

piston A est donc soumis à l'action de la colonne d'eau qui arrive libre- . ment de C en D, et il s'élève tant que les pistons E, F, ne changent pas de place. Lorsque le piston L arrive vers le haut de sa course, le taquet X saisit la came que porte l'extrémité supérieure de Tare P, et soulève cet arc, en faisant tourner le levier OP autour du point 0 : le levier ST tourne en même temps autour du point

Fig. 453.

570 EMPLOI DE l'eau COUNE MOTEUR.

S, et les deux pistons K, L, sont amenés à la partie sup^eurf de leur course, fig. 453. Dès lors l'eau qui surmonte le piston F n'éprouve plus la pression de Teau motrice, puisqu'elle communique avec le tuyau MM ; les pistons £, F, remontent : Teau qui se trouve sous le piston A est mise en communication avec k tuyau de décharge G : et ce piston redescend en vertu de ses poids et du poids des pièces qui font corps avec lui. Lorsque le piston A arrive vers le bas du cylindre BB, le taquet Y saisit la came inférieure de l'arc P, et, en l'abaissant, elle ramène le levier ÔP dans la position qu'il occupait d'abord, fig. 45 i ; les pistons K. L, sont ainsi ramenés en même temps au bas de leur course. L'eau motrice, pouvant passer de H en I, vient agir sur la tét£ du piston F, et détermine l'abaissement des deux pistons £, F le tuyau C est donc de nouveau mis en communication avec le bas du cylindre BB, le piston A remonte, et ainsi de suite. Oc voit donc que, dès le moment que la machine a commencé à se mouvoir, elle se suffit à elle-même, et continue indéfiniment à marcher, sans qu'on ait besoin de s'en occuper.

Pour modérer la marche de la machine, on a placé deux soupapes à gorge U, Y, dans les tuyaux C, G. En tournant ces soupapes d'une quantité plus ou moins grande, on produit des étranglements qui ralentissent la marche du piston A ( § 304), soit lorsqu'il monte, soit lorsqu'il descend, et Ton peut ainsi faire en sorte qu'il prenne telle vitesse que Ton veut. Les positions que Tod donne aux taquets X, Y, sur la tige NN, règlent d'ailleurs retendue de la course du piston. Pour arrêter la machine , il suffit de fermer deux robinets qui sont installés, l'un sur le tuyau U. l'autre sur le tuyau M ; cette simple opération fait que les pistons £ , F , ne peuvent plus ni monter ni descendre : ils s'arrêtait t l'endroit où ils se trouvent au moment où l'on ferme c^ ôm robinets. On peut même reconnaître sans peine que la fermeture d'un seul de ces robinets suffit. Si, après avoir arrêté b machine pendant un temps plus ou moins long, on vient à onvnt les robinets qu'on avait fermés, la machine se remet en marche d'elle-même , et reprend son mouvement au point où on l'avait suspendu.

Les cannelures que l'on voit vers le haut et vers le bas du piston £ sont destinées à empêcher que la communication de Fouverlan? D avec le tuyau de l'eau motrice C, et avec le tuyau de décharge G, BO soit établie et interrompue trop brusquement, ce qui occasionnerait des chocs, et pourrait détériorer promptement la macbine. Lorsque le piston £ passe devant l'ouverture D, en s abaissant,

MACHINE A COLONNE d'EAU A SIMPLE EFFET. 571

l-eau motrice commence par communiquer avec cette ouverture par les cannelures supérieures ; le passage qui est ainsi offert à cette eau s'agrandit de plus en plus, en raison de ce que la profondeur des cannelures va en augmentant depuis leur origine jusqu'à la base du piston : en sorte que la communication de Teau motrice avec l'ouverture D s'établit ainsi progressivement jusqu'à ce que cette ouverture soit complètement démasquée. Il en est de même pour la communication de l'ouverture D avec le tuyau de décharge, lorsque le piston E remonte.

Lorsque le piston E passe devant l'ouverture D, il éprouve une forte pression latérale de la part de l'eau qui y est contenue. Pour que cette pression ne l'applique pas fortement contre la paroi du cylindre dans lequel il se meut, ce qui donnerait lieu à un frottement considérable, on a évidé ce cylindre, dans tout son contour, en regard de l'ouverture D. De cette manière, leau contenue en D se répand librement tout autour du piston E ; elle exerce également sa pression sur tout son contour, et il en résulte qu'il n'est appuyé ni d'un côté ni de l'autre sur la paroi du cylindre dans lequel il est engagé : il se meut sans éprouver plus de frottement sur cette paroi que s'il n'était pas soumis à la pression dont nous parlons.

Deux machines, entièrement pareilles à celle que nous venons de décrire, sont installées l'une à côté de l'autre, dans la mine de plomb argentifère de Huelgoat. Elles sont mises en mouvement par une chute d'eau de 60 mètres de hauteur. Le piston moteur A de chacune d'elles est lié à une longue tige qui traverse le fond du cylindre BB, et descend verticalement dans un puits, pour y faire mouvoir une pompe d'épuisement. Cette pompe élève d'un seul jet l'eau du puits à une hauteur verticale de 230 mètres. C'est lorsque le piston A monte dans le cylindre BB, que l'eau de la mine est refoulée par la pompe dans le tuyau d'ascension, à cette hauteur prodigieuse. Pendant que ce piston moteur redescend, avec la longue tige qui le relie au piston de la pompe d'épuisement, il n'a aucune résistance utile à vaincre ; aussi a-t-on employé un moyen particulier pour équilibrer en grande partie le poids de tout cet appareil, afin d'éviter la trop grande rapidité de sa descente, et les inconvénients graves qu'elle aurait pu entraîner. Au lieu de placer le cylindre BB au niveau de la galerie souterraine par laquelle devaient s'écouler les eaux provenant de la pompe d'épuisement et du tuyau de décharge G, on l'a installé à 44 mètres en contre-bas de cette galerie. La hauteur de la colonne d^eau motrice se trouve donc portée ainsi à 74 mètres ; et 'l'eau, après avoir

572 ' IMPLOI DE L'BAU COMMB MOTEUR.

soulevé le piston moteur A, ne peut être expulsée par lui du cylindre BB, pendant qu'il descend, qu'autant qu'il l'a fait remonter à une hauteur de 4 4 mètres, par le tuyau de décharge G. Cette élévation de l'eau qui a agi dans la machine est une résistance que le piston doit vaincre en descendant, et qui a été calculée de manière à modérer convenablement son mouvement. Elle ne doit pas être assimilée à une résistance entièrement inutile, telle que celle déterminée par une soupape à gorge, qui rétrécit plus ou moins le passage de l'eau, et diminue ainsi sa vitesse : car son emploi a donné lieu à une augmentation correspondante dans la puissance de la colonne d'eau motrice»

'Les belles machines de Huelgoat, qui fcmctionnent avec une douceur et une régularité parfaites, utilisent près des deux tiers du travail moteur développé par la chute.

§ 391 . machine * colonae d'eau * double effet. — La disposition de la machine à colonne d'eau à double effet a beaucoup d'analogie avec celle de la machine à simple effet. Il n'y a de différence essentielle qu'en ce que le piston A, fig, 454, se meut dans un cylindre BB fermé à ses deux extrémités, et en ce que l'appareil régulateur, au lieu de ne faire communiquer alternativement le tuyau de l'eau motrice et le tuyau de décharge qu'avec le bas du cylindre, établit ces communications alternatives, à la fois avec la partie supérieure et avec la partie inférieure, par les ouvertures G, D. C'est par le tuyau vertical E qu'arrive l'eau motrice : ce tuyau s'embranche avec deux tuyaux F, G, 'dont le premier amène l'eau à louverture G, et le second à l'ouverture D, Deux pistons H, K, fixés à une même tige, peuvent se mouvoir dans un petit cylindre placé à côté du cylindre principal BB. Dans la position actuelle de ces deux pistons, l'eau motrice arrive dans la partie inférieure du cylindre BB, en passant par le tuyau G et par l'ouverture D ; elle exerce donc sur la face inférieure du piston A une pression qui est dirigée de bas en haut. En même temps l'eau qui se trouve au-dessus du piston A communique librement par l'ouverture G, avec le tuyau de décharge L. Le piston Â, étant plus pressé sur sa face inférieure que sur sa face supérieure, prend un mouvement ascendant ; l'eau qui le surmonte sort par le tuyau L. et tombe dans une caisse M, qui communique avec le canal destiné à son écoulement. Goncevons maintenant qu'au moment où le piston A atteint l'extrémité supérieure du cylindre BB, les deux pistons H, K, s'abaissent, de manière à se placer respectivement au-dessous des ouvertures G, D ; l'ouverture G communiquera avec l'eau motrice, par le tuyau F, et l'ouverture D avec le tuyau de décharge

MACHINE A COLONNE D*EAÛ A DOUBLE EFFtT. 573

. : le piston A redescendra donc, en faisant sortir par ce tuyau de écharge toute l'eau qui s'était introduite sous lui. Si les pistons

Fig. 4 54.

H, K, reprennent leur première position, lorsque le piston A sera arrivé au bas de sa course, l'eau motrice, agissant par l'ouverture D, le fera remonter ; et ainsi de suite.

On voit donc que, pour établir alternativement les communications des ouvertures C, D, avec le tuyau de l'eau motrice E, et avec

le tnyau de décharge L, il suffit de faire descendre lès deux pistons H, K, lorsque le piston A est au haut de sa course, et de les faire remonter, lorsqu'il est arrivé au bas. Ce mouvement alternatif et intermittent des pistons H, K, est produit au moyen d'un piston N qui est adapté à l'extrémité de la tige de ces deux pistons, et qui peut se mouvoir dans un cylindre spécial placé au-dessus de celui où se trouvent les pistons H, K. Un robinet 0, qui prend deux positions différentes, suivant que le piston A arrive au haut ou an bas de sa course, fait communiquer alternativement la partie inférieure et la partie supérieure de ce petit cylindre, soit avec \'m motrice, soit avec l'atmosphère, par l'intermédiaire des tuyaux P, Q. Dans la position indiquée par la figure, Teau motrice, qoi arrive toujours librement dans le tuyau F, passe par les tuyara R, Q, et presse le piston N de bas en haut ; tandis que l'eau qui est au-dessus de ce piston communique librement avec TatoH^ phère, par le tuyau S, qui vient déboucher au-dessus de la caisse M. Si le robinet 0 tourne d'un angle droit, il prend la position indiquée par la fig. 455, et les communications sont interverties : l'eau motrice agit sur la face supérieure du piston N, en passant par les tuyaux R, P, et Teau qui est au-dessous de ce piston communique a\K l'atmosphère, par les tuyaux Q, S r ce qui faiî que le piston N descend, en entraînant avec Iules deux pistons H, K. Le robinet 0 est muni, à l'une de ses extrémités, d'une manivelle T, dont le bouton s'engage dans l'œil allongé qui termine une bielle U, articulée à un prolongement delà tige du piston A. Tant que le bouton de la m- . nivelle T se trouve entre les extrémités de ce;

œil, le piston A se meut, sans que le robinet 0 prenne le moindre mouvement; la bielle U n'agit sur la manivelle T que lorsque le piston A est près d'atteindre Fuse ou l'autre des extrémités de sa course. Il est aisé de comprendre, d'après cela, que la machine se suffit à elle-même, et qu'elle doit marcher ainsi indéfiniment, sans qu'on ait besoin de s'en occuper tant qu'il arrivera par le tuyau E de l'eau capable de vaincre par sa pression les résistances appliquées au piston A.

§ 39^. BéUerliydraolliiiie.— -Nous avons dit (§ 375) que Teau d'une chute agissait quelquefois d'elle-même, sans intermédiaire, pour produire du travail utile : nous allons en voir un exemple remarquable dans le bélier hydraulique. Cette machine ingénieuse, inventée par Montgolfier, en 4 796, a pour objet de profiter de la

BÉLIER HTDRAUUQCE. 575

>rce d'une chute d'eau, pour élever une portion de l'eau fournie par 1 chute à un niveau supérieur à celui du bief d'amont.

Imaginons que l'eau delà chute dont on dispose ne puisse s'écou- 3r que par un tuyau d'une certaine longueur, qui débouche au las de la hauteur de chute. Lorsque ce tuyau sera ouvert à son xtrémité inférieure, l'eau s'écoulera en prenant une vitesse qui épendra à la fois de la hauteur de chute et des frottements occa> ionnés par son mouvement dans le tuyau. L'écoulement étant tabli, si Ion vient tout à coup à fermer l'orifice de sortie du tuyau, Dute l'eau contenue à son intérieur sera obligée de s'arrêter brus- [uement ; mais cela ne se fera pas sans que cette masse d'eau xerce une pression énorme sur les parois qui la renferment. Concevons maintenant qu'un tuyau d'ascension s'embranche sur le uyau d'écoulement dont nous venons de parler, et que l'extrémité nférieure de ce tuyau d'ascension soit fermée par une soupape rouvrant de bas en haut. Au moment où la colonne d'eau en mouvement sera brusquement arrêtée, elle ouvrira la soupape, et s'élancera dans le tuyau d'ascension, où elle montera jusqu'à une ceraine hauteur. Si l'on recommence à produire le mouvement de 'eau dans le tuyau d'écoulement, et à l'arrêter tout à coup en fer-" nant l'orifice, le liquide ouvrira de nouveau la soupape du tuyau l'ascension, pour passer en partie dans ce tuyau, où le niveau rélèvera en conséquence. En répétant successivement la même )pération, oh pourra déterminer ainsi l'élévation de l'eau dans le uyau d'ascension, à une hauteur beaucoup plus grande que la haueur de chute ; et, si ce tuyau aboutit à un réservoir supérieur, on Kïurra emplir le réservoir, en opérant comme nous venons de le lire, pendant un temps suffisamment long. Tel est le principe du délier hydraulique. Voyons maintenant quelle est la disposition que lUi a donnée Montgolfier, et d'après laïquelle il fonctionne seul, sans pi'on ait besoin de s'en occuper.

La fig. 456 est une coupe d'un bélier hydraulique qui existe au bbâteau de la Celle- Sain t-Cloud, près Paris, et qui y a élé établi par Montgolfier lui-même, pour l'élévation de l'eau nécessaire aux t3esoins du château. L'eau d'une pièce d'eau, située à un niveau supérieur, et alimentée par des sources, est amenée par le tuyau A. Ce tuyau présente une ouverture tournée vers le haut, par laquelle feau s*écoule. Une soupape B est suspendue par sa tige à une sorte d'étrier qui surmonte cette ouverture, et se trouve ainsi sur' le chemin du liquide, qui passe tout autour d'elle pour sortir. A partir du moment où l'écoulement commence, la vitesse de l'eau va en augmentant ; il en résulte que la soupape B éprouve de bas

576 EMPLOI DB l'eau COMME MOTEUR.

en haut, de la part du liquide, une pression de plus en plusgraiide; bientôt cette pression suffit pour la soulever, et elle vient s'appliqon contre les bords de l'orifice, qu'elle fermecomplétement. Alors tooK la masse d'eau contenue dans le tuyau A, se trouvant animée do» vitesse un peu grande, et ne pouvant plus sortir par cet oriike.

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Fig. 456. (Échelle de 12 centimètres pourmêlre.)

exerce une pression considérable sur toutes les parties des parois qui la contiennent ; celte pression ouvre les soupapes E, E ; aw certaine quantité d'eau, traversant ces soupapes, se rend ainsi daos un réservoir qui les enveloppe, et d'où elle passe dans un tuyau d'ascension G. Au bout d'un temps très court, toute la vitesse de Teau contenue dans le tuyau A est anéantie; les soupapes £, £ ^c J'erment; la soupape B, qui n'éprouve plus une aussi grande pression sur sa face inférieure, retombe dans sa position primitive, ei |e jeu de la machine recommence comme précédemment. L'eau qui sort du tuyau A, pendant tout le temps que la soupape Best