CHAPITRE IX

SUITE DE L'HYDRAULIQUE - COMPARAISON ENTRE LES DIFFÉRENTS RÉCEPTEURS HYDRAULIQUES

(293) Les divers récepteurs hydrauliques qui font l'objet des trois chapitres précédents sont ceux que l'industrie utilise généralement. La variété des appareils employés est assez grande, et l'emploi de la plupart d'entre eux assez répandu pour donner la présomption qu'aucun ne présente, relativement aux autres, une supériorité absolue, indépendante de toutes circonstances de chute et d'emploi.

U faut donc, comme complément indispensable de l'étude qui précède, arriver à préciser ces circonstances, à en discuter la valeur, et par suite à déterminer quel est, dans un cas particulier donné, le récepteur auquel on doit accorder la préférence.

Ces circonstances sont de deux espèces, les unes se rapportent à la nature de la chute à utiliser, c'est-à dire à la hauteur de cette chute, à son volume normal, et à son régime, ou aux variations des niveaux d'amont et d'aval et du volume d'eau suivant les saisons, etc.

Les autres circonstances se rapportent à l'emploi industriel spécial qui devra être fait du récepteur utilisant la chute.

§ 1. — De la chute à utiliser,

(ItfM) Les éléments principaux à considérer sont la hauteur de la chute et le volume d'eau qu'elle débite.

Nous supposerons, pourfaciliter la discussion elles comparaisons, qu'il s'agisse, pour toutes les chutes, d'une même force, soit par exemple, d'une force théorique d'une cinquantaine de chevaux, ou que Ton ait: pQH= 50 x 75 = 3750, la quantité pQ étant le poids en kilogrammes de Teau débitée par la chute, et la quantité II la hauteur disponible en métrés.

Par l'égalité pQH=5750, on connaîtra le poids d'eau si la hauteur H est donnée, et on trouvera la hauteur H si le débit est donné.

(!&95) Si la hauteur H est de 150 mètres et au-dessus^ ce qui suppose un volume d'eau disponible de 25 litres et ait-dessous, il est permis de penser que le récepteur à préférer serait la machine à colonne d'eau. A cette hauteur, en effet, la vitesse correspondante V== v'SjH dépasse déjà 54 mètres, et si l'on voulait employer une turbine, la vitesse Rgj, dans les conditions ordinaires de tracé, serait, d'après ce qu'on a vu au n* 222, de 38 mètres, chiffre au delà duquel il serait, pensons-nous, convenable de ne pas aller. Les roues ordinaires à axe horizontal sont d'ailleurs, dans l'espèce, hors de question.

En supposant qu'il s'agisse d'une machine de rotation à double effet, et qu'on adopte un seul cylindre, avec une vitesse moyenne du piston de 0'°,50, le diamètre du piston sera donné par la formule

^ X 0,50 = 0,025, d'où rf=0",25. Si l'on prend une course de

C^ïSC, la machine fera 30 tours par minute.

En supposant la même course, le volume d'un cylindre devient, avec deux cylindres à double effet, la moitié, et avec trois cylindres à simple effet, les deux tiers du volume du cylindre unique, ce qui donne respectivement et en nombre rond d=0"*,17, et d=0",20.

On modifierait le nombre de tours en changeant la longueur de la course, et le diamètre du piston en changeant la vitesse moyenne. On aurait toujours, en restant dans les limites adoptées par la pratique, une machine assez peu encombrante, et son rendement, même en tenant compte largement de la perte d'eau due aux espaces nuisibles, serait probablement de 70 pour 100, soit une force utile de 35 chevaux.

Si la hauteur de la chute allait en croissant au delà de 150 mètres, les dimensions de la machine diminueraient; on pourrait augmenter un peu la vitesse moyenne du piston, et par ces deux causes, la vitesse de la rotation irait en croissant. On empêcherait un accroissement trop rapide, en augmentant le rapport de la course au diamètre du piston. L'emploi de la machine à colonne d'eau serait donc possible pour ces chutes très-élevées, et Ton a été effectivement jusqu'à des charges de 500 mètres, ainsi que nous Tavous dit plus haut.

(296) Pour une chute descendant au-dessous de 150 mètres, l'emploi d'une turbine commence à devenir possible, concurremment avec la machine à colonne d'eau. On voit facilement qu'à mesure que la hauteur de la chute diminuerait, le volume d'eau augmentant en raison inverse, on aurait à diminuer la vitesse de rotation et à augmenter le diamètre de la turbine, ce qui serait un avantage, tandis qu'il faudrait, pour la machine à colonne d'eau, diminuer un peu la vitesse moyenne du piston et augmenter la dimension du cylindre, ce qui serait un inconvéyneiit. Ainsi, à mesure que la hauteur diminuerait, les avantages de la turbine augmenteraient, et la machine à colonne d'eau serait de moins en moins indiquée. On aurait à se décider sur le choix, d'après des considérations particulières, telles que l'usage auquel l'appareil serait destiné, le plus ou moins de pureté des eaux, etc., etc.

(•99) Pour une chute réduite au huitième de la hauteur qui nous sert de point de départ, soit, en nombre rond^ à 20 mètres, on verrait que le volume des cylindres de la machine à colonne d'eau devrait être huit fois plus grand, ou le diamètre et la course doubles, pour un même nombre détours; mais ce nombre constant de tours, avec une course double pour le piston, doublerait en même temps la vitessemoyenne de cette pièce ^ tandis que cette vitesse doit au contraire plutôt diminuer, à mesure que la machine devient plus volumineuse.

On pourrait se proposer, par exemple, de conserver le même rapport de 1 à 2 entre le diamètre et la course du cylindre* et de réduire la vitesse moyenne de O^jSO à 0'",40.

Désignant par d le diamètre trouvé pour la hauteur de chute de 150 mètres, par V la vitesse moyenne, et par D le diamètre correspondant pour la chute d'environ 20 mètres, on aurait la relation

-^'x f Vr^SxTtÇx V... D*=iOd«... D=Md.

On aurait donc un diamètre de 0",77, et une course de l'",45. Le nombre de tours serait réduit 6 environ par minute.

Une| telle machine serait considérée comme étant déjà fort encombrante, chère à établir, et demandant un assez grand entretien, surtout si les eaux n'étaient pas très-pures. On lui préférerait assurément une turbine, laquelle pouvait être, selon les circonstances, à axe vertical ou à axe horizontal.

(Î898) Mais arrivé à celte hauteur de chute de 20 mètres, on est assez près de la limite où commence la possibilité de faire intervenir une nouvelle classe de récepteurs, celle des roues à augets en dessus. Leur emploi est en effet limité à la fois par la condition de prendre l'eau vers le haut de la chute, et par la considération du diamètre maximum qu'on peut pratiquement leur donner.

En fixant ce maximum à 18 mètres, chiffre qui n'a été atteint que très-exceptionnellement (quoiqu'on cite quelques exemples où il a été dépassé), une roué à augets sur une chute de 20 mèlres, aurait environ 2 mèlres de tète d'eau.

La vitesse de l'eau, à l'arrivée sur la roue, serait d'environ 6 mètres; la roue pourrait avoir celle de 3 mètres et l'on ne perdrait ainsi que 1 mètre de chute, ou 5 pour 100. La roue ferait environ 4 tours et demi par minute, et par suite de son assez grande vitesse à la circonférence, on pourrait ne lui donner qu'un mètre au plus de largeur, pour débiter convenablement les 190 litres environ qu elle recevrait par seconde.

Le centre de courbure de la surface de l'eau dans les augets serait situé au-dessus du centre de la roue à une hauteur donnée par la

formule h= ^. (Voy. n** 181), qui devient ici

Cl)

Soit ft=45 mètres. Il n'y aurait donc pas d'effet sensible de versement prématuré des augets, et la roue pourrait être considérée comme fonctionnant dans de très-bonnes condilions.

Ce serait un très-bon récepteur, mais qui serait coûteux à établir, à cause de ses dimensions. On peut penser que, même construit principalement en bois, le poids de ses ferrures ne serait peutêtre pas inférieur au poids total d'une turbine utilisant la même chute.

(«99) Pour des chutes inférieures à 20 mètres, l'inconvénient signalé en dernier lieu se réduirait de plus en plus. Pour des hauteurs comprises entre un maximum de 15 à 16 mètres, et un minimum de 5 à 6 mètres, il est permis de penser que les roues à augets ne seraient inférieures à aucun autre récepteur. En effet, les conditions théoriques de leur établissement sont faciles à appliquer à un cas donné; ces conditions remplies, on est assuré que les roues auront un rendement considérable. Enfin elles sont d'une construction simple, et elles n'ont aucun inconvénient à redouter de l'acidité ou du défaut de limpidité des eaux.

A mesure que la hauteur de la chute diminue, la vitesse de rotation de la roue et sa largeur augmentent, pour une même vitesse à la circonférence. On a d'ailleurs une certaine latitude pour ce dernier élément, selon qu'on donne Teau en déversoir, ou que Ton consent à sacrifier un peu de la hauteur de la chute, en faisant usage d'une vanne de fond avec une certaine tête d'eau.

Cet artifice est à recommander, lorsque le volume d'eau à débiter conduirait, avec une roue lente, à une largeur trop considérable.

(800) Ainsi, par exemple, avec une chute réduite à 6 mètres, et un volume d'eau correspondant de 625 litres, une roue très-lenle (à 1 mètre de vitesse), devrait avoir près de 6 mètres de largeur; c'est à peu près la limite supérieure que la pratique permette d'adopter, et encore suppose-t-ellc la roue établie dans de très-bonnes conditions de solidité. On voit que l'on réduirait cette largeur de moitié en doublant la vitesse, ce qui ne ferait une perte que de deux décimètres sur la chute.

Mais on comprend qu'à mesure que la chute diminue, celte perte prend une importance relative croissante, et qu'il devienne de plus en plus intéressant de l'éviter, en se tenant, pour la roue, à une faible vitesse, et en acceptant une grande largeur.

On est ainsi, en définitive, entre deux écueils, ou perdre de la chute en donnant de la vitesse, ou augmenter indéfiniment la largeur de la roue en réduisant indéfiniment la vitesse.

(80i) Ceci revient à dire que pour une force donnée, il existe une hauteur de chute au-dessous de laquelle le volume d'eau est tel qu'il devient impossible de l'utiliser convenablement sur une roue à augets, parce que la largeur à donner à cette roue serait inexécutable. C'est ce qui aura lieu, pour la force constante de 50 chevaux sur laquelle nous raisonnons, lorsque la chute sera réduite à 4". Le volume correspondant sera de plus de 900 litres. Une telle quantité d'eau, avec une roue très-lente, demanderait une largeur excessive, et chargerait énormément cette roue.

Arrivé à cette limite, deux solutions peuvent intervenir pour résoudre la difficulté :

Une roue à augets de côté, avec coursier, ou une turbine.

La roue de côté (voy. n" 185), aurait la propriété de reporter sur le coursier fixe une partie du poids de l'eau, de permettre de remplir beaucoup plus les augets, et d'être, à cause de son plus grand rayon et du sens dans lequel elle tourne, moins influencée que ne le serait la roue en dessus, dans le cas où elle viendrait à marcher noyée.

Cette dernière circonstance, l'immersion du bas de la roue par suite du gonflement des eaux d'aval, qui est négligeable avec une grande hauteur de chute, cesse de l'être pour une chute basse, soit parce que cette immersion, quand elle se présente, joue un rôle proportionnellement plus important, soit parce qu'elle se produit pendant de plus longues périodes de temps, à cause du régime habituel de ces sortes de chute.

La turbine (voy. n*" 260), peut débiter, sans sortir des dimensions pratiques, une très-grande quantité d'eau. Ainsi, les 900 à 950 litres ci-dessus seraient facilement débités, par exemple, par imc turbine

Fourneyron qui pourrait n'avoir pas plus de 1 mètre de diamètre intérieur, comme il est facile de le reconnaître en cherchant le débouché offert à Teau, sur une telle turbine, avec la vanne cylindrique levée seulement de 0",18 à 0",20.

( 302 ) Si la chute descendait sensiblement au-dessous de 4 mètres, soit à 3", 50 ou môme moins, ce qui correspondrait à un volume d'eau de 1,100 litres et au-dessus, il y aurait convenance, parle motif rappelé au numéro précédent, à augmenter le rayon de la roue, et l'on passerait ainsi à la roue de côté proprement dite, ou roue à aubes emboîtées dans un coursier. Ces roues constituent pour la chute de 5", 50 à 1", 50 une très-bonne solution; elles sont, comme les roues à auget, d'une théorie simple, facilement applicable; elles ont un bon rendement. Mais comme elles doivent marcher lentement, et que celte condition devient de plus en plus obligatoire, à mesure que la hauteur de chute diminue, elles peuvent devenir très-larges et très-lourdes, assez chères à établir, par conséquent, soit à cause de leur poids, soit à cause des travaux qu'exige la fondation et la construction du coursier. Avec une chute de 4 mètres de hauteur, on pourrait n'avoir encore que 4 à 5 mètres de largeur. Si la chute était réduite à 1", 50, ce qui donnerait 2,500 lilres à débiter, on aurait, avec les roues à aubes ordinaires munies de contre-aubes, une largeur de roue inadmissible, et il serait nécessaire de prolonger les aubes vers le centre, selon les dispositions de M. Sagebien, afin d'augmenter la capacité de la roue.

(808) A cette hauteur de chute de 1", 50, ou, tout au plus, à la hauteur de 2 mètres, commence l'application possible d'un autre système de roue, la roue à la Poncelet. Ce récepteur a, comme on l'a vu, la même capacité de débit qu'une roue à palettes en dessous, puisqu'il prend, comme elle, la moitié de la vitesse due à la chute ; soit, dans le cas actuel, une vitesse d'environ 2"*, 50 à la circonférence, au moins triple, sinon quadruple de celle que Ton donne aux roues de côté très-lentes, il suffirait de lui donner une largeur de 5 à 5", 50.

On comprend que si la chute diminue, les avantages de la roue à la Poncelet sur les roues lentes diminuent en môme temps. Avec

une hauteur de chute de 0"", 80 à 1™, soit 0", 90, qui donne un volume d'eau de près de 4,200 litres, la roue à laPoncelet serait bien près de sa limite d'application possible.

( 804) Dans ce cas d'une chute exceptionnellement basse (0°", 90 et au-dessous), avec un volume d'eau inacceptable pour les roues à axe horizontal, même pour les roues rapides, les turbines deviennent le seul moteur applicable. Si , dans le cas des chutes ordinaires, il n'y a pas de raison péremptoire pour donner la préférence à l'un des systèmes de turbines de côté ou en dessus, il semble que ces dernières la méritent pour ces chutes très-basses.

n serait en effet difficile d'obtenir, avec ces très-basses chutes, la lame étendue dans le sens vertical que demande la turbine de côté, et de faire passer les filets fluides de la direction verticale, qu'ils ont d*abord en commençant à descendre, à la direction horizontale qu'ils doivent avoir en entrant sur la roue. En outre, ces divers filets auraient des vitesses très-différentes. La solution unique, indiquée pour ce cas extrême, est donc la turbine Fontaine. Comme avec ces chutes très-basses, il faut, autant que possible, utiliser en tout temps toute la hauteur disponible, et qu'en outre, ces chutes sont spécialement sujettes à des variations de volume et de niveau très-grandes et tres-persistantes, il conviendra de compléter l'installation de la turbine, en employant d'une part l'hydropneumatisation (n^ 21 8), qui permet d'utiliser toujours toute la chute, et d'autre part, soit la turbine double (n** 242), assez bien appropriée à des variations simultanées et en sens inverse de la chute et du volume, soit plutôt, au point de vue d'un bon rendement, un système de vannage partiel qu'on réglera, à chaque instant, en proportion du volume d'eau affluent.

On aura d'ailleurs la faculté, en cas de difficulté dans les fondations, de relever tout le système par l'emploi du siphon indiqué au n* 251.

(306) En résumant, tout ce qui précède, en supposant d'ailleurs, comme on doit le faire dans cette discussion générale, que la question d'un bon rendement soit engagée, ce qui exclut les roues mues

uniquement par le choc de l'eau, et en supposant aussi qu'il s'agisse d'une force de 50 chevaux à obtenir avec une seule roue^ les conclusions suivantes paraissent pouvoir être énoncées :

i"* Pour les chutes d'une hauteur exceptionnelle (de 150 mètres et au-dessus), les machines à colonne d'eau seraient seules applicables;

2° Aux environs de cette hauteur de 150 mètres, pourrait commencer l'application des turbines, concurremment avec les machines à colonne d'eau ;

3*^ Vers 20 mètres, les machines à colonne d'eau auraient cessé d'être applicables (leur limite d'emploi pourrait être vers 30 ou iO mètres, selon qu'on accepterait pour le piston une vitesse plus ou moins grande) ;

4" Vers cette même hauteur de 20 mètres, avec la possibilité de faire varier la vitesse de la roue entre certaines limites, en employant une têle d'eau plus ou moins considérable, commencerait l'application possible des roues à augets, d'abord en-dessus, puis de côté, avec coursier emboîtant les augets.

On pourrait all'T avec ces roues à augets jusque vers des hauteurs de 3 mètres à 5'°,50 ;

5® Au-dessous de cette limite de 3 mètres, ces roues feraient place aux roues à aubes emboîtées dans un coursier, ou roues de côté proprement dites soit avec contres-aubes, soit avec aubes prolongées vers le centre selon le système Sagebien, suivant la quantité d'eau et suivant la largeur qu'on jugerait à propos de leur donner;

6*^ A 2 mètres et au-dessous, on pourrait appliquer les roues à la Poncelet, malgré une légère infériorité de leur rendement, si quelques considérations faisaient désirer une roue plus étroite à plus grande vitesse ;

7° Enfin au-dessous de 1 mètre, leç turbines qui n^auraietit pas cessé crêtre applicables depuis la hauteur de 150 mètrc's^ concurremment avec les autres systèmes de roues, deviendraient la solution unique.

En même temps, le choix entre ces turbines, quiy pour de plus grandes hauteurs de chute, est à peu près arbitraire, devrait porter de préférence sur la turbine en-dessus, ou turbine Fontaine, en y

ajoutant : 1* Thydropiieumatisation ; 2"* l'emploi de la turbine double ou d'un vannage partiel, et 5"*, au besoin, l'emploi de la disposition en siphon.

(306) Nous rappelons que les diverses conclusions ci-dessus résumées sont relatives à la force théorique de 50 chevaux, sur laquelle nous avons constamment raisonné.

n faut concevoir qu'avec une force plus grande, c'est-à-dire avec une plus grande masse d'eau pour une hauteur donnée, la limite inférieure de l'emploi de chaque système de roues se trouverait relevée; et que le résultat contraire aurait lieu avec une force moindre.

Dans tous les cas où le récepteur serait bien établi, sans qu'aucune circonstance spéciale eût forcé de sacrifier quelque condition théorique favorable à Veffet utile^ on pourrait compter généralement sur 70 à 75 p. iOO de rendement, soit 35 à 37,5 chevaux disponibles sur l'arbre de la roue ; dans le cas contraire, ou bien si l'on avait recours à la roue à la Poncelet, le rendement pourrait être voisin de 60 p. 100, soit une force utilisable de 30 chevaux.

§ 2. — De l'emploi à faire de la force utilisée

(307) On pourrait penser que la discussion ci-dessus épuise la question générale du choix à faire enlre les divers récepteurs pour l'utilisation d'une chute donnée, puisque, par des transmissions de mouvement connues, on saura toujours, quel que soit le mouvement imprimé au récepteur, arriver à donner à l'opérateur le mouvement qui lui convient.

Cependant quelques observations peuvent être présentées utile ment sur ce sujet, comme on la déjà indiqué au n** 34.

(308) Dans le cas, très-étendu en pratique, où le récepteur doit actionner une série de pièces animées d'un mouvement de ro!ation conlinu, il y a peu de choses à dire.

On sait comment on transmet le mouvement d'un arbre à un

autre, par un engrenage cylindrique ou conique, sans changer, ou en changeant dans un rapport donné, la vilesse angulaire. Ces transmissions seront sans doute plus ou moins complexes, selon le rapport de vitesses qui pourra exister entre le premier arbre menant et le dernier arbre mené. Mais on arrivera toujours au résultat voulu.

Toutefois les turbines ont, à ce point de vue, un certain avantage, déjà indiqué plus haut, résultant de ce qu'on a plus de latitude qu'avec les autres récepteurs, dans la vilesse de rotation à leur imprimer.

11 sera quelquefois possible de leur donner immédiatement la vitesse de rotation que demande l'opérateur, et si cette dernière vitesse est en outre autour d'un axe vertical, comme par exemple pour la meule d'un moulin à blé, on arrivera à supprimer les transmissions et à commander directement cet opérateur par l'arbre de la turbine.

Il en résultera une notable simplification dans les organes de la machine, et une réduction correspondante de la dépense du premier établissement. 11 convient de faire remarquer que les turbines sont, en général, moins encombrantes que les autres roues ; ce qui peut être fort important dans une usine qui ne disposerait que d'un espace limité.

Un autre avantage qu'elles ont, non plus sur les autres roues, mais sur les machines à colonne d'eau, c'est de demander moins de sujétion dans la construction et surtout dans l'entretien.

Il n'est donc pas étonnant, par ces divers motifs, qu'elles se répandent et qu'elles empiètent de plus en plus sur le domaine des autres récepteurs.

Telle est la conclusion à laquelle on arrive, quand on raisonne d'une manière générale, et sans spécifier l'emploi industriel auquel la force de la chute est destinée.

Celte conclusion embrasse le plus grand nombre des cas qui se présentent dans la pratique.

Cependant il est bon d'examiner spécialement quelques cas particuliers.

(309) ExirtietioA d'one ndae. — Le service de rextraction d'une mine exige que l'arbre du tambour ou des bobines servant à Tenroulement et au déroulement des câbles, puisse alternativement tourner dans un sens et en sens contraire.

Ce résultat peut s'obtenir avec un moteur tournant constamment dans le même sens, moyennant un système d'embrayage facile à concevoir.

Soient, par exemple, deux arbres dont les axes sont projetés en 0 et 0' {fig. 129), le premier, qui tourne dans un sens constant, commandant le second qui doit tourner dans les deux sens.

Soient R et R' les rayons des circonférences primitives de deux engrenages par lesquels peuvent se commander directement les deux arbres ; auquel cas les deux arbres tournent en sens contraire l'un de ïautre.

Imaginons deux circonférences plus petites ayant des rayons rcl r' proportionnels à R et à R', qui peuvent se commander par Tinterraédiaire d'un pignon; auquel cas les deux arbres tournent avec le m<*'me rapport dans leurs vitesses angulaires, mais dans le même bens.

Il suffit, pour renverser le mouvement à volonté sur l'arbre 0', de faire en sorte que la commande se fasse tantôt directement par les grandes roues R et R', tantôt indirectement par les petites r et r'.

A cet effet, les roues R' et r' sont folles sur leur axe, et une fourchette d'embrayage, faisant glisser sur l'arbre à frottement doux un manchon claveté, fixe tantôt Tune tantôt l'autre de ces deux roues.

Une disposition de ce genre rend possible l'emploi d'un quelconque des récepteurs précédemment décrits.

Mais celte solution n'est pas, au point de vue mécanique, très-satisfaisante. On n'aime pas que la solidarité entre le moteur et le tambour portant les câbles ne tienne qu'à un embrayage qui peut faire défaut à un moment donné.

On préfère que le renversement du mouvement, ou, selon l'expression Yidh'ïiu&WeJe changement de marche^ affecte toutes les pièces de la machine.

(310) On a, pour opérer ainsi, deux solutions, la roue à double aubage, la machine à colonne d'eau.

Le premier système {fig. 130), consiste à accoler, en quelque sorte, deux roues à augets, en leur donnant une couronne intermédiaire commune, mais en tournant leurs augets en sens contraire.

Chaque roue est alimentée par une vanne prenant Teau sur un réservoir commun.

Les vannes sont solidaires, de manière que la levée de l'une fasse baisser Tautre.

Le renversement de mouvement se fait ainsi par une manœuvre unique pour ces deux vannes.

Cette solution est acceptable à deux conditions, c'est que, d'un côté, la force dont on a besoin puisse être obtenue avec une chute ne dépassant pas la limite précédemment indiquée d'une vingtaine de mètres, et que, d'un autre côté, le volume d'eau nécessaire pour produire cette force permette d'adopter une roue assez étroite pour qu'on puisse en doubler la largeur sans sortir des limites pratiques.

La solution ne s'appliquera donc qu'à des chutes assez hautes (bien que ne dépassant pas 18 à 20 mètres), et au système de la roue à augets.

Autant que cela sera nécessaire, on diminuera le diamètre de la roue, de manière à avoir une certaine hauteur d'eau au-dessus du point d'arrivée ; ce qui, au préjudice d'une petite réduction du rendement, permettra une grande augmentation de la vitesse de la roue, et une diminution proportionnelle de sa largeur, puisque, ainsi qu'on l'a indiqué déjà, la largeur est en raison inverse de la vitesse, pourun volume d'eau donné, à débiter dans des augets d'une profondeur donnée.

Ce système des roues à double aubage a été et est encore pratiqué dans beaucoup de mines métalliques, principalement en Allemagne.

(8ff) Mais il arrivera souvent, surtout avec la profondeur crois santé des mines, et avec la tendance actuelle à augmenter la production individuelle des puits, que le volume d'eau disponible ne permettra pas, som la hauteur utilisable par une roue m dessus^ d'obtenir la force que demanderait l'extraction.

Si l'on a en même temps une plus grande hauteur de chute disponible, on pourrait concevoir qu'au lieu de se borner à en utiliser

COMPARAISON ENTIŒ LES RÉCEPTLURS UYDRAULIQUES. 209

une vingtaine de mètres, on la partageât en plusieurs parties, égales entre elles et au diamètre qu'on admettrait pour les roues; chaque partie de la chute étant alors utilisée par une roue spéciale, on aurait ainsi une série de roues en cascade, qui se renverraient l'eau de Tune à l'autre, sur toute la hauteur de la chute.

Des manivelles fixées aux arbres de ces roues, et reliées par un système de bielles et de tirants, rendraient toutes ces roues solidaires, et permettraient ainsi de concentrer sur un môme point les quantités delravail communiquées à chacune d'elles.

Ce moyen d'utiliser une très-grande hauteur de chute doit être regardé comme entièrement suranné. Ces longues lignes de tirants sont fort difficiles à entretenir eu bon état. Ils donnent lieu à une grande perte de travail en frottements et en mouvements vibratoires; souvent il n'arrive pas à l'opérateur le tiers ou le quart du travail dépensé sur l'ensemble des récepteurs.

On peut croire que personne ne songerait aujourd'hui à établir à nouveau un tel système.

(31 îî) Le second système, celui de la machine à colonne d'eau, devra absolument être substitué à ces roues en cascade.

Non-seulement, il utilisera mieux la force de la chute, mais encore il se prêtera parfaitement bien au renversement de la marche, et à toutes les manœuvres que demandent les cages d'extraction à plusieurs étages dont l'emploi tend à se répandre, et est presque indispensable quand on veut faire une extraction importante. Avec une machine à deux ou trois cylindres, munie du même appareil de changement de marche qu'une machine à vapeur, on pourra faire toutes les manœuvres qu'on fait avec celte dernière.

On les fera avec la même facilité et avec plus de précision :

Avec la même facilité, parce que les organes sont identiques ; avec une plus grande précision^ à cause de la moindre vitesse de la macliine, et à cause de l'incompressibilité du liquide employé, et parce que la conduite de la machine pouvant se faire de loin parla manœuvre de simples robinets, le mécanicien peut être rapproché du puits et en communication plus immédiate avec les receveurs. 11 peut même être un de ces receveurs.

On peut presque poser en principe qu'étant donné un service d'extraction à faire à l'aide d une chute d'eau, le récepteur hydraulique qu'on appliquera à cette chute doit être une machine à colonne d'eau.

(813) tpwêmmmnMi d'âne mine. —Ce qu'on vient de dire deTex* traction, on peut le dire, presque au môme degré, de l'épuisement.

Non pas qu'une roue à augets, munie de manivelles faisant mouvoir des tiges de pompes, ne soit une solution mécaniquement acceptable; mais c'est qu'il arrivera aussi, et plus souvent môme que pour l'extraction, que l'eau disponible ne permettra pas d'avoir la force nécessaire sur une vingtaine de mètres de hauteur, et qu'il faudra employer, si d'ailleurs on l'a à sa disposition, une plus grande hauteur de chute.

Au delà de 20 à 25 mètres, on n'a plus, en excluant les roues en cascades, que les turbines ou les machines à colonnes d'eau.

Si ces dernières (à double effet) sont préférables pour l'extraction, à cause de la facilité des manœuvres, elles le seront aussi à simple effets ce qui est le cas ordinaire des machines d'épuisement, à cause de la relation directe et immédiate, qu'on peut établir entre la puissance et la résistance.

11 y a évidemment avantage à supprimer ainsi tout organe intermédiaire, et à atteler directement sur la tige du piston moteur les tiges qui commandent les pistons des pompes.

(314) HMhiaM mommmnum. — Nous avons dit (n"" 308) que lorsqu'il s'agissait d'imprimer à un opérateur un mouvement de rotation^ les turbines pouvaient présenter quelque avantage sur les autres récepteurs, à cause de leur propriété de se prêter, plus facilement et plus amplement que ces derniers, à des vitesses de rotation variables entre des limites données. Inversement, lorsque l'opérateur doit prendre un mouvement de va-et-vient de môme nature que celui du piston d'une machine à colonne d'eau, peut-on penser, et par les mômes motifs, que c'est ce dernier récepteur, à son tour, qui pourra, dans ce cas, mériter la préférence. Tel semble être le cas d'une machine soufflante.

Il faut cependant remarquer que le moteur à colonne d'eau établi sur une chute donnée produit, toujours par coup de piston la même quantité de travail ; son application à la machine soufflante suppose donc qu'on se soit fixé sur la pression maximum à laquelle on voudra souffler le vent, pression qu'on ne sera plus maiire d'augmenter, et qu'on ne pourra plus diminuer qu'en réduisant la pression motrice par l'étranglement partiel de la valve d'admission.

Malgré l'inconvénient que nous venons de signaler, peut-être ' pourra-t-on dire, pour une machine soufflante à piston mue par une chute d'eau, qu'on trouverait un certain avantage, au point de vue de la simplification du mécanisme, à commander directement le piston soufflant par le piston moteur d'une machine à colonne d'eau. L'ensemble pourrait être établi, soit horizontalement, suivant le type proposé par MM. Thomas et Laurens, et d'autresingénieurs, soit verlicalement, suivant le type adopté au Creuzot et à Seraing. Cette observation est faite avec la réserve que cette solidarité entre le piston moteur et le piston soufflant, eu égard aux données particulières dont on aura à tenir compte, conduira à une vitesse qui ne soit ni trop grande pour le piston moteur, ni trop petite pour le piston soufflant ; la première circonstance devant nuire à l'effet utile et à la conserva- (ion de la machine, et la seconde pouvant obliger de donner au piston soufflant, pour avoir le volume d'air nécessaire, un diamètre excessif.

Lorsqu'on ne pourra satisfaire convenablement aux conditions qui viennent d'être énoncées, ce qui arrivera lorsque la hauteur de chute sera trop faible et le volume d'eau trop considérable, l'emploi delà machine à colonne d'eau, pour activer une machine soufflante, cessera d'être indiqué, et l'on aura recours, suivant les cas, soit à une roue hydraulique à axe horizontal, soit à une turbine. Le choix à faire n'étant plus alors subordonné à l'opérateur^ mais à la nature de la chutes on aura à se déterminer par les considérations exposées au premier paragraphe de ce chapitre.

(815) IHacblBM dlTeraes «glMMit par eoinpr«Mloii. — S'il

s'agissait de faire mouvoir une série d'appareils opérateurs, tels

que presses, machines à estamper ou à amboutir, à découper, à percer, à caler les roues, etc., etc., on pourrait emprunter la force nécessaire à chaque outil, à une sorte de machine à colonne d'eau à simple effet, ou de presse hydraulique, qu'on mettrait en relation avec le tuyau de chute par la simple manœuvre d'un robinet.

A défaut d'une chute actuellement disponible, on pourrait employer de l'eau mise en pression sous un accumulateur, suivant les détails donnés aux n"* 286 et suivants.

(816) Si Ton considère un atelier ayant ainsi un nombre d'appareils de ce genre à faire mouvoir, et devant être actionné, par exemple, au moyen d'un moteur à vapeur unique, la disposition usuelle consiste en transmissions appropriées, allant donner le mouvement à ces divers appareils ; un volant sert à régulariser la vitesse générale du système et à emmagasiner le travail moteur produit en excès à certains moments, pour le restituer quand le travail résistant des opérateurs devient prédominant. (Yoy. n" 19 et 20.)

Mais si ces appareils sont très-éloignés les uns des autres, ou si l'intermittence ou la discontinuité de leur action est trèsprononcée, il est permis de penser que, même au point de vue purement mécanique, il peut y avoir un sérieux avantage à supprimer les transmissions et aies remplacer par une canalisation aboutissant à un ou plusieurs accumulateurs.

Par cette disposition, on. diminuerait certainement le travail des frottements, et l'on assurerait une marche régulière à la machine motrice, malgré les irrégularités dans le travail dépensé; car les accumulateurs agiraient, à vrai dire, comme des volants dont la masse serait en quelque sorte indéfinie^ puisqu'ils accumuleraient le travail moteur produit sur le récepteur^ et le dépenseraient ensuite, sans que ni cette accumulation ni cette dépense influât aucunement sur la 'vitesse de marche de ce récepteur.

Le système de M. Armstrong semble pouvoir être appliqué avec avantage dans les circonstances que nous venons d'indiquer.

Toutefois on doit distinguer deux choses dans ce système; la

œMPARAISON ENTRE LES RÉCEPTEURS HYDRAULIQUES. «73

première est l'idée de répartir la force motrice entre les divers outils au moyen d'une canalisation, qui remplace les transmissions ordinaires avec d'autant plus d'avantage que les opérateurs à aclioa* ner sont plus espacés et à marche plus intermittente.

Cette idée peut, dans des cas donnés, devenir très-avantageuse, au point de vue de l'économie de force motrice.

La seconde chose à distinguer est l'emploi exclusif que fait H. Armstrong de la machine à colonne d'eau, soit à simple soit à double effet, pour actionner les divers opérateurs, quels qu'ils soient; des dispositions très-ingénieuses ont été prises par lui pour approprier ce récepteur aux divers cas qui peuvent se présenter. Malgré cela peut-être peut-on faire quelques réserves sur cet emploi exclusif.

En effet, une machine à colonne d'eau est essentiellement un appareil qui possède une force déterminée, ou, pour parler plus correctement, qui produit un travail déterminé par coup de piston^ travail qu'on ne peut faire varier en moins sans étrangler la colonne d^admission, ce qui revient à sacrifier une partie de la chute. Cette machine n'est donc pas, en principe, parfaitement appropriée à manœuvrer des outils auxquels on aurait à demander successivement des efforts extrêmement différents.

11 est permis de penser que, dans certains cas et pour certains outils, on pourrait lui substituer avec avantage une petite turbine à vannage partiel dont on manœuvrerait l'ouverlure selon les besoins.

(317) Enfin, pour n'omettre aucun des récepteurs dont il a été précédemment question, nous devons dire que la balance d'eau semble être le véritable appareil applicable à un cas comme celui que nous avons considéré : Tclévation à une hauteur modérée d'un poids journalier important, subdivisé en un grand nombre de charges partielles.

Ce récepteur, intermittent dans son action, ne dépensant d'eau

que quand il agit et dans la pi^oportion seulement du poids à élever, en

dépensera moins qu'un récepteur qui, par des transmissions plus

ou moins complexes, entretiendrait en mouvement continu une

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chaîne sans fin portant des plateaux qu'on chargerait au fur et ii mesure qu'ils commenceraient à monter. Au bout d'une journée de marche, on voit facilement que cet appareil continu aurait, par suite de cette continuité même, absorbé en frottements beaucoup plus de travail que la balance.