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De toutes les découvertes modernes , la plus remarquable est celle de la machine à vapeur , et c'est avec beaucoup de raison qu'on l'a nommée « la plus noble production de l'industrie de l'homme. » L'honneur d'avoir le premier appelé l'attention du genre humain sur la force expansive de la vapeur formée dans un vaisseau clos appartient au marquis de Worcesler qui vivait sous le règne de Charles II; mais son ouvrage , publié en 1663 , n'est ni assez détaillé ni assez clair pour qu'on puisse déterminer quelle espèce d'appareil ou quelle combinaison de machines il employait pour tirer parti de celle force. Cependant il n'en est pas moins naturel de supposer , malgré le vague de ses expressions , que c'est à la direction que ses observations firent prendre aux idées des autres qu'est dû le premier usage qu'on a fait de la vapeur comme principal moteur des machines.

L'eau exposée à l'action de la chaleur se dilate , et. passe à cet état gazeux que l'on nomme vapeur. Si on renferme dans un vaisseau clos , et qu'on y applique la chaleur , alors sa faculté expansive se développe avec une force considérable ; et comme l'espace entre la partie supérieure de l'eau et le haut du vaisseau qui la contient est rempli par de l'air atmosphérique , la première portion de la puissance exercée par la dilatation de la vapeur est employée à déplacer cet air de la

Mtualion qu# soéi fiouls lu? tfvall fuit prendre , et par conséquent une Êortidir égale 1 de Action directe de fa force expansée de la vapeur doit éJre déduite de sa puissance disponible. Cependant , en dernier résultat , cette portion de force devient profitable. En effet , comine une diminution de température ramène la vapeur à son premier état d'eau , elle laisse alors vide l'espace qu'elle avait rempli , et l'air qu'elle avait déplacé retourne à' sa première Situation , en exerçant pour cela une forcé exactement pareille £ tfefter flué ta vapeur avait employée pour le déplacer. Cette dernière force peut être dite la force médiate de la vapeur. L'art de diriger cl de balancer ces deux forces , de manière à les faire servir à la production d'un mouvement uniforme , est presque parvenu à sa perfection dans la machine à vapeur ; et les diverses modifications qu'on a fait subir à cette machine n'ont eu d'autre objet qu'un balancement plus exact , une application plus avantageuse , et une production plus économique de ces forces.

Afin de faire comprendre , avec la pïus grande clarté , la manière dont la vapeur opère , nous supposerons qu'uu vase , tel que celui qu'on voit (/fy. 1) , coutient de l'eau jusqu'à la hauteur de la ligue À ; que l'espace £ est occupé par de 1,'air ; qu'un bouchon OU piston de même diamètre que fe vase en ferme l'ouverture en C , enfin qu'il y a une ouverture en D. Maintenant si l'ouverture D est bouchée , et qu'on chauffe l'etfù én F, il se formera de la vapeur dont la force expensive soulèvera le piston C ; alors si l'on relire le feu , et que le vase se refreidissé subitement , il y aura condensation f ra vapeur, reprenant ta forme d'eau, occupera de nouveau l'espace au-dessous de là ligne A, et le piston C reviendra à 6a place. Dans celle expérience la force expansive de la vapeur a comprimé l'air dans l'espace Ë , et obligé le piston C de s'élever jusqu'en fi, par exemple; mais en se rendant de C én H , le piston a déplacé autant d'air qu'il s'en trouvait dans le tube dé C en H ; par conséquent , la portion Ainsi dèplacèé cherchera à reprendre sa position nfltiïrelle ; et lorsque là condensation àHira délruît la force de

la vapeur , le pods de celte porliou d'air fera retomber le piston C à sa place ; d'où il suit évidemment que l'élévation du piston est le résultat de l'action directe de la vapeur ; el que le retour de ce même piston est le résultat de son action médiate , ou de l'action de l'air de l'atmosphère qui n'a été que la conséquence de son déplacement par la force de la vapeur

A présent , si nous supposons que le piston étant dans sa première position , en C , on débouche l'ouverture D , et qu'on chauffe le vase , la vapeur s'élèvera dans l'espace £ , et chassera l'air par l'ouverture D. Celle-ci étant alors fermée , si l'on condense la vapeur , le vide se fera dans l'espace E , et l'air tendant à remplir cet espace forcera le piston à descendre de C en A. Ici le mouvement du piston G n'est causé que par l'effort que fait l'air pour reprendre la position dont il avait été chassé , par la force de la vapeur , à travers l'ouverture D ; et cet effet est la conséquence de la force médiate de la vapeur seule.

Les expériences ont fait connaître que la pression de l'atmosphère est égale à environ quatorze livres avoir du poids , sur un pouce carré anglais ( environ 10 grammes sur un millimètre carré). Ainsi , en supposant la surface du vase,/fy. 1 , égale à un pouce carré (6-43 millimètres carrés) , la force exercée par la vapeur pour élever le piston de C en H doit être capable d'élever à cette hauteur uu poids de 14 livres ( 6,350 kil. ), indépendamment de celle nécessaire pour vaincre le frottement et le poids du piston dans le cyliudre ; de plus , et dans la même supposition , la force exercée par la vapeur pour chasser l'air de l'espace E , et obtenir la pression qui en est la conséquence , el qui répond à un poids de 14 livres élevé de A en G, devra être égale à un poids de 14 livres élevé de C en H , moins la quantité équivalente au frottement du piston ; enfin la force disponible obtenue par le retour du piston du point H sera égale à un poids de 14 livres élevé de C en A, moins l'équivalent du frottement du piston. Dans ces deux casci , la dilatation ou la force directe de la vapeur n'a été con-

sidérée qoe comme équivalente au déplacement de l'atmosphère, ou , ce qui est la même chose , à une pression de 14 livres sur ud pouoe carré : mais si le piston était chargé d'on poids quelconque , la vapeur , en poussant le feu au point nécessaire , le soulèverait ; bien entendu que le vase devrait être assez fort pour résister à cette augmentation de pression. Supposons C chargé d'un poids de 10 livres , la vapeur doit être poussée jusqu'à ce que sa force soit égale à 24 livres , ou à 10 livres de plus que les 14 livres de pression de l'atmosphère par chaque pouce carré ; et la force disponible qui en résultera sera égale à 24 livres de plus quand le poids de C , moins le frottement du piston , reviendra à la place d'où il avait été élevé; de sorte 4ue , dans ce cas , la pression sur les côtés intérieurs du vase , et qui tend i les faire éclater, sera égale à 10 livres , sur chaque pouce carré de la surface intérieure , les 14 autres livres étant balancées par la pression de l'atmosphère sur la surface extérieure, pression égale à 14 livres de la pression intérieure. De ceci il résulte évidemment que la force directe de la vapeur peut être indéfiniment augmentée , tandis que la force ou la pression atmosphérique est limitée à 14 ou 15 livres par pouce carré (6,356 à 6,$80 kilogrammes par 645 millimètres carrés ) , suivant le plus ou le moins de densité de l'air.

Persuadés que cette explication suffira pour faire comprendre bien clairement , même aux personnes les moins familières avec les objets de celte nature , la manière dont opère la force expansée de la vapeur, nous allons entrer dans le détail des différentes combinaisons mécaniques qui ont été exécutées pour soumettre cette puissance à notre volonté ; mais nous devons , avant tout , prévenir que ce que nous avons nommé précédemment la force médiate de la vapeur sera désormais considéré comme la pression de l'atmosphère , ce que dans le fait elle est réellement. Nous n'avions .adopté l'autre expression , dans l'explication préliminaire , qu'afin qu'on se pénétrât mieux de l'idée que la force expansive de la vapeur est en effet , dans cette machine , la seule source de la puissance.

Le premier appareil connu qui ail été construit dans le but

DES HACMHES A VAPEUR. lt

d'employer la vapeur comme puissance pour agir dans on taisseau clos , avait èlô inventé par le capitaine Savary , qui, dans l'année 1696 , obtint une patente pour son invention. La figure 3 représente cet appareil.

a est une chaudière fermée , placée sur un fourneau , et assez farte pour être en état de résister à nne pression considérable ; B, autre vaisseau fortement construit ; ce, tuyau avec un robinet en i, au moyen duquel une communication peut être ouverte à volonté entre les vaisseaux a et B ; e, tuyau qui descend dans un poils ou dans quelque autre réservoir d'eau ; ff, autre tuyau allant de B à un réservoir placé au-dessus ; hh , tuyau communiquant de B en ff, et ayant en K un robinet qui permet ou empêche la communication ; m , soupape qui peut fermer le tuyau e quand elle est pressée par le haot , et l'ouvrir quand la pression vient d'en bas ; / , soupape semblable ajustée au tuyau ff, et qui se ferme ou s'ouvre de môme. Si l'on remplit d'eau la chaudière a jusqu'à la hauteur de la ligne ponctuée , et qu'on la chauffe au moyen du fourneau , la vapeur s'élèvera dans la chaudière , et passant dans le tuyau ce, elle ira remplir le vaso , et montera ensuite par le tuyau ff, la soupape étant fermée par la force de la vapeur qui la presse : maintenant si l'on ferme le robinet t , et qu'on condense la vapeur dans le vase B , en versant de l'eau froide sur la surface, l'air atmosphérique pesant sur la soupape m la fermera, le vide sera fait dans le vase B, et l'eau du réservoir où se rend le tuyau e sera forcée , par la pression de l'air extérieur, d'entrer dans le vase B, de s'élever jusqu'à la ligne ponctuée qu'on suppose à environ 26 pieds ( près de 8 mètres ) au-dessus de l'eau du réservoir , ce qui est la longueur d'une colonne d'eau égale à la pression exercée par l'atmosphère, attendu que le vide ainsi formé ne saurait être parfait. Si l'on ouvre de nouveau le robinet, et que la vapeur ait la liberté de presser ra surface de l'eau en B, la soupape se fermera , et l'eau montera dans le tuyau ff par la soupape /, et passera dans le réservoir supérieur ; et si l'on referme le robinat t , et que l'on condense de nouveau la vapeur du vaisseau B , l'opération sera répétée , et le poids de l'eau dans le tuyau ff fermera la soupape

L, ce qui fera que le vase B sera de nouveau rempli par le tuyau e.

Telle était la construction et la manière d'opérer avec le premier appareil fait par le capitaine Savary ; mais comme il trouva incommode de condenser la vapeur en jetant de Veau froide sor la surface extérieure , il introduisit le tuyau hh dans le vase B, lequel , en ouvrant le robinet A, permit à une certaine quantité d'eau de sortir du tuyau ff 9 qui était toujours rempli après le premier coup de piston , et la condensation put se faire plus vite.

Les deux robinets-jauges ou robinets d'épreuve o . q , ont été également imaginés par le capitaine Savary , dans le but de s'assurer de l'élévation de l'eau dans la chaudière. Quand la surface de l'eau se trouve au-dessus de l'extrémité inférieure des rc bine (s, si l'on ouvre ceux-ci, l'eau s'écoule par le haut; si elle est plus basse, il sort de la vapeur ; mais quand l'eau se trouve au niveau convenable , c'est-à-dire quand la surface de l'eau est placée au milieu de l'espace entre les extrémités des robinets Qy et no, l'eau sort du premier , et la vapeur du second. Il était nécessaire de pouvoir connaître cet état ; car si la surface de l'eau était plus élevée que le bas du robinet o , il ne resterait pas assez d'espace à la vapeur pour qu'elle pût suffire à une opération pro- » longée.

L'usage de cette machine était borné à élever de l'eau à des hauteurs peu considérables , parce qu'elle n'agissait qu'au moyen de la pression atmosphérique ; on vit bientôt qu'elle ne pouvait pas être utilement employée dans les mines profondes. Cependant, si l'on veut avoir égard à l'état imparfait des connaissances en ce qui concernait la vapeur comme premier moteur , l'inventeur de celle machine paraîtra très-digne d'éloges pour cette preuve qu'il a donnée de son industrie : le plus grand défaut de sa méthode consiste dans la dépense trop considérable en vapeur , et , par une suite nécessaire , dans une consommation superflue de combustible , résultant de ce que la condensation s'opérait au moyen de l'eau froide qu'on mettait en contact avec la vapeur . dans le vase B.

A l'époque oii l'existence do cette machine fut dévoilée au pu-

DES MACHINES A TAPEUR. Î3 blic ; la puissance étonnante de ta Tapeur , dont elle donnait la preuve si manifeste , commença à fixer l'attention de plusieors hommes de génie , attention dont elle était si digne ; des disputes s'élevèrent sur la priorité do la découverte, les Anglais l'accordant au marquis de Worcester , et les Français à Papin.

Nous n'entrerons point dans le détail minutieux de ces disputes, nous bornant à décrire les grandes améliorations que les machines à vapeur ont successivement éprouvées en Angleterre, sans oublier pourtant de faire mention des améliorations accessoires qui sont dues aux étrangers. Au nombre de ces dernières, il faut compter la soupape de sûreté, invention qui, quoique très-simple en elle-même, est d'une si grande importance , qu'on doit lui attribuer l'adoption générale des machines à vapeur , et par suite les améliorations qu'on y a faites , et qui les ont portées au point de perfection où elles sont arrivées. Cette soupape fut exécutée par le docteur Papin , qui , dans le même temps que le capitaine Savary inventait sa machine , faisait des expériences sur ia puissance de la vapeur employée à de hautes températures pour dissoudre les corps. C'est tout simplement une ouverture d'une dimension déterminée , d'un pouce carré ( 6<4o* mill. carrés) par exemple, faite dans une chaudière fermée ou communiquant avec elle , garnie d'une soupape chargée extérieurement de poids jugés nécessaires et suffisans pour résister à la force de la vapeur , jusqu'à ce que cette force ait acquis le degré d'énergie qui a été calculé comme étant celui auquel la chaudière peut facilement résister sans avoir à craindre une explosion. Maintenant il est clair que jusqu'à ce que la pression de la vapeur dans l'intérieur de la chaudière se soit augmente assez pour élever le poids dont la soupape est chargée , celle pression intérieure par pouce carré , qui tend à faire éclater la chaudière, ne s'élève pas au dessus de ce poids , de sorte que par ce moyen il est facile de calculer les probabililés d'un pareil accident.

L'idée qu'eut le docteur Papin de placer un flotteur en bois sur la surface de l'eau , «Hait sans doute un3 amélioration à l'époque où il la mil à exécution ; elle est aujourd'hui sans im-