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pas possible de les confondre avec les moteurs. Ceux-ci engendreut lu force j celles-là la transmettent seulement, sans rien lui ajouter : elles en consomment même toujours une certaine portion qui échappe à reflet utile, par suite des chocs et des irottemens des pièces dont se compose l'appareil. Cependant il arrive souvent que, dans le langage usuel, ou confond les dénominations de machine et de moteur. Ainsi on dit qu'une usine a pour moteur une machine à vapeur, une turbine, un manège à chevaux, etc. C'est là tout simplement une locution abrégée, par laquelle on désigne à la fois le moteur réel et la machine qui reçoit directement et transmet son action. D'ailleurs, à proprement parler, par rapport aux pièces de détail qu'elle commande dans l'usine, la machine à vapeur ou la turbine est une véritable source de force, un moteur.
Indépendamment de la classification relative au nombre de leurs pièces et à l'importance do leurs organes, les machines se distinguent de plusieurs manières :
4° Par la nature du moteur qui les met en jeu. Les principaux moteurs employés dans les arts sont : l'homme, les animaux , le vent, l'eau et la vapeur. Les machines qui se rapportent aux trois premiers moteurs ne portent pas de noms particuliers ; celles qui sont mues par le moyen de l'eau se nomment machinas hydrauliques, etles dernières, machines à vapeur;
2° Par leur objet. Cette classification est extrêmement nombreuse et s'augmente chaque jour. Il serait impossible d'en donner ici la nomenclature. La seule qui intéresse mes lecteurs est la nomenclature des diverses espèces de machines à vapeur; on la trouvera dans l'article suivant. Je mo contenterai de dire ici que, sous le point de vue de leur objet, ces dernières se partagent on trois classes : les machines fixes, les machines locomotives et les machines do navigation ;
3° Par l'agencement do leurs organes. Cette classification n'est pas moins nombreuse que la précédente et tout aussi impossible à rapporter ici. Qui ne [comprend en effet qu'étant donné un moteur et l'objet auquel on veut l'appliquer, il y a une foule de manières de disposer les pièces de transmission du mouvement pour en obtenir un plus ou moins>on eflet, et même souvent des effets identiques? Je n'en citerai qu'un exemple; il sera facile à chacun d'en imaginer d'autres. Les roues hydrauliques destinées à utiliser la force d'une chute d'eau peuvcnt;ètre horizontales ou verticales. Dans le premier cas, ce sont des turbines ; dans le second, ce sont des roues à palettes, des roues à augets, suivant que leur circonférence exté-
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rieure est garnie de palettes ou d'augets ; ce sont des roues en dessus, des roues eu dessous ou des roues de côté, suivant que l'eau qui les met en mouvement vient les frapper en dessus, en dessous ou en un point intermédiaire de leur circonférence, etc. Or, quelle que soit la nature de ces roues, les effets quelles produisent peuvent s'appliquer au même objet, à la mouture du blé, par exemple, et même avec un égal succès.
Machine a vapeùr. Machine qui reçoit son mouvement du jeu de la vapeur d'eau. Elle se compose d'une chaudière entretenue d'eau par des pompes, et soumise à l'action d'un foyer qui réduit cette eau en vapeur. Au furet à mesure de sa formation, la vapeur sort de la chaudière par un tuyau qui la conduit dans un récipient où elle rencontre un obstacle mobile qu'elle chasse devant elle, et après avoir agi elle s'échappe pour se condenser, soit à 1 air libre, soit dans un récipient séparé et rempli d'eau froide. L'obstacle mobile, contre lequel agitla vapeur à sa sortie de la chaudière, est ordinairement un piston qui peut aller et venir dans un cylindre, et dont la tige est liée aux mécanismes destinés à utiliser la force motrice produite par la vapeur.
L'invention de la machine à vapeur ne remonte pas à une époque très reculée.. Il résulte d'une excellente notice publiée par M. Arago ûmsV Annuaire du bureau des longitudes que ce fut en 1 04 5 seulement, qu'un Français, Salomon de Gaus, songea pour la première fois à se servir de la force élastique de la vapeur d'eau dans la construction d'une machine hydraulique propre à opérer des épuiscmens. Près de soixante années s'écoulèrent entre ce moment et -celui où un autre Français, Denis Papin, reprit celte idée pour l'appliquer à la construction d'une machine à piston. En 1682 , cet illustre ingénieur avait inventé la soupape de sûreté : mais ce ne fut qu'en 1690 (il y a à peine un siècle èt demi) que ses ira vaux ayant pris une direction suivie, il put indiquer nettement la manière dont il concevait la construction de la machine et ses principales applications. De cette époque, datent : la combinaison, dans un môme appareil, dé la force élastique de la vapeur d'eau et de la propriété dont jouit cette vapeur de se précipiter par le froid, l'application de la machine à vapeur au mouvement de rotation d'un arbre ou d'une roue, l'invention des bateaux à vapeur et celle de la première machine à double effet. Vingt années après, Papin inventa la première machine à vapeur à haute pression sans condensation, et le robinet à quat re voies qui joue un si grand rôle dans ces machines.
Toutefois les inventions de Papin n'avaient été exécutées qu'en
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petit. C'était à un Anglais, le capitaine Savery, qu'il était réservé de construire sur une échelle pratique la première machine à vapeur à épuisement. Ses premiers travaux sont un peu postérieurs à ceux de l'ingénieur français. A partir de ce moment, c'est en Angleterre que nous devons chercher l'histoire des principaux perfectionnemens de la machine à vapeur. Un demi-siècle s-écoula , pendant lequel on ne connut guère que la machine atmosphérique , c'est-àdire, celle dans laquelle la vapeur n'est employée qu'à une pression égale ou peu supérieure à celle de l'atmosphère. La condensation continua à s'opérer dans le corps même du cylindre à vapeur, mais au lieu d'obtenir le refroidissement en retirant le foyer à chaque coup de piston, ou en faisant passer autour de la chemise du cylindre un courant d'eau froide , Newcomen , Cawley et Savery imagi- * nèrent le procédé beaucoup plus expéditif d'une injection d'eau en forme do pluie, dans le corps môme du cylindre. Ces trois inventeurs, et après eux, Brighton, Fitzgerald et Wahsbrough apportèrent encore dans le môme temps divers perfectionnemens au mode d'admission de la vapeur et à la transformation du mouvement rectiligne du piston en mouvement de rotation. Enfin parut Watt, dont les longs et glorieux travaux laissèrent si loin derrière lui tous ses devanciers, et donnèrent à la machine à vapeur un tel élan que beaucoup de personnes le regardent avec raison comme le principal inventeur de cet appareil. Les premiers travaux de Watt datent de 4759, et précèdent de quelques années ceux de Wahsbrough, qui imagina en 1778 d'appliquer la manivelle à la transformation du mouvement rectiligne du piston en mouvement de rotation. C'est à Watt que l'on doit le remplacement de la condensation, qui s'opérait avant lui dans le corps de pompe, par la condensation dans un vase séparé : cet important perfectionnement date de \ 769. Le premier, il signala le parti que l'on pouvait tirer de la détente do la vapeur : il construisit la première machine à double effet et à un seul cylindre, inventa le parallélogramme articulé qui transmet le mouvement de la tige du piston au balancier, appliqua le pendule conique (régulateur à force cent rifuge) à la distribution de la vapeur, et introduisit dans les diverses pièces de détail de la machine beaucoup de perfectionnemens dont ses nombreux travaux lui permirent de reconnaître l'utilité. A partir de Watt, la machine à vapeur est introduite dans les arts comme un des moteurs les plus connus et les plus puissans. Pour la suivre dès lors dans ses divers perfectionnemens, il faudrait ajouter aux noms que je viens de cilerceux de presque tousles mécaniciens qui s'en sont occupés d'une manière
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spéciale en France, en Angleterre et en Amérique. J'ai indiqué aux mots Bateaux a vapeur et locomotive, quelle part revient à ceux qui se sont occupés avec le plus de succès de ces deux applications de la machine à vapeur. Cependant, je ne dois pas terminer ce qui regarde l'histoire de ces machines en général sans nommer Olivier Evans, sur lequel je reviendrai plus loin, Tréwithick et Vivian auxquels l'Angleterre doit la première machine à haute pression et à doubleeffet sans condensation, A. Woolf qui proposa en 1804, deux ans après, la première machine à haute ou moyenne pression et à double effet, à deux cylindres et à condensation, et M. Cavé auquel est due , sinon l'invention , au moins la meilleure manière dont on ait construit les machines à cylindres oscillans.
Ainsi, c'est à la France et à l'une de ses époques les plus glorieuses, le xviie siècle, que revient l'honneur de l'invention de la machine à vapeur; mais c'est à l'Angleterre, à son activité féconde et éminemment pratique , qu'il a été réservé de faire passer dans le domaine des arts ta précieuse découverte de nos compatriotes.
Quel est celui des deux peuples auxquels l'humanité devra le plus de reconnaissance? Je n'hésite pas à dire que c'est l'Angleterre. Salomon de Caus, Denis Papin naquirent en France, il est vrai ; mais ils durent peu de chose à leur pays pour leurs inventions restées sans application : tandis que Newcomen , Cawley, Savery, Watt, Woolf appartiennent bien réellement à l'Angleterre qui encouragea leurs travaux et leur fit trouver dans son sein même les moyens d'appliquer leurs précieuses découvertes.
Les machines à vapeur peuvent être classées de plusieurs manières :
4° En raison de la pression à laquelle la vapeur y est employée : elles se divisent en machines à basse pression, machines à moyenne pression et machines à haute pression. Les premières se subdivisent en machines à simple effet et machines rotatives ou à double effet : les deux autres sont toujours à double effet.
2° En raison de la manière dont la vapeur est traitée après son action mécanique : elles se divisent en machines à condensation et machines sans condensation.
3° En raison de l'emploi ou de l'absence de détente de la vapeur : elles se divisent en machines à détente et machines sans détente.
4° En raison du nombre et de la position de leurs cylindres : elles se divisent en machines à un, deux et trois cylindres, machines à cylindres fixes et machines à cylindres oscillans : les machines à cylindres fixes se subdivisent en machines à cylindres verticaux, ma-
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chines à cylindres horizontaux ou machines horizontales, et machines
à cylindres inclinés.
5° En raison du modo de transformation du mouvement de la tige du piston : elles se divisent en machines à balancier, machines sans balancier et machines à traverses et à bielles pendantes.
G° Eu raison de leur objet : elles se divisent en machines à terre ou machines fixes, machines locomotives et machines denavigation.
Ces diverses subdivisions s'expliquent d'elles-mêmes, etlesdescriptions placées dans les autres parties de cet ouvrage suflisent pour en donner l'intelligence. Je m'arrêterai seulement à la première, en ajoutant toutefois d'abord un mot à ce que j'ai dit ailleurs sur les machines à deux cylindres (l'oyez Cyllndres). Ce nom ne convient pas seulement aux machines dans lesquelles la vapeur passe successivement d'un premier cylindre dans un plus grand en se détendant, comme dans les machines de Woolf. On appelle encore machines à deux cylindres, un système composé de deux machines entièrement séparées, mais qui ont uno chaudière commune, et dont les bielles agissent sur le môme arbre de couche. Ce système est celui que l'on emploie sur les locomotives et sur quelques bateaux à vapeur pour régulariser le mouvement sans le secours du volant, dont l'installation serait impossible ou au moins très difficile. Les deux cylindres, dans ce cas, sont parallèles et la distribution de la vapeur est réglée de manière que l'un des pistons soit au milieu de sa course pendant que l'autre est à l'extrémité de la sienne. Par ce moyen l'arbre de couche, sur lequel agissent ces deux pistons, reçoit une impulsion constamment égale.
Machines à basse pression. Ce sont celles dans lesquelles la vapeur agit surlepiston à une pression égale ou peu supérieure àcelle de l'atmosphère. Elles se subdivisent en machines à simple effet et machines à double effet , et .sont dans tous les cas à balancier et à condensation. Dans les machines à simple effet, la vapeur n'agit que d'un côté du piston, l'effet utile se produit par intermittence et seulement pendant sa course descendante dans le cylindre. C'est de là que leur est venu le nom de machine à simple effet.
Ces machines à simple effet ne sont guères employées que pour élever do l'eau par le moyen de pompes : elles ont été inventées pour l'épuisement des galeries de mines. Elles se composent d'un cylindre à vapeur dans lequel se meut un piston dont la tige est fixée à l'une des extrémités d'un balancier. L'autre bras de ce balancier porte à son extrémité un contre-poids: en un point intermédiaire convenablement choisi entre l'axo et cette extrémité, vient
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s'attacher la tige du piston de la pompe d'épuisement. Une chaudière avec sa pompo alimentaire mue par le même balancier, et quelquefois un condenseur séparé complètent l'appareil.
Il y a deux espèces de machines à basse pression et à simple eflfel : celles dites machines atmosphériques et celles appelées machines de Watt du nom de leur inventeur.
Dans les premières la vapeur arrivo dans lo cylindre en dessous du piston. Elle le soulève et fait descendre en môme temps le contrepoids attaché à l'autre extrémité du balancier, ainsi que la tige de la pompe d'épuisement. L'introduction de la \apeur est arrêtée un peu avant quête piston ne soit parvenu en haut du cylindre. La résistance de l'atmosphère qui presse sur le piston, devient peu-àpeu supérieure à la force motrice, et le piston s'arrête sans choc et par degrés insensibles. 11 commence ensuite à redescendre, tant par l'effetde cette résistance, que par le vide produit artificiellement par la condensation de la vapeur. Cette condensation s'oi>ère, soit dans le corps même du cylindre en y injectant de l'eau , soit dans un condenseur séparé. Dans tous les cas, on suspend la condensation avant que le piston ne soit arrivé tout à fail au bas du cylindre pour qu'il ne vienne pas en frapper le fond. On voit que, dans la machine atmosphérique, l'effet utile, c'est-à-dire le soulèvement de l'eau dans la pompe, a lieu par suite de l'action directe de l'atmosphère, et c'est do là que lui \ ient son nom.
Dans la machine de Watt à simple effet, la vapeur est appliquée sur la face supérieure du piston, et condensée en dehors du cylindre. Pour que la machine se mette en mouvement, la communication de la chaudière avec la partie supérieure du cylindre est ouverte. La vapeur arrive, et pressant de toute sa force sur le piston, le fait descendre. Lorsque le piston a parcouru une partie de sa course, l'introduction de la vapeur est tout a coup interceptée. Le piston continue encore pendant quelque temps son mouvement en vertu de sa vitesse acquise, et par suite de la détente delà vapeur. Maislorsqu'il est parvenu vers le bas du cylindre, une soupape, appelée soupape d'équilibre, pratiquée dans le piston, se soulève et établit la communication de la sapeur entre la portion supérieure et la portion inférieure du cylindre. La vapeur se répand sur les deux laces du piston, et celui-ci se trouve en équilibre par rapport à elle. La force motrice cessant d'agir , tandis que la résistance produite par la charge que le piston avait à soulever, reste la même, il s'arrête bientôt. Mais la résistanco quo le piston avait à vaincra pendant sa course descendante ne consistait pas seulement dans l'eau d'épuise-
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ment : elle se composait en outre d'un contrepoids situé à l'autre extrémité du balancier, et qui a été enlevé en même temps que la charge d'eau. L'action de la vapeur ayant cessé, le piston est sans effet sur le contre-poids. Celui-ci tend à redescendre, et par contrecoup il entraîne le piston au sommet du cylindre. Le contre-poids n'a d'autre résistance à vaincre que le frottement propre de la machine, et si on a eu soin de lui donner une masse suffisante, rien ne l'arrêtera dans sa inarche. La soupape d'équilibre du piston restant ouverte pendant tout le temps qu'il remonte dans le cylindre, toute la vapeur passe en dessous , et elle trouve au bas du cylindre l'orifice du tuyau d'échappement qui la conduit au condenseur. Pendant tout ce temps, la communication entre la chaudière et la partie supérieure du cylindre est restée fermée. Mais lorsque la course ascendante du piston est terminée, la soupape d'équilibre se ferme, la communication avec la chaudière se rétablit, et le jeu de l'appareil recommence. Bien que la vapeur commence à s'écouler vers le condenseur aussitôt que la soupape d'équilibre lui permet de passer au-dessous du piston , néanmoins c'est surtout pendant la course descendante qu'elle y estrefoulée. A cet effet, l'orifice du tuyau d'échappement reste constamment ouvert.
Les machines à double effet sont celles dans lesquelles la vapeur agit alternativement sur chaque face du piston. Pour cela, elle est admise, tantôt par le haut, tantôt par le bas du cylindre. Son action a lieu de même que dans la machine à simple effet ; après qu'elle a agi, elle se rend dans un condenseur séparé du cylindre. Les machines à basse pression et à double effet sont ordinairement à balancier, elles pourraient être aussi bien à traverses et à bielles pendantes. On les appelle rotatives, parce que le mouvement rectiligne de la tige du piston est ordinairement employé à transmettre un mouvement circulaire, au moyen d'une bielle articulée avec une manivelle.
Machines à moyenne pression. Ce sont celles dans lesquelles la vapeur agit à une pression de deux à quatre atmosphères. Ce sont les plus répandues : elles admettent la plus grande variété de formes, soit dans leurs dimensions et dans la distribution de la vapeur, soit dans leurs communications de mouvement. La machine de la Planche Xest une machine fixe à moyenne pression et à deux cylindres verticaux, avec balancier et condenseur. L'énumération des pièces dont elle se compose , servira non-seulement à l'intelligence de la figure, mais encore à faire comprendre de quelle manière la plupart des machines d'un autre système sont agencées.
a, est le massif des cylindres à vapeur ; .
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6, massif des colonnes qui supportent l'entablement du balancier ;
c, perron et escalier qui conduisent à la machine. La chaudière et son fourneau sont à gauche ; le défaut d'espace a empêché do les représenter sur la planche ;
d, massif de la manivelle de l'arbre premier moteur qui porte le
volant;
f, porte conduisant dans les ateliers ;
g, tuyau qui porte la vapeur de la chaudière aux cylindres;
h, grand cylindre à vapeur;
t, petit cylindre. Ces deux cylindres sont enveloppés d'une chemise commune, dans l'intérieur de laquelle circule la vapeur ;
k k, plateaux du petit et du grand cylindre ;
1 I, robinets de graissage des plateaux ;
m m, boîtes à étoupes des plateaux, à travers lesquelles passent les tiges des pistons ;
n n, tringles de l'excentrique qui commando les tiroirs de distribution de la vapeur ;
o, grande manivelle des soupapes à vapeur;
p, petite manivelle des soupapes à vapeur ;
g, tige du grand piston ;
r, tige du petit piston ;
s, robinet de décharge de la chemise pour l'écoulement de l'eau provenant de la vapeur condensée ;
t, colonne qui supporte le parallélogramme articulé ;
u, bras qui réunit la colonne du parallélogramme au bâtis du balancier ;
v, traverse de la colonne du parallélogramme ; oc, bras du grand piston ; t/, bras du petit piston ;
s, bras de la tige du piston do la pompe à air du condenseur; a', tringle du piston de la pompe à air ;
clavette et tige du piston de la pompe à air ; c', corps de la pompe à air ; e', tuyau d'écoulement de l'eau de condensation ; fy bâche du condenseur;
déversoir de la bâche du condenseur; h\ tuyau qui porte la vapeur au condenseur, après qu'elle a agi dans les cylindres ;
«*, baliistre, manivelle et équerre du robinet d'injection d'eau froide dans le conducteur ; k' k'y chapeaux du balancier ;
346 MACHINE A VAPEUÎt.
V f , boules du balancier ;
m' m', balancier;
n', supports et palier du balancier;
o', entablement du balancier;
p', colonnes de l'entablement du balancier;
q\ grande plaque des cylindres et des colonnes du balancier;
r', pendule conique ou modérateur à force centrifuge;
s , bielle ;
t\ tète de la bielle;
u', manivelle commandée parja bielle ; v', arbre de couche ou premier moteur qui porte le volant; x ', prisonnier de la manivelle, avec sa clavette; y\ grands boulons qui relient la grande plaque et le palier delà manivelle aux massifs de maçonnerie ; r', palier de la manivelle; a" volant;
6", pompe alimentaire de la chaudière qui prend l'eau dans la chemise du condenseur; c", tuyau d'aspiration de la pompe alimentaire ; d'\ tuyau d'injection de la pompe alimentaire; c", arbre de commande de l'excentrique des tiroirs à vapeur ; f f'\ tringles et tiges de la pompe de puits ; g", pompe de puits qui fournit l'eau froide au condenseur; /i'', piston de la pompe de puits ; t", tuyau d'aspiration de cette pompe ; W ' tuyau de refoulement ; i", chapelle de la pompe de puits; n" n", planches qui ferment le puits ; o" puits;
p" plancher de la chambre de la machine ; q" murs du puits.
Machines à haute pression. Sous ce nom générai on désigne toutes les machines dans lesquelles la vapeur agit à une pression supérieure à celle de l'atmosphère. Elles comprennent donc les machiuesque j'ai distinguées sous le nom de machines à moyenne pres- " sion , et qui n'en sont à proprement parler qu'une subdivision. J'ai dit plus haut que la première idée de l'emploi de la vapeur à une haute pression dans les machines, appartenait à Papin ; mais c'est aux États-Unis que son usage a été le plus répandu, pendant qu'au contraire l'Angleterre continuait à engager des capitaux immenses dans les machines à* basse pression. Les avantages que présen- »
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(ent les machines a haute pression consistent dans une grande économie des frais de premier établissement et de combustibles, circonstances qui devaient avoir peu d'influence sur îe choix du système dans un pays où le fer et la houille sont abondans et à bon marché, comme en Angleterre. En France il n'en est pas de même, et les ingénieurs les plus expérimentés pensent que , sans les perturbations jetées dans l'industrie par notre système douanier, les machines à haute et à moyenne pression s'y seraient généralement répandues comme aux États-Unis. L'Angleterre elle-même , semble devoir céder au mouvement général , et le moment n'est peutêtre pas éloigné où, dans ce pays comme ailleurs , les machines à basse pression finiront par céder tout à fait la placo aux autres.
Un des constructeurs qui ont le plus contribué à répandre, aux États-Unis, les machines à haute pression, est Olivier Evans. Il conçut dès Tannée 1772, l'idée qu'elles pouvaient être appliquées au mouvement des voitures et des bateaux aussi bien que dans les usines : ses travaux sont de la même époque que ceux de Watt et de Woolf en Angleterre. Le principal avantage qu'Olivier Evans, et après lui , les autres constructeurs , reconnaissent aux machines à haute pression, est de pouvoir être débarrassées d'uno grande partie de l'attirail qui accompagne les machines de l'ancien système : la suppression du balancier, du condenseur, et de la pompe à air, tel fut le motif qui engagea d'abord cet habile constructeur à les préférer. Plus tard vint s'y ajouter l'emploi de la détente sur une grande échelle et une grande vitesse dans le jeu de toutes, les parties de l'appareil.
Ce n'est pas que les machines à haute pression n'admettent également l'usage du balancier et du condenseur ; mais ce système est le seul qui en permette la suppression sans inconvénient. Sans l'emploi de la vapeur à haute pression, la locomotive serait restée sans application possible, et jamais on n'aurait eu sur l'eau les grandes vitesses obtenues par les bateaux des États-Unis, et récemment égalées par les constructeurs français.
D'après les comptes rendus, publiés par l'administration des mines , la France, en 1841 , possédait 5 G05 chaudières à vapeur dont 4 857 étaient sorties des ateliers français et 748 des ateliers étrangers. 4 747 chaudières étaient employées à divers usage3 et 3 858 fournissaient de la vapeur à 2 807 machines représentant une force totale de 37 2% chevaux. Sur ce nombre de machines, 584 étaient à basse pression, et 2 223 étaient à haute ou moyenne pression <
