NOTICE HISTORIQUE

l.'horame, dans les temps antiques, établissait sa demeure non loin d'une source d'eau vive, de sorte qu'il lui sufltsait d'un vr.se dans lequel il pût faire lenir sa provision pour le repas ou pour la journée. Quand les conditions de Vexistence changèrent, il fallut inventer d'autres manières de se procurer l'eau nécessaire aux usages de la vie. On n'avait plus toujours une source dans sou voisinage, a la surface du sol, on dut l'aller chercher au fond de puits plus ou moins profonds. Par la suite, les familles ayant formé des agglomérations, hameaux, bourgs ou villes, voulurent s'assurer une alimentation de mieux en mieux organisée; ce désir donna naissance à des engins plus perfectionnés.

De nos joute, non-seulement on veut avoir à sa disposition la quantité d'eau dont on peut avoir besoin pour la boisson et tous les travaux domestiques; mais encore, comme l'on construit continuellement d'importants ouvrages dont les fondations seraient très-difficiles et quelquefois impossibles si l'on ne pouvait se débarrasser des eaux qui font irruption dans les fouilles, il faut que l'on puisse, à l'aide d'engins spéciaux, enlever ces eaux pour les rejeter au dehors, au point où elles ne causeront plus aucune gène. Enfin ces mêmes machines, ou d'autres analogues, nous sont devenues nécessaires pour irriguer une grande quantité de terrains dans lesquels, sans cela, notre agriculture serait improductive. Ces appareils, destinés a élever l'eau soit pour l'alimentation, soit pour les épuisements, soit pour les irrigations, forment un groupe très-important dont nous allons essayer d'esquisser l'histoire aussi brièvement que possible.

I. — L une des premières machines dont il soit parlé à l'époque greco-romaine est la vis à laquelle on donne encore le nom de vis d'Archiméde (troisième siècle avant J. C). C'est une boite cylindrique dans laquelle se meut une héliçoïde gauche montée sur un noyau plein. En inclinant l'appareil d'une manière convenable et donnant à l'arbre ou noyau un mouvement de giration dans la direction ascendante de l'hélice, mouvement dont la vitesse est réglée par l'expérience, l'eau dans laquelle on a plongé le pied de la machine est enlralaéc et se déverse a la partie supérieure.

APPAREILS SERVANT A ÉLEVER L'EAU

L'usage do. la \is d'Archimède est devenu très-restreint, excepté en Hollande où elle est encore employée sur une assez grande échelle avec des moteurs a vapeur. En France, on ne s'en sert plus que pour un petit nombre d applications, et le mouvement lui est presque toujours imprimé a bras d'homme».

Si l'on appelle « l'angle de l'axe de la machine avec l'horizontale, et fi celui d'un élément de l'hélice projetée sur le cylindre avec la génératrice du cylindre lui-même, et soit a = fi, un corps quelconque placé dans le tube ne tendra ni à monter ni à descendre, a moins qu'on ne lui imprime un mouvement dans le sens de l'ascension de l'hélice par exemple : en ce cas il montera.

En pratique, il faut que P = 60° et a = 40° environ, non pour que le volume d'eau soit un maximum, mais pour obtenir le maximum de travail, la hauteur variant avec a. D'ailleurs fi diminue à mesure que l'on considère une hélice plus rapprochée du noyau.

L'eau, dit Péclel dans son Traité élémentaire de physique, s'élèvera toujours quand chaque spire aura une tangente horizontale, car alors le point de tangente sera le plus haut ou le plus bas, et le liquide devra se trouver, dans chaque pas, au-dessus de ce dernier. Cela posé, par le point de rencontre de l'axe de la vis et du niveau de l'eau, menons une ligne parallèle à une tangente en un point quelconque de l'hélice qui forme l'axe du canal rampant, et imaginons que cette ligne soit une des arêtes d'un cône droit concentrique à l'axe de la vis; les génératrices de ce cône représenteront les directions de tous les éléments de l'axe du canal; celles qui se trouvent à fleur d'eau seront les directions des éléments inférieurs et supérieurs de chaque spire, parce que ces éléments sont parallèles à l'horizon. On voit facilement, d'après cela, que la vis fonctionnera toutes les fois que le cône sera coupé par le plan du niveau de l'eau, et que l'eau ne s'élèvera point dans la vis quand le cône sera entièrement au-dessus de l'eau.

En France, le cylindre tourne avec la vis, son diamètre D varie de 0'».33 à 0"'.f.(i; celui du noyau, d'environ le tiers, de 0m.t0 ;\ 0».22. La longueur est " comprise entre 121) et IS1), par conséquent entre ôm.00 et 8»>.00. Généralement on enroule trois hélices autour du même noyau.

En Hollande, l'enveloppe esl séparée, on fait même simplement un coursier demi-circulaire, laissant à l'air libre la moitié supérieure de la vis; il y a des perles provenant du jeu qu'il faut laisser, mais cela est compensé par une faligue moins grande des tourillons.

Le nombre des tours N ne doit pas dépasser W par minute, car on a encore, en ce cas, pour la vitesse par seconde, pour

y = .xo.wx*o

3 APPAREILS SERVANT A ÉLEVKR l/KAU. 27

I, 6 rendement de ces appareils n'est pas toujours le même; mais on peut admettre qu'il est de 50 à HO pour 100; c'est la ce qui résulte d'observations nombreuses. En certains cas, leur application a présenté des avantages réels. Nous signalerons comme inconvénient la grande longueur d'où rétulte souvent une flexion longitudinale de tout le sysléme.

II. — Après la vis vient le cAape/ef, composé d'une série de palettes Axées à une chaîne tournant autour de deux tambours dont l'un lui transmet le mouvement qu'il reçoit d'un moteur quelconque; ces palettes glissent dans une auge inclinée dans laquelle elles font entrer par la partie inférieure l'eau du bief à épuiser, eau qui se déverse à la partie supérieure.

L'appareil est peu coûteux comme installation; mais il donne lieu souvent, à cause des articulations, à des réparations qui, peu importantes comme dépense, peuvent cependant être trés-préjudiciables parce qu'elles entravent la marche du travail. On pourrait sans doute arriver A des perfectionnements; mais le rendement utile n'élant que de 40 pour 100 environ, les inventeurs n'ont pas été tentés de pousser leurs investigations de ce côté.

Flg. t.

I.e plus souvent le chapelet est incliné (voir la figure). La hauteur dont on élève l'eau n'est guère que de 2m.OO; au delà, la perte de travail augmente dans une rapide proportion.

L'auge où circulent les palettes est en bois; tout aulnur des palet les existe un jeu de 0».00.!i à 0»>.007, ce qui conduirait à construire lauge de manière que le périmètre fût un minimum par rapport a une section donnée. Ordinairement la hauteur h de l'auge varie de £ a \ de sa largeur X; l'écartcment c des palettes est en général fixé a I fois ou I fois { celle hauteur h.

Fig. J

Soient H la différence de niveau dont on doit élever l'eau, L la longueur de

28 APPAREILS SERVANT A ÉLEVER L'EAU. 4

l'auge, * son inclinaison sur l'horizontale, u la \ilcsse, et conséqucmmcnt - le

nombre de palettes qui passent par seconde, et y le volume d'eau entraîné par chaque palette :

H = L.sin.a

Q=TOprs.^==xH[mnS + wprS] = x^[îlJp+e(/t-e.tg.»)]

QH=x.u^-^pJ L.sin.a,

expression dont on doit chercher le maximum, et qui pratiquement ne dépasse pas 40 pour 100 du travail moteur.

Le chapelet s'emploie parfois vertical ; il faut alors que le conduit dans lequel s'engagent les palettes soit rétréci à la partie inférieure, de manière à ne laisser que très-peu de jeu; les palettes peuvent être rondes ou carrées, mais le rétrécissement doit être alésé.

Fig. 4.

Le chapelet vertical donne la possibilité d'élever l'eau à une hauteur assez considérable; toutefois, nous devons dire qu'alors l'effet utile diminue encore et tombe au dessous du chiffre ci-des>sus.

III. — Les norias sont des engins plus perfectionnés, dont le travail produit est déjà de plus de Ofi pour 100 pour une hauteur de 4 mètres, et augmente avec la hauteur de telle sorte qu'il peut atteindre 87 pour 100 dans certains cas. Delà est précieux, car on est souvent conduit à faire parcourir à l'eau un chemin vertical considérable qui nécessiterait l'emploi de pompes foulantes ou d'un système de pompes aspirantes superposées.

Un tambour se meut autour d'un axe horizontal à quelques décimètres audessus du niveau où il s'agit d'amener le liquide. L'axe reçoit le mouvement soit de bras d'hommes, soit d'un manège A chevaux, soit d'une locomobile ou d'un récepteur hydraulique. Sur ce tambour passe une chaîne à laquelle il communique son mouvement. A la chaîne sont attachés de distance en distance des godets en tôle ou en bois. La partie inférieure de la chaîne plonge de 20 à ïîO centimètres au plus dans l'eau qu'on doit élever. Les godets s'immergent, ressortent pleins, remontent, maintenu? verticaux par la chaîne, s'engagent sur

A PI» A HK ILS SERVANT. A ÊLEVEK L'EAU. 29

le tambour, et, au moment où ils vont prendre une position horizontale, un système quelconque les force à basculer et à se vider dans un caual en bois ou en métal qui conduit le liquide au loin .

On a dû perfectionner successivement le mode d'attache des godets à la chaîne, la forme des godets, la disposition du tambour supérieur, le système qui fait basculer les godets. Il a fallu bien des modifications avant d'arriver à un moyen assez simple d'allonger la chaîne quand cela devient nécessaire, et d'ajouter un ou plusieurs godets. On a dû tâtonner avant de trouver soit le moment le plus favorable pour que le liquide commence à se déverser en dehors du godet, soit le moyen de se débarrasser de l'air cm prison m'- dans le godet à l'instant de sou immersion, air qui l'empêche de s'emplir d'une manière complète.

Ces appareils ayant été travaillés de nouveau depuis quelques années, et étant amenés A un point notable de perfectionnement, ainsi que l'attestent les noria» qui fonctionnent à l'Exposition universelle, nous en reparlerons en premier lieu quand nous en serons à l'examen des diverses machines exposées, et nous nous bornerons ici aux quelques détails qui précèdent.

IV. — Dès le temps des Humains, on avait inventé une roue servant à élever l'eau, et à laquelle on avait donné le nom de tympan. Vitruvc en parle dans son livre de Architectura. Le tympan est encore en usage de nos jours, soit tel qu'il a été alors inventé, soit avec une construction perfectionnée.

Fig. 5.

L'ancien tympan est une roue en bois, à jouées, divisée en six ou huit compartiments par des cloisons fixées sur les bras. Chacun de ces compartiments a une ouverture pratiquée immédiatement après la cloison du compartiment qui précède, ayant plusieurs centimètres suivant la circonférence, et dans le sens perpendiculaire, ayant toute la largeur entre les jouées. La partie centrale est percée d'un orifice autour de l'arbre. Le mouvement est transmis à l'arbre par un moteur quelconque animé ou inanimé.

Quand un compartiment s'immerge, l'eau y pénètre et y demeure emprisonnée quand il émerge. Dès que, par suite de la rotation, le niveau supérieur de leau arrive à hauteur de l'orifice central, celte eau s'échappe. On ne peut ainsi élever l'eau que d'une hauteur un peu inférieure au rayon du tympan, puisqu'il faut qu'une partie soit plongée dans le bief.

V. — On s'est servi pour construire le barrage du Pont-Neuf A Paris, et on se sert encore dans quelques travaux, du tympan à développantes. D'après la construction des cloisons, tous les centres de gravité des masses d'eau contenues dans les divers compartiments sont sur la même verticale tangente au cercle

APPAREILS SKHVANT A ÉLEVlîU L'KAU.

extérieur de l'orifice rentrai, de sorte que le travail est presque constamment le même; de plus, la vitesse, très-grande à la circonférence, est presque nulle au centre, ce. qui est avantageux pour l'échappement de l'eau. Malheureusement, pour une différence de niveau de 4'».00 seulement, il faut des tympans de tv»'.00 à to«".00 de diamètre.

Fij. 6.

Au barrage du Pont-Neuf, la roue avait O.00 de diamètre, cl on lui imprimait une vitesse de 2 tours 1/2 par minute, soit 0n>.80 par seconde. Le rendement était d'à peu près 80 pour I0O. La quantité d'eau élevée par minute n'a guère jamais dépassé 24 mètres cubes.

VI. — I es Hollandais emploient pour épuiser les eaux de leurs polders ou pour irriguer les terres de ces polders en culture, une roue de côté marchant à l'envers. Les palettes sont plates et forment un angle avec la direction du rayon en sens opposé au mouvement, afin que l'eau soit abandonnée à peu près sans vitesse, pour diminuer le travail perdu. l.a roue se meut dans un coursier fait avec soin, laissant peu de jeu, et qui l'embolie sur ' ou { de la circonférence. La vitesse ne doit pas être trop faible, afin que la perte de travail provenant du jeu cutre la roue et le coursier ne devienne pas une fraction considérable du travail total. La forme des paleltes permet*précisément d'augmenter cette vilessc.

Celle roue est employée en France, notamment à Saint Ouen.

Bile présente le même inconvénient que les tympans des divers systèmes, c'est de ne pouvoir élever l'eau A une hauteur un peu considérable qu'à condition d'avoir un énorme diamètre; elle n'est donc encore applicable que dans le eai où l'on n'a à racheter qu'une différence de niveau de 1M.S0 à 3m.00.

VII. — MM. Uurens et Thomas ont appliqué à l'élévation de l'itau une roue à godet» marchant dans le sens opposé a celui qu elle suivrait si elle de\ait fonctionner comme moteur hydraulique. I^eur but a été d'obtenir une plus grande différence de niveau entre le bief d'épuisement et le bief supérieur, où l'eau se déverse, sans accroître outre mesure les dimension* de leur machine.

L'eau, en effet, dans leur système, au lieu d'être abandonnée a la hauteur de l'arbre moteur, tombe des godets soit daos deux caniveaux, soit dans quatre caniveaux superposés deux à deux, établis vers la parlie supérieure de la roue, un peu au-dessous du niveau où l'eau commence à se déverser, et symétriquement disposés de chaque côté de la roue. Planche XXIII, flg. 3 et 4.

Cet engin a un lion rendement et est utilement applicable dans plusieurs cas, parce qu'il permet l'épuisement dans des conditions de différence de niveau A racheter qui nécessiteraient des roues hollandaises ou des tympans de dimensions colossales.

APPAREILS SKHVANT A ÉLKVEH L'KAli.

VIII. — On a jadis beaucoup employé, pour faire mouler l'eau à de* dislances très-grandes au-dessus de son niveau initial, une machine à laquelle on avait donné le nom de bélier hydraulique , et dont l'invention était due à Muntgolfier, vers la fin du siècle dernier. fcn \oici la description sommaire :

Du fond du bief dont l'eau doit être élevée part une conduite dont l'orifice est à une certaioe prorondeur aa-dessoùs du niveau de Tenu; cette conduite porte en l'un de ses points une soupape dont la densité est le double environ de celle de l'eau, et le diamètre un peu supérieur à celui du tuyau; ce tuyau csl terminé par une partie hémisphérique munie de dcux'soupapes par lesquelles il communique avec un réservoir d'air d'où part le tube ascensionnel.

Pip. ?.

L'eau se précipite hors du bief, la soupape inférieure est abaissée, l'eau s écoule par l'orifice qu'elle laisse libre. Peu à peu la vitesse augmente, la soupape est soulevée, puis fermée avant que la vitesse ait atteint son maximum ; l'eau est alors poussée en avant, clic s'élance, remonte à l'extrémité, fait, par un choc ou coup de bélier, ouvrir les soupapes du récipient ou réservoir d'air, et, se précipitant dans ce réservoir, refoule dans le tube ascensionnel 1 eau qui s'y trouvait déjà. Au bout d'un instant, il y a réaction des parois métalliques comprimées, les soupapes supérieures se referment, la vitesse de l'eau devient presque nulle et la soupape inférieure retombe et se rouvre. Derechef l'eau s échappe par ce chemin, les mêmes phénomènes que nous venons de décrire se reproduisent, et ainsi de suite périodiquement. Le conduit ascensionnel peut avoir une grande hauteur; d'après des expériences faites, un bélier élevant l'eau à 00"* .00 rendait «7 pour 100 de travail utile; un autre, ne l'élevant qu'à S*» .00, donnait un rendement de 63 pour 100. Cependant les pertes de travail augmentent avec la hauteur, et M. Péclet cite un rendement de 90 pour 100 pour une ' hauteur, il est vrai, assez faible.

L'air n'agit, dans le réservoir, que comme régulateur du mouvement d'écoulement. Il est inutile de dire qu'un tuyau de décharge permet à l'eau qui sort par la soupape inférieure de s'échapper hors de la cage où est établi le bélier.

Cette machine présente deux inconvénients sérieux : d'abord un bruit très- Tort et très-incommode; en second lieu, des chocs tellement violenis que la construction doit être d'une extrême solidité sous peine de se trouver complètement disloquée en peu de temps. Néanmoins quelques constructeurs de province ont perfectionné les installations et ont réussi à faire monter l'eau sur des collines élevées, pour des irrigations, sans que le prix de revient ait été trop considérable ou les réparations d'entretien trop onéreuses.

IX. — Nous ne ferons pas ici la théorie des pompes. Chacun sait que si on pro* doit le vide dans un tube plongeant dans un liquide dont la surface communique avec l'air ambiant, le liquide s'élèvera dans le tube jusqu'à ce qu'il atteigne une hauteur telle que la pression à la partie inférieure conlrcbalancc la

32 APPAREILS SERVANT A ÉLEVER L'EAU. s

pression atmosphérique. En faisant le vide dans un cylindre, ù l'aide d'un piston, on peut faire monter l'eau, non pas jusqu'à la hauteur théorique de mais jusqu 'à 8"'.00, 8»n.,'i0 ou y». 00, suivant le degré de perfection des appareils. Il est impossible de produire un vide absolu. «

Le moyen que nous venons d'indiquer pour produire le vide dans le tube ascensionnel, moyen qui a été pendaut longtemps le seul employé, a été depuis quelques années modifié par un Ires-grand nombre de constructeurs. L'Exposition de Rillancourl et celle du Champ de Mais renferment un grand nombre de modèles que nous aurons à examiner pur la suite. Pour le moment, nous nous contenterons de donner la nomenclature des principales espèces de pompes employées aujourd'hui dans l'industrie et dans l'agriculture.

Au point de vue du mode de fonctionnement de leurs organes essentiels, on peut partager ces appareils en pompes à piston cl pompes rotatives. Les premières peuvent être :

Aspirantes et élévatoires a piston creux;

Aspirantes et foulantes à piston plein ;

A simple effet;

A double effet ;

A un seul corps de pompe;

A plusieurs corps de pompe;

Enfin d'un des systèmes dits « sans limite ». Les secondes comprennent :

Les pompes rotatives proprement dites, ou à piston tournant.

Et les pompes à force centrifuge.

Toutes ces pompes sont employées dans un grand nombre de circonstances. On peut citer leur application A l'économie domestique, à l'agriculture pour les irrigations et la distribution des engrais liquides, à l'alimentation des villes et des établissements industriels, aux épuisements et aux travaux de mines, à l'extinction des incendies, etc. Dans chaque cas particulier, elles doivent remplir des conditions spéciales, comme mode de fonctionnement et comme système de construction. C'est à ce double point de vue que nous examinerons celles qui sont exposées au Palais du Champ de Murs et dons ses annexes.

iNous devons exprimer ici un regret ; c'est que la plupart des modèles exposes ne sont pas démontés, ils ne sont pas accompagnés de dessins explicatifs, cl, comme aucun agent ne se trouve sur place pour donner les renseignements qu'il y aurait lieu de demander, nous avoos été plusieurs fois obligés de re- * noncer à la description d'appareils qui peut-être auraient mérité de figurer dans cette élude que nous ferons cependant aussi complète que possible.

Nous examinerons d'abord les engins autres que les pompes, ce qui formera un chapitre, nécessairement peu développé. Ensuite nous aborderons l'étude des pompes de divers systèmes.

A. CH AL VEAU DES HOCHES, Aucicu iugéuieur aux chemins de fer espagnols.

Machines et appareils autres que les pompes.