COMMISSAIRES , MM. DE PROXY, ARAGO, GAKBEY, SAVARY

Extrait des Comptes rendus des seau ces de l’Académie des Sciences , séance du a janvier i838.

Dans un premier travail auquel l’Académie a donné son approbation , M. Morin a fait connaître, par des mesures nombreuses et précises, ce que peuvent réaliser d’effet utile, pratiquement disponible, les diverses roues hydrauliques ordinairement en usage et qui tournent sur des axes horizontaux.

C’est en quelque sorte le complément de ce premier travail que M. Morin a présenté dans le Mémoire dont nous venons rendre compte aujourd’hui.

Cette fois, les recherches de M. Morin ont eu pour objet ces nouvelles roues hydrauliques, peu multipliées encore, mais sur lesquelles l’attention publique est si vivement fixée depuis quelque temps, les turbines de M. Foumeyron. L’ingénieur à qui l’on doit et la disposition et l’établissement de ces précieux moteurs , celui qui lutte avec persévérance depuis quinze ans pour les per-

s.' , RAPPORT FAIT A L'INSTITUT,

fectfonner et les répandre, M. Fourneyron lui-même, a prêté à l’auteur de ce Mémoire , pendant toute la durée des expériences , le secours d’une active coopération.

Sous le nom général de turbines , on comprend aujourd’hui des roues qui n’ont guère de commun entre elles , que de tourner les unes et les autres , autour d’un axe vertical. Celles qu’un ingénieur , homme d’invention et de science , M. Burdin, imagina et fit connaître le premier sous ce nom , reçoivent l’eau à la base supérieure d’un cylindre ou tambour vertical et la rejettent à la base opposée. L’eau entre et sort près de la circonférence extérieure , suivant des canaux pliés en hélice à la surface du tambour qui doit avoir une hauteur égale à la moitié de la hauteur entière de la chute d’eau disponible.

Dans les turbines de M. Fourneyron, le tambour n’a jamais qu’une petite épaisseur , quelques décimètres, par exemple. L’eau s’élance obliquement en jets horizontaux de tout le contour d’un cylindre intérieur vertical, pénètre de tous côtés dans les compartimens de la roue qui, en tournant, affleure ce cylindre, suit, en les pressant , des aubes courbes renfermées entre les deux bases horizontales , et s’échappe horizontalement par la tranche verticale du tambour extérieur.

On aura une idée des turbines de M. Fourneyron en concevant que l’on pose à plat une roue ordinaire à palettes courbes, et que l’eau arrivant sur les palettes par le centre, sorte à la circonférence.

Un de nos confrères, M. Poncelet, a proposé, en 1826, une disposition inverse de celle que nous indiquons ici: l'eau devait arriver par la circonférence de la roue et sortir par le centre.

C’est peu encore que d’être guidé par ces indications générales. Les difficultés les plus graves se présentent dans les détails

d’exécution ; l’eau , pour satisfaire aux meilleures conditions d’effet , devrait entrer sans choc et sortir sans vitesse. Comment donner aux jets liquides, lancés dans la roue, la direction la plus avantageuse? Comment faire en sorte qu’après avoir épuisé leur action sur les aubes, ils les abandonnent sans difficulté? Comment , avec des dispositions simples , obtenir des effets peu variables , et toutefois permettre à la roue de prendre au besoin des vitesses très -différentes? Telle est une partie seulement des questions que l’expérience devait résoudre, et que M. Fourneyron a résolues par l’expérience, patiemment et habilement.

Ces questions, d’un si haut intérêt pour la science, ne peuvent être examinées ici. M. Fourneyron a construit des moteurs,’ mais il n’a rien fait connaître des proportions qu’il leur donne. M. Morin ne pouvait, il le déclare, penser même à le dévancer dans la publication de ces détails. Son unique but était de constater , comme il l’a fait pour les autres roues , des résultats immédiatement utiles à l’industrie. C’est de ces résultats seulement que nous aurons à parler.

Deux turbines récemment établies par M. Fourneyron ont été soumises aux recherches de M. Morin. Toutes deux conduisent des tissages mécaniques , l’une à Moassay , près de Senones dans les Vosges, l’autre à Müllbach, dans le département du Bas-Rhin. Celle-ci marche sous une chute d’eau de 3 mètres environ; celle-là sous la chute très -forte de sept à huit mètres dans sa valeur moyenne.

Les quantités de travail ont été mesurées à l’aide de l’appareil devenu en quelque sorte indispensable à ces recherches , du frein dynamométrique " de M. de Prony. Le frein était directement appliqué à l’arbre vertical des turbines, continuellement arrosé,

et la température des surfaces frottantes variait si peu que les oscillations à l’extrémité du levier n’ont jamais dépassé , dans les expériences faites à Müllbach, 4^5 centimètres d’amplitude. Il semble , pour le dire en passant , qu’un tel moyen de mesure ne laisse plus rien à désirer.

Les garanties d’exactitude qu’offrent les dispositions prises par M . Morin , et qu’on pouvait attendre d’un ingénieur aussi habile , sont complètement confirmées, par la régularité des séries d’observations. Ces séries , rapportées d’abord sous forme de tableaux et en chiffres, sont ensuite, quant au résultat principal, représentées graphiquement par des courbes. Ce mode de représentation a l’avantage démettre en évidence, d’une manière plus frappante, le peu de variation qu’éprouve l’effet utile des machines pour des variations de vitesse très- considérables.

Citons quelques nombres. Relativement à la turbine de Moussay, la quantité d’eau dépensée restant la même et d’environ kilogrammes par seconde, la vitesse a pu varier de i4o à a3o tours par minute, sans que le rapport du travail disponible au travail absolu de la chute d’eau se soit écarté de plus de „ de la valeur maximum observée

Objectera-t-on quïci le volume d’eau dépensée, évalué d’une manière indirecte , laisserait une très-légère incertitude ? D’abord cette incertitude pourrait bien être défavorable à la machine ; ensuite, et en tous cas, elle n’existe nullement de la même manière pour la turbine de Müllbach.

Relativement à celle-ci , où du reste les expériences sont plus concordantes, les séries plus régulières, pour des variations de vitesse qui s’étendent de 55 à 79 tours par minute, l’effet utile a toujours été compris entre les 78 et les 79 centièmes du travail moteur. Ces différences sont de l’ordre des erreurs dont on ne saurait entièrement se garantir.

Nous devons aller au-devant d’une seconde objection. Si l’on nous demandait pourquoi , en ne citant que quelques nombres , nous choisissons les séries dont les résultats moyens sont les plus élevés, notre réponse serait facile/

L’eau est lancée dans la turbine par des orifices dont un vannage permet de varier la hauteur. De cette hauteur dépend la quantité d’eau consommée par la roue dans un temps donné. Eh bien ! plus cette hauteur d’ouverture augmente , plus la quantité d’eau consommée devient considérable, plus l’effet utile s’accroît et se rapproche du travail moteur. Cela ressort avec évidence de la marche régulière des chiffres. Nous sommes donc fondés à dire qu’aucune des séries ne présente encore les circonstances les plus favorables à la machine , et que si on veut la juger, surtout relativement à d’autres, il faut, autant qu’il est possible, se rapprocher de ces conditions de meilleur effet. Des obstacles matériels, que M. Morin signale, l’ont seuls empêché de pousser jusque-là les expériences. Ajoutons toutefois que même encore pour des levées de vanne et des dépenses d’eau moins considérables et moins avantageuses , l’effet utile diffère long-temps assez peu de celui que nous avons cité.

. Si , pour une même dépense d’eau , on fait varier la vitesse des turbf^^ au-delà des limites déjà très-étendues dans lesquelles il convient de se renfermer, on voit à la vérité leur puissance s’affaiblir rapidement. Mais de quel moteur n’en est-il pas ainsi? Les limites d’effet avantageux sont encore plus resserrées pour les autres roues hydrauliques ; l’action des hommes , celle de la vapeur ont , comme on le sait , relativement à chaque mode d’application , des vitesses convenables dont on ne saurait s’écarter sans diminuer leur produit.

Puisque nous avons abordé cette grave et délicate question de comparer les turbines à d’autres moteurs, il est d’autant plus

RAPPORT FAIT A L'INSTITUT, naturel de nous y arrêter encore, que le précédent Mémoire de M. Morin, Mémoire dont celui que nous analysons est la suite, nous offre , relativement aux roues hydrauliques le plus communément employées , les éléniegs de la comparaison déterminés avec le même appareil et par le même ingénieur.

Veut-on connaître le résultat le plus immédiat de cette comparaison ? Ce que nous avons dû regarder comme une limite d’effet inférieure à l’effet le plus, avantageux des turbines, c’est déjà, d’après M. Morin , pour la turbine de Müllbach , la plus grande action des roues à augcts les mieux établies \ c’est déjà , pour la turbine de Moussay, le plus grand effet de la roue de côté de l'atelier des meules à Baccarat, lorsque cette dernière roue marche dans les conditions les plus favorables.

Une seule roue de côté dans les expériences de M. Morin , celle de la taillerie de cristaux du même établissement, semble donner un résultat de très-peu supérieur. Mais cette supériorité n’est qu’apparente.

Pour le prouver, quelques détails sont nécessaires. Quand on veut évaluer la puissance d’un cours d’eau, dans l’impossibilité d’en jauger directement le volume , on le force ordinairement à passer sur un déversoir. La nappe qui s’incline au-dé^£pdu seuil de cette espèce de barrage, fournit une quantité de liquide dépendant principalement de la hauteur du niveau dans le bief supérieur. Cette quantité dans chaque cas, pourvu que toutes les circonstances soient exactement pareilles , se calcule à l’aide dune formule empirique , déduite d’expériences directes et toujours trèsdélicates.

Eh bien ! des expériences récentes de M Castel , publiées par M. d’Aubuisspn , ont conduit à modifier légèrement la formule précédemment admise. Ces expériences n’étaient pas connues lorsque

M. Morin étudiait la roue de la taillerie à Baccarat. 11 en résulte que là il estimait d’après l’ancienne formule le volume du cours d’eau, tandis que dans les observations faites sur les turbines, il évalue la dépense par la formule corrigée.

La différence des deux modes d’évaluation est en faveur de la roue de la taillerie ; si l’on rectifie l’ancien calcul d’après les données actuelles, on trouve sensiblement, pour les deux roues de côté, le même effet utile, à très-peu près égal à l’effet maximum observé de la turbine de Moussay.

Ce n’est pas tout encore : dans la roue de la taillerie de Baccarat, la tête de la vanne qui forme le seuil du déversoir est arrondie , dans les déversoirs sur lesquels on a mesuré la quantité d’eau employée par les turbines de M oussay et deMüllbach, le seuil se termine en amont par- une arête vive. Sur cette arête, la surface inférieure de la nappe liquide se relève et cette circonstance diminue le volume d’eau qui s’écoule. Si l’évaluation de ce volume est juste à Moussay et à Müllbach , elle est trop faible à Baccarat. La différence tourne encore à l’avantage de l’ancienne roue. Des mesures directes pourraient seules lever ces petites incertitudes.

De ces détails trop longs peut-être , nous nous croyons en droit de conclure, qu’en faisant une part convenable aux erreurs des jaugeages, les turbines observées par M. Morin sous de grandes chutes d’eau offrent au moins des résultats aussi avantageux que les meilleures roues ordinaires. On remarquera qu’il s’agit de moteurs équivalant à l’action de 4o, 60 et 90 chevaux.

Si l’on rapproche ces résultats de ceux qu’une commission d’ingénieurs habiles, MM. Mary, Saint-Léger, Manicl, ont obtenus sur la turbine d’inval • de ceux que M. Fourneyron lui -même avait publiés antérieurement sur la même roue , on arrive constamment à des conclusions semblables.

8 RAPPORT FAIT A L'ISSTITUT.

Partout et sous des chutes qui ont varié depuis la faible valeur de 3. décimètres (i pied) jusqu’à i, a, 3 et 7 mètres, le travail disponible transmis par les turbines a pu atteindre jusqu’aux 7 ou 8 dixièmes environ du travail moteur.

Voilà pour l’effet utile considéré d’une manière absolue.

. Par rapport aux applications , par rapport aux circonstances variables, où un moteur hydraulique peut se trouver placé, les turbines offriront de nouveaux avantages.

Elles sont de toutes les roues hydrauliques celles qui, sous le plus petit volume, utilisent la plus grande quantité d’eau.

L’eau qui les poussé ne pèse presque point sur leur axe.

Les énormes vitesse^, les vitesses variables qu’on peut leur laisser prendre sans rien sacrifier de leur action , permettent de supprimer dans beaucoup d’usines ces engrenages , ces axes pesans destinés à transmettre avec accélération, mais aussi avec perte d’elfet, le mouvement si peu rapide lorsqu’il est le plus avantageux, des grandes roues à augets.

Une autre propriété des turbines est plus importante encore. M. Morin, comme les ingénieurs qui l’ont précédé, remarque qu’elles fonctionnent aussi bien étant noyées que hors de l’eau } ce serait mieux qu’il faudrait dire, s’il était permis de s’arrêter à de légères différences.

A plus d’un mètre de profondeur sous l’eau, les nappes liquides s’échappent des aubes avec autant de facilité qu’à la surface. L’action ne dépend que de la différence de niveau en amont et en aval : peu importe la hauteur absolue de part et d’autre.

On voit de suite combien cette propriété des nouvelles roues est précieuse : elle permet de profiter , dans tous les temps , de la chute entière du cours d’eau.

Qu’arrive-t-il , au contraire, avec les roues verticales? Si le , niveau s’élève dans le bief d’aval , si une portion des aubes est noyée à la partie inférieure, le moteur ne fonctionne plus qu’avec perte et avec peine: veut -on soulever la roue? il faudra encore soulever le coursier. Pour éviter ces complications , il arrive qu’on préfère souvent élever tout le système d’une manière invariable , n’utiliser qu’une partie de la chute, quand elle est forte, pour se trouver à uue hauteur convenable , quand elle vient à diminuer.

Ainsi , la comparaison que les turbines soutenaient avec avantage auprès des anciennes roues , considérées dans les circonstances qui leur sont le plus avantageuses , aurait été bien plus favorable encore aux nouveaux moteurs dans le plus grand nombre de cas.

Cette confirmation de la haute valeur des turbines , que viennent d’apporter les belles expériences de M. Morin , cette propriété surtout de ne rien perdre pour être plongées , d’engloutir et d’utiliser sous un volume médiocre de grandes masses d’un puissant cours d’eau , nous •utorise à rappeler la proposition que l’un de vos commissaires, M. Arago, a faite il y a déjà long-temps, de substituer ces roues nouvelles aux machines antiques qui fournissent si mesquinement à la consommation d’eau de la ville de Paris. A l’époque où la proposition de M. Arago fut mise en avant, l’expérience n’avait point encore prononcé sur ce qu’on en pouvait attendre. Depuis cette époque , trois séries de mesures sont venues confirmer les prévisions de notre confrère. Elles les ont confirmées pour des circonstances analogues à celles où les turbines devraient fonctionner, noyées à une profondeur variable dans les eaux de la Seine. Aujourd’hui , il ne peut rester aucun doute sur le résultat de leur établissement.

Outre les expériences directes sur l’effet des turbines, le Mémoire de M. Morin contient encore des recherches sur la dépense d’eau qui a lieu par les orifices d’où la veine s’élance sur les

aubes. Mais ces déterminations étant elles-méme subordonnées à la détermination de la dépense qui se fait sur le déversoir , peuvent être sujettes encore aux mêmes incertitudes, qui toutefois sont très -légères.

Pour nous résumer, le travail de M. Morin est digne d’éloges sous le rapport du nombre et de l’exactitude des observations, sous le rapport de la difficulté vaincue et de l’utilité pratique : vos commissaires vous proposent d’accorder votre approbation à son Mémoire et d’en ordonner l’impression dans le recueil des Savons étrangers.

Ces conclusions sont adoptées.