AF = 8^*S

L'erreur à laquelle conduit dQ = o s'élève ici à

8oi— 4Ri

ou près de 4o pour 100.

On arrive donc, lorsqu'on fait abstraction de Faction des parois, à des résultats tout aussi inexacts dans l'évaluation du travail de la détente que dans celle de la dépense en vapeur.

Le résumé de tout ce qui précède est fort net et précis. Le lecteur l'aura déjà fait par lui-même.

I® Nous avons vu que l'analyse expérimentale de la machine à vapeur, appuyée sur l'emploi des équations fondamentales de la Thermodynamique, met à nu les phénomènes intimes qui se passent dans ce moteur et fournit en même temps par contre-coup une admirable vérification de ces équations jusque dans les plus minimes détails. Là où les équations semblent échouer, elles sont simplement inapplicables, en vertu de raisons qu'il est facile de reconnaître et qui reposent sur les principes mêmes de la Thermodynamique. Tel était, par exemple, le cas de la machiné à deux cylindres, où l'équation

a conduit à des résultats faux et où l'équation toujours applicable

AFrf = Q-f-U, -Uo

a seule trouvé son application correcte.

2^ Mais nous voyons aussi qu'il est absolument impossible d'édifier a priori une théorie de la machine à vapeur d'eau douée d'un caractère scientifique et exact. Et ce que nous disons de la machine à vapeur d'eau s'étend certainement à

tous les autres moteurs à vapeur (éther, sulfure de carbone, etc.) qu'on pourra substituer à celle-ci; ce que nous disons s'étend dans certaines limites aux moteurs à gaz euxmêmes. Toutefois, en ce qui concerne ces derniers, nous aurons à nous occuper d'autres considérations pratiques, qui au cas particulier ont plus d'importance encore que tout ce que nous avons conclu quant aux moteurs à vapeur.

Découle-t-il de ce qui précède qu'une théorie générique quelconque soit inutile, ou qu'il faille renoncer désormais à chercher une théorie proprement dite?

Une telle conclusion serait non-seulement exagérée, mais absurde. En ce qui concerne la construction des moteurs tout d'abord, il n'est pas nécessaire d'avoir plus qu'une approximation quant aux effets dynamiques qu'on veut obtenir, liorsque, dans les arts industriels, on établit un moteur, on a toujours soin de se donner une marge considérable pour, suppléer non aux besoins du moment, mais à ceux de l'avenir. Telle machine qui n'était appelée au début qu'à donner f oo chevaux, par exemple, sera peu à peu chargée au double, au triple, et personne ne songera à faire au constructeur le reproche d'avoir outrepassé les exigences du moment.

En ce qui concerne le côté scientifique de la question, il est clair encore que la théorie générique d'un moteur est en quelque sorte l'assise fondamentale de sa théorie pratique ou expérimentale. Ce que nous avons de plus simple et peut-être de seul possible à faire, c'est de commencer par faire abstraction de l'influence du récipient qui nous donne le travail, d'établir a priori une approximation première, et puis de tenir compte a posteriori de cette influence en la considérant comme un élément perturbateur, et en l'introduisant sous forme de facteur numérique dans les équations.

L'édification des théories, considérée au point de vue de

la réalité physique où nous nous sommes placés, présente sans cloute des difficultés qu'on n'avait pas soupçonnées, et exige une série de recherches spéciales qu'il est impossible de faire ailleurs que sur les moteurs thermiques eux-mêmes. Mais les difficultés dont je parle et les travaux qu'elles nécessitent pour être surmontées présentent aussi un intérêt scientifique tout neuf et donnent à l'étude des moteurs un caractère fort original. Les Mémoires qu'ont publiés ou que sont en train de publier sur ce sujet M. Leioutre et M. Hallauer soit en commun, soit chacun de son côté, avanceront déjà considérablement la solution du problème général. Ici je ne pourrais, sans sortir complètement du cadre de cet Ouvrage, aborder même de loin un problème de cette nature, et je renverrai aux travaux de mes deux amis et anciens collaborateurs ceux de mes lecteurs que ce sujet intéressera de .plus près. Je pense bien faire cependant en montrant sous forme presque familière quelques-unes des conséquences qui ont découlé de l'ignorance complète où l'on était de la grandeur de l'influence des parois métalliques.

Ainsi que nous savons maintenant, cette influence est par trop puissante pour qu'on puisse en faire abstraction sans aboutir à des erreurs considérables. D'un autre côté, cette influence, facile à indiquer et à caractériser sous forme générale, est au contraire des plus difficiles à exprimer a priori en valeurs numériques. Nous aurions, par exemple, très-bien pu dire qu'une machine à deux cylindres, avec ou sans enveloppe, devra se comporter tout autrement qu'une machine à cylindre unique, avec ou sans enveloppe aussi; mais il ne nous eut pas été possible de faire a priori un calcul d'une exactitude un peu tolérable sur la grandeur numérique des différences obtenues. Ces considérations donnent la clef d'un bon nombre de discussions qui existent depuis longtemps entre les ingé-

nieurs ou les constructeurs sur certaines questions qui paraissent reposer exclusivement sur des faits faciles à élucider.

J'ai déjà dit que les effets de Tenveloppe ou chemise à vapeur de Watt, par exemple, avaient été alternativement prônés ou niés sans que le public parvînt à savoir à quoi s'en tenir sur la réalité des choses. Au dire des uns, l'enveloppe ne produirait aucun résultat utile; au dire des autres, elle donnerait jusqu'à 4o pour loo d'excédant de travail avec une même dépense en vapeur. Il nous est aisé d'apercevoir l'origine d'assertions aussi divergentes et de reconnaître ce qu'elles peuvent, dans de justes limites, bien entendu, avoir de fondé les unes et les autres. Le mode essentiel d'action de l'enveloppe consiste à diminuer la quantité R« de chaleur que la vapeur enlève aux parois au moment où elle quitte le cylindre et se jette au condenseiu*, et à accroître la quantité AFrf de chaleur que consomme le travail de la détente,, autrement dit à accroître ce travail lui-même ; mais cette action si nette varie dans sa forme avec la forme même de la machine. Dans l'étude de la machine à cylindre unique, nous avons trouvé que, tout en diminuant R^ et en augmentant AF^, la valeur de l'enveloppe ne cédait en définitive que peu de chaleur à celle du cylindre pendant la détente, et qu'en somme la plus grande partie de la chaleur utilement cédée par les parois était celle même que la vapeur avait abandonnée au métal pendant l'admission.

L'étude de la machine à deux cylindres (Woolf) nous a, au contraire, montré que c'est la chaleur cédée par la vapeiur de l'enveloppe qui surtout accroissait AF^. Devant des différences aussi frappantes dérivant de détails de construction en apparence presque insignifiants, nous sommes amenés à reconnaître que telle machine à un cylindre et sans enveloppe peut fort bien, par suite de quelque détail de construction,

mieux utiliser que telle autre la chaleur donnée aux parois pendant l'admission. Il n'est pas impossible, il est même fort probable que le rapport entre AF^ et R^ dépend par exemple, entre autres, du rapport qui existe entre le diamètre d'un cylindre et la course du piston, ou aussi du rapport de volume total du cylindre et du volume offert pendant l'admission. Cela posé, il est évident que l'enveloppe donne des résultats utiles d'autant plus faibles que la machine rendra déjà mieux par elle-même, et qu'au contraire l'enveloppe donne des résultats d'autant plus beaux que AF sera d'abord plus petit par rapport à R^.

En un mot, les résultats donnés par l'enveloppe peuvent et doivent varier dans des limites assez étendues, osciller par exemple entre lo et 25 pour loo.

Dans des expériences soit dynamométriques, soit calorimétriques, qui ne sont conduites qu'avec un soin médiocre, des différences de lo pour loo entre les résultats obtenus ne s'aperçoivent d'ordinaire plus. Avec une machine dont l'enveloppe ne donne que lo pour loo, on pourra croire que le résultat est nul ; avec une autre dont l'enveloppe donne ^5 pour loo, on pourra conclure à 35 pour loo. Si, en outre, nous faisons maintenant une part indispensable à l'esprit d'exagération, plus fréquent qu'on ne croit, même chez des hommes sérieux et intelligents, on n'est plus étonné des résultats absolument nuls ou par trop élevés que les divers observateurs ont prêtés à l'action de l'enveloppe.

Je passe à l'examen d'un autre perfectionnement dont les résultats ont été, s'il se peut, plus exagérés encore en plus ou en moins que ceux de l'enveloppe : je veux parler des effets de la vapeur surchauffée, dont l'emploi est relativement récent. Ici toutefois je ne m'arrêterai pas à discuter et à expliquer les jugements opposés qui ont été émis à ce sujet. En

mettant de côté quelques travaux excellents, mais purement théoriques, en ne nous arrêtant qu'au jugement critique de ceux qui se donnent encore aujourd'hui le titre de praticiens, nous nous heurterions à des opinions qui reposent sur tout autre chose que sur lobservation réelle des faits et sur l'esprit impartial d'investigation scientifique. L'examen d'opinions et de jugements de cet ordre sort complètement du cadre d'un ouvrage de science. Le lecteur, je pense, ne m'en voudra pas si je passe outre et si je ne parle que d'observations que j'ai faites moi-même et dont je puis garantir l'exactitude, si singuliers que pourront sembler les résultats au premier abord.'

L'action de la surchauffe consiste, en un sens comme celle de l'enveloppe, à diminuer la perte R^ et à accroître le travail AF^; mais le but est atteint d'une façon encore plus favorable, en ce sens que non-seulement la vapeur apporte en elle-même aux parois la chaleiur nécessaire pour l'accroissement de AF^, mais que la quantité condensée pendant l'admission et à évaporer ensuite de nouveau se trouve consi- * dérablement diminuée.

De ce seul énoncé il découle évidemment que l'avantage* obtenu par l'application de la surchauffe ne peut être énoncé en un chiffre absolu et unique ; il dépend, en thèse générale, du rapport qui existe déjà entre AF^ et R^ avant l'emploi de la vapeur surchauffée. Il est nécessairement plus faible avec une machine pourvue d'une enveloppe et bien conditionnée d'ailleurs, qu'avec une machine dont le cylindre est protégé seulement par un manteau isolant donnant R^ très-grand par rapport à AF^. C'est là, en effet, ce que j'ai vérifié de point en point.

Il semble à première vue, d'après cela, que les résultats donnés par la surchauffe seront toujours d'autant plus beaux

que la machine à laquelle se fait rapplication a par elle-même un rendement plus mauvais avec vapeur saturée. Il n'en est pourtant pas ainsi, et la structure particulière d^une machine qui rend très-mal avec vapeur saturée pourra amener un résultat absolument nul , ou un rendement plus mauvais encore, lorsqu'on recourra à la vapeur surchauffée. Je vais citer en ce sens un exemple des plus frappants; il m'a, au début, apparu comme une anomalie inexplicable.

Les premières expériences que j'ai faites avec la vapeur surchauffée ont porté sur mie machine à deux cylindres (Woolf) avec enveloppe à vapeur parfaitement protégée par un manteau isolant. L'économie de chaleur, quoique modérée, était pourtant bien nette et s'élevait à 12 ou i5 pour 100. Toutefois je m'aperçus bientôt que, par suite de l'évaporation trop rapide des graisses, les pistons souffraient de la chaleur trop considérable cédée par la vapeur de l'enveloppe. J'essayai alors de faire arriver la vapeur directement au tiroir de distribution du petit cylindre et de laisser l'enveloppe vide. Le résultat obtenu fut des plus satisfaisants; sans rendre aussi bien que précédemment, la machine donnait pourtant, sous forme désormais permanente, 8 ou 10 pour 100 d'économie, comparativement avec ce qu'elle rendait avec vapeur saturée et avec son enveloppe, La vapeur surchauffée, en un mot, donnait ici à la fois les effets dynamiques de Tenveloppe, plus un excédant de 8 pour 100 d'économie en chaleur. Ce résultat, à cette époque (i855), me semblait devoir être général. Un industriel des environs m'offrait d'essayer aussi la vapeur surchauffée. Sa machine était à deux cylindres et sans enveloppe à vapeur. Je ne doutais pas un instant d'un succès complet, je m'attendais à a5 ou 3o pour 100 au moins d'économie. L'échec le plus complet cependant m'attendait au bout de cette expérience. Le résultat économique fut non-

seulement nul, mais légèrement négatif. Bien loin de gagner ce que j'attendais, la machine consommait 3 ou 4 pour loo de plus. Les raisons d'un tel insuccès m'échappaient alors : ce n'est que tout récemment que j'ai pu les élucider; elles étaient pourtant fort simples. La machine en question était, il est vrai, à deux cylindres; mais, au lieu d'être distincts et séparés par un intervalle plein d'air de près de o™,3, comme dans la première machine, ils étaient coulés en une même masse de fonte ; de plus, au lieu d'avoir deux tiroirs séparés aussi, l'un pour l'admission, l'autre pour l'échappement, ils n'avaient qu'un tiroir unique, fort ingénieusement combiné d'ailleurs (au point de vue de la Mécanique s'entend). La vapeur était par ce tiroir unique dirigée alternativement au haut et au bas du petit cylindre, au bas et au haut du grand, et enfin au condenseur. Il résultait de là deux faits défavorables des plus importants : i® la chaleur amenée par la vapeur au petit cylindre pouvait traverser les parois communes pour aller au grand ; ce transport de chaleur, tout en accroissant AF, ce qui eût été favorable, accroissait aussi et nécessaireoient la condensation dans le petit cylindre pendant l'admission, en d'autres termes, accroissait la dépense de vapeur ; tP la vapeur mêlée d'eau après la détente dans le grand cylindi-e traversait, disons-nous, la boîte du tiroir d'admission chauffée à nl^o degrés par la vapeur arrivant de l'appareil de surchauffe; toute l'eau condensée devait donc être évaporée instantanément pendant ce passage, et, par conséquent, la chaleur apportée se rendait de fait en pure perte au condenseur.

Cet exemple frappera certainement le lecteur comme il m'a frappé moi-même. Loin de constituer une anomalie, il s'explique très-simplement; mais, il faut bien le dire, il s'explique a posteriori. Il nous montre sans réplique combien la

théorie générique, la seule d'ailleurs à édifier a priori, s'éloigne dans ses résultats de la théorie que j'ai appelée pratique ou expérimentale. Il légitime Tassociation de deux mots qui semblaient d'abord en contradiction formelle l'un avec l'autre : théorie pratique.