CHAPITRE DOUZIÈME

Épuisement des eaix.

Nous avons déjà parlé des eaux qui circulaient dans certaines couches perméables et constituaient de véritables cours d'eau souterrains appelés nappes artésiennes, ou niveaux; nous avons indiqué le moyen de traverser ces niveaux et d'en garantir les - travaux souterrains; mais, indépendamment de ces nappes puissantes , la plupart des terrains donnent lieu à des infiltrations multipliées. Ces infiltrations, rassemblées suivant quelques fissures ou délits du terrain, forment des filets d'eau qui tombent dans la mine ; d’autrefois elles s’échappent en gouttes des pores de la roche et produisent une pluie fine et continue. Enfin, il arrive quelquefois, même dans les terrains les plus secs, qu'une source est mise à découvert , et amène subitement dans les travaux une quantité d'eau notable.

Toutes ces causes réunies agissent dans les mines avec plus ou moins d'intensité; mais, dans presque tous les cas, les travaux profonds abandonnés à eux-mêmes se remplissent d'eau jusqu'à un certain niveau. 11 importe donc d’établir des moyens d’épuisement proportionnés à la masse d'eau qu’on doit extraire peur maintenir les travaux à sec , et de pouvoir développer ces moyens d'épuisement dans les exploitations actives, en raison des surfaces successivement mises à découvert par l’avancement des travaux.

Dans les travaux à ciel ouvert où il faut se débarrasser en outre des eaux pluviales , on dispose un système de rigoles qui conduisent les eaux en un ou plusieurs points ou elles sont épuisée j par des movens mécaniques tels que des seaux ou lennes , dei

pompes en bois ou fonte, des vis d'Archimède , des norias ou chapelets, ou, ce qui est mieux, par des moyens d’écoulement naturels, tels que puits absorbants, galeries, tranchées aboutissant vers un niveau plus bas, etc. Souvent les deux moyens sont combinés; et comme dans le plus grand nombre des cas on n’opère que sur des niveaux peu différents , les moyens mécaniques sont mis en mouvement par des hommes. L’épuisement réduit à ces proportions est tellement simple, qu’il serait inutile d’entrer dans aucun développement, et qu’il suffirait de renvoyer aux traités de mécanique ; mais , dans les exploitations profondes et étendues, les appareils arrivent à des conditions inusitées et ne peuvent plus être rapprochés des moyens ordinaires , ce sont ces appareils spéciaux qu’il est indispensable de connaître.

Galeries d'écoulement.

Dans les mines situées en pays de montagnes, on peut ordinairement atteindre les gîtes par des galeries partant de la partie inférieure de quelques vallons ; ces galeries fournissent un écoulement naturel aux eaux de tous les travaux dont le niveau leur est supérieur, et en vertu de cette fonction elles ont reçu la dénomination de galeries d'écoulement.

Les avantages de ces galeries d'écoulement sont nombreux , et ont souvent déterminé l’entreprise de travaux longs et dispendieux. En effet, non-seulement elles sont préférables aux moyens mécaniques parce qu elles n’exigent que peu d’entretien ; mais, en donnant issue aux eaux supérieures, elles créent des forces motrices dont on peut disposer pour le service d’extraction ou d'épuisement des. travaux inférieurs*; enfin elles peuvent fournir les moyens les plus économiques pour les autres services de la mine, comme l'aérage forcé ou l'extraction des matières abattues.

Une galerie d'écoulement peut souvent être disposée de manière à desservir à la fois l’exploitation de plusieurs filons. C'est en vue de tous ces avantages réunis qu'on a entrepris dans le district de Schemnitz, en Hongrie, une galerie de 16,000 mètres

ÉPUISEMENT DES BAUX. 431

tic longueur destinée nu service des principales mines du district sous le double rapport de l’écoulement des eaux , du roulage et de la création de forces mécaniques ; elle a été de plus dirigée de manière à explorer le sol pour la recherche de nouveaux filons. Au Hartz, la grande galerie d'écoulement des mines de Clausthal, qui a 10,400 mètres de longueur et qui a coûté 1 ,600,000 f. , sert également à un grand nombre de mines pour les diverses branches du service. L'usage de ces galeries est général dans les pays de mines.

Ces galeries doivent recevoir une pente d'environ jJ, pour l’écoulement des eaux. Quant aux conditions de leur position et de leur percement, les détails qui suivent et qui précèdent sur les galeries en général et les diverses branches du service des mines , tels que recherches , travaux préparatoires , aérage et roulage, suffiront pour faire apprécier les directions qui seront les plus avantageuses. Le percement de ces galeries doit d’ailleurs être facilite, comme celui des tunnels, par des puits intermédiaires qui permettent d'attaquer sur plusieurs points le travail , qui, sans cette précaution, durerait beaucoup trop long-temps.

Dans les régions métallifères qui sont ordinairement très-accidentées, on a pu tirer un grand parti des galeries d'écoulement; il est cependant assez rare que leur établissement puisse suffire à l’assèchement des mines. Dans les contrées peu accidentées il est à plus forte raison impossible d'arriver ainsi à des moyens d’écoulement naturel des eaux , et il faut nécessairement avoir recours à des moyens mécaniques d’épuisement. Ces moyens doivent être proportionnés aux efforts à exercer ; ils sont donc assez variables. Ainsi, dans les mines où il y a peu d'eau, les machines employées pour l’extraction sont disposées de manière à donner un mouvement alternatif à des équerres réunies par des tirants horizontaux; ces équerres transmettent le mouvement à des tiges verticales qui sont attachées à des pompes. Souvent même l’épuisement est intermittent et se fait, ainsi qu'il est dit plus haut, avec des bennes à soupape, dont la manœuvre est analogue à celle des bennes employées à l’extrat tion des minerais.

Fig. 149. rompe t Unitaire.

Pompe, employée, dan. le. mine..

Les pompes dont on se sert dans les mines peuvent toutes être rapportées à deux types dont on doit s’éloigner le moins possible : la pompe Fig. 150. Piston creuz. élèratoire à piston creux, et la pompe foulante à piston plein.

Le type de la pompe élévatoire (fig. 149] consiste en un tuyau alésé dans lequel se meut un piston creux à clapets (fig. 150). Au-dessous de ce tuyau, dit corps travaillant, est une chapelle avec un clapet de retenue , puis enfin la colonne des tuyaux aspirants , laquelle ne doit pas dépasser 3 à 4 mètres de longueur. La colonne des tuyaux élévatoires est superposée immédiatement au corps travaillant, et la tige se meut par- conséquent dans toute la hauteur de ces tuyaux. Ceci posé, dès que le piston reçoit son mouvement alternatif, l’eau, aspirée pendant le mouvement ascensionnel, est élevée jusqu'au dégorgeoir sur le piston lui-même ; pendant le mouvement de descente , l’eau , arrêtée par le clapet du bas, passe à travers les clapets du piston pour être élevée par le mouvement ascensionnel qui suivra. .

Le grand avantage de ces pompes élévatoires est de n’obliger l’eau à aucun coude, et de réduire les frottements à leur minimum. 11 y a plus : si nous supposons que le piston descende par son propre poids, mais que le mouvement ascensionnel qui lui est imprimé soit subit et rapide, la colonne d’eau, violemment

f.Pl'ISEMK.XT DES E.M X.

enlevée par ce niouvcment , ne s’arrêtera pas aussitôt que le piston s’arrêtera lui-même; elle conservera encore une impulsion qui maintiendra les clapets ouverts et permettra à une certaine quantité d’eau de passer encore au-dessus du piston , alors même que toute action de l'appareil aura cessé. 11 résulte de là que ces pompes, supposées bien construites et en bon état d’entretien, loin de donner lieu à un débit pratique inférieur au débit théorique, c’est-à-dire à la capacité du corps travaillant, en donnent réellement un supérieur.

J’ai constaté aux mines de Bruille (Nord) que le débit obtenu par des pompes élévatoires dans de bonnes conditions d’entretien, établies à des relais de 30 mètres de hauteur, était supérieur d’un douzième nu débit théorique. Lors donc qu’on établit des relais de pompes qui se desservent les uns les autres et montent ainsi l’eau en plusieurs reprises jusqu'au jour, si des pompes foulantes (qui ne jouissent pas des mêmes avantages) desservent des pompes élévatoires, leur capacité doit être calculée de manière à dépasser d’environ ^ celle des corps élévatoires.

11 y a peu à dire sur la construction des pompes élévatoires. Les clapets doivent présenter des orifices larges et jouer facilement ; dans les mines du Nord, on les taille souvent dans un cercle en cuir de 0,007 d'épaisseur; on ne découpe ce cercle que sur les trois quarts de sa circonférence, la partie laissée adhérente devant servir de charnière. Le cuir battant est ensuite surmonté d’un autre cuir qui déborde le premier deO. 025, pour former le recouvrement, et deux plaques de tôle ou de cuivre sont disposées, l'une en dessous, l’autre en dessus, de manière à consolider le clapet D’autres fois ces clapets sont fixés sur des sièges mobiles, de manière que, la chapelle du bas étant ouverte, on puisse les retirer en cas d’accident pour en placer de nouveaux. Les dispositions doivent, en tous cas, être prises de telle sorte que les interruptions pour réparations ou rechanges soient aussi courtes que possible.

Le piston élévatoire (fig. 150) est fait en fonte ou en bronze , avec clapets à charnière de cuir. Ce piston est conique, de sorte qu’un cuir embouti est appliqué par un cercle de fer ou frette qui

ne frotte piis , tandis que la partie supérieure du cuir, dépassant un peu le piston, établit une juxtaposition parfaite du piston avec le corps alésé , par suite de sa tendance à se retourner sous le poids de l’eau. Le piston se démonte de la tige au moyen d’une clavette qui serre le tout.

Quant au corps de pompe proprement dit, il doit être bien alésé, et d’un diamètre de 3 à 4 centimètres plus petit que les tuyaux de la colonne élévatoire. La différence des diamètres est adoucie par un évasement aux deux extrémités , de telle sorte qu’on jieut, en cas de réparation, retirer le piston par en haut en enlevant les tiges, et le remplacer par un autre qu'on redescend dans le corps travaillant ; ou bien encore détacher et laisser tomber les tiges et par conséquent le piston sur le clapet de retenue, ouvrir la chapelle, faire le changement, puis remonter le tout en place.

Ce type de pompe, adopté dans les mines de houille du nord de la France et de la Belgique, dans celles d’Angleterre, et dans les mines métallifères de Comwall où les épuisements ont été plus étudiés que partout ailleurs, peut subir quelques variations dans sa forme ; mais le mieux est de s’en écarter le moins possible; car aucune pompe n’est d’une construction et d'un entretien aussi simples et ne donne lieu à un aussi grand effet utile. Il est cependant nécessaire, ainsi qu’il sera exposé en traitant de l’ensemble, d'adopter également des pompes qui aient un jeu inverse, c’est-à-dire qui refoulent l'eau par la descente des tiges.

La pompe foulante la plus généralement adoptée est celle qu’on nomme pompe à plongeur (fig. 151). Elle consiste en un corps de pompe non alésé, portant à sa partie supérieure un long stuffmg-lxjx dans lequel passe un plongeur. Ce plongeur est un tuyau bien calibré et tourné, fermé par le bout de manière à jouer le rôle d’un corps plein. Le corps de pompe repose sur une chapelle portant, directement au-dessous du corps de pompe, un clapet d'aspiration , puis quelques mètres de tuyaux aspirants. Au-dessus de la chapelle est un second clapet, dit clapet de refoulement , qui reste fermé pendant le mouvement ascensionnel et se lève pour laisser passer l’eau refoulée par le mouvement

de descente. La colonne montante est au-dessus de ce second clapet, et s’élève par conséquent à côté du corps de pompe et des tiges foulantes fixées dans le tuyau plongeur.

La constuction de cette pompe et des clapets est suffisamment indiquée par la figure 151. Une précaution essentielle à prendre avant de la mettre en mouvement est d’éviter que les espaces perdus entre les deux clapets d'une part, et d'autre part entre le corps de pompe et le plongeur, ne restent remplis d’air. Il faut que la pompe soit bien amorcée , et à cet effet on perce le clapet supérieur d’un trou de 4 à 5 millimètres qui permet d’amorcer par la colonne montante sans nuire au jeu de l’appareil ; s’il y a un espace notable vide dans le corps de pompe, on place un petit robinet dans sa partie supérieure au-dessous du stuffing-box, de manière à chasser l’air si la pompe hésitait à fonctionner dès les premiers mouvements. Quant aux clapets, ils sont placés sur des sièges mobiles et peuvent être changés rapidement après que l’on a ouvert les portes des chapelles. Ces sièges sont tournés extérieurement et simplement posés dans les parties alésées des chapelles, sans qu’il soit nécessaire de faire aucun joint. Les chapelles étant en fonte, ainsi que le coips de pompe, on fait habituellement ces sièges en bronze ainsi que le plongeur. On évite ainsi l’action corrosive des eaux, presque toujours acides dans les mines, par suite de la décomposition des pyrites.

Les pompes foulantes sont sujettes à quelques variations dans leur disposition ; ainsi on peut adopter un simple piston plein à garniture de cuir, se mouvant dans un corps alésé au moyen d'une tige de petit diamètre et passant dans un stuffing-box; les clapets, au lieu d’être en cuir, peuvent être entièrement en métal et reposer sur des sièges de même nature telles sont les pompes adoptées dans les mines d’Huelgoat en Bretagne. Mais cette disposition a été déterminée par des conditions spéciales , et généralement les pompes à plongeur du Cornu ail sont préférées, comme étant d’une construction plus économique et d’un entretien plus simple.

Él'llSEMEST UES EALX.

La hauteur d’action qu’on doit donner à chaque pompe, dans un puits de mine, est une des questions les plus intéressantes de l’épuisement. Il est évident que chaque système pourrait théoriquement élever les eaux à une hauteur indéfinie ; mais il faudrait pour cela que les pièces sur lesquelles repose le jeu de la pompe pussent être construites de manière à offrir une résistance proportionnée. C’est la pratique seule qui peut déterminer la résistance dont les clapets et les garnitures des pistons sont susceptibles, eu égards aux éléments de leur construction ; on a reconnu qu'au delà de 60 mètres les réparations devenaient très-multipliées et très-préjudiciables à la régularité du service, tandis qu'à 30 ou 40 mètres de pression ces réparations étaient très-rares, les pompes pouvant fonctionner, par exemple, pendant plus de lSjours sans aucune interruption . On a donc adopté , dans les mines de houille du Nord, des relais de 30 en 30 mètres. A chacun de ces niveaux, l'eau est déversée dans une bâche où elle est reprise par la pompe supérieure. Dans quelques mines on envoie l'eau élevée par une pompe directement dans les tuyaux aspiratoires de l’autre au moyen d’un tuyau coudé en siphon; cette disposition est plus avantageuse en ce qu’elle donne lieu à moins de fuites. L’aspirant de la pompe du fond, placé dans un puisard où se rassemblent les eaux de la mine, est fermé par le bas et percé de trous jusqu’à la hauteur ordinaire de l'eau du puisard, afin qu’il n’y ait pas aspiration de ces débris de roches et de bois qui tombent au fond du puits et pourraient empêcher le jeu des clapets; l’eau est ainsi portée au jour par reprises de 30 en 30 mètres, et là on s’en débarrasse en la dirigeant vers les points d'écoulement naturels.

Dans les mines du Cormvall, les pompes ont 60 mètres de hauteur d'action ; on va souvent à 100 mètres dans les mines de Saint-Etienne et de Rive-de-Gier. Aux mines d’Huelgoat , des pompes foulantes élèvent directement l’eau, jusqu’au jour, par un seul jet de 240 mètres. Enfin, dans les mines de sel de la Bavière , on a établi des pompes qui montent directement , à 370 mètres de hauteur, des eaux salées dont la pesanteur spé-

cifique porte la charge des clapets au chiffre de 460 mètres d’eau. Mais ces dernières dispositions sont motivées, ainsi que nous l’avons dit précédemment, pur des circonstances spéciales, et la construction de ces pompes devient beaucoup plus coûteuse que celle des pompes à plongeurs. Dans la pratique ordinaire, on préfère diviser la colonne.

Les tuyaux des colonnes montantes se font ordinairement en fonte ; on leur donne environ 2 mètres 50 de hauteur et m. 0,025 d’épaisseur ; ils doivent être essayés à la presse hydraulique avant d’être employés. Les assemblages sont à brides , et les joints se font soit avec une rondelle de plomb et du mastic rouge, soit avec une rondelle de feutre garnie de toile ou d'étoupe qu'on plonge ensuite dans du goudron .

Nous avons dit que les eaux des mines étaient souvent acides ; dans cet ctat , leur action prolongée sur l'intérieur des tuyaux finirait par les détruire assez rapidement si l’on ne prenait quelques précautions pour les préserver. Les enduits dont on se sert à cet effet n'ont qu’une influence momentanée et, dans les mines de Comwall, on a imaginé de revêtir l’intérieur de chaque tuyau avec des douelles en bois ; les deux dernières douelles ont la forme de coins et permettent d’exercer un serrage de toute la garniture intérieure contre la paroi du tuyau qui a été préalablement goudronnée à chaud. Des tuyaux ainsi garnis sont susceptibles d’une très-longue durée.

Quant aux bâches et conduits dont on a souvent besoin dans ces sortes de travaux , on les exécute ordinairement avec des plateaux de chêne bien sains et serrés par des boulons. On trouve dans les pays de mines où se montent habituellement des machines d'épuisement, par exemple dans le département du Nord, des charpentiers très-expérimentés dans toutes les constructions de ce genre. On peut aussi faire les bâches en fonte.

Organisation d'un •yitème d'épuiicmrnt . équilibre.

Lorsque le service d'une mine exige un épuisement important,

ÉPUISEMENT DES EAUX

il faut consacrer un puits spécial à l’établissement du système de pompes et de colonnes de tuyaux qui doivent élever les eaux du fond à la surface. Les pompes sont fixées au niveau qu elles doivent occuper au moyen de moises et de traverses fortement scellées dans les parois ; les colonnes de tuyaux sont également moisées tous les 4 ou 5 mètres, et la charpente est disposée de manière à faciliter, au moyen de planches, l’accès de toute la partie du système ayant besoin de surveillance et d’entretien. Cela fait , il reste à établir les tiges qui doivent donner le mouvement aux pompes , le moteur étant ordinairement placé à la surface , près de l’orifice du puits ; à cet effet il existe encore un type de disposition dont on doit s’écarter le moins possible.

Une maîtresse tige est d’abord montée depuis le point d’attache au moteur jusqu’au-dessous du dernier corps de pompe ; cette maîtresse tige est composée de pièces de bois équarries, assemblées Ixiut à Ixrat et dont la force est proportionnée à l'effort à produire. Ainsi par exemple, dans les conditions les plus ordinaires de ce genre de machines , s’il s’agit d’extraire un mètre cube par minute de la profondeur de 150 à 200 mètres , travail pour lequel on emploie par conséquent des pompes d'environ m. 0,27 de diamètre, ayant 2 mètres de course et donnant 9 à 10 coups par minute , on composera la maîtresse tige de bois choisis ayant 0,25 d’équarissage ; les assemblages seront faits par des entailles en traits de Jupiter, serrés d'abord par deux coins superposés nfin que la juxtaposition des abouts soit parfaite , puis consolidés au moyen de platines ou bandes de fer réunies entre elles par des boulons de m. 0,028 de diamètre Atumbia^dei />,**« drunt (figure 152 j. mnt/r"" h'»‘-

DK L'EXPLOITATION DES MINÉHALX HILES.

Si 1 effort doit être plus grand, soit parce que les pompes sont

beaucoup plus fortes, soit parce que la profondeur est de 300 à 400 mètres , il faut que les parties supérieures , sinon toute la maîtresse tige, aient de plus fortes dimensions. Quelquefois même il serait difficile de trouver de longues pièces de bois de l'équarrissage précédemment indiqué , et dès lors on compose la maîtresse tige de deux pièces jumelles, reliées dans toute leur longueur par des platines et des boulons. Les joints se font, ainsi qu'il est indiqué (fig. 153), en plaçant les pièces bout à bout et les serrant par des coins. La force des platines est calculée de manière à résister au besoin à

Fig. 103.

Maîtres»? tige double.

tout l’effort de la tige.

La maîtresse tige, recevant du moteur le mouvement oscilla-

toire et le transmettant aux pompes, doit être guidée de distance

Fig. 154.

en distance, et s’appuyer à l’état de repos surdos tasseaux. Pour atteler à la maîtresse tige la tige d'une pompe élévatoire , on place dans l’axe de celle-ci une moufle ou un crochet qui est lui-même fixé au moyen d’une plate-bande dont l’écartement est maintenu par un remplissage en bois ; les tiges des pompes élévatoires sont également en lwisde m. 0,12a m. 0,15 d'équarrissage. Pour atteler une pompe foulante dont la tige se compose elle-même d’une pièce de bois enfoncée dans le plongeur et parallèle à la maîtresse tige, on garnit l'intervalle qui sépare les deux pièces , par un remplissage en bois ( fig. 154 ), quelque-

Assembl ge de la tige d’une /tant /h r /mutante à la maître*»? tige

fois par une pièce de fonte ; puis on frette et on boulonne tout le système de manière

ÉPUISEMENT DES EAUX. 4 U

à en rendre les diverses parties bien solidaires. Ces tiges sont exécutées en chêne ou sapin suivant les localités.

Un pareil attirail ne peut manquer d’avoir un poids considérable ; dans les conditions moyennes déjà citées , ce poids sera de 6 à 8000 kilogrammes de bois et fer. En le rapportant au moteur qui doit imprimer un mouvement alternatif à tout le système , on voit que les deux oscillations de montée et de descente seront dans des conditions tout à fait différentes. Si, parexemple, tout le système était composé de pompes élévatoires, le moteur devrait enlever : 1“ les tiges pesant environ 8,000 kilogrammes ; 2° la colonne d’eau qui, sur des pistons de m. 0,28 de diamètre et pour une hauteur totale de 200 mètres , pèserait plus de 12,000 kilog. : total 20,000 kilog., plus les frottements à surmonter ; tandis que la descente , loin d’exiger un effort , serait, au contraire, sollicitée par un poids de 8,000 kilog.

Dans cette condition , il faut équilibrer la maîtresse tige de telle sorte que la descente ait lieu par son propre poids, et par l’effet d’un faible excédant ; G0 à 80 kilog. suffisent pour faire descendre la tige en 2 ou 3 secondes d'une hauteur de 2 mètres, sans qu’il y ait choc. Cet équilibre peut être établi de deux manières : 1° par des contre-poids spéciaux, 2° par les pompes elles-mêmes en plaçant , par exemple , des pompes à plongeur qui refoulent l’eau pendant la descente de la tige sur une hauteur équivalant à 8,000 kilog , et se réservant seulement les moyens de surcharger un peu la maîtresse tige, de manière à déterminer exactement sa descente dans les conditions convenables. Enfin l’équilibre peut être encore établi par la combinaison des deux procédés.

La combinaison des pompes élévatoires et des pompes foulantes , calculée de manière que l’effort du moteur n’ait lieu que pour enlever la charge et que l’attirail retombe ensuite abandonné à lui-même , est sans contredit le moyen le plus simple et celui qui doit être préféré ; mais il n’est pas toujours possible d’arriver ainsi à un équilibre complet. Dans les puits de 300 à 400 mètres, par exemple , avec des maîtresses tiges très-lourdes et des co-

lonnos faibles, il peut y avoir excédant de poids, lors même que toute la colonne serait composée de pompes foulantes. D'autres fois un contre-poids est nécessaire, parce que les conditions d'approfondissement des travaux obligent d’ajouter aux tiges un poids supplémentaire qui ne peut être équilibré par les pompes foulantes déjà établies.

Les contre-poids destinés à équilibrer une partie de la maîtresse tige consistent ordinairement en poids chargés dans une caisse, laquelle est placée à l'extrémité d'un balancier qui à son autre l»out est lié à la maîtresse tige. Cet appareil, dit contre balancier ( figure 155 ), porte ainsi un contre-poids que l'on peut faire varier

Fig. 155. Contre -balancier.

suivant les exigences du moment; il est attelé à la maîtresse tige soit par une chnîne roulant sur un secteur, soit par l’intermédiaire d'une bielle. Une tige peut être équilibrée par un ou plusieurs de ces contre-balanciers que l'on dispose à l’orifice du puits , ou même dans des chambres pratiquées latéralement à l'intérieur du puits.

ÉPUISEMENT DES EAUX

Dans les mines du Comwall on se sort, pour équilibrer la maîtresse tige, d’un contre-poids d’eau; la maîtresse tige se termine par un plongeur, lequel est soulevé au moyen d’un tuyau coudé en siphon , par une hauteur d'eau remplissant une colonne spéciale de tuyaux, élevée à cet effet. Cette méthode d'équilibre par une colonne d’eau est sans contredit préférable aux contre-balanciers , en ce qu'elle donne lieu à moins de frottements et qu’elle occupe moins de place.

Des moteurs appliqués à l'épuisement.

Il suffit de se reporter nu simple énoncé de l’effort nécessaire au mouvement d’un pareil système pour reconnaître que les machines à simple effet sont les seules convenables. Il ne s’agit , en effet , que d’enlever un poids donné , et de l’abandonner ensuite à lui-même.

La machine à vapeur est le moteur le plus ordinaire, celui qui convient le mieux à presque toutes les localités. Parmi les constructions de machines à simple effet, on n’a à choisir qu’entre deux systèmes : la machine de Newcomen et la machine du Corn wall

Les machines de Newcomen sont quelquefois encore appliquées aux épuisements, surtout en Belgique et dans le nord de laFrance, pour passer les niveaux dans le creusement des avaleresses. On les emploie parce qu’elles sont les plus simples et les moins coûteuses à construire. Dans ces machines, la vapeur, agissant sur le piston , enlève la charge; puis, au moyen d’une soupape qui , nu bout de la course, met en communication le dessus et le dessous du piston , cette vapeur passe au-dessous par l'entraînement de la maîtresse tige. La condensation de la vapeur qui a travaillé se fait, au moyen d'une injection d’eau froide, dans le cylindre lui-même, et un peu avant le décrochement de la soupape qui ramène la vapeur sur le piston.

Ces machines d’épuisement consomment beaucoup de combustible par suite du refroidissement du cylindre à chaque oscillation ;

elles n'ont d’autre mérite que leur simplicité et doivent par conséquent être construites avec la plus grande économie. Le balancier est en bois, armé à chaque extrémité de deux secteurs sur lesquels roulent deux bouts de chaîne à la Yaucanson attachés, d'un •côté, nu piston du cylindre à vapeur, et de l'autre à la maîtresse tige, de manière à éviter la construction des parallélogrammes.

Cette machine d'épuisement a reçu de nombreux perfectionnements dans le Cornwall où l’exploitation des mines de cuivre et d'étain est gênée par l'abondance des eaux ; le prix assez élevé du combustible a d’ailleurs obligé les exploitants à opérer ces perfectionnements, non-seulement sous le point de vue mécanique, mais encore sous celui de la consommation. Les modifications principales que présente cette machine, comparée à la machine de Newcomen, sont : 1° l'emploi d'un condenseur isolé du cylindre; 2“ l'application de la vapeur à haute pression, et d’une détente très-développée ; 3° les détails mécaniques pour le règlement du régime de la machine. Jetons un coup d’œil rapide sur ces trois genres de perfectionnement; la planche 15G représente l'ensemble de la disposition adoptée pour des puits d’épuisement aux mines de Bruille (Nord ) et de Blanzy ( Saône-et-Loire ) , où j'ai eu occasion de faire monter de ces appareils*.

Le condenseur est le même que celui des grandes machines ; seulement, la machine étant à simple effet , il est muni d’une soupape qui limite l'injection d'eau froide au temps d'affluence de la vapeur. Ce condenseur doit être placé dans une bâche recevant une partie des eaux épuisées qui en refroidissent constamment les parois; et si les eaux de la mine sont trop impures pour servir à l'injection et à l’alimentation des chaudières, on fait arriver des eaux convenables par un tuyau isolé.

Les conditions de mouvement les plus av 'ntageuses pour l'é-

1 La première machine construite en France «sur le type de Cornwall, en 1634. est duc à M. lvlwariis. Depuis cetle époque, il en a été établi a Rivo-de-Gicr, dans les mines de lignite de la Provence/ à Hl.inzy. au Crcuzot, et dans un grand nombre de mines du département du Nord.

ÉPUISEMEST DES EAVX.

puisement sont : d’enlever la charge avec violence ; puis, le premier mouvement étant déterminé , de diminuer progressivement l'effort exercé, de sorte qu’il soit nul au bout de la course Ces conditions exigent que la vapeur à une pression élevée soit amenée subitement sur le piston par des orifices à grande section, et qu’on la laisse agir par détente aussitôt que, l’inertie étant vaincue , la colonne d’eau a reçu le mouvement ascensionnel et n’a plus besoin que d’un effort moindre pour continuer sa course.

Les soupapes ordinaires des grandes machines à vapeur exigent, pour être soulevées de leur siège, un effort considérable mesuré par la surface de leur cercle multipliée par la différence des pressions. La manœuvre de soupapes à grande section, nécessaires au jeu des machines d’épuisement, absorberait donc une force notable si, par un artifice des plus ingénieux, on n'avait diminué cet effort dans une très- grande proportion. Le siège fixe de la soupape est un cylindre ouvert latéralement et à sa partie inférieure , la partie supérieure est fermée ; la soupape mobile a la forme d’une cloche, ouverte au contraire dans sa partie supérieure et dont la surface cylindrique est fermée ; le contact, et par conséquent le joint des deux parties , se fait par deux zones annulaires , l’une à la partie supérieure , l’autre à la base. Il résulte de cette disposition, mise en évidence par les figures 156 et 157, que la pression à vaincre pour soulever la soupape est 4 seulement égale à la surface réunie des deux zones annulaires multipliée par la différence des pressions ; la partie supérieure de la cloche étant évidée , la pression ne peut plus être exercée que sur l'espace compris entre la limite intérieure de la zone du haut , et la limite extérieure de la zone du bas ; de plus il suffit d'élever la cloche à une très-faible hauteur pour ouvrir à la vapeur une large issue.

La machine du Comwall est gouvernée par trois de ces soupapes : la soupape d'admission, qui fait arriver la vapeur sur le piston; la soupape d'équilibre, qui, lorsque le piston est au bas de sa course, met en communication la vapeur avec le dessous du piston (ces deux soupapes sont enfermées dans la même

446 DF. l.’KXFLOfTATION DF.S MINÉRAUX UTII.ES.

boîte, figure 157), et permet à la maîtresse tige de reloml>er; enfin la soupape d'exhaustion, qui conduit cette vapeur au condenseur (figure 158).

Fig. 137. Soupape* d'admission et d'équilibre.

Les deux premières soupapes, placées dans la même boîte, sont appliquées à la tubulure supérieure du cylindre; le bas de cette boîte est mis en communication par une colonne avec la l>oîte inférieure. Le dessin d’ensemble (figure 156) indique cette disposition assez pour faire comprendre le jeu de la machine. 11 reste à signaler les principaux artifices mécaniques à l'aide desquels le mouvement est déterminé et réglé.

EPUISEMENT DES EAUX

Fig. 148, Soupape à'ezhûuition.

Les trois soupapes sont gouvernées par trois arbres horizontaux portant chacun : un encliquetage qui ferme la soupape, un contre-poids qui l’enlève lorsque l’encliquetage est levé, et une manette qui sert à raccrocher l’encliquetage et par conséquent à fermer la soupape. La fermeture se fait, comme d’habitude, au moyen d'une poutrelle ou tringle armée de taquets ; quant à l’ouverture, elle est déterminée par un appareil spécial nommé cataracte.

La cataracte est une petite pompe foulante placée au bas de la poutrelle qui , à chaque oscillation , lui fait aspirer, au moyen d’un levier, une quantité déterminée d’eau. Cette eau est ensuite chassée du corps de pompe par le poids du piston

aidé d'un poids additionnel placé à l'extrémité du levier ; l’orifice de sortie est réglé au moyen d'un robinet (fig. 159).

Fig. 150. Cala roclc.

Le levier de la cataracte communique, au moyen d'une tringle et de leviers, avec les encliquetages ; il décroche les contrepoids , et ouvre les soupapes vers la fin de sa course , lorsque l'eau, aspirée par le mouvement ascensionnel du piston (mouvement déterminé par un taquet fixé sur la poutrelle) , est expirée par l'action du contre-poids qui chasse l’eau par le robinet latéral . Ce mouvement , pris sur le levier de la cataracte , ouvre d’abord la soupape d’exhaustion ; la vapeur est condensée, et le piston, sans être entraîné, est déjà appelé par le vide qui se forme au-dessous de lui; une ou deux secondes après, l'action de la cataracte ouvre la soupape d'admission de vapeur et détermine la descente du piston. La poutrelle, en descendant, raccroche les soupapes ouvertes par la cataracte et ouvre la soupape* d’équilibre. Une nouvelle oscillation est ensuite déterminée par le jeu de la cataracte qui a de nouveau reçu de la poutrelle un mouvement d’aspiration ; l’ouverture de son robinet, en déterminant lu vitesse d'expiration de l’eau, règle la vitesse de la machine.

L’ensemble de ces conditions constitue les machinés les plus économiques et les plus régulières. Ainsi, l’on a obtenu par kilogramme de houille brûlée 125 et 150 dynainodes (1000 kil.

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élevés à 1 m. de hauteur), tandis que les machines ordinaires à double effet, épuisant l'eau par des bennes, ne donnent pas plus de 40 dynamodes. Cet effet utile si remarquable, qui s’est élevé à 200 dynamodes et au delà , résulte non-seulement du système et de la construction de la machine , mais aussi de l’aptitude toute spéciale de ce système à l’élévation des eaux. Il faut d'iiilleurs, pour atteindre les chiffres les plus élevés de l’effet utile, que la machine soit employée dans toute sa force et que l'appareil d'élévation des eaux soit dans les meilleures conditions d’établissement et d’entretien.

Les dimensions de la machine déjà citée étaient : pour le cylindre à vapeur, 1 m. 20 de diamètre et 2 m. 30 de course ; pour la pompe à air, 1 m, de course et m. 0,620 de diamètre ; pour les trois soupapes, les diamètres étaient de m. 0,180 à l’admission , m. 0,229 à l'équilibre, m. 0,267 à l’exhaustion. Cette machine, comptée pour 80 chevaux de force, a produit 125 et 140 dynamodes par kilog. de houille. Dans le Comwall, on en a construit qui atteignent jusqu’à 300 chevaux de force et qui, travaillant dans les meilleures conditions d’effet utile, ont donné plus de 200 dynamodes. La machine qui donne le meilleur résultat est celle qui est placée Wheal-Vor en Comwall; le cylindre a 2 m. de diamètre, 3 m. de course; son effet utile s’est élevé au chiffre de 307 dynamodes. Si l'on compare les chiffres de consommation de houille à ceux de l'effort des machines du Comwall , on trouve que l’ensemble ne brûle que 1 k. 62 par heure et par force de cheval, et que, pour celles qui se trouvent dans les meilleures conditions, cette consommation est seulement de 1 kilog. , c’est-à-dire quatre et cinq fois moindre que celles des meilleures machines à vapeur appliquées aux autres usages industriels.

Les riches mines de Comwall ont été le point de départ de tous les perfectionnements apportés à l’épuisement dans les mines. En effet, comme les eaux sont abondantes, les mines profondes et le combustible coûteux , l’influence de ces conditions a fait de l’épuisement une profession distincte de celle de l’ex-

4iO DE L’EXPLOITATION DES MINÉRAUX UTILES,

ploitation proprement dite , et les machines sont établies et entretenues par des ingénieurs spéciaux. Ces machines sont pourvues de compteurs fermés à clef, et lors des visites périodiques dont elles sont l’objet, on peut constater le nombre des coups de piston obtenus dans un temps donné; ce nombre, comparé au journal de l’entretien du système de pompes, donne le chiffre de l’effet utile produit par la quantité de houille dépensée.

Plusieurs de ces machines d’épuisement ont m. 2,25 de diamètre au cylindre à vapeur, et plus de 3 mètres de course. On voit par les relevés mensuels que, dans le district des mines, cinquante-neuf machines avaient extrait en trente jours de travail 3,153,600 mètres cubes d’eau; c’est-à-dire, en moyenne, plus de 72 mètres cubes par minute; travail énorme si l’on considère que les mines sont généralement à plus de 150 mètres de profondeur.

Le tableau ci -joint des conditions de marche des machines d’épuisement de Consolidated et United-Mines donne une idée de la forme adoptée pour ces relevés mensuels et résume tous les détails de la marche des machines. Dans les conditions ordinaires de cette marche, la pression de la vapeur dans les chaudières est maintenue entre 2 i et 3 atmosphères ; la détente commence au plus tard à { , et au plus tôt à { de la course du piston ' .

Le travail indiqué par ce tableau est le résultat de la marche d’un mois (juin 1833); outre les dimensions des machines, il indique : la charge effective sur le piston moteur, le diamètre et la hauteur d'action des pompes, la consommation de houille, l’eau élevée dans un temps donné, enfin l’effet utile des machines rapporté à la quantité de houille consommée. Les machines de Consolidated et United-Mines sont d'ailleurs établies dans les meilleures conditions de construction et peuvent être choisies pour modèles.

1 Ce tableau fait partie de ceint qui se trouvent dans le mémoire remarquable de M. Combes sur l'exploitation des mines du Cornwall et du Devon.

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