CHAPITRE II

Dans rhistoire de la machine à vapeur, les contemporains de Watt ont été si complètement éclipsés par le grand et heureux inventeur, que les biographes et les historiens les ont presque oubliés. Pourtant, parmi les ingénieurs et constructeurs de machines, comme parmi les inventeurs de son temps. Watt rencontra beaucoup de rivaux entreprenants et d'ardents compétiteurs. Quelques-uns de ces hommes, s'ils n'eussent pas été aussi étroitement entravés par les brevets de Watt, auraient probablement accompli des travaux qui leur eussent fait plus d'honneur qu'ils n'en ont obtenu.

William Murdoch fut un des hommes à qui Watt luimême, non moins que l'humanité, a été largement redevable. Pendant de longues années, il fut l'aide, l'ami, le collaborateur de Watt, et c'est à son esprit ingénieux que nous devons faire honneur, non seulement de beaucoup d'inventions personnelles, mais aussi d'idées et d'améliorations souvent indispensables à la réalisation et au perfectionnement de quelques-unes des inventions de Watt.

Murdoch était employé dans la maison Boulton et Watt, en 1776; on lui donna la haute surveillance des travaux de construction des machines, et généralement il était chargé du soin de les installer. C'est ainsi qu'il fut envoyé dans le Corn ouailles, où il passa une grande partie du temps qu'il resta au service de la maison ; il y fit monter des machines d'épuisement, dont la fabrication constitua pendant tant

WILLIAM MUBDOCH. 137

d'aonées une partie importaate des affaires de l'établissement de Soho. Boulton et Watt le regardaieat comme un ami sincère, comme un partisan loyal, et, de 1810 à 1830, od lui donna une part d'intérêt dans les revenus de la maison et 1,000 liv. sterl. d'appointements. II se retira des affaires en 1830, mourut en 1839 et fut enterré auprès des deux associés dans l'église de Handsworth.

En 1784, Murdoch construisit un modèle de la locomo-

tive que Watt fit breveter la même année. Il imagina l'arrangement du u planétaire », adopté pendant un certain temps dans toutes les machines « à rotation » de Watt. En 1785, il inventa la machine à vapeur oscillante (fig. 39), avec distribution par le « tiroir en D » G, mis en mouvement par la transmission E, commandée par un excentrique calé sur l'arbre de couche, indépendamment de l'oscillation du cylindre A. Il inventa également une machine rotative et beaucoup d'autres moins importantes pour divers objets spéciaux, ainsi qu'un grand nombre d'outils employés à Soho pour la construction des machines. 11 semble avoir eu, comme' Watt, une certaine prédilection pour la vis sans un, qu'il introduisait partout ofi il pouvait sans inconvé-

nient la substituer à un engrenage ordinaire. Lors de ma visite aux usines de Soho, en 1873, j'ai encore trouvé en usage et en bon état de service quelques-unes des machines organisées par Watt et Murdoch, qui travaillaient toujours en commun. L'ancienne Monnaie, dans laquelle, de 1797 à 1805, Boulton avait frappé 4,000 tonnes de cuivre, avait été démolie et remplacée en 1860. Nombre de vieilles machines se conservaient encore dans l'établissement, comme souvenirs des trois grands mécaniciens.

Murdoch trouva aussi, en dehors de Soho, ample carrière pour exercer ses talents inventifs. En 1792, pendant qu'il était à Redruth, où il résida quelque temps avant de rentrer définitivement à Soho, il fut amené à l'idée d'utiliser le pouvoir éclairant des gaz de la houille; et, convaincu que la chose était praticable, il exposa la question en 1808 devant la Société royale, qui lui accorda la médaille d'or de Rumford. Dix ans auparavant, il avait éclairé au gaz une partie des usines de Soho, et, en 1803, Watt l'autorisa à prolonger ses conduites dans toute l'étendue des bâtiments. Plusieurs industriels adoptèrent bientôt le nouveau système d'éclairage, et l'usage s'en répandit très rapidement.

Une des idées favorites de Murdoch était la transmission de la force par le moyen de l'air comprimé. Il fit marcher la machine de l'atelier des modèles, à Soho, à l'aide de la soufflerie de la forge, et construisit un monte-charge pneumatique pour lever les moulages de fonte du sol de l'atelier aux bords du canal. Il fit aussi un canon à vapeur, organisa le chaufl'age des bâtiments par circulation d'eau chaude, et inventa le transport des paquets dans des tubes par l'effet de l'air comprimé, comme elle est pratiquée aujourd'hui sous le nom de télégraphie pneumatique.il mourut à l'âge de quatre-vingt-cinq ans.

Parmi les rivaux de Watt les plus actifs et les plus redoutables, il faut signaler Jonathan Hornblower, breveté pour la machine « composée » {compound) ou à double cylindre. Nous donnons ici (fig. 40) un dessin de cette machine, telle que Hornblower la fit breveter en 1781. Elle a été décrite pour la première fois par l'inventeur dans VEncyclopssdia

JONATHAN HORNBLOWEII. 136

Britannica. Elle consiste, comme on le voit ea se reportant à la ûgure, en deux cylindres à Tapeur A et B, B étant celui â haute et A celui à basse pression La vapeur sortant du premier se rend dans le second et après y avoir agi, dans le condenseur. Les tiges de piston C et D sont toutes deux reliées au même bras du balancier par des chaînes.

Fig. 40. — Machine «nnpmiid de Hoiubli

comme dans les autres machines de l'époque. Ces tiges traversent des boites à étoupé {stu^ng-boxes), placées au sommet des cyUndrcs, qui sont disposés comme ceux que nous avons TUS dans la machine de Watt. La vapeur vient de la chaudière par le tuyau GY ; les robinets a, b, c, d peuvent prendre toutes les positions voulues pour la conduire dans les cylindres et l'en faire sortir, et ils sont manœuvres par la poutrelle W, au moyen de poignées qui ne sont pas représentées sur la figure. K est le tuyau d'échappement qui conduit au condenseur. V est la Mge de la pompe

no LES CONTEMPORAINS DE JAMES WATT.

d'alimentation, et X la mattresse-tige, qui porte les pistons des pompes actionnées par la machine.

Les robinets c et a étant ouverts, b eid fermés, la Tapeur se rend de la chaudière dans le haut du cylindre B, et la communication entre le bas de B et le haut de A est également ouverte. Avant la mise en train, l'admission de la vapeur étant interceptée, le poids considérable de la maîtresse-tige X l'emporte et fait descendre la partie correspondante du balancier, les pistons ise maintenant, comme le montre la figure, à la partie supérieure de leurs cylindres respectifs.

On commence par chasser entièrement l'air de la machine, en ouvrant toutes les soupapes et laissant circuler la vapeur dans toutes les parties, jusqu'à la sortie du condenseur par le (( reniflard » 0; les soupapes b etd sont ensuite fermées, et le robinet du tuyau d'échappement ouvert.

La vapeur qui se trouve sous le piston du grand cylindre se condense immédiatement, et la pression qui s'exerce sur l'autre face de ce piston le fait descendre, entraînant dans son mouvement une extrémité du balancier et soulevant l'autre, avec les tiges des pompes et leurs accessoires. En même temps la vapeur qui vient du bas du cylindre à haute pression étant amenée dans le haut du grand cylindre, il se trouve à la fin de la course du piston que toute la vapeur qui remplissait le petit cylindre a été transportée dans l'autre, avec augmentation de volume et diminution de pression correspondante. Pendant que cette vapeur se détend et que sa pression diminue sur son passage du petit cylindre dans le grand, elle offre de moins eu moins de résistance à la pression exercée par celle qui, venant de la chaudière, agit sur la face supérieure du petit piston B; la descente des pistons est donc produite par la différence des pressions sur leurs faces supérieures et inférieures. La pression est constamment la même au-dessous du petit piston qu'au-dessus du grand et dans le tuyau de communication.

Quand les pistons sont arrivés au bas de leurs cylindres respectifs, les soupapes du haut du petit et du bas du grand se ferment ; les soupapes cet d s'ouvrent. La vapeur venant

ARTHUR WOOLF. 141

de la chaudière arrive alors sous le piston du petit cylindre, la vapeur contenue dans le grand se rend au condenseur, et celle qui était déjà dans le petit passe dans le grand, en suivant le piston à mesure qu'il s'élève.

Ainsi, à chaque coup de piston, on prend à la chaudière la quantité de vapeur nécessaire pour emplir le petit cylindre; et un poids égal, mais occupant le volume du grand, se rend de celui-ci dans le condenseur.

En étudiant le mode de fonctionnement de cette machine, le professeur Robison démontra que Tefifet produit était le même que dans la machine à un seul cylindre de Watt, ce qui est un cas particulier de la loi énoncée bien des années plus tard par Rankine, à savoir : « en ce qui concerne l'action théorique de la vapeur sur le piston, il n'importe nullement que la détente ait lieu dans un seul cylindre, ou bien dans deux ou plusieurs* ». Il fut constaté dans la pratique que la machine de Hornblower n'était pas plus économique que les machines de Watt ; et celle qu'on établit en 1792 à la mine d'étain de Groft, dans le Gornouailles, fit même moins de travail pour la même dépense de combustible.

Hornblower fut poursuivi par Boulton et Watt pour contrefaçon. Il perdit le procès et fut mis en prison, faute d'avoir pu payer les dommages et l'amende prononcés contre lui. Il mourut pauvre et découragé. Mais le système qu'il avait ainsi appliqué sans succès fut plus tard modifié et repris par d'autres contemporains de Watt ; et, avec l'usage des hautes pressions et du condenseur, la machine compound devint peu à peu un type bien défini de machine à vapeur.

En 1804, Arthur Woolf fit revivre la machine de Hornblower ou de Falck, avec ses deux cylindres, en employant

1. Cette loi ne s'applique que si Ton suppose que les parois des cylindres n'exercent aucune action calorifique sur le fluide qu'ils contiennent, qu'ils ne lui empruntent pas de chaleur et ne lui en communiquent pas. Dans la pratique, ces hypothèses sont loin d'être réalisées, et la détente dans plusieurs cylindres présente, au point de vue de la dépense de ya^ peur, des avantages importants, que des expériences récentes ont mis hors de doute. (N» du trad.)

lU LES CONTEMPORAINS DE JAHES WATT.

de la Tapeur à plus haute teusioD. Sa première machÎDe fut construite pour une brasserie de Londres, et on en fit par

la suite un nombre considérable. Woolf poussait la détente jusqu'à 6 à d fois le Tolume à l'admission ; et les machines à épuisement établies d'après ses plans élevèrent, dit-oo,

WILLIAM BULL ET R. TREVITHICK. U'i

jusqu'à 40,000,000 de livres à un pied de haut par boisseau de charbon brûlé, tandis que celles de Watt n'en pouvaient élever qu'un peu plus de 30,000,000. Une fois même on prétendit avoir obtenu un rendement de 57,000,000 \

Parmi les compétiteurs de Watt qui essayèrent d'imaginer une forme particulière de machine d'épuisement, aussi efficace que celle de Boulton et Watt et moins coûteuse, ceux qui réussirent le mieux furent William Bull et Richard Trevithick*. La figure ci-dessus (fig. 41) indique la disposition qu'ils adoptèrent et qui fut alors connue sous le nom de (( machine de Cornouailles de Bull ».

Le cylindre à vapeur a est porté par des poutres en bois b s'étendant en travers de la chambre de la machine, immédiatement au-dessus du puits qu'il s'agit d'assécher. La tige du piston c est reliée directement à la maîtresse-tige dd, le cylindre étant renversé. Les pompes e, placées dans le puits, sont ainsi manœuvrées sans l'intervention du balancier, qui existe dans toutes les machines de Watt. Une bielle g, attachée à la tige de la pompe et à l'extrémité d'un balancier h, fait osciller ce dernier, et se trouve équilibrée par un contrepoids i. La tige j sert à la fois de poutrelle à chevilles, et de bielle pour faire fonctionner la pompe à air. Une soupape reniflard k s'ouvre quand un jet de vapeur est lancé à travers toute la machine pour chasser l'air du condenseur et de la pompe à air L La tige m fait marcher le piston de la pompe à air, lequel est plein, les soupapes étant placées des deux côtés à la base du corps de pompe, au lieu de l'être dans le piston, comme dans les machines de Watt. La bâche à eau froide est une cuve en bois n. Le condenseur a la forme d'un tuyau vertical o et reçoit l'eau froide par le robinet p. La poutrelle q, en s'élevant et s'abaissant, ma-

1. Les chiffres ci-dessus, traduits en unités usuelles françaises, donnent :

40,000,000 1 de pieds-livres J / \^,S \ de houille

30,000,000 j par boisseau [ correspondent à I 2'',5 > par heure et 57,000,000 I de charbon ) ( lS31 ) par cheval.

2. Voir une description très intéressante et très fidèle de leur travail : Life of Richard Trevithick, par F. Trevithick. Londres, 1878.

nœuvre les leviers r, r, qui ouvrent et ferment les soupapes s, s, au moment voulu de la course du piston. Pour la mise en train, le mécanicien, monté sur le plancher t, fait marcher lui-même ces soupapes à la main. La machine fonctionne, au reste, d'une façon analogue à celle de Watt.

Les machines de ce système, avec quelques modifications et perfectionnements, sont encore en usage aujourd'hui. Elles sont très-solides et très-économiques. Leur usage fût sans doute devenu plus général encore, si la proscription légale exercée par les brevets de Watt n'avait mis de graves obstacles à leur adoption. Leur simplicité et leur légèreté constituent des avantages sérieux; et leurs auteurs ont montré une hardiesse et une ingéniosité qui leur font honneur, dans l'emploi des dispositions de détail qui distinguent leur machine. L'idée première de ces machines revient probablement à Bull ; mais Trevithick en a construit un certain nombre, et l'on suppose qu'il en a considérablement amélioré la disposition, lorsqu'il travaillait avec Edward, le fils de l'inventeur William Bull. Ils établirent en 1798, à la mine de Herland, dans le Cornouailles, une de ces machines dont Je cylindre avait 60 pouces de diamètre, et qui était construite d'après le plan que nous venons de décrire.

Un autre des contemporains de James Watt était un clergyman, Edward Cartwright, l'habile inventeur du métier mécanique et de la première machine employée pour peigner la laine. Il reprit l'idée de Watt, de la condensation par surface, sous une forme un peu différente. Watt avait construit un a condenseur tubulaire » semblable comme forme à ceux qu'on emploie souvent aujourd'hui ; mais il l'avait simplement immergé dans un réservoir d'eau, au lieu d'un courant continu. Cartwright proposa d'employer deux cylindres ou sphères concentriques, entre lesquelles pénétrait la vapeur en sortant du cylindre de la machine ; elle se condensait par le contact des surfaces métalliques. De l'eau froide au dedans du vase intérieur et en dehors du vase extérieur, maintenait le métal à une basse température et absorbait la chaleur que la vapeur abandonnait eu se condensant.

UACHINE DE CARTWBIGHT. 1(5

La meilleure description de la macliiae de Cartwright a été donnée dans le Phîlosophicat Magazine de juin 1798, d'où est extrait le croquis ci-dessous (ûg. A2).

L'inyeoteurdit avoireu pour but de remédier aux défauts

ighl, 1198,

de la machiue de Watt : vide imparfait, frottements et complication.

Dans la figure, la vapeur arrive au cylindre par le tube jB. La tige du piston R se prolonge vers le bas et manœuvre le petit piston de la pompe à air G ; la même tige, prolongée vers le haut, agit sur la traverse, laquelle à son tour fait marcher, au moyen de deui bielles, les manivelles placées au-dessus. Les deux arbres qu'oQ fait ainsi tourner sont reliés par deux roues dentées M, L, dont l'une commande un pignon porté par l'arbre du volant. D est le tuyau d'échappement conduisant au condenseur F; la pompe G enlève l'air et l'eau de condensation, et chasse celle-ci dans

la bâche à eau chaude H, d'où elle Fetourne à la chaudière par le tube I. En H est un réservoir d'air pour amortir les coups de piston de la pompe à air ; la quantité d'air confiné est réglée par une soupape manœuvrée par un flotteur. La grande cuve contient l'eau froide pour condenser la vapeur.

Le piston R est en métal ; il est garni de deux couches d'anneaux métalliques, coupés en trois points de leur circonférence et maintenus en place par des ressorts d'acier, qui les pressent contre les parois du cylindre. La combinaison des deux manivelles, avec leurs arbres et leurs roues dentées, a pour but de remplacer le procédé adopté par Watt, pour obtenir sans frottement un mouvement parfaitement rectiligne de la tige du piston.

Dans les descriptions de cette machine, on insiste beaucoup sur cet avantage, que l'emploi du condenseur par surface permet de remplacer la vapeur d'eau par celle d'un autre liquide, l'alcool par exemple, liquide trop coûteux pour qu'on puisse le laisser perdre. Aussi proposait-on d'employer la machine en combinaison avec une distillerie, et de réaliser ainsi une grande économie en faisant faire, du même coup, double travail au combustible. La seule disposition qui se trouva être réellement neuve et utile fut celle du piston à garniture métallique, que jusqu'ici rien n'a remplacé. La machine elle-même n'a jamais servi.

Au point où nous sommes arrivés, l'histoire de la machine à vapeur devient celle de ses applications diverses, dont les plus importantes sont : l'élévation de l'eau, la locomotion, la mise en mouvement des usines et la navigation à vapeur.

Ici nous prenons congé de James Watt et de ses contemporains, du grand homme dont un écrivain français a dit : « Le rôle qu'il a joué dans les applications mécaniques de la puissance de la vapeur, ne peut être comparé qu'à celui de Newton en astronomie et de Shakespeare en poésie. » Depuis le temps de Watt, les perfectionnements ont porté principalement sur des détails, et ont consisté surtout dans l'extension des applications de la machine à vapeur.