III. — MACHINES A VAPEUR
La machine à vapeur se compose de deux parties distinctes : la chaudière ou générateur à vapeur et le moteur.
L'idée d'utiliser la pression de la vapeur d'eau comme force motrice remonte à une haute antiquité. Héron d'Alexandrie, 120 ans avant Jésus-Christ, décrit déjà dans un ouvrage plusieurs jouets à vapeur. Florence Rivault, eu 1605, lit éclater une bombe en la remplissant d'eau et la mettant sur le feu. En 1615, Salomon de Caus imagina un appareil capable de faire monter de l'eau par la pression de la vapeur ; eu 1G29, Giovanni Branca construisit l'éolipyle, véritable machine à vapeur à rotation. La force de la vapeur était donc connue depuis longtemps.
L'historique de la machine à vapeur actuelle sera donné à mesure que nous décrirons ses principaux organes.
Chaudières. — Il existe trois sortes de chaudières : les chaudières à bouilleurs, les chaudières tubulaires et les chaudières Serpollet. Toutes les améliorations apportées dans la construction des chaudières ont toujours eu pour but d'augmenter la surface de chauffe, afin de produire le plus de vapeur dans le moins de temps possible. D'abord en fonte ou en cuivre, on les fait actuellement en fer forgé ou en acier. L'acier, utilisé vers 1855, donna d'abord de très mauvais résultats et détermina beaucoup d'explosions, mais on est parvenu à corriger ces défauts. La chaudière doit être très résistante : la pression, de 7 atmosphères pour les machines ordinaires à haute pression, monte à 12 atmosphères et plus pour certaines machines particulières, notamment dans les locomotives et les torpilleurs.
La chaudière à bouilleurs est la plus économique, mais elle ne peut servir qu'à la condition de disposer de beaucoup d'espace et seulement pour les machines à fonctionnement régulier. Elle consiste en trois cylindres remplis d'eau, communiquant
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ensemble, autour desquels circulent les gaz chauds du foyer. On utilise la chaleur de ces gaz, à la sortie de la cheminée, pour chauffer l'eau d'alimentation. On peut supprimer la fumée du foyer par plusieurs dispositifs : par le lavage de la fumée à travers de l'eau, en la faisant passer sur une surface incandescente qui brûle les particules de charbon, en injectant un courant d'air ou de vapeur dans le fourneau, enfin en brûlant le combustible sur des grilles superposées. Ces appareils se nomment des fumivores. La chaudière porte un niveau d'eau, un sifflet d'alarme en cas de manque d'eau, un manomètre métallique de Bourdon, une soupape de sûreté. L'alimentation s'opère avec une pompe foulante ou plutôt avec un injecteur Giffard. Cet injecteur, dont on retrouve déjà le principe dans les trompes des forges catalanes, fut inventé en 1820 par Mannoury- Dectot dans le but d'élever de l'eau au moyen d'un jet de vapeur. L'appareil de Mannoury fut transformé en injecteur d'eau pour l'alimentation des chaudières par Giffard, en 1888. On empêche l'incrustation des chaudières à l'aide de substances très diverses, dites désincrustantes, qui agissent chimiquement ; le meilleur procédé consiste à agiter l'eau, d'après le système
Dulac.
En 1786, Evans, aux États-Unis, construisit une chaudière a foyer intérieur. C'était déjà un acheminement vers les chaudières tabulaires. Marc Séguin, en 1828, eut l'idée de faire passer les flammes du foyer dans des tubes traversant la chaudière de part en part, ce qui augmentait considérablement la surface de chauffe. Dès 1829, Stephenson munissait sa locomotive, The Rocket, d'une chaudière tabulaire. Plus tard, vers 1855, la chaudière tabulaire fut également appliquée aux machines industrielles. Les tubes sont en fer ou en acier ; ils se préparent comme les canons de fusil. Les Anglais fabriquèrent les premiers ces tubes en 1808, en soudant ensemble des bandages de tôles de fer enroulées sur des mandrins, selon la méthode de James Russel. Mannesmann, en Allemagne, obtint des tubes d'acier sans soudures, au moyen d'un laminage oblique; ils possèdent une résistance cinq à sixfois supérieure à celle des tubes soudés.
MACHINES A VAPEUR
Nathan Read, aux États-Unis, avait imaginé déjà, dès 1791, une chaudière tabulaire, inverse de la précédente : les tubes contiennent l'eau et les flammes circulent entre les tubes. En 1804, John Stevcns appliquait cette chaudière à tubes bouilleurs aux bateaux à vapeur. Ces chaudières ont l'immense avantage d'être inexplosibles, car la rupture d'un tube comporte fort peu de danger en comparaison de celle d'une chaudière contenant beaucoup d'eau. On n'introduit, en effet, dans ce type de chaudière, cpie très peu d'eau à la fois, au fur et à mesure des besoins. On obtient rapidement, en quelques minutes, la vapeur nécessaire pour mettre sous pression.
La chaudière Fiehl, à doubles tubes concentriques pour faciliter la circulation d'eau, employée dans les pompes à vapeur, donne une pression de huit atmosphères après onze minutes d'allumage. Les maisons Bellevillc, Farcot, Durenne, etc., en France, construisent des chaudières à circulation d'eau.
M. Serpollet, en 1889, a imaginé un nouveau système de chaudière, destiné à un brillant avenir. C'est un tube très épais de cuivre rouge, fortement chauffé dans un foyer, et au centre duquel circule un très mince filet d'eau. Cette eau, vaporisée instantanément, est portée à une très haute pression. L'alimentation d'eau se fait automatiquement, par la machine elle-même; la production de vapeur est proportionnelle à l'effort nécessaire- La chaudière Serpollet s'applique plus particulièrement aux tramways et aux voitures à vapeur.
Moteurs. —Denis Papin en France, vers 1090, et Worcester, en Angleterre, à la même époque, construisirent le premier moteur à vapeur. Leur machine se composait d'un cylindre, contenant de l'eau à la partie inférieure, qu'on chauffait et dont la vapeur soulevait un piston. En cessant de chauffer l'eau, la vapeur se condensait au-dessous du piston et celui-ci descendait sous l'action de la pression atmosphérique. Newcomen perfectionna cette machine primitive, en condensant la vapeur par de l'eau froide ; en 1708, il installa sa machine chez un forgeron de Darmouth.
La machine de Newcomen reçut de nouveaux perfectionnera. 19
ni . s0 Machines motrices.
méats de la part de divers inventeurs : Potter imagina l'ouverture automatique des soupapes, Smeaton améliora les pièces du mécanisme, Beighton alimenta la chaudière avec 1 eau résultant de la condensation de la vapeur.
En 1764 le professeur Anderson chargea un simple ouvrier, James Watt, originaire de Greenock, de réparer une machine à vapeur de Newcomen. Watt la répara si bien quil en ht une machine nouvelle, la machine encore employée aujourdhui, où la vapeur agit alternativement sur les deux faces du piston. En 1769, Watt prit un brevet et ht construire ses machines a l'usine de Carron, près de Glasgow, dirigée par Roebuck. Cette usine ayant sombré, Watt s'associa avec Boulton Comme payement de leurs machines, les deux associés demandaient ^simplement le tiers de l'économie réalisée en houille En 1785, la machine de Watt était appliquée à une filature de coton du comté de Nottingham. "
Nous venons de résumer brièvement l'histoire de la machine à vapeur, invention qui a bouleversé, en moins d'un siècle, l'état de la civilisation. Il nous reste à mentionner les. progrès
les plus modernes.
La machine à vapeur a été considérablement perfectionnée mais son principe demeure toujours le même, celui de Watt. La grande machine à balancier, avec transmission par parallélogramme, est la plus sûre et la plus régulière, mais elle manque de vitesse elle reste employée dans les filatures, dans les pompes à feu, dans toutes les industries mécaniques exigeant une force régulière. La machine à transmission par excentrique deMurray donne des vitesses beaucoup plus grandes ; elle .sertpour les locomotives, les locomobiles, pour l'éclairage électrique pour les ateliers mécaniques, etc. On a construit des machines donnant de très grandes vitesses, jusqu'à 1500 tours a la mmu te. Symmington imagina de faire traverser de part en paît les deuTLes du cylindre par la tige du piston, afin de régulariser "Lut dl piston et de rendre l'usure plus égde.Murdoch construisit des machines à cylindres oscillants. Des 1781, Jonathan Hornblower construisit la première machine corn-
MACHINES A VAPEUR
posée, dite compound, où la vapeur se détend successivement dans deux cylindres de diamètres différents; cette machine ne devint pratique qu'en 1804, grâce à Arthur Woolf. On construit actuellement des machines compound à triple et même à quadruple expansion. La machine tandem de Willis Earle, datant de 4805, est une compound à deux cylindres inégaux superposés, avec tige commune et deux pistons. Sims, Aitkin, Steel, Tout perfectionnée et ont employé trois cylindres. Signalons encore les machines Corliss et Farcot, à tiroirs cylindriques mobiles ; la machine Hicks à quatre cylindres accouplés, ne possédant ni tiroirs ni excentriques, d'un volume et d'un poids très réduits.
Un a imaginé d'empêcher le refroidissement de la vapeur dans le cylindre, soit en le réchauffant avec de la vapeur, soit en l'enveloppant de matières peu conductrices. Signalons enfin les améliorations apportées dans la condensation de la vapeur d'eau et dans la détente, ce qui a pour effet de diminuer les dépenses de combustible.
Il faut bien l'avouer, la machine à vapeur, malgré tous ses perfectionnements, demeure encore nue très mauvaise machine aupomtdevuedu rendement, lequel ne dépasse guère le dixième de la force représentée par la combustion du ebarbon. Il faut donc prévoir l'époque où l'on découvrira un moteur de rendement meilleur et où l'on abandonnera la machine à vapeur de Watt.
Les machines à vapeur rotatives, où le mouvement de rotation est obtenu par la machine elle-même, sans intervention d'aucun organe de transmission, donnent un meilleur rendement et excellent pour la mise en marche des machines dynamos, des hélices, de tous les appareils exigeant une rotation rapide. Leur construction reste malheureusement encore très difficile. James \\ ait, dès 1769, avait tenté de construire une machine à rotation, composée d'un anneau creux avec piston, mais il ne put éviter les fuites de vapeur. Peu à peu perfectionnées, ces machines commencent à rendre des services; elles donnent jusqu'à 18 000 tours à la minute, avec une puissance pouvant atteindre 10 chevaux (Filtz, Parsons, etc.).
in b2 MACHINES MOTRICES.
' Statistique. — La puissance totale des machines à vapeur du monde entier était évaluée à 46 millions de chevaux-vapeur pour 1887, ce qui équivaut au travail produit par un milliard d'hommes. Les États-Unis tiennent la tête avec 14 millions de chevaux; puis viennent l'Angleterre, l'Allemagne, la France, l'Autriche-Hongrie, etc.
Le nombre des machines à vapeur permet de mesurer très exactement la puissance matérielle des nations; il explique les changements politiques qui s'opèrent à la surface du globe et permet d'en prévoir de nouveaux. On peut encore en conclure que les nations civilisées ont la force nécessaire pour dompter le reste du monde, car leurs machines suppléent au manque de population ; elles n'ont plus rien à redouter d'une nouvelle invasion des barbares.
Ces 46 millions de chevaux-vapeur ne représentent pourtant qu'une force insignifiante vis-à-vis des forces colossales de la nature. Ils ne sont capables de soulever que trois cubes et demi d'eau ayant cent mètres de côté, à un mètre de hauteur en une seconde, résultat d'une faiblesse considérable quand on le compare à l'action lunaire qui soulève les eaux de la mer et a a force du vent qui soulève les vagues. C'est le cas de répéter le mot de Pascal : « Que l'homme est grand, mais qu'il est petit. » Le nombre des machines à vapeur, en France, a suivi une marche ascendante très rapide :
Machines. Chevaux-vapeur.
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Ces chiffres démontrent la vitalité admirable de notre pays.
