Les moteurs légers

La question des moteurs légers est si complexe, elle est susceptible de solutions si difierentes, que son étude détaillée sort des limites de mon programme ; au surplus, je devrais me récuser pour incompétence. Je me bornerai donc à des considérations générales, étayées autant que possible sur des chiffres que l'expérience a consacrés.

Il est impossible de donner des règles précises pour obtenir Tallégement de la machinerie proprement dite. L*étude de l'agencement des diverses parties; la suppression de toutes les pièces inutiles et l'emploi pour les autres du métal qui travaille le mieux, à égalité de poids, en vue de TefiFort à supporter ; le choix des formes, solides d'égale résistance, évidements, etc.; le soin d'éviter les chocs, d'équilibrer les organes animés de mouvements rapides et enfin de confier, quand cela se peut, plusieurs fonctions à une même pièce : tels sont, rapidement énumérés, les principaux moyens de réaliser la légèreté de la machinerie. On fonde de grandes espérances sur l'emploi de l'acier au nickel dans la construction des pièces actives ; pour les bâtis, on pourra substituer à la fonte et à Tacier coulé soit des tôles d'acier assemblées et renforcées suivant la gradation des résistances, comme on l'a fait à bord de certains torpilleurs, soit le bronze d'aluminium, comme font MM. Escher, Wyss et C^® pour leurs nouveaux moteurs à explosion. Quant à l'emploi de l'aluminium seul ou à l'état d'alliage pour la construction des organes mêmes de la machine, on n'y peut guère songer, pour le moment du moins. Je crois savoir qu'à Ghalais-Meudon, aux essais du nouveau moteur, on a dû remplacer la plupart des pièces où cette application avait été tentée.

Mais la légèreté s'obtiendra surtout par le choix judicieux des agents destinés à tranformer l'énergie en travail mécanique. C'est à cette question, de beaucoup la plus intéressante, que je consacrerai cette troisième Partie. Je commence par la comparaison entre les machines à vapeur et les moteurs électriques.

i. — CiOMPARAlSON ENTRE LA MACHINE A VAPEUR ET LE MOTEUR ÉLECTRIQUE

Les seuls moteurs employés jusqu'ici dans la navigation aérienne sont les machines à vapeur et les dynamos actionnées par des piles. Aux premiers on a reproché le délestage continu dû à la combustion et les dangers que présente un foyer placé au-dessous d'un énorme réservoir d'hydrogène assez mal fermé ; aux seconds, qui n'ont pas ces défauts, on reproche le poids de la pile. Je ne m'occuperai pas du danger d'incendie, qui n'a pas arrêté Giffard, et qu'il est facile de conjurer, mais je vais rechercher quels sont, au point de vue de la légèreté, les avantages d'un système sur l'autre.

Moteur proprement dit. — Considérons d'abord le moteur.

La construction des dynamos a fait depuis quelques années beaucoup de progrès, et l'on obtient aujourd'hui une grande puissance avec un poids de métal relativement minime. Les moteurs Rechniewsky de 5 chœ pèsent environ 65 kg par cheval, et ce poids, qui diminue avec la force des machines, s'abaisse à 45 kg pour les moteurs de 20 à 30 chœ. Les dynamos multiplex Sautter-Lemonnier de 40 à 60 chœ ont un poids de 35 kg environ

Force en chevaux FiG. 36.

par cheval, poids qui descend rapidement à 30 quand la force augmente. Toutefois, cette diminution du poids en raison inverse de la force tend assez vite vers une limite, et si l'on représente graphiquement le poids par cheval en fraction de la puissance,

on obtient, pour les dynamos considérées qui sont d'une construction courante, la courbe figurée en 36. Le moteur qui a servi dans les expériences du bateau sous-marin le Gymnote^ et qui est dû au commandant Krebs, se trouve sensiblement sur cette courbe ; il avait en effet une force de 55 chx et pesait 36,3 kg par cheval.

Si l'on veut appliquer les dynamos à la direction des aérostats, il est clair qu'on cherchera à obtenir des poids encore moindres. La dynamo de 1,33 ch employée par M. Tissandier et qui pesait 55 kg par cheval, ne réalisait qu'une faible économie. Mais la dynamo Krebs de 50 kgm qui fit fonctionner un petit dirigeable de 60 m' pour essais avant le ballon de 1884, pesait 10 %, soit 15 kg par cheval. La dynamo Krebs de la France avait une puissance de 8,5 chx et son poids par cheval était de 11,5 kg; enfin, la dynamo Gramme de 9 chœ qui la remplaça réduisit ce poids à 11 %, mais il fallut donner à l'anneau l'énorme vitesse de 3 600 tours par minute, ce qui nécessita des précautions multiples pour empêcher les axes de s'échauffer et demanda de nombreuses améliorations dans la transmission et le mode de graissage.

Voyons maintenant quels sont les poids des machines à vapeur sans leur chaudière et sans leur approvisionnement en eau et en combustible.

Les moteurs légers de construction courante semblent avoir à peu près les mêmes poids que les dynamos. Les moteurs de 1 000 chx qu'on emploie à bord des torpilleurs pèsent une vingtaine de kilogrammes par cheval indiqué; dans ses derniers torpil* leurs, M. Normand a même réduit ce poids à 11 kg environ. Le poids du cheval sur Varbre est donc sensiblement sur le prolongement de la courbe obtenue pour les dynamos légères de construction courante. Dans les machines à condensation, ce poids est d'autant plus faible que la condensation est plus active.

Si l'on construit un moteur spécialement en vue de la navigation aérienne, on peut obtenir des réductions comparables à celles que réalisèrent MM. Gramme et Krebs sur les dynamos. Ainsi Giffard obtint 16,7 kg par cheval pour 3 chx sur l'arbre. Du reste, une différence de 2 à 3 % par cheval ne serait sensible que pour un voyage de faible durée ; elle deviendrait insignifiante pour un voyage de 10 heures, puisqu'elle n'entrerait que pour 0,2 à 0,3 dans le poids du cheval-heure.

Si donc il y a une supériorité marquée d'un système sur Tautre, cette supériorité est due au générateur.

Générateur. — Dégageons tout d'abord les différences, au point de vue qui nous occupe, entre la chaudière et la pile. A cet effet, considérons-les comme le siège d'une combustion produisant des calories qu'un agent transporte au moteur pour les y transformer en travail mécanique ; cet agent sera la vapeur d'eau dans un cas, et, dans l'autre, le courant impondérable qui va des pôles de la pile aux bornes d'entrée de la dynamo. Tandis qu'il est d'un poids nul pour la pile, il constitue pour la chaudière un impedimentum considérable. En effet, si l'on opère sans condensation, il faut une provision d*eau proportionnelle à la durée. Si Ton condense la vapeur, il faut soit un poids d'eau froide également proportionnel à la durée pour produire la condensation, soit un condenseur à surface toujours très lourd et dont l'emploi ne peut être avantageux que s'il est appelé à fonctionner longtemps. Par contre, la mise en œuvre de l'agent de transport nécessite dans la pile un poids de liquide et de sels qui devient considérable si la marche est longue, tandis qu'avec les machines à vapeur le poids du combustible n'est pas aussi grand et que le poids du comburant est nul, puisqu'il est constitué par l'air lui-même.

La durée possible du voyage est donc un facteur important de la comparaison que je cherche à établir. Pour bien nous fixer, voyons quelles sont les valeurs du cheval-heure aux différentes durées.

MM. Tissanaier emportèrent 24 éléments de 7 à 8 kg, plus une certaine provision de liquide de façon à pouvoir prolonger l'action du moteur pendant 2 heures et demie ; le poids total était de 22S kg, et la force de 1 1/3 ch, ce qui met, pendant cette durée, le poids moyen du cheval-heure à 68 kg. Ce poids varierait peu si l'on emportait des approvisionnements pour une durée plus grande, car les vases, qui sont en ébonite et par suite très légers, ne devaient pas peser plus du 1/1 0*-' du poids total de la pile; de sorte que le poids du cheval-heure tend vers 9/iO® 68 =: &l kg quand la durée augmente. C'est ce que représente la courbe figurative du graphique 37.

MM. Renard et Krebs emportèrent 400 kg de piles pour fournir, sans renouvellement de liquide, 9 cli pendant l heure trois quarts, ce qui met le cheval-heure à 25 kg eu moyenne pendant cette durée. En admettant encore, ce qui s'accorde assez bien avec ce que l'on sait sur la capacité électrique de la liqueur employée, que le poids du liquide et des électrodes fût les 9/10* du poids total, on obtient 9/10 25 ^ 22,5 kg aux très grandes durées.

Examinons maintenant les générateurs des machines à vapeur.

Le générateur construit en 1852 par Giffard pesait 100%; il consommait par heure environ 60 kg d'eau et de combustible et donnait 3 ch sur Tarbre, ce qui met le poids moyen du cheval à 53 kg pour la première heure.

Quelques années plus tard, M. Louis du Temple, capitaine de frégate, inventa un moteur léger destiné à réaliser la navigation aérienne avec un appareil plus lourd que Tair que son frère avait imaginé. Cet essai eut le sort malheureux de tous ceux qu'on a tentés dans cette voie ; mais la chaudière du Temple, basée sur la séparation complète des courants ascendants et descendants, avait des qualités si remarquables au point de vue de la légèreté et de l'utilisation du combustible qu'on l'adopta pour les torpilleurs, où ces coûditions sont essentielles ; l'avenir lui réserve peut-être de reprendre sa destination primitive.

La chaudière qui figurait à l'Exposition de 1878 pesait 300 kg^ et donnait avec un tirage ordinaire 140 kg de vapeur à 6 atmosphères par heure ; ce type et quelques autres me conduisent à admettre, pour les chaudières qu'on pourrait placer à bord d'un navire aérien, 1 kg de vapeur pour 2 kg de chaudière. Quant à la consommation de charbon, M. Normand l'a réduite dans ses derniers torpilleurs à moins de 0,500 kg par cheval indiqué; il est vrai que le moteur absorbait seulement 4,500 kg de vapeur pour développer ce cheval, de sorte qu'on doit évaluer la dépense de charbon des chaudières employées à un peu plus de 0,100 kg par kilogramme de vapeur. Étant donné que le moteur d'un ballon dirigeable doit satisfaire à des exigences spéciales, j'admettrai que la chaudière dépense 0,120 kg de charbon par kilogramme de vapeur, et qu'il faut 15 kg de vapeur pour donner un cheval sur l'arbre dans les moteurs sans condensation. Avec ces données moyennes, on voit qu'à 1/15 de cheval sur l'arbre correspondent i kg de vapeur, 2 kg de chaudière, et 0,120 kg de charbon, en tout 3,120 kg, ce qui met le poids du générateur à 46,8 kg par cheval-heure. C'est presque le double du poids obtenu avec la pile Renard (fig. 31).

Mais le résultat change si l'on s'impose une durée plus en rapport avec les besoins de la pratique, 10 heures par exemple ; en effet, le poids de la chaudière se répartit sur cette durée, de sorte qu'à 1/15 de cheval correspond un poids de 1 + 0,2 + 0,12 = 1 ,32 %, ce qui met le poids du générateur à 19,8 kg par chevalheure. Remarquons toutefois que cette diminution s'enraie très

rapidement, et q\xe le poids du cheval-heure tend vers une limite

Durées en heure FiG. 37.

qui est, dans le cas présent, de 1,12 X IS = 16,8 kg ; la courbe représentative est donc asymptote à la droite 16,8.

Ces résultats seraient encore exagérés si l'on pouvait employer des machines à condensation. Malheureusement les condenseurs actuels exigent eux-mêmes une très grande quantité d'eau. Si l'on demande à Tair ambiant, constamment renouvelé par la marche du ballon, de condenser la vapeur, on est conduit à prendre des surfaces très vastes, par suite encombrantes et lourdes. C'est précisément à l'homme qui, le premier, voulut appliquer la machine à vapeur à la navigation aérienne, c'est à GifFard que revient l'idée de l'aérocondenseur. Cet appareil, formé d'une série de tuyaux méplats à large surface, fut expérimenté dans les ateliers que M. Flaud venait de fonder, mais ne servit dans aucun voyage aérien. Le ballon que M. Yon, élève de GifFard, a construit pour la Russie possède un appareil semblable, présentant une surface, équivalant à 56 m^ ; aux essais, on reconnut que la condensation était absolument msulBsante. Dans un nouveau projet de dirigeable qu'il a en portefeuille, M. Yon prévoit un aérocondenseur système Foucher, caractérisé par la légèreté de ses tubes et par l'adjonction d'un ventilateur ; cet appareil aurait une surface équivalant à 125 m^ et pèserait 440 %, soit environ le poids de la chaudière sans eau; il ne donnerait qu'un vide relatif de 150 mm

de mercure. Pour augmenter le degré du vide, M. Derval (1), Ingénieur des arts et manufactures, a décrit un appareil dans lequel un réservoir contenant de la glace condense la vapeur qui a résisté à l'action des tubes; mais cet aérocondenseur n'a pas encore prouvé sous quel poids il est efficace. J'insiste sur cette question en raison de son importance, et j'ajoute qu'un condenseur léger donnerait des progrès d'autant plus sensibles qu'en permettant d'augmenter la vitesse de marche il augmenterait sa propre efficacité.

Voyons quel changement la condensation apporterait dans le poids du cheval-heure. Supposons qu'on adjoigne aux chaudières du Temple que nous avons considérées un aérocondenseur à glace qui pèse le double de la chaudière et consomme par heure un poids de glace égal à la moitié du poids de la valeur produite : ce sont là des conditions peu avantageuses, qui donnent aux faibles durées un poids très grand par cheval-heure, mais qui procurent une économie notable dans un dirigeable étudié en vue d'un voyage un peu long. En effet, on peut compter, en raison du vide obtenu, que le kilogramme de vapeur donnerait 1/10 de cheval sur l'arbre. M. Normand a même obtenu 1/6 dans ses derniers torpilleurs, mais il faut dire que le vide se faisait à 0,15 kg. Donc à 1/10 de cheval correspondent : pour 1 heure 1 kg de vapeur + 2 % de chaudière -|- 0,12 kg de charbon -\- A kg d'aérocondenseur + 0,6% de glace, en tout 7,62 kg, soit 76,2 kg par cheval-heure; et pour 10 heures 0,1 + 0,2 + 0,12 + 0,4 + 0,5 = 1,32 kg, soit 13,2 kg par cheval-heure. La courbe représentative est asymptote à la droite à 0,62 x 10 = 6,20 (fig. 37).

Bien entendu, les deux graphiques précédents n'ont pour but que de représenter l'allure générale des phénomènes.

Conclusion. — Nous pouvons maintenant conclure. Les dynamos prosentent de grands avantages quand il s'agit de réaliser la direction pendant un temps relativement court, 1 heure et demie à 2 heures, mais elles sont dépassées par les machines à vapeur quand il s'agit d'évoluer pendant une journée, but vers lequel doit tendre la navigation aérienne.

Le moteur Tissandier pesait, tout compris, 150 kg par cheval sur l'arbre, et le moteur de Chalais 7o kg. M. Yon prétend réduire ce dernier poids du tiers, en employant une chaudière très légère du système de Dion-Bouton -ïrépardoux et un aérocondenseur Foucher. M. Maxim, l'électricien bien connu, a construit récem-

(1) E. Derral. — Etude sur la navigation aérienne.

k L- jT^