INTRODUCTION XXXVII

fut d'abord Tanlliracite ; mais, en raison de son prix élevé, on ne tarda pas à perfectionner les appareils de manière à pouvoir utiliser toutes sortes de charbons. C'est ainsi que M. Lencauchez fils a montré que l'on pouvait se servir de charbon tout-venant de Birmingham, qui ne coûte sur le carreau de la mine que 4 francs la tonne ; M. Mond a inventé un gazogène construit en vue de faciliter l'emploi de charbons plus ou moins bitumineux pris sous forme de menus et d'en retirer des sous-produits rémunérateurs permettant d'abaisser le prix de revient du gaz engendré. Enfin M. Riche a créé un gazogène qui lui permet de fabriquer un gaz relativement riche en parties combustibles avec du bois, des tourbes, de la tannée, de la sciure ou des déchets organiques quelconques ; il suffit de faire passer les produits de la distillation du bois en vase clos sur des braises portées au rouge et provenant d'une opération précédente.

Plus la puissance d'un moteur augmente, plus sa consommation totale s'accroît ; ainsi un moteur de 600 chevaux absorbe par heure 1 800 mètres cubes de gaz. Les hauts fourneaux sont les seuls gazogènes assez grands pour subvenir à de tels besoins. En effet un haut fourneau de 100 tonnes

XXXVIII IXTHODUCTION

consomme au moins 1 00 tonnes de coke et fournit en vingt-quatre heures environ 400 000 mètres cubes d'un gaz qui dégage en brûlant entre 900 et 1000 calories par mètre cube. Une partie de cette chaleur disponible est utilisée pour chauffer le vent des souffleries dans les appareils Cooper- Withwell; une autre partie est utilisée pour chauffer les chaudières et produire la vapeur des machines qui actionnent les appareils soufflants, les monte-charges, etc. Dans ces dernières années, un autre perfectionnement s'est produit qui a permis une meilleure utilisation des calories disponibles. L'ensemble de la chaudière chauffée par les gaz du gueulard et de la machine à vapeur qui en dépend n'utilise pas plus de 10 pour 100 des calories disponibles; au contraire, des expériences nombreuses ont montré qu'une machine à gaz mue directement par ces gaz utiHse 18 pour 100 de ces mêmes calories et que, par suite, il y a un grand avantage à produire directement la force motrice au moyen des gaz qui sortent du haut fourneau au lieu de passer par l'intermédiaire vapeur.

On a fait de graves objections à l'emploi des gaz des hauts fourneaux dans les moteurs. Les plus sérieuses portent :

INTRODUCTION XXXIX

1 " Sur la nature même du gaz peu combustible, difficile à enflammer;

2'* Sur la quantité des poussières introduites dans le cylindre pendant la marche ;

S"* Sur la nature corrosive de ces poussières.

On a remédié à la difficulté réelle d'inflammation en comprimant initialement le mélange combustible introduit à 8 ou 10 atmosphères.

L'expérience a démontré d'autre part que le régime des machines n'est pas influencé par les variations de la puissance calorifique du gaz et par celles de leur pression au cours du travail des fourneaux, lorsque ces fourneaux sont pourvus de conduites régulatrices d'un volume suffisant. Il est toutefois prudent d'emmagasiner les gaz sortant du gueulard dans un réservoir d'une capacité suffisante en vue de son refroidissement et de la conservation des valves de la machine.

Les objections qui semblaient les plus sérieuses sont celles relatives aux poussières et aux vapeurs que les gaz du gueulard tiennent en suspension et qui résultent soit de l'entraînement hors du fourneau des matières solides plus ou moins fines, soit de leur propre combustion. On est effectivement en présence de deux catégories de poussières : la première, composée d'éléments

XL INTRODUCTION

plus OU moins lourds (débris de minerai ou de combustible), se sépare des gaz dans les conduites ou dans les épurateurs à des distances du gueulard variables suivant la masse de ces éléments; la seconde, résultant de combinaisons formées au moment de la combustion, est h un tel degré de finesse qu'elle résiste au lavage et à tous les obstacles qui lui sont opposés sur un parcours de 5 à 600 mètres. Dès lors il était à craindre que les cylindres des machines à gaz ne fussent obstrués par des dépôts qui pouvaient atteindre, avec des moteurs de 200 chevaux, un poids de 30 à 40 kilos par jour. Heureusement la pratique a prouvé que cette poussière fine n'a pas le temps de se déposer dans l'intérieur de la machine ; l'explosion et l'ouverture rapide des soupapes d'admission et d'échappement d'une section suffisante produisent des remous violents et assurent

l'entraînement à peu près complet des particules en suspension. Il a été également reconnu que

la plupart des éléments acides contenus dans les vapeurs sont neutralisés par des éléments alcalins ou calcaires et qu'enfin les poussières qui restent emprisonnées dans le moteur sont assez porphyrisées pour ne rayer ni les pistons ni les cylindres. On peut donc considérer comme

INTRODUCTION XLI

résolu le problème de ralimentation des moteurs parles gaz pauvres de haut fourneau.

La fâcheuse situation de l'industrie agricole de la distillerie dans certains pays et, comme cause accessoire, les progrès rapides de Tautomobilisme, progrès si menaçants pour l'élevage des espèces domestiques de puissance motrice, ont conduit fatalement à rechercher si Ton ne pourrait pas, dans les moteurs à gaz tonnant en général, et comme cas particuHer dans les moteurs destinés aux usages agricoles, substituer au pétrole, matière d'importation dans bien des contrées européennes, Valœol produit par l'industrie nationale.

La question est évidemment d'une importance capitale, car l'adoption de l'alcool comme matière combustible aurait l'avantage immense d'amener une recrudescence d'activité dans cette branche si intéressante de l'agriculture. Les distilleries se multiplieraient et fourniraient à leurs possesseurs un moyen commode et pratique d'obtenir la puissance motrice à un bas prix exceptionnel.

Mais, pour permettre ces emplois nouveaux, l'alcool doit être dénaturé et il faut qu'il remplisse ces deux conditions :

1" Etre à aussi bas prix que possible ;

XLII INTRODUCTION

2* Dégager le plus possible de chaleur en brûlant.

Ces conditions sont loin d'être remplies à l'heure actuelle, tant en raison des droits qui grèvent l'alcool dénaturé qu'à cause de la législation et du dénaturant qu'elle impose.

Il est bien évident que l'alcool dégagera d'autant plus de chaleur en brûlant qu'il renfermera moins d'eau. On aurait donc tout intérêt à consommer pour développer une puissance motrice de l'alcool à ^00^ Malheureusement, à ce titre, l'alcool est trop coûteux à produire. Mais on pourrait se contenter parfaitement d'alcool à 94-95% qu'on peut produire d'une façon pratique.

Une autre difficulté est le dénaturant employé. Il y a encore très peu de temps, on employait comme dénaturant le vert malachite, qui avait le grave inconvénient d'encrasser les moteurs. Une commission réunie récemment sous la présidence de M. Vassihère, directeur de l'Agriculture, a décidé de remplacer le vert malachite par le méthylène composé surtout d'alcool méthylique (esprit-de-bois). Mais I kilogramme de méthylène dégage en brûlant un nombre de calories qui est environ les deux tiers de la quantité de chaleur dégagée par une même masse

INTRODUCTION XLIII

d'alcool ordinaire. Donc, quelle que soit la quantité de dénaturant méthylène qu'on incorporera à l'alcool ordinaire, la quantité de chaleur dégagée par 1 kilogramme d'alcool dénaturé sera toujours moindre que celle dégagée par 1 kilogramme d'alcool ordinaire pur, et cette quantité sera naturellement d'autant moindre que la proportion d'alcool méthylique s'accentuera.

Aussi des spécialistes comme M. Ringelmann ne sont-ils guère favorables au remplacement du pétrole lampant par l'alcool dans les moteurs destinés à l'agriculture.

Il résulte en effet d'essais comparatifs faits à Meaux par M. Ringelmann que, pour obtenir la môme puissance , il faut dépenser de 1 , 5 à 2 , 3 fois plus d'alcool dénaturé par le méthylène que d'essence minérale ; les rapports des dépenses de combustible fournissant la même puissance sont :

iOO avec le pétrole lampant, 175 avec l'essence minérale, 562 avec l'alcool dénaturé (avant l'abaissement des droits).

D'après ces résultats, l'alcool dénaturé devrait être vendu à raison de 17 fr. 70 l'hectolitre pour être équivalent, au point de vue économique, au pétrole lampant, valant 30 francs l'hectolitre. Or,

XLIV INTRODUCTION

en distillerie, l'alcool dénaturé vaut de 28 francs à 35 francs l'hectolitre sans les droits. On ne peut donc pas considérer ce combustible comme susceptible d'être employé avec économie dans les moteurs à la place du pétrole ou des gaz pauvres.

Une question se pose, maintenant que nous connaissons la constitution des divers moteurs et la composition des différents mélanges combustibles avec lesquels on peut les alimenter. Quelles sont les meilleures conditions dans lesquelles doit fonctionner une machine à gaz?

Quel est le rendement thermique quB l'on doit s'efforcer d'obtenir ? Ce problème nous amène à définir et à étudier les conditions théoriques de la marche de ces moteurs.

C'est cette étude que nous nous sommes proposé de faire dans les leçons que nous publions aujourd'hui. Pour chaque type de moteur, nous avons défini le diagramme théorique, nous avons analysé les diverses transformations qui le com-

INTRODUCTION XLV

posent, et, par une application correcte des principes fondamentaux de la Thermodynamique, nous en avons déduit une expression du rendement thermique théorique. L'expression «application correcte » que nous venons d'employer doit être expliquée.

Les diagrammes théoriques des moteurs à gaz ont été étudiés avant nous par un grand nombre de savants ingénieurs; mais ces études nous paraissent les unes et les autres entachées d'erreurs graves au point de vue de la Thermodynamique ; il n'a pas été tenu assez compte des conditions dans lesquelles doivent être appliqués les théorèmes fournis par cette science; les restrictions qui en diminuent la généralité ont été oubliées, et des formules inexactes ont été ainsi déduites d'appHcations éminemment fautives. On a été ainsi conduit à des formules qui, donnant pour les rendements thermiques des valeurs beaucoup trop élevées, peuvent être très préjudiciables à l'industriel. Celui-ci, en effet, sait que la théorie suppose des conditions idéales que la pratique ne peut réaliser ; il sait qu'elle néglige des imperfections qui sont inévitables, que ses promesses ne peuvent être entièrement tenues, qu'il faut prévoir un déchet. La

3^LVI INTRODUCTION

valeur du rendement théorique lui donne alors, en tenant compte du déchet prévu, une valeur du rendement pratique sur lequel il croit pouvoir compter. On voit dès alors à quels mécomptes peut le conduire une théorie qui lui promet un rendement maximum de 45 pour 100, alors qu'en partant des mêmes hypothèses, des mêmes conditions théoriques, un raisonnement correct, une application justifiée des principes, conduisent à un rendement maximum à peine supérieur à 30 pour 100.

Les considérations qui ont été développées à propos du diagramme entropique donnent un exemple net des erreurs auxquelles on peut être conduit quant on ne tient pas compte des restrictions auxquelles sont soumis les principes fondamentaux de la Thermodynamique . Le diagramme entropique consiste dans la représentation des propriétés du fluide évoluant dans le moteur au moyen de son entropie et de sa température, qui jouent le rôle des variables volume et pression au moyen desquelles on construit le diagramme ordinaire. Celui-ci fournit par son aire le travail produit; dans la série des transformations opérées l'aire du diagramme entropique fait connaître la quantité de chaleur mise en jeu.

INTRODUCTION XLVII

c'est-à-dire une quantité proportionnelle à la précédente quand la suite des transformations étudiées forme un cycle fermé. La première aire (diagramme ordinaire) figure le travail produit, que le système qui se transforme art ou non à chaque instant la môme température en tous ses points, qu'il ait ou non une masse constante; au contraire, la deuxième aire (diagramme entropique) ne figure la quantité de chaleur mise en jeu que si le système, dénué de viscosité et de frottement (*), possède à chaque instant une masse constante dont la température est uniforme. Or ces conditions ne sont pas réalisées pour le fluide qui évolue dans un moteur; si, par exemple, on considère un moteur à quatre temps, la masse évoluante ne garde pas une valeur constante pendant le premier et le quatrième temps. On a essayé de tourner la difficulté en conservant au système une masse constante, mais en la divisant en deux parties : une masse qui est intérieure au moteur et une masse qui lui est extérieure ; ignorant la nature des trans-

it) Nous reviendrons plus en détail sur ces considérations lorsque nous étudierons le diagramme entropique. Voir L. Marghis, Sur le diagramme entropique (C. R. de l'Académie des sciences, 18 mars 1901).