DE LA VAPEUR

Beaucoup de personnes se font un honneur de ae rien entendre aux mathëmatiques, et se déclarent, avec orgueil, incapables d'exécuter le plus simple calcul. Nous ne combattrons ' pas trop vivement ce travers, t)arlagi! par un grand nomlH'e de gens d'esprit, qui savent pourtant fort bien que l'on peut avoir dn mérite et estimer l'algèbre, et qui n'ignorent pas que »ir la porte de son école philosophique Socrate avait écrit : Nid n'entrera ici s'il n'est géomètre. C'est ï ce préjugé , issa du vicieux système de nos anciennes études classiques, qu'il faut attribuer l'espèce d'éloigncment instinctif que l'on éprouve, en France, pour la mécanique, pour les machines et en général pour tout ce qui touche au calcul. Parmi les milliers de visiteurs qui parcouraient tous les jours la galerie des machines, au Palais

de l'Industrie, combien en trouvait-on qui vissent dans ce maB'"fique ensemble d'appareils autre diose qu'un aroas confus de fer et d'acier? Chacun se montrait beaucoup moins préoccupé d'en examiner Je mécauismc que de se mettre en garde contre les dangers de leur approche. De ces visiteurs si attentifs à se tenir ï une distance rospectucuse de ces redoutables engins, la majeure partie appartenait aux classes instmites : c'étaient des gens d'affaires, des hommes du monde, des médecins ou des avocats. Or, pour s'élever aux connaissances spéciales qui les distinguent, toutes ces personnes avaient assurément consacré mille fois plus de patience et de temps qu'il ne leur en aurait fallu pour acquérir quelques notions générales des sciences physiques. Ce n'est jamais sans une certaine tristesse que nous voyons de quelle manière leste et dégagée les gens du monde s'accusent et semblent presque se parer de leur iguorance sur certaines matières. Dans beaucoup de cas, en effet, quelques moments d'attention leur auraient sullî pour acquérir un certain nombre de connaissances qui sont toujours utiles dans la pratique de la vie commune, et qui offrent â l'esprit une souice de jouissances faciles, nien, par exemple, ne paraît plus compliqué qu'une machine à vapeur. Ces innombrables organes métalliques, cette forÈt de tiges de fer et d'acier, semblent coiislituer un système ûiabordabic au commun des intclUgences, et cacher des myst^^res qui ne sont accessibles qu'aux seuls initiés. Cepeudant , rien n'est plus simple à comprendre qu'une telle machine, non sans doute dans les détails minutieux des divers oi^anes qui la composent, mais dans le principe qui régit son mécanisme, c'est-b-dire dans ce qu'il importe seulement de connaître pour se rendre compte de son mode d'action. Il est beaucoup plus facile, nous ne craignons pas de le dire, de comprendre le principe de la machine à vapeur que de saisir l'intrigue du Mariage de Figaro, ou de tel roman que nous pourrions dier. On sera peut-être de notre avis apri-s la lecture des quelques lignes qui vont suivre, et dans lesquelles nous allons résu mer lé principe d'action de la machine !i vapeur.

APPLICATIONS DE Lk VAPEUR. 3

La vapenr qui proTicot de l'ébuilition de l'eau jouit d'une puissance mécanique considÉrabie. Il est assez connu qu'un vase aux paroig les plus épaisses, rempli d'eau et hermétiquement fermé, éclate en mille pièces si l'on porte cette eau ï i'étiuUition sans ménager une issue â la vapeur. Pour tirer parti de la puissance mécanique qui réside dans la vapeur de l'eau t>ouillanle, voici comment les choses sont disposées dans une machine à vapeur réduite à ses éléments les plus simples.

La vapeur qui provient de l'ébuilition de l'eau dans la chaudière, est dirigée, ï l'aide d'un tube qui surmonte cette cliaudière, dans un cylindre métallique ou corps de pompe, parcouru, à rroltemeut, par un piston. En arrivant au-dessous de ce piston, la vapeur le soulève par l'effet de sa pression ; sous l'influeuce de celto force, qui agit de bas en haut, le piston monte dans l'intérieur du corps de pompe et parvient i sa partie supérieure. Si l'on interrompt îi ce moment l'arrivée de la vapeur au-dessous du piston, et que l'on donne au dehors une issue à la vapeur qui remplit le cylinilrc, en ouvrant un robinet qui lui permette de s'échapper dans l'air extérieur, le piston s'arrêtera dans sa course ascendante. Mais si, en même temps, à l'aide d'un auire tube, on fait arriver de nouvelle vapeur au-dessus du piston, la pression de cette vapeur, s'eierçant de haut en bas, précipitera le piston jusqu'au bas de sa course, puisqu'il n'existera plus, audessous de lui, de résistance capable de contrarier l'effort de la vapeur. Si l'on renouTelle continuellement ceiie arrivée successive de la vapeur au-dessous et au-dessus du piston, en donnant à chaque fois issue h la va]>eur contenue dans la partie opposée du cylindre, le piston ainsi alternativement pressé sur ses deux faces, exécutera un mouvement continuel d'élévation et d'abaissement dans l'intérieur du corps de pompe. Or, si une tige attachée à ce {Hston par sa partie inférieure, est liée par sa partie supérieure à une manivelle qui fait tourner un arbre moteur, et que le jeu des deux robinets, destinés Si donner accès à la vapeur, s'exécute senl au moyen de leviers liés à l'arbre tournant, ou aura ainsi une machine fonctionnant seule et imprimant un

'.oogic

mouvement continuel h l'arbre moteur auquel elle est attachée. L'appareil que nous venons de décrire n'est pas une conception Idéale, imaginée pour les besoins d'une descripiion élémentaire. C'est la plus répandue de toutes les machines â vapeur ; elle porte le nom de machine à haute pression, parce que la vapeur s'y trouve nécessairement employée avec une tension de plusieurs atmosphères. Entrez dans le premier atelier mécanique venu, et vous reconnaîtrez sans peine les organes quft nous venons d'analyser. Vous y verrez un cylindre métalLque couché horizontalement; ce cylindre reçoit la vapeur de la chaudière par un tube placé à l'uue de ses extrémités, et il renvoie au dehors cotte vapeur par un autre tube qui la rejette dans l'air ; le piston, alternativement pressé par la vapeur sur ses deux faces opposées, communique son mouvement h l'arbre moteur de l'atelier à l'aide d'une tige articulée et d'une manivelle.

Voilà â quoi se réduit une machine â vapeur considérée dans son principe essentiel. Il n'est pas nécessaire, on le voit, de grands efforts d'esprit pour la comprendre.

Ce premier principe posé, on peut aller plus loin dans la description des différentes formes de la machine â vapeur.

L'appareil mécanique dont nous venons de parler est la machine à haute pression, dans laquelle la vapeur est rejetée dans l'air après avoir produit son effet. Mais on ne rejette pas toujours la vapeur au dehors ; on en tire un parti plus utile en la condensant h l'intérieur même de la machine, et voici comment cette condensation peut donner naissance h un nouvel effet mécanique.

Si, au lieu de laisser perdre au dehors la vapeur d'une machine quand elle a produit son effet, on la dirige, au moyen d'un tube, dans un espace continuellement refroidi par un courant d'eau, la vapeur, en arrivant dans cet espace, se condensera et repassera immédiatement à l'état liquide : par suite de cette condensation, le vide existera à l'intérieur du corps de pompe. Dans la machine à haute pression que nous avons considérée plus haut, la vapeur, pour soulever le piston, devait nécessairement surtuonter la ré-

sislance de l'air qui existe à l'inlérienr du corps de pompe et presse de tout son poids sur la face opposée du pistou. Ici, au ouitraire, le cylindre ne couimuiiique jamais avec l'atoiosplière, puisque la vapcuf, au lieu d'être rejetée dans l'air, vieut se condenser dans un vase fermé. Ainsi le vide existe au-dessous du piston, et la vapeur qui vient le presser par-dessus ne rencontre ^us la résistance d'une atmosphère comme daûs le c<is de machine •! haute pression ; la puissance mécanique de l'appareil s'accroit donc de cette quantité. N'éprouvant plus de résistance au-dessous de lui, le piston obéit facilement h la pressiou que la vapeur exerce sur sa face supérieure, et il descend jusqu'au bas du cylindre. Si l'on répète coutinuellement ce jeu alternatif: l'arrivée de la vapeur sous le piston, — la condensatioD de cette vapeur dans un vase isolé, — l'arrivée de nouvelle vapeur audtssus du piston, ^ — la coudensatioD de cette vapeur, etc., on produit une élévation et un abaissement continus du pistou daus l'iutérieur du cylindre. Ceseffets se transmettent ensuite, comme à l'ordinaire, à l'arbre moteur par la tige du piston. Celle seconde machine, que nous venons de décrire, porte le nom de machine à condenseur.

La machine à condenseur, la première que l'tHi ait mise en usage daus notre siècle, fut le résultat du génie inventif de James ^Yatt, qui la créa en perfectionnant l'ancienne machine à vapeur employée avant lui, et que l'on désignait alors sous le nom de machine de Newcomen. Quant ï la machine à haute pression, d'une découverte plus récente, elle a été imaginée â la fin du siècle dernier par le constructeur américain Oliver Ewans.

Ces deux appareils résument l'immense majorité des machines à vapeur qui sont aujourd'hui en usage. Il faut ajouter seulement que de nos jours on réunit ces deux systèmessur la même machine, et que dans un très grand nombre de machines à vapeur on se sert tout à la fois de la coudeusalion de la vapeur et de la vapeur à haute pressiou.

Il existe, enfin, une disposition particulière des machines b vapeur qu'il importe beaucoup de bien connaître, pai-ce que ce

système CHt aujourd'hui d'un usage immense dans l'induslrie ; nous voulons parler de la machine de Wolf, qui a êtè im^lnée en Angleterre en 1804, par le constructeur Arthur Wolf, le rival de James "Watt.

La machine de 'Wolf a pour objet de tirer le parti le plus efficace de la défente de la vapeur. Mais que faut-il entendre par la détente de là vapettr, et comment cct|eflet peut-il être mis ï profit ?

Si on laisse la vapeur artivant de la chaudière exercer son action sur le piston pendant toute la durée de sa course, en d'autres termes, si on laisse libre la communication entre la chaudière et le cylindre â vapeur pendant toute la course ascendante ou descendante du piston, ce dernier, soumis à l'action d'une force constante, accélùre son mouvement sous l'influence de cette impulsion continuelle, et il arrive à l'extrémité de sa course animé d'une très grande vitesse. Cette vitesse a pour résultat de produire sur le fond du cylindre un choc nuisible à la solidité de l'appareil, et de faire perdre, en même temps, une partie de la force motrice.

C'est pour remédier à ce double inconvénient que AVatt imagina, en 1769, de suspendre la communication entre la chaudière et le cylindre à vapeur à un certain moment de la course du pistoa Si l'on interroin|)t l'entrée de la vapeur dans le corps de pompe, en fermant le robinet d'accès lorsque le piston est panenu par exemple, au tiers ou au quart de sa course, le pistou ne s'arrêtera pas pour cela dans son mouvement ; il continuera de s'élever ou de s'abai^ei', en vertu de sa vitesse acquise, et en même temps aussi en vertu de la force élastique trte considérable que {>ossède la vapeur, bien qu'elle ne soit plus en coinmuniralion avec la chaudière. En effet, en arrivant dans le vide qu'a provoqué dans le cylindre la marche du pistou, la vapeur se dilate, se détend, comme le fel-ait un ressort comprimé, et file exerce, par la foret- élastique qui lui est propre, une im- ])ulsion mécanique. L'elfori produit par l'expansion de la vapeur dans le vide, sutlit ii pousser le piston, et à le faire parvenir à

.,iic.j..Googlt'

l'eitréiiiiié du cyliudrc, avec une vitesse moindre saiis diiulcquo si la vapeur agissait à pleine pression, mais toujours suHisanle pour lui faire terminer sa coui^sc. Il résullc de là que, la vitesse du piston étant progressivement diminuée et devenant pi-esquc nulle au moment où il atteint le bas du cylindre, les cliocs qui pouvaient compromettre le jeu de la machine se trouvent annulés. Il en résulte encore, et c'est là l'avantage princijial, que la consommation du combustible est diminuée, puisque l'on envoie dans le cylindre une quantité de vapeur moindre que si l'on a^ssait â pleine pression.

Cette disposition, qui n'avait été adoptée par James Watt que pour adoucir les mouvements de la machine à vapeur, et remédier è des chocs trop violents, a été proniptement généralisée après lui dans le but d'économiser le combustible. La détente fut d'abord produite en arrêtant l'entrée de la vapeur dans le cylindre à un certain moment de la course du piston, grâce au jeu du tiroir, c'est-ù-dire d'une lame métallique qui vient fermer, à un moment donné, l'orifice d'entrée de la vapeur dans le corps de pompe. Mais le constructeur anglais Arthur Wulf, pour mettre plus largement en pratique l'emploi de la délente, changea complètement la disposition des cylindres à vapeur. A côté du cylindre ordinaire, il en disposa un second, plus petiL La vapeur arrive à pleine pression et avec une tension de 4 à 5 atmosphère dans ce premier corps de pompe, et elle agit sur le balaiicieravec cette intensité mécanique. Mais la partie inférieure dn petit cylindre communique, par lui tube, avec la partie supérieure du grand. Introduite dans cette seconde capacité, la valeur s'y détend, c'est-à-dire pousse le piston eu vertu de sa seule force élastique, et le chasse jusqu'à l'extrémiléde sa course; d'oii il résulte unescconde impulsion communiquée au balancier et qui vient s'ajouter h la première. Ce n'est qu'après avoir produit ce dernier ellet que la vapeur s'écoulu dans le condenseur pour s'y liquéfier.

Telle est la disposition de la machine de Wolf, ou machine à dotéle cylindre, qui, eu raison des nombreux avantages qu'elle

. lOOglc

présente sous le rapport de la régularité d'actiou et de l'écoDomie, est devenue depuis quelques années d'un usage général dans l'induslrie.

Après cette courte analyse des diiïérents systèmes de machines ti vapeur qui sont employés aujourd'hui, nous allons passer en revue les principales machines de ce genre qui ont figuré h l'Exposition universelle de 1855. Nous pourroiu ainsi doimer une idée TidËle de l'état actuel de la grande question économique de l'emploi de la vapeur, des ressources dont l'industrie dispose aujourd'hui grâce à ce moteur puissant, et des perfectionnements que l'on peut eucore espérer dans la construction et l'emploi des appareils k vapeur.

La machine â vapeur étant aujourd'hui l'agent universel de la force industrielle, a reçu toutes les applications que l'on peut faire d'un agent mécanique. On peut cependant résiuuer ses applications sous trois ordres principaux. La machine h vapeur sert, comme macliine fixe, à imprimer le mouvement dans les ateliers et les usines ; — elle sert à mettre en mouvement les bateaux de riviÈre et les navires; — à traîner, à grande vitesse, sur les routes ferrées, les hommes et les marchandises ; — ou peut ajouter enfin, comme application spéciale et nouvelle, son emploi dans les opérations agricoles. Ge dernier emploi de la vapeur a donné naissance h une catégorie toute nouvelle de machines, qui portent le nom de machines locomohiles.

Les machines à vapeur peuvent donc se diviser, au point de vue de leur application, en :

Machines fixes ;

Machines de nav^ation ;

Locomotives ;

Locomohiles.

Nous aurons â parcourir successivement chacune de ces divisions pour étudier les machines â vapeur de l'Exposition universelle. Nous commencerons cette étude par les machines fixes.

Mais avant d'aborder le fond même de notre sujet, qu'il nous soit permis de placer ici une réOexion générale, que nous avons hâte de présenter, parce qu'elle touche à notre intérêt national Quand la France a convié à un grand tournoi industriel toutes les nationalités du monde, quand elle a voulu mettre en parallèle, et sous les yeux de tous, les mille produits de l'iittelligeuce des peuples, il était permis de craindre pour elle une infériorité dans l'une des parties les plus importantes de la haute industrie, c'esl-ù-dire dans la constmclion des machines à lapeur. C'est une tradition presque passée dans nos mœurs, que d'accorder ï une nation voisine le monopole exclusif de ces machines, et de nous déclarer, sous ce rapport, les tribuuires des ateliers brilanuiques. Ou pouvait donc redouter qu'il ue résultât de cette comparaison la trop visible preuve de l'infériorité de nos constructeurs. Or, on peut maintenant le déclarer avec oi^eil, de l'examen approfondi des machines françaises, de leur perfection unanimement recomme, il ressort avec évidence ce fait, désormais acquis, que, pour ce qui concerne la construction des appareils à vapeur, la France est parfaitement au niveau de toute nation de l'Europe, quelle qu'elle soit. En dépit de notre peu d'aptitude aux grandes entreprises industrielles, malgré le prix élevé du fer et ta trop longue imperfection de notre outillage, le talent de nos constructeurs, l'intelligence de nos ouvriers ont fmi par triompher de tons les obstacles, et, dès aujourd'hui, nos ateliers de construction n'ont plus rien â envier h ceux de nos voisins. Si l'Angleterre nous a depuis longtemps devancés dans cette voie, û elle a su, par son génie mécanique, et grâce à des capitaux immenses, créer cet outillée merveilleux qui forme la base de totite l'industrie de la construction des machines à vapeur, et si nous avons dû commencer par lui emprunter ce premier et essentiel élément du travail, il faut reconnaître que nous en avons promptement lire un parti admirable. On peut déclarer avec confiance que, pour la mécanique à vapeur, nous sommes désormais eu mesure de nous passer de tout secoura étranger. Quand on songe qu'il y a dix ans à peine, en 1845, la France