CHAUDIÈRES A COMBUSTION SOUS PRESSION

La première tentative vraiment sérieuse en ce qui concerne ce genre de force motrice pour la navigation sous-marine est celle du D*" Payerne, pharmacien de V classe de la Marine, qui, le premier, tenta, en 1845, d'installer sa chaudière dite chaudière pyrotechnique, de façon qu'elle puisse fonctionner en chambre close sous l'eau aussi bien qu'à la surface.

Cette chaudière qui a été, du reste, expérimentée au Conservatoire des Arts et Métiers, n'a pas donné les résultats qu'en attendait l'auteur. Nous en trouvons la description complète dant PArt naval à PExposition de 1869, par l'amiral Paris, d'après une note communiquée par l'inventeur.

âÔ6 LES bATËACX SOUS-^ARlNâ

De même M. d'AUost, ingénieur des anciens établissements Fraissinet, a proposé, il y a une dizaine d'années , d'installer à bord des sous-marins une chaudière alimentée par du combustible liquide, pour pouvoir également marcher sous l'eau en vase clos. Cette chaudière, qui a été construite, figurait à l'Exposition Universelle de 1889.

Quelques inventeurs, notamment M. Nordenfelt, n'étant pas partisans d'obtenir la force motrice par l'électricité, comme étant un agent trop capricieux et trop difficile à emmagasiner, ont eu l'idée, ainsi que nous le verrons dans le cours de cet ouvrage, d'installer à bord une chaudière à très haute pression, brûlant, comme d'habitude, pendant la marche à la surface de l'anthracite ou tout autre combustible ; ensuite, au moyen du tirage forcé, on faisait une provision de vapeur surchauffée, qui était ensuite emmagasinée dans un réservoir d'eau bouillante. Au moment de plonger, on fermait hermétiquement le foyer, ainsi que la cheminée, et on marchait ensuite avec les réservoirs. Cette provision a permis de parcourir une distance de 16 milles marins, la vitesse ne dépassant pas 8 nœuds.

ClIALDlÉRËS A COMBUSTION SOUS-PRESSION DU D"" pAYERNE

M. le D'' Payemo, pharmacien de l*"' classe de la Marine, qui avait déjà fait des essais de navigation sous-marine, a eu l'idée de résoudre la partie la plus difficile d'un moteur immergé, c'est-à-dire la production de la vapeur. Son premier appareil n'avait pas de cheminée; mais les résidus gazeux de la combustion obtenue, comme il sera dit plus loin, se mêlaient à la vapeur produite dans la chaudière et lui ajoutaient leur propre tension. Après leur passage dans les cylindres, ils s'échappaient avec la vapeur à travers l'eau extérieure. Voici comment s opérait le mélange de la vapeur et de la fumée qui, bien que séduisant en théorie, n'a pas donné des résultats pratiques satisfaisants. Indépendamment d'un robinet dont la clef n'avait qu'une cavité en cul-de-sac pour recevoir et verser le combustible dans le foyer, l'appareil de chaulTe se composait de deux

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cylindres creux en tôle, égaux en longueur, mais inégaux en diamètre et placés excentriquement Tun dans Tautre. Leurs bases étaient rivées sur un fond commun, et la capacité entre eux, suivant la section verticale, formait un croissant dont les cornes étaient tournées vers le sol. Près du point de contact du petit cylindre avec le grand, une rangée de trous mettait en communication les capacités de chacun d'eux. Une caisse métallique, introduite dans le petit cylindre, recevait le combustible tombant du robinet d'alimentation. Les deux cylindres étant à moitié pleins d'eau, on mettait le feu au combustible, et voici ce qui se passait : La fumée, par sa tension faisait baisser le niveau de l'eau dans le petit cylindre au profit du grand, et, par les rangées de trous, s'échappait dans la cavité du croissant où M. Payeme pensait qu'elle se laverait avant de monter dans la chambre de vapeur, d'où elle devait se rendre concurremment avec celle-ci, sous le piston de la machine pour le mettre en marche. Mais, moins lavée qu'on ne l'espérait, la fumée encrassait le cylindre et nécessitait des démontages fréquents. Bien qu'il crût à la possibilité de l'emploi de la fumée, M. Payerne a dû y renoncer pour un temps, et les divers combustibles expérimentés ont rencontré des difficultés non moins grandes.

Au début des expériences, le combustible était composé d'un azotate alcalin de soufre et de charbon végétal ou minéral séparément pulvérisés. Le soufre détériorait, perforait môme la caisse dans laquelle la combustion s'opérait. 11 a fallu y renoncer : la composition réduite aux deux autres matières encrassait dans son boisseau le robinet d'alimentation et le grippait. Alors M. Payeme a converti en boules le mélange des deux poudres ; l'encrassement a été ralenti, mais n'a pas disparu. Enlin l'idée lui est venue de renfermer l'azotate dans des boules creuses en bois sec substitué au charbon ; cette modification a répondu à son attente, et M. Payerne a trouvé que le poids du bois sec doit être à cebii de l'azotate comme 28 à 100 pour celui à base de potasse, et de 35 à 100 pour celui à base de soude.

Générateur actuel du /)'' Payerne. — Le générateur du D' Payerne est maintenant une chaudière tubulaire {fig. 132), ne différant des autres que par la boîte à feu, par la boîte à fumée et par la cheminée, qui est une dépendance de cette dernière, et, afin de mieux faire comprendre la disposition, voici d'abord la signification de chacune des lettres : BCD est le corps de la chaudière pyrotechnique; N, la boîte à feu;, a, le conduit d'alimentation pour le combustible; R, tiroirs pour le passage dos boules ; F, F, tubes; C, cheminée ; S, soupape pour la sortie de la fumée et pour s'opposer à la rentrée de Teau extérieure; J, J, boules en bois remplies d'azotate; R', robinet de vidange pour l'eau introduite accidentellement. La boîte à feu doit être étanche et munie d'une porte qui permette d'en retirer la caisse mobile dans laquelle la combustion s'opère et de la remplacer par une autre ; cette porte permet aussi de ramoner les tubes quand il y a lieu. Le dôme de la botte à feu est surmonté d'un tuyau muni de deux tiroirs, R, et dont la partie supérieure se termine en forme d'entonnoir pour recevoir un certain nombre de boules constituant le combustible ; le tiroir qui y fait suite s'ouvre pour laisser passer une ou plusieurs boules, et il se referme avant l'ouverture du tiroir inférieur, qui les transmet dans la caisse du combustible. La boîte à fumée, également étanche et munie d'une porte pour nettoyer les tubes, est surmontée d'une cheminée garnie de deux soupapes S, destinées à laisser passer la fumée et à s'opposera l'introduction de l'eau extérieure ; à la partie inférieure de la môme boîte à* fumée, existe un robinet de décharge pour l'eau introduite.

A part ce que M. Payerne vient d'exposer au sujet du fonctionnement de la boîte à feu, de celle à fumée et de leurs dépendances, la chaudière tubulaire opère comme celles du même genre à l'air libre.

11 est possible et tout à fait probable qu'un serpentin aurait l'avantage d'utiliser une forte proportion du calorique développé au sein du foyer; mais, comme il n'a pas été fait d'expériences à ce point de vue, M. Payerne n'en parle que sous

BATEAl X ^OrS-MAMINr*. — II. 14

réserve. Telle est la note que le D"" Payerne m'a envoyée avec les dessins des figures, et j'ai tenu à la transcrire, à cause de mon ignorance de la chimie et de l'avantage de présenter intactes les idées d'un inventeur sur une matière aussi nouvelle (amiral Paris, F Art naval de rExposition de 1867).

Voici la composition des boules, dont M. Payerne donnait la préférence à la deuxième formule :

1 i ^-''^^ *^^ ( i.ooo

Azotate de soude 385 S

2 ^ Coke 1*M 1.000

Azotate de potasse 855 ^

Chaudière a comrostion sols-pression système d'allest

1** Description de la chaudière. — La chaudière est formée d'une enveloppe cylindrique contenant un foyer A, un faisceau tubulaire B, et une botte à fumée C, absolument étanche et construite de façon à pouvoir supporter une pression de 5 atmosphères. Sur la cheminée D, se trouve montée une boîte E, fermée à la partie supérieure par une solide porte à étrier F ; la même boite porte une cheminée à bascule G, et une autre cheminée H, terminée par un clapet I et descendant dans Teau à une profondeur quelconque.

L'entrée du foyer est fermée par une devanture en fonte K, faisant joint étanche ; une tubulure L permet à Tair arrivant par le tuyau M de pénétrer dans le foyer par les orifices N. Deux brûleurs à pétrole 0, 0, montés sur la façade, reçoivent du pétrole provenant du réservoir P, alimenté lui-même par un petit cheval puisant dans les soutes.

2* Fonctionnement de la chaudière, — Pour faire fonctionner la chaudière à l'air libre, il suffit d'ouvrir la porte F, de relever la cheminée G et de dévisser les deux tampons R; si on allume alors les brûleurs à pétrole, la chaudière fonctionne comme une chaudière ordinaire, Tair nécessaire à la combus-

2i2 LES BATEAUX SOUS-MÂRINS

tion arrivant par les ouvertures R, et les gaz s'échappant par la cheminée G relevée.

Mais supposons que Ton ferme hermétiquement les portes F et R, et qu'on envoie par le tuyau M, dans le foyer, de Tair comprimé à une pression représentée par une colonne d'eau de hauteur A, h étant la profondeur à laquelle se trouve immergé le clapet I; la combustion continuera à s'effectuer, et les gaz du foyer soulèveront le clapet 1, à travers lequel ils se dégageront. Mais il faut, en môme temps, que le pétrole continue à s'écouler d'une façon régulière dans le foyer ; pour cela, il suffit de mettre le sommet du réservoir P en communication par un tuyau S, avec le foyer; il y a alors, au-dessus du niveau ab^ qu occupe le pétrole dans le réservoir, la môme pression h que celle qui existe dovant l'orifice d'écoulement des brûleurs; le pétrole continuera don6 à s'écouler en vertu de son poids et quelle que soit la pression intérieure du foyer.

Il faut pouvoir juger de l'état du foyer pour augmenter ou diminuer son activité; pour cela un tube T, fermé à son extrémité par une glace épaisse, permet de voir le foyer; mais, au lieu d'observer celui-ci directement, on l'examine par réflexion dans un petit miroir U, mobile autour d'un axe X; de cette façon, si la glace qui ferme le tube T venait à se briser, l'observateur ne serait pas exposé à être brûlé.

Application à la navigation sous-marine. — On comprend immédiatement que cette chaudière, placée dans un bateau sous-marin, continuera à fonctionner lorsque celui-ci sera immergé.

Lorsque le bateau sera à la surface, les gaz s'échapperont par une cheminée telle que G, débouchant dans l'atmosphère ; lorsque, au contraire, il sera immergé, il suffira de clore hermétiquement le foyer, et les gaz s'échapperont alors par la cheminée H, qui pourra aboutir sur les flancs ou sous la quille du navire.

L'air nécessaire à la combustion devra toujours être envoyé dans le foyer, à une pression h représentant la profondeur d'immersion augmentée de la petite quantité nécessaire pour

assurer le tirage ; il sera puisé dans des réservoirs où il se trouve emmagasiné à haute pression, et détendu, à la pression A, au moyen d'un détendeur placé sur le parcours du tuyau M ; mais, cette pression h étant variable, puisqu'elle dépend de la profondeur d'immersion du navire, il faudra, pour que le foyer reçoive toujours de Tair à la pression convenable, que ce détendeur soit commandé par une membrane hydrostatique en communication avec la mer.

Dans ce projet de canot sous-marin, la force motrice qui doit l'actionner pendant la submersion lui est fournie par un grand réservoir, rempli, au moment de renfoncement, de 2 mètres cubes d'eau surchauffée à 266% soit 50 atmosphères nominales.

Dans ce réservoir, ou chaudière tubulaire d'un genre spécial, l'eau logée à l'intérieur des tubes a été amenée à la température convenable, pendant que le bateau marchait à sa surface, avec ses plans directeurs horizontaux; ou bien au repos avant le départ, à l'aide d'un foyer au pétrole activé par un souffleur agissant dans une cheminée, que l'on baisse au moment de la submersion et dont on ferme alors, de Tintérieur, l'ouverture à l'aide d'un panneau étanche.

Il va sans dire que, si, le canot devant agir comme torpilleur, il y avait lieu d'éviter une partie de la perte de temps, due à la chauffe, le réservoir pourra être rempli, au départ, par de l'eau surchauffée à 20 ou 25 atmosphères prise dans une chaudière extérieure, comme cela se fait pour les locomotives Franck ou les tramways sans foyer.

Quoi qu'il en soit, ce réservoir d'eau surchauffée représente, au moment de la submersion, comme dans les applications citées plus haut, un magasin de travail mécanique d'une puissance énorme.

En effet, 2.000 kilogrammes d'eau pure à la température de 266'* représentent une quantité totale de chaleur de 532.000 calories.

Les machines du canot sont disposées pour être alimentées, à la moyenne vitesse de 9 nœuds, par de la vapeur à lOatmos-

phères nominales. Cette vapeur, sortant du réservoir à eau surchauiïée, est, pour ainsi dire, laminée à la pression susdite par une soupape de réduction Tixée à la tubulure de sortie de vapeur du réservoir.

Nous avons donc, comme minimum de réserve, toute la quantité de chaleur comprise entre 532.000 calories et 364. <>X) calories, quantité de chaleur contenue dans Teau du réservoir, quand la pression aura baissé jusqu'à 10 atmosphères.

Cette différence est égale à 188.000 calories représentant

— r^ — = 285 kilogrammes de vapeurs à 10 atmosphères.

Si Ton utilise la pression des réservoirs jusqu'à ce que Ton tombe à la température de 135% ou 3 atmosphères effectives, ce qui pourra être nécessaire dans certains cas, on aura comme calorique en réserve :