cal. kg. : litre

Alcool éthylique pur . 7.080 cal. kg. : kg.

Alcool éthylique dénaturé .... 5.900 cal. kg. : kg.

Alcool méthylique pur .. 5.330 cal. kg. : kg.

Gaz d'éclairage . 4.500 cal. kg. : ni3 (à 0° sous la

pression atmosphérique.)

8. Produits de la combustion. — Les combustibles minéraux ou végétaux contiennent du carbone (ou charbon pur), de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote, de l’eau et des produits minéraux qui, après la combustion, formeront les cendres.

Pour amorcer la combustion d'une certaine masse de charbon, il faut allumer, c’est-à-dire chauffer au rouge un point de la masse et faire arriver de l’air sur ce point; si l’air arrive en quantité suffisante, toute la masse devient, peu à peu, incandescente, la température s'élève, puis, si on n’ajoute pas de charbon, le foyer s’éteint, il ne reste plus qu’un petit tas de cendres : la majeure partie du combustible s'est volatilisée, s’est transformée en gaz.

NOTIONS GENERALES 21

Nous ne considérerons, pour l’instant, que la gazéification du carbone ou charbon pur.

La combustion ou gazéification du carbone peut donner naissance à deux produits très différents, qu’il faut bien se garder de confondre :

le gaz carbonique ; l’oxyde de carbone.

Lorsque, à une masse donnée de carbone, on fournit de 1 air en quantité suffisante, la combustion est complète et le gaz produit est le GAZ CARBONIQUE, ou ANHYDRIDE CARBO¬ NIQUE, gaz inerte incapable de brûler et, par conséquent, d’animer un moteur. En le produisant, on extrait du carbone toute la chaleur que celui-ci est capable de donner : c’est donc ce gaz que J on cherche à obtenir dans les foyers domestiques, dans les foyers de locomotive, et que l’on retrouve dans les gaz d’échappement des moteurs à explosion.

Le gaz carbonique est incolore, d'une odeur piquante, d’une saveur légèrement aigrelette, plus lourd que l’air : 1 litre de ce gaz pris à 0° sous la pression atmosphérique pèse 1 gr. 977.

Lorsque, au contraire, le carbone incandescent est en excès par rapport à l’air, il se transforme bien en gaz, mais la combustion est incomplète et le gaz formé peut encore brûler. Ce nouveau gaz s’appelle OXYDE DE CARBONE et est capable d’actionner un moteur; C’EST CE GAZ QUE L’ON CHERCHE A PRODUIRE DANS UN GAZOGÈNE.

Il est, lui, incolore, inodore, insipide et légèrement plus léger que l’air : 1 litre d’oxyde de carbone pris à 0° sous la pression atmosphérique pèse 1 gr. 250.

Il prend naissance dans les foyers domestiques quand le tirage, ou appel d’air, est défectueux, et toute fuite est dangereuse car l'oxyde de carbone est un poison violent qui forme avec l’hémoglobine du sang une combinaison stable. Les globules sanguins chargés de distribuer l’oxygène dans l’organisme ne peuvent plus remplir leur fonction : il en résulte une véritable asphyxie. L’atmosphère est mortelle si elle contient 1 à 2 0/0 d’oxyde de carbone.

Dans un gazogène, l’oxyde de carbone est pour ainsi dire domestiqué et rendu inoffensif. Cependant, certaines précautions, que nous indiquerons, doivent être prises (Voir chapitre VI).

Il ne faudrait pas croire que la combustion du carbone donne toujours exclusivement l’un ou l’autre de ces deux gaz : généralement, ils sont tous deux produits simultané-

NOTIONS GENERALES

ment. On ne peut guère éviter que les fumées des locomotives ne contiennent un peu d’oxyde de carbone et dans le gaz de gazogène, il peut exister un peu de gaz carbonique.

Cependant, ce dernier gaz possède une propriété intéressante : si on le fait passer, à l’abri de l’air, sur des charbons incandescents, il s’unit à une certaine proportion de carbone pour former de l’oxyde de carbone et devenir ainsi combustible : on dit que le gaz carbonique est réduit par le charbon.

Cette réduction joue un rôle de tout premier plan dans le fonctionnement du gazogène. Pour qu’elle puisse avoir lieu correctement et rapidement, il faut que le charbon soit à une température très élevée (1.100° à 1.200° au moins). On conçoit que seule la régularité de cette réduction, qui a pour but de transformer un gaz inerte en gaz actif, assure un régime de marche constant du moteur et que sa rapidité facilite les reprises.

Le foyer du gazogène doit donc toujours rester très vif, si l’on veut obtenir un gaz à pouvoir calorifique élevé.

Le pouvoir calorifique de l'oxyde de carbone est de 3.030 cal. kg. : m3 (1 mètre cube mesuré à 0" sous la pression atmosphérique).

9. L’EAU, un des corps les plus répandus dans la nature, existe sous trois états : solide, liquide et gazeux; rappelons quelques-unes de ses propriétés :

1° Quand l'eau est refroidie à moins de 0° C., elle se transforme en glace en augmentant de volume, et ce fait oblige les conducteurs à prendre quelques précautions en hiver, pour protéger les radiateurs (1) ;

2° Comme tous les corps, l’eau se dilate quand on la chauffe; par conséquent, 1 litre d’eau chaude pèse moins que 1 litre d’eau froide; cette remarque explique le fonctionnement du thermo-siphon (circulation d’eau de refroidissement autour du moteur) (1) ;

3° A l’air libre, l’eau s’évapore, se transforme en vapeur; ce phénomène de Y évaporation est sensible l’été surtout. Si l’eau est activement chauffée, sa transformation en vapeur, ou vaporisation, est rapide; si, d’autre part, on refroidit cette vapeur, elle revient à l’état liquide. On peut s’en rendre compte en plaçant un objet froid au-dessus d’un vase contenant de l’eau bouillante; l’objet froid se recouvre de gouttes d’eau; on dit que la vapeur s’est condensée.

(1) Voir Le Hure de l’Automobiliste.

NOTIONS GENERALES

La condensation, à laquelle sont soumises toutes les vapeurs, explique les difficultés qu'on rencontre l’hiver pour lancer un moteur à essence : les produits volatils de l’essence se condensent sur les parois de la canalisation d’admission et du cylindre qui sont froids et le gaz admis, devenu trop pauvre, ne produit pas d’explosion. (Pour faciliter le départ, on peut procéder comme suit : vidanger le radiateur et faire le plein d’eau très chaude; faire chauffer les bougies; réchauffer le tuyau d admission avec une brique chaude ou un fer à repasser.)

La vapeur d eau est invisible; on ne voit pas la vapeur d'eau contenue dans l’air d’une salle, mais s’il fait froid dehors, les vitres se recouvrent d’une buée formée par la condensation de la vapeur d’eau existant à l'intérieur; si on verse de l’essence sur le parquet, l’odeur se répand dans toute la salle, mais on ne voit pas la vapeur d’essence; si on crée un courant d air, la vapeur d’essence est entraînée, car la vapeur est intimement mélangée à l’air.

Pour séparer une vapeur d’un gaz, il faut d’abord la condenser ;

4° On a reconnu que l’eau était formée par la combinaison de deux gaz, ce que l’on peut mettre en évidence de la façon suivante :

FiG. 4. Schéma de montage pour la décomposition de l'eau.

, ^ ur , UI ? e cuv ette pleine d eau, on renverse deux éprouvettes (c est-à-dire deux longs vases en verre) entièrement pleines a eau et, sous chacune d’elles, on fait arriver un fil réuni aux bornes d’une batterie d’accumulateurs (l’eau est légèrement acidulée, pour réduire la résistance au passage du courant).

Dès que le courant passe, des bulles de gaz apparaissent sur les fils, en A et en B, puis montent en haut des éprouvettes. On constate que le volume du gaz dans l’éprouvette H est double du volume du gaz dans l'éprouvette O (fig. 4).

NOTIONS GENERALES

Retirons les éprouvettes et dans chacune d'elles introduisons un charbon rouge. Dans l’éprouvette O, le charbon continue à brûler, son éclat se ravive même; le gaz de cette éprouvette, qui entretient la combustion, est de Y oxygène. Dans l’éprouvette H, le charbon noircit, le gaz qu’elle contient est de Yhydrogène. Renversons cette éprouvette H et approchons une flamme de l’ouverture : le gaz brûle très rapidement avec l’oxygène de l’air ; on constate d’ailleurs qu’un corps froid (assiette, tôle), tenu près de l’ouverture de l’éprouvette pendant la combustion, se recouvre de gouttelettes d’eau.

L’hydrogène est donc un corps combustible (1) qui, en brûlant avec l’oxygène de l’air, forme de la vapeur d’eau et dégage une grande quantité de chaleur. D’après la remarque 3°, on conçoit que si la vapeur d’eau est condensée, la chaleur fournie par l’hydrogène est plus grande que si la vapeur reste à l’état de vapeur. Le pouvoir calorifique inférieur de l’hydrogène, c’est-à-dire avec production de vapeur non condensée, est de : 2.590 cal. kg. : m3.

C’est le plus léger de tous les gaz : 1 litre d’hydrogène pris à 0° et à la pression atmosphérique pèse 0 gr. 0898, c’est-àdire quatorze fois et demie moins que l’air.

10. Dissociation de la vapeur d’eau. — L’hydrogène, en brûlant, dégage une grande quantité de chaleur et donne de la vapeur d’eau. Inversement, si l’on fait passer de la vapeur d’eau sur des charbons incandescents, elle est dissociée ou décomposée : l’hydrogène est libéré tandis que l'oxygène s’unit au carbone pour former de l’oxyde de carbone. La dissociation de la vapeur d’eau absorbe de la chaleur; elle ne peut se produire que si le foyer est très chaud (1.100 à 1.200° au moins).

IL Gazogène. — Un gazogène est un appareil destiné à transformer un combustible solide en combustible gazeux.

La connaissance des principes qui viennent d’être exposés permettra de mieux comprendre le processus de cette transformation.

Le gazogène doit tendre :

. a) A produire le plus d’oxyde de carbone possible, donc à réduire en oxyde de carbone le gaz carbonique qui a pu se former ;

(1) Cette propriété explique pourquoi il est imprudent de s'éclairer avec une lampe à flamme nue pour examiner une batterie d'accumulateurs en charge : le passage du courant décompose l'eau acidulée et l’hydrogène qui se dégage peut s'enflammer.

NOTIONS GENERALES

b) A dissocier la majeure partie de l’eau que le combustible peut contenir.

Le gaz produit contient naturellement beaucoup d’azote, puisque ce n’est pas de l’oxygène pur qui entre en jeu, mais de l’air qui n’en contient que 21 0/0 en volume.

Si le combustible était du carbone pur et sec, si l'air était également sec et si, enfin, le gazogène était parfait, le gaz obtenu serait formé de 1/3 d’oxyde de carbone et de 2/3 d’azote, et le pouvoir calorifique serait de

- = 1.010 cal. kg. : m 3

Ce simple calcul met en relief l’influence nuisible de l'azote. Mais le combustible, bois ou charbon de bois, et l’air contiennent toujours de l’eau dont la dissociation se fait sans introduction d’azote, de sorte qu’en réalité le pouvoir calorifique du gaz de gazogène est d’environ 1.200 cal. kg. : m3. Nous préciserons plus loin sa valeur (Voir § 28 et § 35).

12. Le Gaz des Forêts (1). — On appelle ainsi le gaz produit en partant du bois ou du charbon de bois. Formé essentiellement d’oxyde de carbone, d’hydrogène et d’azote, il est combustible et peut être utilisé dans des moteurs, après avoir été additionné de l'air nécessaire à sa combustion.

L’intérêt de l’emploi du Gaz des Forêts sera mis en relief au paragraphe 23.

13. Compression d'un gaz. — Quand on manœuvre rapidement une pompe à air pour gonfler un pneumatique, on constate que le cylindre de métal s’échauffe; ce fait est général : quand on comprime un gaz, c’est-à-dire quand on réduit son volume, on augmente non seulement sa pression, mais aussi sa température.

1 4. ECHAUFFEMENT D'UN GAZ ; AVANCE A 1/ALLUMAGE. — Inversement, si on chauffe un gaz sans lui laisser la possibilité de se dilater, sa pression monte.

Dans la théorie du moteur à explosion, on suppose tout d’abord que la combustion du mélange air-essence ou air-gaz se fait en un temps nul quand le piston passe exactement au point mort haut : la combustion du mélange dégage une grande quantité de chaleur et la pression croît brusquement.

(1) Cette appellation est due à M. le professeur COUPAN, membre de l’Academie d’Agriculture, qui l’a proposée au Congrès de Blois en 1 925.

NOTIONS GENERALES

Si le moteur n’était pas lancé, aucun mouvement ne se produirait, la bielle et la manivelle étant en ligne droite, mais comme le moteur est lancé, le piston dépasse le point mort et il reçoit une vive impulsion.

Or, la durée de la combustion n’est pas nulle et quand la combustion se termine, le piston a déjà parcouru une partie de sa course et l’on conçoit que, à cause de la durée de la combustion, la pression d’explosion est plus faible que si le phénomène avait lieu à volume constant. Pour rapprocher cette pression de la pression théorique, on provoque l’allumage avant le passage du piston au point mort, de façon que l’explosion se termine peu après le passage en ce point.

15. DÉTENTE d'un GAZ. — Ouvrons la valve d’un pneumatique gonflé : le pneu s'aplatit, la pression baisse, on dit que le gaz se détend, c’est-à-dire que l’ouverture de la soupape de la valve lui permet d’occuper un volunje plus grand: la main, placée dans le jet, reçoit une impression de froid : la détente d’un gaz est donc accompagnée de son refroidissement. Si le gaz qui se détend contient de la vapeur d’eau, le refroidissement dû à la détente en produit la condensation : cette remarque trouvera son application un peu plus loin.

B. — Principes de mécanique

1 6. FORCE. — Aucun corps ne peut, de lui-même, modifier son état de repos ou son état de mouvement.

On appelle force toute cause capable de mettre en mouvement un corps au repos ou, si le corps est en mouvement, toute cause capable de rendre ce mouvement plus lent ou plus rapide.

On conçoit donc que les forces puissent être motrices ou résistantes. Par exemple : la force musculaire, la force d’expansion des gaz, sont des forces qui sont tantôt motrices, tantôt résistantes; le frottement qui gêne le glissement d’un corps sur un autre, la résistance de l’air à l’avancement d’une voiture sont des forces résistantes.

Pour mesurer les forces, on les compare à l’une d'elles, la pesanteur. Le poids d'un corps qui, en effet, représente l'influence exercée par la terre sur lui, est une force qui nous est des plus familières. Il est particulièrement aisé de vérifier l’égalité ou la différence de deux poids.

L’unité de force est le kilogramme (kg.). On dira, par exemple, que pour déplacer une voiture pesant 1.000 kilos,

NOTIONS GENERALES

il faut exercer une poussée de 16 kilos environ. Cet effort sert à vaincre la résistance du sol et les frottements des arbres dans leurs paliers.

17. TRAVAIL. — On dit qu’une force produit du travail quand elle a vaincu une résistance. La notion de travail associe intimement les idées de force et de déplacement. Par exemple, une poussée de 10 kilos sur une voiture de 1.000 kilos est insuffisante pour déplacer la voiture : cette force ne produit aucun travail.

Il y a encore production de travail si l’effet de la force a été un changement de vitesse, ou encore une déformation du corps sur lequel la force agit.

Nous définirons le travail simplement en prenant le cas particulier où une force produit le déplacement d’un corps dans la même direction quelle. On conçoit que le travail soit d’autant plus important que la force est plus grande et que le chemin parcouru est plus long. En mécanique, on appelle travail d’une force le produit de cette force (en kg.) par le chemin parcouru (en mètres), lorsque le déplacement se produit dans la direction de la force.

L’unité de travail est le kilogrammètre (kgm.), travail d une force de 1 kg. qui déplace le corps auquel elle est appliquée, de 1 m. dans sa direction :

1 kgm. = 1 kg. X 1 m.

Ainsi, en déplaçant la voiture de 4 mètres, on a développé un travail de :

16 X 4 = 64 kgm.

18. PUISSANCE. — Confions à un homme robuste la tâche de monter 500 kg. de briques, par exemple à 4 m. de hauteur. A chaque montée, il pourra sans peine transporter 25 kg.; un jeune manœuvre ne pourra, sans fatigue, emporter plus de 5 kg. par montée. Quand tous deux auront terminé leur mission, ils auront effectué le même travail :

500 kg. X 4 m. = 2.000 kgm.

mais l'homme a fourni ce travail en cinq fois moins de temps que le jeune manœuvre qui, à chaque montée, emporte une charge cinq fois plus faible. On dit que l’homme est plus puissant que le jeune manœuvre. De même, de deux moteurs fournissant le même travail, le plus puissant est celui qui effectue ce travail dans le moins de temps : c’est le temps qui détermine la notion de puissance.

NOTIONS GENERALES

On appelle puissance d'un moteur et non force d’un moteur le travail que ce moteur fournit en une seconde; on l’évalue en chevaux : 1 cheval (1 CV) correspond à un travail de 75 kgm. par seconde (1).

Exemple : On a pu mesurer la résistance opposée par l’air à l’avancement des véhicules : insignifiante si la voiture avance lentement (par exemple, si on la pousse à la main), elle augmente très rapidement avec la vitesse; ainsi, on a constaté que cette résistance quadruplait quand on passait d’une vitesse à une vitesse deux fois plus grande.

Admettons que, à la vitesse de 72 km.-heure, cette résistance soit de 64 kg. pour la voiture de 1.000 kg. déjà considérée.

La résistance totale à vaincre comprend :

16 kg. pour la résistance opposée par le roulement sur

le sol.

64 kg. pour la résistance de-l’air, soit en tout :

80 kg. (force).

Comme le chemin parcouru en une heure est égal à 72 km. ou 72.000 m., le travail utile fourni par le moteur est, en une heure :

Force X chemin parcoru = travail.

80 X 72.000 = 5.760.000 kgm.

En une seconde, le travail fourni est 3.600 fois moindre (1 h. = 60 min. X 60 = 3.600 secondes) ou ;

-= 1.600 kgm. par seconde (puissance).

ou - = 21 CV environ (puissance).