II. ~ LES MOTEURS

Sauf quelques machines irrigatoires, mues directement par leau, les autres appareils exigent un moteur. Ce moteur peut être animé, c'est-à-dire qu'il emprunte sa force aux hommes ou aux animaux; ou bien le vent, l'eau, la vapeur, peuvent fournir la force motrice nécessaire.

En décrivant jusqu'ici les machines les plus usuelles, nous avons eu l'occasion d'indiquer les moteursqu'on leur applique et le travail effectif qu'on en retire; nous avons en outre fait connaître, quand il y avait lieu, les avantages et les inconvénients des diverses machines motrices. A moins d'entrer dans les détails d'établissement des nombreux manèges , moulins , moteurs hydrauliques et à vapeur, dont dispose l'industrie agricole, il ne nous reste qu'à apprécier les mérites relatifs des moteurs et à signaler quelques installations permettant de se rendre compte du rendement et de l'économie des machines. C'est surtout en traitant de l'irrigation par les divers systèmes qu'il sera possible de trouver des éléments de comparaison entre les divers moyens dont on dispose pour approvisionner l'eau : sources , réservoirs , canaux ou machines.

A. Moteurs animés.

Ce que nous avons déjà dit de l'effet des machines simples, seaux, écopes, chapelets, etc., mises en mouvement par l'homme et parles animaux, prouve combien la force est variable suivant qu'elle agit par des leviers, des cordes et poulies, des treuils, des manivelles; en tirant, en pous-

sant, en levant ou en baissant. L'énergie musculaire et la continuité du travail qui dépendent du régime alimentaire et hygiénique, ne peuvent guère s'assouplir à des formules de prix de revient. Dans certains cas, le prix d'établissement des machines est trop faible pour qu'il altère d'une manière sensible le prix de revient de Teau ; dans d'autres cas, où les machines élévatoires sont un peu plus compliquées, le travail n'ayant lieu que pendant quelques mois ou quelques semaines, avec des intervalles de chômage, le prix de la journée de l'homme, du cheval, du mulet ou du bœuf ne donne aucune juste appréciation du travail régulier ou normal qui permet seul d'établir des moyennes utiles.

Les manèges. — Les manèges auxquels on attelle les animaux pour faire mouvoir les appareils irrigatoires, facilitent le mouvement, en imprimant une vitesse plus ou moins grande à l'arbre de couche. Les manèges bien exécutés , et il n'en manque pas d'appropriés aux divers mouvements, n'absorbent au plus qu'un dixième du travail moteur, c'est-à-dire qu'ils rendent un effet utile de 0,90.

Dans les manèges les plus répandus, le moteur est assujetti à parcourir une circonférence ou piste, dont le centre est occupé par un axe mobile, entraîné par le mouvement de l'animal et qui transmet son mouvement aux autres pièces du mécanisme, au moyen de roues dentées, ou d'autres organes de transmission. La piste ne devant être ni trop petite, pour que la marche soit facile, ni trop grande, pour ne pas augmenter le poids des pièces et le rapport des vitesses entre les arbres du manège et de transmission, le rayon est compris entre des limites assez restreintes. Pour les bœufs attelés au double joug, le rayon est de 5 à 7 mètres; pour les chevaux attelés isolément à chaque bras, 4 à

LES IRRIGATIONS. 64g

5 mètres suffisent amplement. Les attelages ont une influence sur le travail; ceux dits à compensation ne font que compliquer le manège.

Les manèges sont aujourd'hui presque toujours construits en métal; mais il est rare que pour les irrigations, dans les localités éloignées de tous ateliers, on recoure aux types si variés qui affluent dans les expositions et dans les concours, depuis un certain nombre d'années. Un manège en bois, tel que Texculent les charpentiers, fonctionne parfaitementcomme soliditéet comme durée, sans qu'il y ait lieu d employer des pièces en fonte. Les engrenages sur la grande roue peuvent se remplacer par une gorge, à la circonférence de la couronne, qui reçoit une corde sans fin transmettant la force motrice à une autre poulie de diamètre convenable.

Trischler fils, de Limoges, a donné pour l'installation et la conduite des manèges simples, à colonne en fer, que construit Rauschenbach, de Schaffouse, des recommandations qui sont bonnes à suivre.

Le manège doit être placé autant que possible dans une position horizontale et être fortement consolidé par des crampons fichés en terre. Le coussinet du support de Tarbre de couche doit être fixé sur une petite traverse en bois, et arrêté également avec des crampons. Lorsque le manège est enterré, il faut avoir soin que l'arbre de couche ne frotte pas sur le terrain pour augmenter le tirage et causer des ruptures. Le frottement s'évite en plaçant l'arbre dans une gaine faite avec trois planches que Ion recouvre au besoin d'un couvercle. S'il est simplement posé sur le terrain, il faut établir un petit pont en bois pour le passage des animaux, ce pont, à la hauteur de l'arbre de couche, s'étend de chaque côté, sur une longueur de i mètre, afin d'avoir le moins de pente possible.

Pendant le montage du manège, on doit faire en sorte que les parties frottantes et les supports soient bien nettoyés et graissés à Fhuiie fine.

L'emplacement du manège ayant été choisi bien uni et assez grand pour que les bêtes de trait puissent avoir

a Elévation

b Plan

FiG. i63. — Manège a colonne de Rauschenbach ; élévation et puah

une piste de 6 mètres de diamètre, on place la croix a (fig. i63) au milieu du cercle, et on ne l'encastre que lorsqu'elle est bien horizontale et solide. Quatre pieux bbbb sont enfonces en terre, du côté oti le tirage doit se faire, pour consolider la croix qui porte la colonne du manège. On nettoie alors le tourillon c dans la plaque métallique d ; la colonne f est placée dans le moyeu de la grande roue e, de façon à ce que les bras

de la roue tournent en haut; alors on monte la colonne f munie de la roue e^ sur la plaque d et Ton serre fortement au moyen des boulons. Les barres d'attelage sont fixées sur la grande roue par des boulons, et

FiG. 164 — Manège en l'air de Pinet.

la poulie h est installée pour y placer la courroie j qui communique avec la poulie de la pompe, ou de toute autre machine irrigatoire.

Les parties frottantes à graisser, se trouvent : au haut de la colonne m, sous le rochet; au pivot c par l'ouverture pratiquée au bas de la colonne; au trou a percé au centre du pignon de l'engrenage double;

et à la rainure x, en haut et autour du moyeu de la grande roue.

Le manège ainsi installé pour la force de deux chevaux ou de quatre bœufs, pouvant donner jusqu'à 120 tours par minute, pèse de 420 à 440 kilogrammes. Le grand engrenage a 90 dents; les engrenages doubles ont 106 et 1 5 dents, et le pignon 17. Le diamètre de la poulie, à deux joues, est de 0^,75.

Types de manèges. — Les figures 164 et i65 représentent deux excellents types de manège, aujourd'hui

FiG. l65. — MANiCC A TERRE D'AlBARET.

très répandus en France et à l'étranger. Comme modèle de manège en Tair, celui de Pinet (fig. 164), qui n'a que des roues droites, ainsi que le précédent, est fort léger, solide, facile à installer; le bâti en fonte se fixe par des boulons sur une fondation en pierre; la colonne creuse est en fonte et porte près de sa base un long collet tourné qui reçoit le moyeu de la grande roue, à laquelle sont fixés les bras du manège. Pour une force de 2 à 3 chevaux, ou de 2 à 4 bœufs, le manège Pinet pèse 535 kilogr. et coûte 3oo francs. La poulie de commande du manège, animée d'une vitesse de i25 tours à la minute, dispense d'organes intermédiaires coûteux. Le manège à terre d'Albaret {ûg. i65), oQ l'arbre de couche est muni comme joint de deux simples

anneaux et les manèges anglais de Denton et de Maldon Company, dans lesquels le métal a été partout substitué au bois, constituent des types robustes, donnant toute sécurité pour un travail continu et économique.

Diaprés des essais répétés maintes fois dans les concours , les meilleurs manèges à deux chevaux, pour des pistes de 6 mètres à 6™,5o de diamètre, et un nombre de tours de Tarbre de couche, par tour de manège, variant entre 3o et 5o, ont fourni un rapport du travail utile au moteur, compris entre 71,0 et 78,8.

B. Le vent.

L'emploi du vent comme moteur a été cherché à l'aide de systèmes très variés, sans que Ion ait obtenu des résultats continus que pour un seul système, celui des moulins à ailes verticales, plus ou moins obliques et légèrement courbées.

Pour les irrigations , on comprend que le vent, irréguliér dans sa force, dans sa direction, et surtout dans le temps de sa production, soit un moteur bien incertain. La constance du vent, suivant les indications météorologiques de la contrée, pendant la saison des arrosages, peut seule déterminer l'emploi de moteurs atmosphériques pour élever Teau.

En admettant, même au bord de la mer, que les brises puissent assurer la marche d'un moulin à vent pendant plusieurs heures dans la journée, quand il s'agit de déverser sur un hectare 5o m. cubes d'eau par jour, le moyen n'est pas économique. En effet, outre qu'un moulin ne coûte pas moins de 2,000 francs, sans les conduites d'eau, etc., son travail ne représente guère plus que celui d'un mulet. Flacbat estime ainsi que dans

le delta de TEbre, ce mode d'arrosage reviendrait à 100 francs par hectare (i).

Moulin dit hollandais. — Dans le nord de TEurope, les grands moulins, dits hollandais, sont formés d'un arbre tournant, en bois, de o"*,5o à o°,6o d'équarrissage, incliné de lo à i5 degrés à Thorizon, et de deux autres pièces de o^'îSo d'équarrissage, fixées en croix sur la tête de l'arbre, de manière à constituer quatre bras que Ton prolonge par des pièces de bois moins fortes, appelées entes. Les bras ont i3™,6o de longueur totale et reçoivent des ailes qui ont 2 mètres de largeur. Ces ailes rectangulaires, commençant à 2 mètres du centre de rotation, forment une surface gauche dont Taréte la plus proche de l'axe rotatif fait avec le plan du mouvement, un angle d'environ 18 degrés, et l'arête la plus éloignée, un angle de 7 degrés. La surface gauche s'obtient par des lattes traversant les entes à une distance de 0^,40 les unes des autres. La première latte fait 60 degrés avec l'axe; la dernière, 80 degrés. C'est sur ces lattes se terminant par des planches de longueur que Ton étend la toile. Le volant du moulin constitué par les ailes a 2 7'", 20 de diamètre (fig. 166). L'arbre tournant transmet par une série d'engrenages le mouvement aux appareils élévatoires.

Quand le vent donne, un moulin de ces dimensions élève 3oo litres par seconde, à la hauteur minimum de 2 mètres; soit 600 kilogra m mètres ou 8 chevaux- vapeur en eau montée; quand le vent est faible, la quantité d'eau descend à 200 litres; 25o litres étant la moyenne, le travail utile pour une durée moyenne de 1 5 heures par jour serait de 6 chevaux et demi. Au coût de l'appareil complet, il y a lieu d'ajouter les frais d'entretien et de surveillance continuelle.

(I) Notes inédites sur la canalisation de l'Etre, i858.

Sans entrer dans les détails de calcul que d'Aubuis-

Fie. i66. — Moulin dit Hollandais actionnant une roue a palettes, POUR épuisement.

son a donnés (i), et des essais que Smeaton et Cou*

(0 Traité d'hydraulique, p. 535.

lomb (i) ont suivis sur le moulin du type hollandais, il ressort de l'expérience que, pour obtenir reflfet maximum du moteur, il faut que la vitesse à l'extrémité des ailes soit égale à 2,60 fois la vitesse du vent; pour cela, on découvre plus ou moins les toiles des ailes, à Taide d'un régulateur mécanique, approprié à cette vitesse. Smeaton indique comme moyen pratique d'évaluation de la vitesse, de diviser par 4 celle que prennent les extrémités des ailes, quand, le moteur étant désengrené, le volant marche à vide.

Comme travail économique du moteur hollandais, les observations suivantes sont à noter :

Yftauc dn vont.

TmT«il.

in être».

Dans le Midi, la violence des vents oblige de diminuer l'envergure du volant des moteurs; le diamètre est réduit de 27 mètres à 20 mètres; en adoptant le système Berton, la largeur des ailes peut se rétrécir par le seul effet de l'augmentation de la vitesse. Les ailes, dans ce système, étant formées de longues voliges de sapin qui peuvent s'étaler, ou se recouvrir l'une par l'autre, à l'aide de tringles à crémaillère, assemblées sur une roue dentée, au centre même des quatre bras, une manivelle ou un régulateur automobile sert à ralentir ou à accélérer le volant.

L'inconvénient du moteur à vent n'en reste pas moins le même, en raison de son irrégularité, si on l'applique, sans réservoir, à des irrigations quelque peu importantes.

(!) Mém. de rAcaJ. des sciences y 1781.

Aux environs de Toulouse, près de Lespinasse, M. Duffoure avait installé un moulin pour actionner une chaîne à godets, destinée à élever des eaux d'arrosage. Le moteur marchant régulièrement par un bon vent, le nombre de tours étant de i5 par minute, et six godets de 20 litres se vidant par tour, on obtenait I m. cube 80 par minute ou 3o litres par seconde; mais dans Tété, au mois d'août surtout, le vent soufflait si rarement et avec si peu de force pour l'effet utile du moteur, qu'il fallut y renoncer (i). Un réservoir, à moins de lui donner de très grandes dimensions, n'eût pas permis, à cause de la grande perméabilité du sol et de l'évaporation toujours considérable en été, d'avoir une quantité d'eau suffisante pour assurer une irrigation convenable des prairies et des pépinières.

On comprend, d'après cet exemple, qui tiendra lieu de beaucoup d'autres , qu'avec le moteur à vent, flanqué même d'un réservoir dont la dépense augmente beaucoup celle de l'élévation de l'eau, le problème pour l'arroser ment des terres se pose autrement que dans les dessèchements, pour lesquels il est permis d'attendre que le vent souffle. Aussi, en Hollande, le moteur atmosphérique s'est-il de temps immémorial naturalisé, mais pour les grandes opérations d'épuisement, dans lesquelles la régularité et l'à-propos sont sans importance.

Moulins en Hollande, — C'est aux roues à palettes, comme aux écopes, mues par les moulins à vent, que les Hollandais sont redevables, on peut dire, de la conquête et du maintien de leur sol devant les envahissements et les empiétements incessants de la mer. L'eau, renfermée dans d'innombrables canaux, depuis que le moulin à vent fonctionne, a cessé d'être un ennemi redoutable, pour

(i) Maitrotde Varenne. les Irrigations et dessèchements delà Haute-Garonne, 1857, p. 388.

devenir un auxiliaire naturel des cultures et des fertiles pâturages des polders.

C'est encore aujourd'hui aux roues à palettes et aux écopes mues par le vent , qu'il est fait appel pour élever dans les canaux, les eaux des parties basses qui n'ont pas d'écoulement naturel, et les eaux de pluie qui ne disparaissent pas par l'évaporation , ou par l'inliltration.

En 1840, on comptait en Hollande plus de 2,5oo moulins à vent, consacrés à l'élévation des eaux, par des roues, des écopes et des pompes. La figure 166 montre en coupe un de ces moulins conduisant une roue à palettes, qui ressemble à celui employé pour la mouture du grain, le concassage des graines oléagineuses , etc., sauf que l'arbre moteur descend jusqu'au plancher inférieur où une roue dentée engrène avec le pignon menant l'arbre de la roue à palettes. Ces palettes généralement plates ne rayonnent pas à partir du moyeu central, mais d'un cadre inscrit dans la roue, et émergent en dehors de la couronne pour pousser l'eau en haut du coursier dans lequel se meut la roue. Quoique cet appareil ne soit pas efficace pour des élévations qui surpassent la hauteur du centre de la roue au-dessus de celle de l'eau en amont, la perte augmentant quand la vitesse de rotation diminue, on obtient le plus grand effet utile si Ton donne 'une forme rectangulaire aux palettes et une largeur double de la longueur.

Jenkins cite l'exemple de la ferme Oosting, aux environs de Heerenveen (Frise), où le moulin à vent sert à deux fins; la vis d'Archimède qu'il fait mouvoir, élève les eaux des fossés de drainage, dans un canal placé à un niveau supérieur, à l'aide duquel le sol est asséché dans la saison humide, ou bien irrigué dans la saison sèche. Sur les 60 hectares de la ferme Oosting, huit sont en prairie,

LES IRRIGATIONS. ÔSy

et le reste en seigle, en sarrasin, en avoine, ou pommes de terre (i).

C'est surtout pour Tarrosage des jardins que les moulins à vent sont employés en Catalogne, dans le midi de la France , et sur quelques autres points des côtes de la Méditerranée.

Moulin Durand. — Le moulin Durand qui peut marcher les trois quarts de Tannée, avec une vitesse à peu près constante, quelle que soit la force du vent, a permis d'étendre les applications de cette force motrice aux irrigations. Bien des fois décrit (2), le moulin Durand, tel que le représente la figure 167, est à ailes verticales : son arbre horizontal porte une manivelle qui donne le va-et-vient au piston d'une pompe. I^ tige de ce piston descend dans Taxe d'un tuyau de fonte pouvant tourner sur des collets quand le vent vient à changer; car alors les ailes servent à faire pirouetter le moulin qui de lui-même se met au vent, les ailes le prenant par derrière. Un mât dressé près du puits, soutenu par des haubans, suffit pour résister aux bourrasques et garantir l'équipage du sommet.

Au lieu de voilures, les quatre ailes sont en tôle pleine, chacune tournant sur la vergue en fonte qui la traverse et partage sa surface aux deux cinquièmes de la largeur. Un ressort à boudin la retient contre Faction du vent qui tend à la faire tourner sur sa vergue, en vertu des forces inégales exercées sur les deux parties de la surface.

Quant le vent acquiert de la force, la rotation s'accélère; mais un poids, placé au bout de l'aile, participant au mouvement, agit par la force centrifuge et contraint l'aile à s'obliquer sur sa vergue, pour ne présenter que la moindre surface, et même la tranche, au vent. L'appareil

(1) Report on thc Netherlanis ; R. Commission on agriculture^ 1881. i2)Bullet. Soc. d'encouragement, novembre 1S45, p. h25.

modère ainsi de lui-même sa marche. Un frein permet au besoin de l'arrêter complètement. Enfin, à chaque

1 oo tours, un compteur verse l'huile de graissage sur les points de friction et maintient le moteur en état.

D'après le rapport de Séguier à l'Académie des sciences (i), le moteur Durand possède ainsi deux mouvements parfaitement indépendants : Tun propre au corps du moteur, l'autre appartenant aux ailes du volant.

D'un prix modique, appliqué depuis un grand nombre d'années dans la plupart des départements, sur les côtes de l'Océan et de la Méditerranée, l'appareil développe un travail utile moyen de 27 à 3o kilogrammètres, ou environ un tiers de cheval-vapeur; ainsi, quand il est attelé à une pompe convenable, il donne par seconde i litre d'eau à la hauteur de 25 à 3o mètres pour un coût de i,5oo fr. environ. C'est, en effet, au travail des pompes surtout que ce moteur économique est le plus souvent adapté; qu'il s'agisse de dessèchements, comme à Arles, ou d'irrigations, comme à Brouage. Pour de grandes hauteurs d'élévation, correspondant à un moindre débit des appareils d'épuisement, Barrai cite, dans le département de la Charente, l'application d'un moteur Durand qui élève l'eau à 55 mètres, avec un parcours oblique d'une longueur de 65o mètres; dans le Gard, une élévation de même niveau, donnant lieu à un parcours ascendant de plus d'un kilomètre ; dans la Loire- Inférieure, l'eau est élevée de 32 mètres et parcourt une distance de 270 mètres dans des conduites en fonte (2).

Dans ce même département, M. Boisteaux, lauréat de la prime d'honneur, a eu recours pour les irrigations du domaine de la Roche, près deClisson, au moteur Durand

(1) Comptes-rendus^ 1843.

(2) Barrai, Irrigations, engrais liquides^ 1862, p. 293.

FiG. 167. — Moulin Amédéc Durand.

qui élève les eaux souterraines par une pompe aspirante et foulante.

Le moteur est installé sur une tour de i5™,5ode hauteur, surmontant elle-même un puits de ii",5o de profondeur. Le fond de ce puits est situé au-dessous de l'étiage de la Sèvre Nantaise qui borde le domaine. Le réservoir dans lequel Teau est refoulée par la pompe est placé à*3i mètres au-dessus du niveau du puits au sol, et à 280 mètres de distance. Cette application représente comme dépenses :

Installation.

Bassin de i5 m. de diamètre sur i^jSS de profondeur en ''•

chaux hydraulique et ciment romain i . 200

Tour de i5 m. de hauteur, surmontant le mur maçonné du

puits de 1 1". 3o de profondeur. i . 35n

Moulin Durand à 6 ou 3 vergues, avec pompe munie de

tiges et raccords de 28 m. de longueur i . 5oo

Bois et façon des supports pour installation du moteur sur

la tour 400

Conduits , citernes, robinets et rigoles 3.400

Total 7.85o

Frais annuels.

Intérêt du capital et amortissement à 10 pour 100 785

Entretien et renouvellement des voiles 26

Entretien de la pompe 12

Huile et frais divers 8

Total S26

Comme le moulin fonctionne pratiquement moitié du temps, dans le courant de l'année, avec une vitesse de 20 coups de piston, fournissant 40 litres d'eau par minute ou près de 10 mètres cubes et demi par an, le prix de revient du mètre cube d'eau est de o",o8 environ (1).

(i) C. Boudy, Journ. agr. prat.^ 1867,!. I.

Fk;. 168. — Moulin américain, dit Halladw.

Moulins divers. — Depuis Amédée Durand qui a trouvé, dans Texcès même delà vitessedu vent, le moyen de ralentir le mouvement et d*assurer la stabilité du moteur, un grand nombre d'appareils se sont produits dans les expositions et les concours, mettant à profit d'une manière plus ou moins heureuse les solutions trouvées et les perfectionnements réalisés par l'inventeur. La nomenclature et la description de ces appareils ne servirait qu'à prouver combien de travail et de temps ont été perdus pour compliquer un moteur qui ne saurait avoir d'autres mérites que ceux de la simplicité et de la solidité. Nous ferons toutefois une exception en faveur du moulin à vent américain, de l'inventeur Halladay (fig. i68) qui, malgré des organes plus compliqués que ceux du moulin Durand, s'est beaucoup répandu, avec quelques variantes, dans le continent d'Amérique et même en Europe.

Quel que soit le mécanisme, l'usage du moteur à vent pour les irrigations sera toujours borné et précaire, à moins que Ton ne se laisse entraîner à construire des réservoirs qui coûtent d'autant plus cher, toutes circonstances égales d'ailleurs, que leur contenance est moindre. Le prix de revient des réservoirs de grande capacité ne saurait d'ailleurs encourager à en construire de plus petits, en vue de conserver uniquement les eaux excédantes, élevées par un moulin à vent.