CHAPITRE VI

POURQUOI LES CHEMINÉES FUMENT. — ACTION DE LA. NA- TURE ET DE LA FORME DU FOYER ET DU TUYAU. — DE LA SUIE. — DES BRANCHEMENTS. — DU VENT. — DO DÉFAUT DE VENTILATION.' — DE LA PRESSION BAROME- TRIQUE. — DE LA TEMPÉRATURE. — DE L'HUMIDITÉ. — DE l'ÉLECTBICITÉ ATMOSPHÉRIQUE. — DU SOLEIL, ETC.

Nous examinerons dans ce chapitre, les causes de la production de la fumée et le moyen de remédier à ce véritable fléau.

On dit communément qu'une cheminée fume quand les gaz de la combustion, Fair brûlé et chargé de vapeurs empyreumatiqùes, au lieu de s'écouler par l'extrémité supérieure des tuyaux, s'échappent par le bas et se répandent dans la pièce.

A la fin du siècle dernier, Franklin étudia quelques-unes des causes qui font fumer les cheminées. D'autres physiciens, parmi lesquels il faut citer Péclet, ont fait, à ce sujet, de nouvelles observations. Dans l'exposé qui va suivre, nous réunirons tous ces travaux, en y ajoutant quelques considérations qui nous sont propres.

11 faut d'abord examiner, parmi les causes de production de la fumée, celles qui sont inhérentes à la cheminée elle-même.

Si le foyer est trop avancé dans la pièce, la fumée, tendant à s'élever suivant la verticale, se répandra dans l'appartement, toutes les fois que le tirage ne sera pas suffisamment actif pour l'entraîner suivant la ligne oblique qui conduit au tuyau.

Les foyers en saillie présentent généralement ce défaut, au moment où l'on allume

le feu, parce que le tirage n'est pas encore établi» Rien de semblable ne se produit quand le combustible est bien enflammé, parce qu'il ne se dégage plus guère de fumée du foyer, et parce que les parois du tuyau restant échauffées, le tirage peut continuer longtemps encore.

On remarque souvent une abondante production de fumée au moment où Ton met sur un feu de houille une nouvelle charge de combustible. Cela tient à ce que la houille nouvellement apportée, couvre entièrement le feu, et bouche les interstices par lesquels passait l'air. Dès lors, la combustion étant un moment arrêtée, il n'entre plus dans la che- j minée que de l'air froid, et le tirage diminue. Pendant ce temps, le nouveau charbon dégage une fumée abondante et épaisse, relativement peu chaude, et qui a peu de tendance à s'élever. Ces causes réunies expliquent la production de la fumée dans ce cas.

La grandeur exagérée de l'ouverture de la cheminée, surtout dans le sens de la hauteur, fait fumer les cheminées. Cela tient à ce qu'une grande quantité d'air passe dans le tuyau sans s'être échauffé par le contact du foyer, ce qui refroidit la colonne gazeuse et diminue l'activité du tirage.

> Lorsque l'ouverture de la cheminée est trop grande, il faut, ou la rétrécir, ou y faire adapter un tablier mobile, qu'on baisse quand la fumée menace de se montrer.

Une agitation quelconque de l'air auprès du foyer, le passage rapide de vêtements de femme, par exemple, cause, pour un moment, des courants d'air irréguliers, qui suspendent le tirage et peuvent faire refluer la fumée dans la pièce.

Comme l'activité du tirage est en proportion de la hauteur du tuyau, une cheminée à tuyau peu élevé est toujours plus sujette à fiimer que les autres.

La suie se dépose sur les parois intérieures du tuyau de la cheminée, en petites masses,

qui forment de nombreuses et irrégulières saillies. Ces corps interposés sur le passage de l'air chaud, sont un obstacle au libre glissement de la colonne gazeuse, et diminuant le tirage, sont une autre cause de production de fumée.

Quand les tuyaux des cheminées sont construits en pierres, en briques lourdes, ou en autres matériaux à grande masse et conduisant mal la chaleur, les parois ne s'échauffent qu'au bout d'un temps assez long, et le tirage a de la peine à s'établir au commencement de la combustion. Les conduits de cette espèce conservent, il est vrai, longtemps la chaleur ; mais il est sans intérêt que le tirage continue alors que le foyer est éteint. Au contraire, les conduits formés de tuyaux de tôle ou de fonte, s'échauffent rapidement, et le tirage est bientôt établi. Ainsi les tuyaux métalliques combattent la fumée.

Les coudes, les inflexions, les variations

- de diamètre du conduit de la fumée, sont toutes choses qui diminuent la vitesse de l'écoulement de l'air chaud, et qui sont nuisibles au tirage. La résistance est d'autant plus grande dans les tuyaux obliques, qu'ils s'éloignent plus de la verticale; cette résistance croît à peu près en proportion du sinus de l'angle d'écart.

Dans les cheminées construites avec des matériaux d'espèces différentes, il arrive presque à chaque instant de la combustion, que la colonne gazeuse parcourt des portions de conduit inégalement chaudes. Quand la

- colonne gazeuse arrive dans un lieu plus ' chaud, elle tend à se dilater. Les portions

chaudes du conduit produisent donc le même effet que des rétrécissements du conduit : elles activent le tirage. Dans les parties froides au contraire, l'air se condense, augmente de poids, et le tirage diminue. De ces alternatives résultent des perturbations dans le tirage.

Bien que ces différences de température n'atteignent jamais une valeur bien grande, il convient, autant que possible, pour éviter

L'ART BU CHAUFFAGE

toute perturbation, de bâtir les cheminées en matériaux d'une seule espèce.

On voit souvent de petits flots de fumée se dégager des jointures imparfaites des tuyaux des poêles. Cette action est due à ce que, par les premières fentes, l'air de la chambre se glisse dans le tuyau et diminue le tirage. Quand elle est parvenue à des fentes plus éloignées, la fumée refroidie et presque sans mouvement, cède à l'appel formé dans la pièce: et pénètre dans cette pièce : le poêle fume alors par les jointures du tuyau.

Quand le tuyau d'une cheminée débouche, à grand angle, dans le conduit d'un autre foyer, disposition que Y on retrouve fréquemment dans les constructions anciennes, la cheminée est exposée à fumer. En effet, si, dans le canal vertical et rectiligne, le tirage est plus fort que dans l'autre, le courant d'air chaud bouche, pour ainsi dire, l'ouverture du second tuyau, et la fumée de ce dernier, ne trouvant pas d'écoulement, reflue dans les appartements.

La réunion de deux tuyaux dans un conduit commun, est une disposition trèsvicieuse, soit que les deux foyers brûlent en même temps, soit qu'on ne fasse du feu que dans un seul* Dans le premier cas, la force des deux courants n'étant jamais parfaitement égale, l'inconvénient signalé plus haut se présente toujours dans une certaine mesure. Dans le second cas, la fumée de la cheminée en activité arrive subitement dans un espace trop grand pour elle, et s'y refroidit. Si elle conserve assez de force pour s'élever encore, elle produit un appel dans l'autre conduit, traîne après elle un fardeau inutile, et s'échappe péniblement par l'ouverture supérieure du canal commun. Si à ce point sa force ascensionnelle est épuisée , elle tombe par son propre poids dans le tuyau froid, et vient inonder l'appartement qui n'a pas de feu.

C'est pour cela qu'il arrive souvent que de

la fumée arrive inopinément dans une pièce par le tuyau de la cheminée, bien qu'il n'y ait pas de feu dans cette cheminée. La fumée vient de chez le voisin.

La seule manière de remédier à ces défauts, est d'établir une séparation dans le conduit commun, pour donner à chacune des cheminées un canal qui lui soit propre.

Le vent est Tune des causes les plus fréquentes de la fumée : il agit par sa force et par sa direction.

C'est pour combattre l'effet du vent que l'on termine le sommet des cheminées par un luyau conique comme celui que représente la figure 112. Quand il sort par un

Fig. 172. — Rétrécissement de l'extrémité du tuyau d'urna

cheminée.

orifice ainsi rétréci , l'air du foyer atteint une vitesse d'environ 3 mètres par seconde. Mais un vent un peu fort court avec une vitesse de 5 à 40 mètres par seconde. Par conséquent, il l'emporte sur la vitesse de la fumée à sa sortie, et il bouche le tuyau, ce qui amène de la fumée dans l'appartement.

Divers appareils ont été inventés pour remédier à cet inconvénient grave.

Le plus simple se compose d'une feuille ae tôle courbée [fig. 173), dont on tourne l'un des flancs du côté où soufflent les vents les plus fréquents et les plus forts, afin de protéger le tuyau contre ces vents. A Paris, c'est le vent du sud-ouest qui fait le plus souvent fumer les cheminées.

On rend cet appareil plus efficace, en munissant chacun des bouts ouverts d'une plaque verticale, maintenue à quelque distance pour

laisser le passage à la fumée. Cette dis-

Fig. 173. — Capuchon de cheminée.

position est représentée par la figure 174*

Fîg. 175, — Autre capuchon de cheminée.

<le la précédente, et trop simple pour avoir besoin d'explication.

M. Millet a le premier eu l'idée d'une mûre surmontée d'une calotte. Ce capuchon

est représenté en coupe par la figure 176. G est le capuchon, AB la mitre.

Fig. 176.— M'itredeM. Millet et Mitre à ouvertures latérales.

On a construit une mitre plus compliquée, qui a donné d'excellents résultats. Le sommet de la mitre est percé d'ouvertures quadrangulaires ab, qui donnent à la fumée un passage supplémentaire, dans le cas où le vent mettrait obstacle à sa sortie par l'orifice supérieur. Le tuyau est fermé à sa partie supérieure, et les ouvertures quadrangulaires, plus vastes, portent sur leurs côtés de petites ailettes formées avec la tôle incisée et repoussée.

Cette dernière mitre est très-efficace. Dans une expérience, on l'ajusta au sommet du tuyau d'un poêle dans lequel on brûlait de la paille mouillée, et l'on dirigea sur le tuyau le courant d'air très- violent d'un ventilateur à force centrifuge. Quelque direction qu'on donnât au vent, aucune portion de fumée ne reflua par la porte du poêle. Les ailettes entrent pour une grande part dans la bonté de cet appareil, à cause des remous protecteurs qui se forment sur leurs côtés.

Cependant ce système a le défaut d'obliger à de fréquents nettoyages, parce que la suie se dépose^en filaments ayant la forme de toiles d'araignées, et qui bouchent les ouvertures.

Tous ces appareils sont fixes, et n'ont d'autre effet que de donner au tuyau une somme d'ouvertures assez grande , dans le cas où l'orifice unique et rétréci, étant diminué par l'action du vent, deviendrait insuffisant pour l'écoulement de la fumée.

L'ART DU CHAUFFAGE

D'autres appareils sont mobiles. Ils ont pour effet de tourner Pouverture du côté opposé au vent. Dès lors le vent active le tirage, au lieu de s'opposer à la sortie de la fumée. La figure 177 représente la disposition la miOu^tX^-' e*~ kxùtieix^. fini

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Fig. 177. — Capuchon mobile.

plus communément employée. Un tuyau B très-cîourt et coudé à angle droit, emboîte l'extrémité du conduit G de la cheminée. Une tringle ab mobile autour d'un axe vertical, et fixée au tuyau d'emboîtage , porte à son sommet une girouette, A, qui l'amène dans la direction du vent.

Nous n'en finirions pas, s'il nous fallait citer tous les appareils destinés à protéger la sortie de la fumée ; nous n'avons voulu donner que les plus usités et les plus ingénieux. Ace dernier titre, nous mentionnerons encore les suivants.

L'appareil représentée^. 178), appelé chapeau chinois , peut s'incliner dans tous les sens, et protéger la fumée contre un vent venantd'un point quelconque de l'horizon. Le chapeau CB est fait d'une feuille de tôle repliée en cône. Il est surmonté d'une masse métallique, A, en forme d'anneau, quilui donne quelque élégance, et qui, par son poids, place le centre de gravité de l'appareil peu audessous du sommet du cône. Une tige de fer aô, mobile, formant toute la suspension, vient s'appuyer sur une tige fixecfo?. Elle laisse un

espace libre, d'une grandeur suffisante, entre les bords du chapeau et le sommet de la cheminée suivant la ligne GB. On comprend

que le vent fasse basculer ce système et que le chapeau chinois, s'inclinant suivant la ligne pointée représentée sur la figure, débouche l'ouverture de la cheminée dans le sens opposé.

Dans un autre appareil représenté par la figure 179, l'extrémité supérieure de la chemi-

Fig. 179. — Capuchon mobile à bascule.

née est construite en brique et de forme quadrangulaire. Son sommet est fermé; chacune des faces verticales estpercée d'une ouverture, B, enregard de laquelle est une plaque, A, munie d'un manche, «t, qui lui donne la forme d'une pelle. Au milieu du manche est une charnière horizontale, fixée à l'arête du sommet de lacheminée. Le manche se termine par une masse métallique, qui. équilibre les plaques. Celles-ci sont, relevées deux à deux par des

tringles de fer qui se croisent au centre du conduit. On voit sur la figure la tête b de la porte opposée à la porte A. Les deux portes opposées sont solidaires dans leur mouvement, de manière que, si le vent donne sur une face quelconque, la porte de cette face ferme l'ouverture, pousse la porte opposée et l'ouvre davantage.

Le vent n'est pas la seule cause de production de fumée. D'autres influences du même genre existent à l'intérieur des appartements.

Quand les portes et les fenêtres, qui doivent donner passage à l'air, appelé par le tirage, sont trop bien fermées, il se produit bientôt une sorte de vide dans la pièce. L'air ne trouvant pas, pour venir satisfaire à l'appel du foyer, d'autre chemin que le tuyau même de la cheminée, s'introduit par cette voie, et des courants descendants se forment dans le tuyau de la cheminée, parallèlement à l'air chaud qui s'élève. La rencontre de ces deux courants diminue le tirage, par le refroidissement de l'air qu'il détermine ; et comme les divers courants finissent par se mêler, Tair qui descend entraîne avec lui de la fumée dans la chambre.

11 convient donc de laisser toujours des ouvertures suffisantes à l'arrivée de l'air du dehors. Les appartements des anciennes maisons ne possèdent aucune disposition spéciale à cet effet. Mais dans les maisons nouvelles les architectes ont soin de ménager dans l'épaisseur des murs, des canaux, nommés ventouses qui s'ouvrent à l'extérieur, et débouchent sur la paroi interne du coffre de la cheminée. Ces ventouses sont garnies d'une grille de fer à leur ouverture «extérieure. Le tirage se fait par ce canal, qui aspire l'air hors de la pièce.

Cette disposition est spécialement prise pour appliquer les appareils à circulation d'air chaud, comme l'appareil Fondei ou l'appareil de M. Ch. Joly, etc. Mais elle peut servir également en l'absence de tout système d'échauffement de Tair, pour empêcher le tirage

de se faire aux dépens de l'air de la pièce, et éviter ainsi les vents coulis ou la fumée, car il faut choisir entre l'un ou l'autre de ces inconvénients.

Lorsque plusieurs cheminées sont en activité dans un appartement, et que les portes de communication entre les différentes pièces, sont ouvertes, il arrive habituellement qu'une cheminée (celle dont le tirage est le plus fort) fait fumer toutes les autres. Cela tient à ce que l'appel produit par cette cheminée fait affluer l'air du dehors, par les conduits des autres cheminées, et que ce courant, descendant à l'intérieur des tuyaux, rabat la fumée. Il convient, dans ce cas, de donner à chaque foyer, au moyen d'ouvertures suffisantes, l'air nécessaire à sa combustion, au lieu, comme on le fait, de rendre les pièces indépendantes les unes des autres, en munissant les portes de bourrelets, ou en les tenant habituellement fermées.

Les cages d'escalier des grandes maisons de Paris, qui sont d'un large diamètre, et d'une hauteur considérable, produisent à l'intérieur de la maison, un tirage puissant, qui souvent agit de cette fâcheuse manière, sur les cheminées des différents appartements. Ici encore, il est prescrit de fournir à l'appel de l'escalier tout l'air qu'il demande, et de fermer les communications de cet espace avec les appartements.

Franklin nous a appris le moyen qu'il faut employer pour reconnaître les courants d'air anormaux qui peuvent se produire dans un appartement. Il faut promener dans toutes les directions, une bougie allumée. L'inclinaison de la flamme de la bougie indique le sens des courants d'air. On arrive ainsi à reconn aître la direction des courantsd'air et de l'appel, plus ou moins vicieux, au quel il faut porter remède.

Plus la température est basse, et plus la combustion est vive, parce que, l'air étant condensé par le froid, un même volume d'air qui traverse le foyer contient une plus grande quantité d'oxygène.

L'ART DU CHAUFFAGE

Le tirage des cheminées devient plus actif dans les grands froids de l'hiver, pour une seconde raison : c'est qu'il y a une plus grande différence de densité entre la colonne de gaz chauds contenus dans le tuyau de la cheminée et une égale colonne d'air prise à l'extérieur.

L'intensité des foyers varie suivant la pression atmosphérique. D'où il suit que la combustion languit à mesure que la pression de l'air diminue. Dans Tune de ses ascensions au mont Blanc, où le mercure du baromètre ne s'élevait plus qu'à une hauteur de 0m,57, Th. de Saussure reconnut qu'un feu de charbon de bois ne pouvait être maintenu qu'à la condition de l'alimenter continuellement par un soufflet.

L'humidité de l'air est une condition nuisible à l'activité des foyers. En effet, la transformation en vapeurs des gouttelettes d'eau, et l'élévation de cette vapeur à une haute température, causent une perte de chaleur. On reconnaît, en effet, que les foyers languissent par les temps humides.

En été, par le fait de la température, la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air, augmente. C'est pour cela que, dansla plupart des verreries, on est obligé de suspendre le travail pendant l'été. Dans cette saison, l'air chaud et humide ne donne plus assez de chaleur pour fondre convenablement le verre.

Les cheminées fument quand un orage se prépare^ C'est parce qu?alors la pression barométrique a diminué, que l'air est humide, le vent brusque, et que la températurea changé.

Mais il est encore une autre cause de fumée pendant les orages, qu'il importe de signaler ici, car elle semble n'avoir été remarquée par personne. Nous voulons parler de l'état électrique général de l'air.

Un peu avant le commencement de l'orage, avant les premières gouttes de pluie et les premiers coups de tonnerre, tout le monde a pu voir qu'une quantité considérable d'une fine poussière flotte dans l'air, poussière beau-

coup plus forte qu'elle ne le serait à un autre moment, par un vent de même force. C'est que tous ces petits corps sont électrisés de la même manière, que, par conséquent, ils se repoussent, et s'élèvent en tourbillons à une grande hauteur, et que là ils se divisent et se répandent à l'infini. Dès les premières gouttes de pluie, la tension électrique cesse, et la poussière disparaît. Or, entre les molécules de la fumée, les mêmes effets de répulsion mutuelle se produisent, augmentés encore par la siccité de l'air par le foyer. Les flocons de fumée s'éparpillent donc au lieu de se réunir pour traverser la gorge de la cheminée, et se répandent ainsi dans la pièce.

Pourquoi le soleil fait-il fumer les cheminées ? C'est qu'il produit des courants d'air de deux espèces, qu'il importe de bien distinguer.

L'air chauffé au contact du toit frappé par le soleil, s'élève le long des tuyaux, qui sont plus chauds encore, et forme un courant ascendant, qui se réfléchit, sous les calottes ou les feuilles de tôle courbées formant le capuchon de la cheminée, et refoule la fumée dans le conduit. Maislà n'est pas l'action la plusénergique du soleil. Vers le milieu du jour, les faces des maisons tournées au midi, sont suffisamment chaudes pour qu'un large et puissant courant d'air ascendant se produise, qui fait appel sur toutes les ouvertures de la façade, surtout sur les fenêtres des étages supérieurs. Les joints de ces fenêtres ne fournissent plus aux foyers la même quantité d'air, et le tirage se fait péniblement. Si la fenêtre est ouverte, il pourra même arriver que de l'air descende par la cheminée pour satisfaire à l'appel du dehors, et provoque par conséquent encore plus de fumée.

Telles sont à peu près toutes les causes, d'une efficacité suffisamment prouvée, am quelles on peut attribuer la production de la fumée, et en général, le mauvais fonctionnement des cheminées d'appartements.