POMPES DE COMPRESSION COLLADON DU MONT SAINT-GOTHARD
RÉSULTATS PRATIQUES OBTENUS
Trois cylindres compresseurs à injection d'eau pulvérisée, donnent :
4000 litres d'air par minute sous la pression de 7 atmosphères effectives, à la tompéralur de +15 à +30 degrés centigrades.
Vitesse maxima : 80 tours de l'arbre moteur, ou 160 coups par miuulo.
IVOTA. — Les dessins n°s I. n et III sont à l'écheUe de O mètre, OlO,
Fin. 41. — LES DEUX SYSTÈMES DE COMPRESSION DE L'aIB EMPLOYÉS AU MOM CEMS (dESSIiNS N» I Efll) COMPARÉS AU SYSTÈME DE COMPRESSION EMPLOYÉ AU MONT SAIN T-GOTIIARD (DESSIN N" lil)
C'est le maximum de vitesse que l'on ait pu obtenir de ce second système, adopté en 1863, par les trois ingénieurs.
Le pourquoi de cette limite de vitesse peut se comprendre par le seul aspect du dessin n"!! (fig. 41 .)En effet, à chaque oscillation il fallait faire mouvoir toute la masse d'eau intérieure, pesant ei'viron 1500 kilogrammes. Or, en mécanique, plus un corps est massif ou pesant, plus il faut de temps pour le faire mouvoir.
Pour l'instruction de nos lecteurs sur cette partie si intéressante de l'art des constructions des longs tunnels, nous faisons figurer à côté des dessins n° I etn°'II, un autre dessin, n" III (fig. 41) qui représente, à la même échelle de grandeur, un groupe des nouveaux compresseurs du système Colladon qui ont été adoptés au mont Saint-Gothard, ainsi qu'aux travaux français du tunnel commencé sous la Manche.
Ce groupe contient trois petits cylindres, dont les pistons métalliques donnert chacun IGO coups utiles par minute, comprimant l'air à 7 atmosphères effectives, et cet air comprimé est échauffé à peine à + 25 degrés, grâce à l'idée de M. Colladon de lancer continuellement dans le cylindre une petite quantité d'eau à l'état de poussière (1).
Aujourd'hui ce système tend à être adopté partout.
Le dessin n° III représente les trois petits cylindres horizontaux accouplés sur un même cadre, ou bâti, solidement fixé au sol. Les trois pistons métaUiques logés dans ces cylindres, sont mus parune triple manivelle, M M, àlaquelle une turbine fait faire 80 révolutions par minute. Chaque piston parcourt 160 fois la longueur d'un cylindre et produit 160 coups utiles pour comprimer l'air, qui entre, aspiré par les soupapes SS', fixées contre chacun des fonds qui ferment les cylindres.
Une autre soupape de refoulement, K, fixée à la partie inférieure de chaque fond des cylindres, laisse sortir l'air comprimé dans leconduitX. Un tube, T, contenant de l'eau froide sous forte pression, porte des ramifications munies de robinets RR. Ces ramifications se terminent à de petits trous, percés dans l'épaisseur du cylindre el munis chacun d'un petit appareil qui pulvérise l'eau à son entrée dans le cylindre. Les robinets, RR, servent à régler à la main la quantité d'eau pulvérisée qui limite réchauffement de l'air pendant sa compression.
La seule inspection de ces trois dessins, avec les légendes qui les accompagnent, fait comprendre le travail effectif obtenu de chacun des deux systèmes (h; compression de l'air qui ont été mis en usage successivement, au tunnel du mont Cenis, comparativement à celui du mont Saint-Colhard.
l' I) Co petit volume permet de filtrer l'eau d'injection, pour prévenir l'usure des pistons.
Les travaux du tunnel. — Longueurs percées de 1861 jusqu'à la fin de l'excavation.
On avait commencé, en octobre et en novembre 1857, le percement à la main aux deux extrémités du tunnel projeté. Ces procédés furent supprimés à Bardonnèche, au commencement de janvier 1861. En 38 mois on n'avait avancé que de 725 mètres, soit 63 centimètres, en moyenne, par vingtquatre heures !
En janvier 1861, on installa les machines perforatrices dans ce chantier : d'abord une, puis deux, un peu plus tard quatre. Toutefois, d'innombrables incidents, diverses défectuosités du système et de la construction des premières perforatrices, et surtout l'inexpérience des ouvriers, rendirent les progrès si lents, qu'à la fin de l'année on n'avait avancé que de 170 mètres, ou 45 centimètres par vingt-quatre heures. C'était encore moins que le travail à la main !
La figure 42 (hors textej qui donne le plan et la coupe longitudinale du tunnel, avec la hauteur des terrains qui la surmontent, ainsi que l'inclinaison de chacune des deux rampes opposées, met également en évidence l'avancement des travaux pendant les premières années de l'excavation.
En 1862, ainsi que l'indique cette coupe du tunnel, on avança d'un peu plus d'un mètre par jour; en 1863, de r,16; en 1865, de 1,70. Enfin en 1870. l'année du plus grand avancement, on progressa, du côté sud, de 1",42 en moyenne par jour, et on atteignit même, pendant quelques jours, un avancement maximum de 3 mètres en vingt-quatre heures.
Du côté nord, le travail manuel a duré deux ans de plus, avec un avancement moyen de 50 centimètres par vingt-quatre heures.
Le travail par les machines perforatrices, commencé vers Modane, en janvier 1863, subit moins de péripéties; mais la roche, plus résistante, retarda l'achèvement.
Dès le mois de juillet 1863, on eut à percei- 381 mètres de quartzites (1). Dans ce terrain, si dur, l'usure rapide des fleurets ralentit beaucoup le travail, et réduisit l'avancement quotidien à 60 centimètres, et même, par moments, à 30, c'est-à-dire au tlixième du maximum obtenu du côté sud.
Le quartz franchi, on put progresser plus vite dans la galerie de Modane ; on atteignit, en 1870, un avancement maximum un peu supérieur à 2 mètres par jour.
L'avancement du côté de Bardonnèche, fut :
En 1863, de 765 mètres.
En 1866, de 813 —
En 1867, de 823 —
En 1868, de 639 —
En 1870, de 889 —
Du côté de Modane, l'avancement fut :
En 1863, de 438 mètres.
En 1866, de 212 —
En 1867, de 688 —
En 1868, de 681 —
En 1869, de 604 —
En 1870, de 746 —
Total, à Bardonnèctie de 7,080
— à Modane de 5,133
Ensemble, longueur totale du tunnel. . . .. 12,233
Il est résulté de celle ditï'érence de vitesse que les deux souterrains éxcavés ne se sont pas rencontrés au milieu du tunnel, mais à 1000 mètres plus près de l'entrée nord que de l'entrée sud.
La rencontre eut lieu, avec une déviation insignifiante d'un tiers de mètre, le 25 décembre 1870.
L'avancement mécanique s'était accéléré par suite de causes multiples, (pi'on peut résumer ainsi: ouvriers plus nombreux et plus experts; per f ectionnements apportés aux machines perforatrices et àF affût; pression et aérage
(1) M. de Sismonda avait annoncé ce banc à peu près à cette distance. Ses prévisions sur la nature et la série des roches qu'on devait rencontrer se sont parfaitement réalisées. Voir un très beau mémoire de M. de Sismonda, intitulé Nuove osservazione geologiche suUe rocce anthracitefere délie Alpi, et l'intéressant rapport d'Élie de Beaumont sur les roches rencintrées entre Modane et Bardonnèche dans les Comptes rendus de l'Académie des sciences, séances des 4 juillet et 18 septembre 1871.
142 Ll<:s NOUVELLES CONaiÊTES DE LA SCIE.NCE
meilleurs par le jeu des pompes à piston liquide ; améliorations apportées aux fleurets et réduction des dimensions de la galerie d'avancement.
Les affûts qui, la première année, ne pouvaient recevoir que quatre perforatrices, purent en avoir jusqu'à huit. On en installa d'autres en arrière, pour élargir le petit souterrain ; mais le nombre moyen de celles en activité, de chaque côté du tunnel, n'a pas dépassé quinze.
Les réparations étaient si fréquentes dans un travail actif, qu'il fallait un stock de soixante perforatrices, pour en tenir habituellement douze en fonctionnement (1), et que, ])Our ce môme nombre, il fallait une provision de trois à quatre mille fleurets de diverses formes, longueurs et diamètres.
La dimension de la téte de ces fleurets a varié de 35 à 45 millimètres ; en outre, on en employait pour des trous centraux du diamètre de 120 millimètres.
Les machines perforatrices, lorsque la pression devint convenable, frappaient environ 200 à 250 cou])S par minute.
Dans les quartzites et les roches dures, on employait, |)Our commencer les trous, des fleurets de 4 centimètres à la tète; on continuait ensuite avec des fleurets ayant seulement 3 1/2 el 3 centimètres à la tête.
La dépense d'air était, en moyenne, de 1 litre par coup, sous une tension un peu inférieure à 6 atmosplières effectives.
A 250 coups, le travail aurait pût se restreindre à 4 chevaux (40 hommes) si on eût utilisé la détente ; mais, en réalité, le travail dépensé par une perforatrice Sommeiller était d'environ 8 chevaux, et pour quatorze perforatrices en activité, de 100 à 112 chevaux.
Huit perforatrices montées sur un affût percent, en moyenne, par attaque, dans le calcaire schisteux, 60 à 70 trous d'une profondeur qui varie d'environ 0,75 centimètres à 1 mètre. L'avancement de chaque outil ])endant sa marche normale est, dans le calcaire, de 3 à 4 centimètres par miiuite, mais il y a de très nombreuses causes d'arrêt.
La carrière active d'une perforatrice se limite, en moyenne, à 15 ou 10 attaques et à 125 trous percés à 0"\80 de profondeur moyenne ; après (pioi il faut qu'elle passe à l'atelier, pour une réparation complète de plusiinu's organes.
Quant à l'usure des fleurets, elle dépend de la qualité plus ou moins dure et plus ou moins accidentée de la roche. Quand celle-ci a des veines plus résistantes, le fleuret se dévie souvent; quelquefois il s'engage et refuse de
(1) Les incidents les plus fréquents viennent des déviations des fleurets ou d'un obstacle à leur rotation qui, entravant le jeu des autres pièces mobiles, produit des ruptures aux engrenages, aux roues à roctiet, ou autres petits organes.-
LE TINNI'L m .MO. NT CENIS ii'i
revenir en arrière. Dans les divers cas (lilliciles qui peuvent se prèsenler. rintelligence, l'adresse et l'expérience acquise par l'ouvrier, ont une influence considérable })0ur la bonne marcln; du ciseau el la conservati(jn de l'appareil perforateur. Les ouvriers intelligents prévoient les incidents, el empêchent qu'ils n'amènent la détérioration de l'appareil. Lorsqu'un affût l)orte 7 ou 8 perforatrices, les postes ou équipes sont, en général, de 36 à 40 hommes.
La dépense d'eau était de 40 à 50 litres })ai' Irou.
La petite galerie d'avancement excavée parles machines perforatrices, avait 2"',iO de hauteur et la même largeur; le front de taille 5 3/4 mètres carrés. Cette surface était ci'iblée d'environ GO à 80 trous, profonds de 0^,80 à 1 mètre, dont (pielques-uns, réunis autour (hi centre, avaient un plus gros diamètre.
Le diamètre des trous variait de 3 à 4 centimètres, la charge de poudre était de trois (juarts de kilogramme, mais celte poudre était préalablement comprimée d'un tiers de son volume.
Pendant le déblai, un revêtement en barres de fer protégeait les ouvriers contre les éboulements. En arrière, d'autres perforatrices agrandissaient la galerie d'avancement, et donnaient 3™, 00 de hauteui- et autant de largeur. On boisait alors solidement le plafond, avec des madriers.
De cette galerie élargie partaieid ([uelques larges cheminées verticales, qui permettaient de s'élever jusqu'à la hauteur de voûte de la grande section. On excavait cette voûte et on la revêtait de maçonneries en pierres taillées, i)rises en dehors du tunnel. On élevait les })ieds-droits ; en même temps, au centre du radier on préparait un canal en maçonnerie de 1 mètre carré de section intérieure. C'est là que se logeaient des tubes [)oui' l'eau, l'air comprimé et le gaz d'éclairage.
M. Borelli s'en est aussi servi, conformément au conseil donné en 1803 par le professeur Devillez, pour accroître l'aérage du côté de Modanc d'un aspirateur à cloches, fourni par l'usine de Séraing, et installé à côté de l'entrée nord du tunnel. L'autre souterrain, celui de Bardonnèche, avait été muni, par M. Copello, d'un aspirateur à force centrifuge. |)our dégager la fumée de la partie élevée de la voûte, dans la grande section, oii s'achevait le revêtement de maçonnerie.
L'air comprimé qui actionnait les fleurets, était envoyé par une conduite de fojite i)osée le long de la galerie, au plafond de la voûte. Les tubes flexibles (|ui amenaient l'air comprimé aux fleurets des ouvriers, se raccordaient à ces tuyaux.
Quant aux appareils qui comprimaient l'air, on a vu pai' l'historique (pii
précède, qu'ils furent de deux sortes. Depuis l'ouverture des travaux mécaniques à Bardonnèche, en 1861, jusqu'en 1863, les béliers compresseurs de Sommeiller, Grandis et Grattoni, furent les appareils servant à emmagasiner l'air comprimé. Les mauvais résultats qu'ils donnèrent amenèrent leur suppression, d'abord à Modane dès 1861, ensuite à Bardonnèche en 1863. On les remplaça, comme il a été dit, par des pompes de compression à piston liquide.
Seulement, à Bardonnèche, on conserva pendant un certain temps les béliers compresseurs pour le seul objet de l'aération du tunnel.
Nous représenterons, dans la figure 43, les béliers compresseurs de Sommeiller, Grandis et Grattoni employés à Bardonnèche pour comprimer l'air dans des réservoirs de tôle. Les longues colonnes descendantes des béliers sont à l'extérieur. On ne voit à l'intérieur que les plus courtes branches des béliers. Dix gros cylindres de tôle, renforcée par des cercles de fer, emmagasinent l'air comprimé. Les tuyaux qui vont ])orter l'air comprimé à l'intérieur du tunnel, pour la purification de son atmosphère, s'ajustent sur ces cylindres.
FiG. 42. — COUPE ET PLAN DU TUNNEL DU MONT CENIS
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