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mécaniques que l'on peut demandera l'air soumis à la compression et ensuite détendu, était si répandue, si populaire, pour ainsi dire, que l'on s'est demandé bien des fois comment cette idée ne s'était présentée à aucun des membres de la Commission technique de Turin, ni aux ingénieurs de tous les pays qui se préoccupaient du percement des longs tunnels.
Le gouvernement sarde, en publiant et distribuant, en 1849, la collection des rapports sur les projets de percement du mont Cenis, avait mis, pour ainsi dire, en demeure tous les ingénieurs de lui adresser des observations ou des conseils. Malgré cette publicité et celle qu'avaient eue les expériences heureuses du val d'Occo, prés de Turin, on peut affirmer que pendant plus de trois années, de 1848 à la fin de 1852, la commission du mont Cenis et le gouvernement sarde ne virent surgir aucune communication réellement digne d'intérêt; et que surtout, aucun ingénieur, ni en Italie ni ailleurs, ne proposa d'employer, au lieu du câble transmetteur de force proposé par M. H. Maus, une conduite contenant de l'air comprimé.
Les inconvénients de l'emploi du câble n'étaient cependant pas dissimulés dans les rapports imprimés. Les tableaux et devis rédigés par M. H. Maus montraient en perspective : des frais d'entretien considérables, une mauvaise ventilation, la nécessité d'abandonner la poudre, et surtout une déperdition
considérable de puissance motrice. Tous ces défauts auraient dù stimuler les liommes de science pour la découverte d'un procédé meilleur.
Or, deux projets seulement furent présentés. Un ingénieur proposait l'emploi du vide, au moyen d'un tube continu. Mais il aurait fallu un tube d'un très grand diamètre, et il n'eût pas été facile d'amener par ce moyen, à la machine perforatrice, une force de 80 chevaux. Un autre ingénieur proposait une circulation d'eau. Le premier système ventilait mal, le second ne ventilait pas. On peut ajouter que plusieurs ingénieurs éminents regardaient l'entreprise du transport de la force, à cette distance, comme impossible.
On savait pourtant, à cette époque, que les gaz peuvent circuler dans des tubes d'une grande longueur ; mais on ne pouvait se baser sur aucune bonneexpérience pour calculer leur résistance sous des pressions de quelques atmosphères, et personne ne croyait que l'on pût transmettre avec économie une puissance aussi considérable que celle de 80 ou 100 chevaux-vapeur, par l'air comprimé transporté à la distance de 6,000 mètres, dans des tubes de 20 à 25 centimètres de diamètre seulement.
Le seul ingénieur qui, de 1849 à fin 1852, ait entrepris des expériences dans le but de démontrer cette possibilité, est M. Daniel Colladon, qui s'était occupé, à diverses reprises, de recherches sur la compression des gaz et des liquides, sur la chaleur dégagée par cette compression et sur la circulation du
gaz d'éclairage dans l(3s tubes. M. Colladon était, en effet, ingénieur d'usines à gaz, à Genève, et en 1849 il s'occupait d'atténuer, par des procédés de son invention, la résistance à la circulation des gaz des tubes en fonte.
Dès les premiers mois de 1850, ayant lu les rapports publiés à Turin, M. Colladon s'était préoccupé de l'idée do moyens meilleurs pour l'aérage et la transmission de la force, et il songeait à prendre un brevet en Piémont. Au commencement d'avril, il s'adresse à un conseiller d'État, M. Théodore de Santa Rosa, ami de M. de Cavour, et le prie d'annoncer de sa part à M. de Cavour qu'il s'occupe d'expériences en vue du percement du mont Cenis ; il s'informe aussi de détails sur la législation sarde relative aux brevets.
Dans sa lettre du 2 avril, M. de Santa Rosa répond à M. Colladon :
« Je m'empresse de répondre à votre lettre du 11; je viens d'en parler avec Camille de Cavour, qui se trouve mon voisin à la Chambre. Nous nous empresserons de vous être utiles lorsque vous vous déciderez à présenter la demande dont vous me parlez. Les étrangers peuvent être brevetés d'invention et de perfectionnement, etc »
Ainsi, dès 1850, M. Colladon avait en vue de prendre un brevet pour de nouveaux procédés de percement ; mais, en sa qualité de physicien exact, il préféra courir la chance d'être devancé, et voulut d'abord s'assurer, par de nouvelles expériences et des mesures précises, de la possibilité de transmettre des forces considérables par la circulation des gaz.
Des expériences de cette nature ne sont pas faciles, et demandent beaucoup de temps, surtout quand elles ne sont pas exécutées avec les puissantes subventions d'un État. Il faut attendre les occasions, commander de bons tubes, faire des essais coûteux.
Le point principal qui restait à étudier, c'était la possibilité de réduire Ijeaucoup la résistance des tubes en fer fondu, soit par des procédés mécaniques, soit en insistant auprès des cliefs de fonderies pour améliorer les surfaces intérieures, car la différence d'un tiers que le savant ingénieur Daubuisson avait trouvée entre le fer-blanc et la fonte, devait provenir du degré de poli, et non de la matière chimique du métal.
Des expériences plus difficiles étaient celles sur la résistance de l'air à de très fortes tensions.
Ces difficultés et une mission officielle à remplir à Londres, pendant plusieurs mois, à l'Exposition universelle, firent perdre du temps à M. Colladon, et retardèrent les essais; mais il les reprit, au commencement de 1852, et, au printemps, il communi({ua à l'Administration du gaz de Genève des
résultats remarquables obtenus sur des tuyaux dont les surfaces n'offraient plus qu'une résistance très peu différente de celle du fer-blanc. Les bases de cette communication ont été consignées dans les registres de la Compagnie du gaz de Genève.
En étudiant la résistance de tubes de 176, 200 et 250 millimètres de diamètre, le professeur génevois découvrit un autre fait important. On avait admis, comme générales et applicables à tous les diamètres courants, des formules de résistance dans lesquelles entraient un ou deux nombres multiplicateurs ou coefficients, qui variaient avec la nature des surfaces, mais qu'on supposait les mêmes pour les tubes de 10 centimètres, qui avaient servi à les calculer et pour ceux d'un diamètre double ou triple. M. Colladon reconnut que les coefficients se modifient quand le diamètre augmente, lors même que les surfaces sont les mêmes ; en sorte que la résistance des gros diamètres est moindre qu'on ne l'avait supposé. Dans quelques-uns de ses essais M. Colladon avait pu opérer sur des conduites longues de plusieurs centaines de mètres.
La conséquence de ces expériences était de la plus grande importance pour le but proposé. établissaient la possibilité de transmettre économiquement line force motrice considérable et à de grandes distances, dans lin tube d'un diamètre restreint.
La législation sarde relative aux demandes de brevets, exigeait le dépôt d'un mémoire explicatif, destiné à accompagner le brevet, qui devait être examiné par une commission scientifique.
Le mémoire que M. Colladon porta à Turin, avec la demande d'un brevet pour le percement et l'aération des tunnels par l'air comprimé, contenait tous les tableaux de ses expériences servant à démontrer que pour les tubes dont le diamètre approchait de 20 centimètres, la résistance effective n'était que la moitié environ de celle qu'on aurait admise en se basant sur les expériences et les formules de MM. Girard et Daubuisson.
On comprend toute la portée de cette découverte. Elle signifiait qu'à une distance donnée, dans la profondeur du tunnel, la perte de puissance à 6,000 mètres ne serait pas plus grande que celle qu'on aurait calculée pour 3,000, d'après toutes les formules admises par les ingénieurs à cette époque !
Arrivé à Turin, le 12 décembre 1852, M. Colladon s'empressa de rendre visite à deux savants i»rofesseurs de mécanique, ses collègues à l'Académie des sciences de Turin, et tous deux membres influents de la commission gouvernementale pour le tunnel du mont Cenis : l'un, le sénateur Giulio, auteur de plusieurs ouvrages de mécanique théorique et appliquée, l'autre, le colonel du génie Menabrea, professeur à l'Université, à l'école d'artil-
lei'ie, etc., depuis général, et, comme nous l'avons dit, ambassadeur à Vienne, Londres et Paris.
Sollicité de leur faire part du but de son séjour à Turin, M. Colladon leur communiqua, sans arrière-pensée, ses projets, ses découvertes, et la nouvelle méthode pour laquelle il désirait prendre un brevet. La spécification portait trois innovations principales : remj)loi de l'air comprimé pour transmettre la force motrice sur les outils, tout en aérant le tunnel ; — l'emploi de cet air comme moteur d'un perforateur à action directe, analogue au marteau-pilon ; — divers appareils accessoires pour l'arrosement des trous, leur nettoyage, etc.
Les deux savants furent très frapjtés de la nouveauté de ces idées, et s'en déclarèrent, à l'instant même, partisans convaincus. Mais ils conseillèrent à M. H. Colladon de ne pas parler, dans son brevet, d'un perforateur à action directe, parce que M. H. Maus, appelé à diriger tous les travaux d'exécution, ayant déjà fait construire un appareil mécanique découpeur, qui avait été essayé pendant plusieurs mois près de Turin, et définitivement approuvé parles corps compétents, M. Maus serait hostile à toute idée de mécanisme différent, tandis qu'il accepterait peut-être le transport de la force par l'air comprimé.
Le colonel Menabrea proposa immédiatement à M. Colladon de l'introduire auprès de M. H. Maus. Dans la conférence qui eut lieu entre ces trois ingénieurs, M. Menabrea exposa avec détails le principe nouveau de la transmission de la force à substituer au câble de M. H. Maus, et les avantages de ce nouveau moyen d'aérer le tunnel, tout en évitant les dangers du câble. M. H. Maus se montra intraitable, il déclara que la puissance des pompes à air serait insuffisante, que ces pompes s'échaufferaient outre mesure, etc., et il termina la conférence en disant : Qu'il ne connaissait pas les moyens de comprimer l'air et de s'en servir et ne pouvait y avoir confiance; qu'il connaissait ^ au contraire^ les câbles transmetteurs de force, et qu'il était décidé à s'en servir.
Sans la malheureuse obstination de M. H, Maus pour l'emploi des câbles, bien des choses auraient été changées pour lui et pour M. Colladon. Ils auraient eu probablement, l'un et l'autre, une part légitime dans la direction du percement du tunnel. Ils auraient recueilli plus de fruits de leur consciencieuses études, et le travail d'excavation du mont Cenis aurait été plus promptement achevé.
Quoiqu'il en soit, le 30 décembre 1852, M. Colladon fit le dépôt de sa demande de brevet. Conformément à la règle établie, il y joignit un mémoire explicatif, qui devait être examiné par la classe physico-mathématique de l'Académie royale des sciences de Turin et par d'autres commissions. Ce mé-
moire résumait les expériences faites à Genève et contenait les calculs sur la transmission de la force motrice ; il indiquait, en outre, les divers procédés à employerpour faire mouvoir, au fond du tunnel, soit la perforatrice Maus, qui paraissait adoptée, soit des perforatrices mues directement par Faction de l'air, et analogues à des marteaux-pilons, munis de puissants fleurets. Il indiquait enfin plusieurs moyens pour remédier à réchauffement des pompes comprimantes.
Le 19 janvier 1853, la Gazette officielle de Savoie^ journal de Chambéry, publiait une lettre, datée de Turin, 16 janvier, où M. Menabrea, député de la Maurienne et membre de la commission d'examen pour les moyens et appareils présentés par l'ingénieur suisse, montre une entière confiance dans la réussite de ces nouveaux procédés.
On y lit, entre autres, le paragraphe suivant :
« Depuis que M. Maus a inventé son ingénieuse machine, qui déjà par elle-même résout le problème avec une économie et une rapidité suffisantes, la question a été l'objet d'études de la part de plusieurs ingénieurs, entre autres de M. Golladon de Genève, savant distingué et connu par ses belles inventions mécaniques. Il a perfectionné la machine de M. Maus, ou, pour mieux dire, inventé un nouveau mécanisme et proposé de nouveaux et puissants moyens qui sont de nature à abréger considérablement l'opération et à la rendre beaucoup moins coûteuse. — M. Golladon est en voie d'obtenir un privilège du gouvernement sarde pour son invention. »
Plus tard, dans un discours prononcé au Parlement, le 26 juin 1857, discours qui décida la Chambre à voter le percement du mont Cenis, M. Menabrea disait : « L'honneur d'avoir émis le premier une idée rationnelle revient à M. Golladon, savant physicien de Genève, qui proposait de faire agir les outils de la machine Maus, non plus au moyen de cordes et de poulies, mais en employant de l'air comprimé (1). »
Il ajoutait encore : « Des expériences faites spécialement par M. Golladon, en 1852, ont également prouvé que l'air éprouve dans les tubes de conduite une résistance beaucoup moindre que celle que supposaient quelques auteurs, ce qui avait donné lieu à douter que l'air pût être conduit à de grandes distances en conservant assez de sa force élastique. »
Le mémoire et le texte du brevet avaient aussi été soumis à l'Académie des sciences de Turin, qui, en approuvant l'ensemble des procédés, demanda seulement, comme addition, les dessins du récepteur, demande à laquelle il fut fait droit immédiatement.
(1) Comptes rendus officiels des d'ifjats de la Chambre, page 1362.
Le texte primitif de 1852 du brevet de M. Colladon a été publié dans \g recueil ofticiel du premier semestre de 1855 (1). On y trouve la description, très claire, d'un ensemble de procédés basés sur l'air comprimé pour le percement des tunnels, et une série d'articles distincts concernant les points suivants, objets du brevet :
La transmission de la force motrice ;
L'emmagasinement de cette force pendant le repos des outils ; L'aération de la mine ;
La régularisation de la température dans le tunnel ;
L'arrosement des cavités en' percement et leur dessèchement rapide par l'air comprimé ;
Des moyens et procédés accessoires pour attaquer la pierre ;
La description d'un récepteur mû par l'air comprimé.
Une partie notable des idées nouvelles contenues dans la demande de brevet de M. Colladon, ont été utilisées pour l'exécution du tunnel; mais il est regrettable que cet emprunt ait été fait sans autorisation préalable de sa part, et sans aucune compensation. La loi sarde assurait à l'inventeur, des droits de propriété qu'on aurait dû respecter, et le gouvernement sarde, plus encore qu'un particulier, aurait dû se soumettre à la loi qu'il avait établie pour protéger les inventeurs. L'article 04 de la loi si/?' la violation des droits des privative était suffisamment explicatif sur ce point.
Dès le mois de décembre 1852, M. Colladon, d'après les désirs -de M. do Cavour, ministre des finances, avait réduit à 10,000 francs par kilomètre le maximum de la rétribution qu'il pouvait exiger pour l'emploi de ses procédés au mont Cenis. On a percé à la main 1,640 mètres, et par l'air comprimé 10,587 mètres; la subvention eût été de 105,870 francs.
D'après M. H. Maus, l'entretien seul des deux câblesdevait coûter 150 francs par jour (rapport, p. 28) ou pour dix ans d'exécution probable 547,500 francs. L'entretien du tube d'air comprimé, dans la même période, est insignifiant.
Là ne se bornent pas les économies que le gouvernement sarde doit à l'emploi des procédés inventés par M. Colladon.
Par suite d'une convention dont nous parlerons au dernier chapitre, chaque année gagnée pour l'achèvement du luiuicl au-dessous de quinze ans, devait valoir à l'Italie une somme de 600,000 francs, allouée par la France. Les procédés décrits dans le brevet de M. Colladon ont, de l'aveu d'ingénieurs français, contribué beaucoup à accélérer le travail; et si le tunnel
(1) Descrizione délie machine e procedimenti per cui sennero accordait alleslali ^ di privativa. Primo semestre 18S5. Torino.
n'eût été fini qu'en janvier 1872, au lieu de l'être le 15 septembre 1871, le gouvernement italien perdait, par ce seul fait, 600,000 francs. Il serait facile de démontrer que l'accélération de l'avancement dû à divers procédés qui étaient la propriété de M. Golladon, a beaucoup dépassé les indications ci-dessus.
On peut affirmer que les moyens dont la loi assurait le droit exclusif d'autorisation à M. Golladon et que le gouvernement italien a employés sans l'approbation de l'ingénieur suisse, ont fait bénéficier quelques millions à l'Italie.
Troisième période (18oo à 1860.) — M. Thomas Bartlett. — La machine perforatrice à vapeur de M. Thomas Bartlett. — MM. Sommeiller, Grandis et Grattoni. — Le hélier-compresseur de MM. Sommeiller, Grandis et Grattoni.
M. Bartlett, ingénieur anglais, entrepreneur de travaux sur la ligne de €hambéry à Culoz (ligne du chemin de fer Victor-Emmanuel), avait à percer plusieurs courts tunnels sur cette voie. Il demanda, au mois de juin 1855, un brevet en Piémont, pour une machine perforatrice, entièrement nouvelle, mue parla vapeur.
Nous allons essayer de faire comprendre cette ingénieuse machine, que représente la figure 31 .
L'appareil se compose de deux petits cylindres successifs, P et Q, couchés et solidement fixés sur un même châssis, lequel peut avancer dans le sens de sa longueur, comme un châssis de scierie, au moyen d'un engrenage longitudinal et d'une roue à rochets. Il peut aussi prendre divers degrés d'inclinaison. L'un des cylindres, P, est le cylindre moteur: c'est une petite machine à vapeur horizontale àhaute pression. Le second cylindre, Q, est plus long: c'est le cylindre de la machine perforatrice, ou pneumatique. Ses extrémités sont ouvertes; il contient deux pistons A, etB, qui ne sont pas liés solidairement.
Le piston A est fixé à la tige du moteur, prolongée à cet effet, et il participe à tous ses mouvements; le piston B porte une longue barre, ou fleuret de mineur, ST, qui peut tourner autour de son axe. Entre les pistons A et B il y a de l'air.
Si le |)lston A recule, cet air sera dilaté, d'où il résultera, pour le piston B, une aspiration et un recul. Si le piston A avance, il comprime l'air dans le cylindre et chasse en avant le piston B.
De ces deux effets contraires résulte le jeu d'attaque du fleuret démineur, alternativement attiré contre la roche, ensuite refoulé. Le coussin d'air empêche les chocs de se transmettre au moteur.
Deux orifices pour l'échappement et la rentrée de l'air, rendent cet appareil singulièrement puissant et sûr. Quand le piston A a comprimé l'air et refoulé le piston B en avant, celui-ci découvre une soupape latérale de sortie, pour
