GAZEUX OU MOTEURS A GAZ TONNANTS

Section A. — Les gaz tonnants t leurs propriétés' et leuru prodction. — Avant d'aborder Tétude des moteurs à combustible gazeux ou moteurs à gaz proprement dits , il convient d'examiner la provenance et les qualités • des gaz qu'ils emploient pour la production de la chaleur.

Celui qu'on utilise le plus généralement, lorsqu'il s'agit d'une installation de faible puissance, telle qu'on en a établi jusqu'à présent dans les villes pour les besoins de la petite industrie, est le gaz d'éclairage.

La composition de ce gaz est très variable. Cependant

MOTEURS THERMIQUES. lô

M. Witz a pu lui assigner, après discussion, la composition moyenne suivante :

En poiJs. En volume.

Hydrogène 0,100 0,528

Oxyde de carbone 0,150 0,054

Azote 0,100 0,038

Hydrogène protocai'boné . . . . 0,490 0,324

Hydrogène bicarboné et benzine . 0,130 0,049

Carbures divers 0,030 0,007

Le poids du mètre cube d'un tel gaz est de 473 grammes (il peut toutefois descendre à 450 grammes).

La combustion complète d'un kilogramme de ce gaz exigerait 2369 litres d'oxygène pur, soit 11.390 litres d'air, c'est-à-dire 5,4 volumes d'air pour 1 de gaz. Le pouvoir calorifique à volume constant, calculé dans ces conditions, serait de 11.676 calories par kilogramme, ou de 5520 calories par mètre cube à 0° et à 760 millimètres de pression. M. Witz a vérifié expérimentalement ce chiffre qui s'éloigne sensiblement de ceux que donnent d'autres auteurs et qui varient entre 4875 et 9054 calories. Les résultats de ses expériences se sont tenus entre 4719 et 5472 calories pour la combustion à volume constant. Il adopte pour pouvoir calorifique moyen 5250 calories à volume constant et 5300 à pression constante, nombres qui diffèrent peu de ceux que le calcul donne pour le gaztype défini ci-dessus.

M. Witz a également constaté que l'épuration chimique diminue d'environ 5 7o 1^ pouvoir calorifique du gaz d'éclairage et qu'on peut augmenter notablement ce pouvoir en faisant barboter le gaz dans des liquides carbures volatils.

La température de combustion calculée théoriquement en adoptant la proportion de 6 volumes d'air pour 1 de

gaz, proportion que la pratique a fait reconnaître comme la plus (avorable^à la production de la chaleur, est de 2064° centigrades , quand la combinaison a lieu à volume constant. La pression produite est alors de 8,6 atmosphères. A pression constante , la température ne serait plus que de 1596® C et la pression de 6,8 atmosphères.

Si Ton admet, pour opérer la combinaison, une proportion d'air plus forte, la température et la pression produites par la combustion baissent. Il convient de ne pas dépasser le rapport de 10 volumes d'air pour 1 de gaz. Avec cette proportion, la température de combustion serait de 1514*" C ou 1169^ C et la pression, de 6,5 ou 5,3 atmosphères, suivant que la combinaison aurait lieu à volume constant ou à pression constante.

Le gaz d'éclairage doit donc constituer de — à — du

volume total des mélanges tonnants.

Comme nous l'avons déjà fait observer, la température et, par suite, la pression théorique que nous venons d'indiquer sont diminuées par l'action refroidissante des parois de l'enceinte où a lieu la combinaison. Par contre, la pression explosive augmente naturellement avec la pression initiale. Les chiffres indiqués ci-dessus supposent que cette dernière est d une atmosphère.

Nous aurons à employer dans certains calculs la chaleur spécifique des mélanges gazeux résultant de la combinaison du gaz d'éclairage avec l'air atmosphérique. D'après MM. Mallard et Le Châtelier, le calorique spécifique

moyen à volume constant c serait de 0,287 à 2000"*.

M. Berthelot évalue à 1,30 le rapport - «yàcettetem-

pérature, de sorte que le calorique spécifique moyen à pression constante C serait de 0,373.

MOTEURS THERMIQUES. SI

Pour une autre température, on peut déterminer la chaleur spécifique à volume constant par les formules suivantes dues aux deux première auteure :

Vapeur d'eau^' c' = Acide oirbonique c" =

17,865 6,3 + 0,006 if— 0,000001 18^

Le calorique spécifique moyen s'obtiendra par la formule

c = J—, p représentant le poids proportionnel de cha-

cun des trois composés dans les gaz résultant de la combustion.

Il ne peut évidemment entrer dans le cadre de notre travail de traiter de la fabrication du gaz d'éclairage qui se fait surtout en vue d'une autre application que la production du travail mécanique ,Ret nous nous bornerons, en ce qui le concerne, aux données précédentes qu'il était nécessaire de rappeler pour appuyer les calculs que nous aurons à faire dans la suite.

Ce gaz n'est à la disposition de l'industrie que dans certaines villes ou agglomérations importantes. Il est rare queles établissements industriels le fabriquent eux-mêmes. Sa production, au moyen de la distillation de la houille, n'est guère économique qu'en grand, à cause des bénéfices résultant de la vente des sous-produits qui ne peut se réaliser avantageusement que sur de grandes quantités.

Le moteur thermique à gaz tonnant aurait donc vu sa sphère d'action limitée aux grandes villes, et même restreinte par le prix élevé auquel, dans certaines d'entre elles, les compagnies fournissent le gaz d'éclairage, si

ron n'avait imaginé de nombreux procédés pour produire économiquementetau moyen d'installations peu coûteuses, des gaz éclairants doués d'un haut pouvoir calorifique ou des gaz peu éclairaiits, mais capables de fournir la chaleur à un prix relativement minime.

L'Exposition de 1889 offrait un certain nombre de ces procédés parmi lesquels nous citerons ceux deLothammer, de Varloud et de Jaunez pour la production des gaz riches pouvant servir également à l'éclairage et à la force motrice , et ceux de Dowson et de Lencauchez , spécialement destinés à la production de gaz pauvres pour le chauffage ou les moteurs. Il faut y ajouter les appareils adaptés aux moteurs mêmes et fournissant un gaz ou plutôt une vapeur combustible.

Ces carburateurs ont été imaginés pour s'appliquer chacun à un moteur déterminé : ils accompagnent ce dernier et le rendent indépendant de tout appareil spécial fabriquant le gaz : ils étendent par conséquent l'application des moteurs que nous étudions à des appareils mobiles : locomotives, locomobiles, voitures, tricycles, canots, l)ateaux. Nous les décrirons en môme temps que les moteurs dont ils font, pour ainsi dire, partie intégrante, et nous n'étudierons ici que les systèmes cités plus haut, en commençant par ceux qui produisent les gaz pauvres et s'appliquent par conséquent plus spécialement aux moteurs à gaz tonnant.

Le système le plus répandu jusqu'à présent est celui de Dowson,

Gaz Dowson. — Le principe sur lequel repose la fabrication de ce gaz , consiste dans la décomposition de l'eau par le carbone à haute température.

Si un courant de vapeur d'eau surchauffée traverse une

MOTEURS THERMIQUES. 23

épaisseur suffisante de charbon incandescent, l'hydrogène est mis en liberté et Toxygène s'unit au carbone pour former de l'anhydride carbonique qui , dans les couches supérieures, est lui-même décomposé par le carbone incandescent et réduit à l'état d'oxyde de carbone :