FONTAINE DE HÉRON

Dans cet appareil on obtient aussi un jet d'eau au moyen de l'air comprimé; mais ce qu'il présente de particulier, c'est que la compression est produite par une colonne d'eau. Il se compose essentiellement de trois réservoirs D, N, M (fig. 420 ci-après). Le premier est ouvert, les deux autres sont hermétiquement fermés. La partie inférieure du premier communique avec la partie inférieure du second par le tube B; la partie supérieure du second communique avec la partie supérieure du troisième par le tube A,- enfin, le dernier communique par sa partie inférieure avec l'air, au moyen d'un tube d'écoulement dont l'extrémité supérieure est terminée par un orifice étroit d'où l'eau doit jaillir. Ce troisième tube se retire pour remplir d'eau le réservoir M, quand on veut faire fonctionner l'appareil.

Supposons les réservoirs D et M pleins d'eau, et le réservoir N plein d air : le premier étant ouvert, l'eau qu'il renferme s'écoulera dans le réservoir N, l'air de ce dernier passera dans le réservoir M, et la pression qui en résultera fera jaillir l'eau de ce réservoir par l'orifice du tube d'écoulement. Si ce tube était assez long, l'eau s'y élèverait à une

DES POMPES À EAU

hauteur égale à la distance des niveaux dans le bassin D et dans le réservoir N.

Lorsque l'on veut vider le réservoir N et remplir le réservoir M , il suffit de renverser l'appareil : en effet, l'air rentre alors dans le réservoir N par le tube B, l'eau qu'il renferme s'éeoule dans le réservoir M par le tube A, et l'air sort de ce dernier par l'orifice du canal d'écoulement.

La figure 421 représente un modèle de fontaine de Héron tout en verre. (H. V.)

DES POMPES A EAU

Les pompes sont destinées à élever l'eau. On en distingue trois espèces principales : 1° la pompe aspirante, 2° la pompe aspirante et foulante, et 3° la pompe foulante.

La figure 422 représente un modèle de pompe aspirante destinée à la démonstration, mais offrant les mêmes dispositions que les pompes

Fig. 420.

Fig. 4Î2.

Fig. 421.

172 DES POMPES A EAU

usitées dans l'industrie. Elle se compose : l"" d'un corps de pompe cylindrique a6; à la base duquel est une soupape f, ouvrant de bas en haut; T d'un tuyau d'aspiration ch, qui plonge dans le réservoir d'où l'on veut élever l'eau; Z"* d'un pi5/on qu'une tige fait monter ou descendre dans le corps de pompe^ et qui est percé d'un trou dont l'orifice supérieur est recouvert par une soupape e ouvrant aussi de bas en haut.

Pour expliquer le jeu de cet appareil, supposons le piston au bas de sa course, et la pression de lair contenu dans la pompe égale à celle de l'air atmosphérique qui s'exerce sur l'eau du réservoir. Dans ces conditions, les deux soupapes e et /" seront fermées, et l'eau se tiendra dans le tube d'aspiration au même niveau que dans le réservoir. Gela posé, lorsqu'on élève le piston, le vide tend à se faire au-dessous de lui, et la soupape e reste fermée par la pression atmosphérique, tandis que l'air du tuyau d'aspiration, en vertu de sa force élastique, ouvre la soupape f et passe en partie dans le corps de pompe. L'air du tuyau d'aspiration étant ainsi raréfié, sa force élastique ne pourra plus contre-balancer la pression de Tatmosphère sur l'eau du réservoir; ce liquide s^élèvera donc dans le tuyau cA au fur et à mesure que le piston montera ; puis, lorsque celui-ci sera parvenu au haut de sa course, la soupape f se fermera, et l'eau se maintiendra à la hauteur qu'elle aura atteinte. Cette hauteur est telle, que la pression de la colonne soulevée, ajoutée à la tension de l'air raréfié qui reste dans le tube, fasse équilibre à la pression atmosphérique.

Lorsqu'on fait ensuite descendre le piston, on comprime l'air emprisonné au-dessous de lui dans le corps de pompe; ce gaz recevant ainsi un accroissement de force élastique, X soulève la soupape e et se dégage dans l'atmosphère au fur et à mesure que le piston s'abaisse; puis, aussitôt la descente terminée, la soupape e se referme par son propre poids. A un deuxième coup de piston, la même série de phénomènes se reproduit, et, après quelques coups, l'eau pénètre enfln^ dans le corps de pompe. Quand elle s'y trouve en quantité suffisante, le piston ne pourra évidemment achever sa descente qu'en obligeant une portion de cette eau à passer au-dessus en ouvrant la soupape e; puis celle-ci se ferme, et lorsque le piston remonte, la portion d'eau qui est au-dessus estsoulevée et s'écoule par le tuyau de déversement d. Alors, il n'y a plus d'air dans le corps de pompe, et l'eau, poussée par la pression atmosphérique, monte avec le piston, à moins qu'au sommet de sa course il ne soit à une distance du niveau de l'eau dans le réservoir où plonge le tuyau d'aspiration, plus grande que la hauteur

DBS POMPES A EAU. 173

de la colonne d'eau qui ferait équilibre à la pression atmosphérique à l'endroit où la pompe se trouve placée. Par conséquent, au niveau des mers, la distance de la limite supérieure de la course du piston au-dessus de l'eau du réservoir, doit être plus petite que 10", 35 (p. 135). Cependant, cette condition à elle seule ne suffit pas pour que le jeu de la pompe soit assuré. En effet, dans la pratique, le piston ne s'applique jamais exactement sur la base du corps de pompe, et lorsqu'il est au plus bas de sa course, il existe encore au-dessous de lui un espace nuisible rempli d'air à la pression atmosphériquef^on cet espace nuisible égal à 1/30 du volume de la portion du corps de pompe que le piston parcourt en s'élevant ou en s'abaissant. L'air qui est dans l'espace nuisible se dilate à mesure que le piston remonte, et lorsque celui-ci est arrivé au haut de sa course, la tension de l'air qui reste dans le corps de pompe est 1/30 de la pression atmosphérique, d'après la loi de Mariette (p. 153). L'air du tuyau d'aspiration ne peut donc être raréfié au delà de cette limite, et, par conséquent, dans ce tube, Teau ne peut s'élever, dans le cas que nous considérons, qii'à une hauteur égale aux 29/30 de 10"',33; cest-à-dire à 9"',9. Or, pour que la pompe puisse donner de l'eau, il est nécessaire que ce liquide s'élève dans le corps de pompe à une certaine hauteur audessus de la soupape f, ce qui exige évidemment que le tuyau d'aspiration ait moins de 9°',9 de hauteur, ou, plus généralement, il faut que la hauteur de ce tuyau soit moindre que celle de la colonne d'eau qui ferait équilibre à la différence entre les pressions de l'atmosphère et celle de Tair raréfié dans le corps de pompe quand le piston est au haut de sa course. C'est pour tenir compte de l'espace nuisible, inévitable en pratique, que, dans les pompes, on ne donne jamais au piston une course de plus de 8 mètres au-dessus du niveau de l'eau dans le réservoir, et, par conséquent, au tuyau d'aspiration, une hauteur moindre encore.

La théorie des pompes aspirantes est due à Torricelli. Avant lui, on expliquait l'ascension de l'eau dans le tube aspiration par l'horreur du vide (p. 137).

j^ La pompe aspirante et foulante élève l'eau à la fois par aspiration et par pression. Elle diffère peu de celle qui vient d'être décrite; seulement son piston est plein. A la base du corps de pompe, sur l'orifice du tuyau d'aspiration, est encore une soupape a (fig. 433 ci-après), ouvrant de bas en haut. Une autre soupa'pe b, ouvrant dans le même sens, ferme l'ouverture d'un tube coudé, qui communique d'une part avec le fond du corps de pompe, et de l'autre avec le

174 DU SIPHON

Fig. 423. tuyau d'ascension dans lequel il s agit de faire monter Teau.

A chaque ascension du piston ; l'eau monte dans le tuyau d'aspiration^ et pénètre dans le corps de pompe. Lorsque le piston redescend , la soupape a se ferme, et l'eau comprimée soulève la soupape 6 pour passer dans le tuyau d'ascension , dans lequel la hauteur qu'elle peut atteindre n'a d'autre limite que la force du moteur qui fait jouer la pompe.

La pompe foulante ne diffère de la précédente que parce qu'elle n'a pas de tuyau d'aspiration, son corps de pompe plongeant dans l'eau même qu'on veut Fig-4t^ élever. La figure 424 représente un modèle de

pompe foulante qui donne un jet continu. A cet effet, elle est munie d'un réservoir mn, rempli d'air. Ce gaz est comprimé quand l'eau est poussée par le piston dans le tuyau a et réagit ensuite par sa force de ressort, pour continuer à chasser l'eau dans le tube d'ascension 6, lorsque la soupape S est fermée pendant le retour du piston. Ce réservoir se nomme chambre à air. On a reconnu, dans la pratique, que la chambre à air doit avoir à peu près 23 fois le volume du corps de pompe pour que le i jet soit continu.

I Les pompes à incendie consistent en un système 1 de deux pompes foulantes accouplées, agissant alternativement. De cette façon, on obtient la continuité du jet sans employer de chambre h air. (H. V.)

DU SIPHON

Le siphon est un tube recourbé abcd (fig. 425 ci-après), à deux branches inégales, qui sert à transvaser les liquides, en les soulevant au-dessus de leur niveau ; c'est la courte branche ab qui plonge dans le liquide à transvaser.

Pour faire usage de cet instrument, on commence par Vamorcer^ c'est-à-dire par le remplir de liquide. Pour cela, on le retourne et on l'emplit directement ; puis, fermant momentanément ses deux orifices, on le remet en place comme le montre la figure^ ou bien, plongeant

DU SIPHON

Fig. 426

la petite branche dans le liquide à transvaser, on aspire avec la bouche , par l'orifice d^ Tair qui est dans l'appareil. Le vide se fait alors dans celui-ci, le liquide est refoulé dans le tube par Teffet de la pression atmosphérique, et le remplit.

Lorsque le liquide à transvaser n'est pas de nature à être introduit dans la bouche , on fait usage d'un siphon bsb' (fig. 436) auquel est soudé un second tube at parallèle à la grande branche. Cest alors par l'orifice t de ce tube additionnel qu'on aspire Fair, en ayant soin de fermer en même temps lorifice b\ et de ne pas laisser le liquide s'élever, dans le tube additionnel; jusqu'à la bouche. De quelque manière que le tube ait été rempli , l'écoulement se continue de la petite branche vers la grande, tant que la première plonge dans le liquide.

On comprend d'abord que cet écoulement ne doit point être attribué à la seule action de la pression atmosphérique sur la surface du liquide contenu dans le vase ; car^ si d*une part, cette pression tend à chasser le liquide dans le siphon par la branche ab (fig. 42S), d'une autre part, l'air presse de bas en haut à louverture d, et pousse le liquide en sens contraire avee une égale énergie. Mais la pression atmosphérique joue un autre rôle , sans lequel le phénomène ne se produirait pas. En effet, la colonne liquide n6, qui se trouve dans la courte branche au-dessus du niveau du liquide dans le vase, tend à descendre, en vertu de son poids; il en est de même de la colonne liquide cd renfermée dans la grande branche. Par conséquent, si rien n y mettait obstacle, le liquide du siphon se séparerait en deux portions, dont l'une retomberait dans le vase, et dont l'autre se répandrait à l'extérieur par Forifice d. Or, ce qui empêche cette séparation, c'est la pression de l'air, laquelle tendant, conmie nous l'avons vu , à faire monter chacune des deux colonnes , serre le liquide contre lui-même. Cependant, Féquilibre ne peut exister; car,' tandis que les pressions exercées par l'air des deux côtés sont sensiblement égales , les tendances des deux colonnes à descendre ne le sont pas , à cause de l'inégalité des longueurs respectives de ces colonnes. En effet, en prolongeant la surface du niveau du liquide du vase jusqu'en m, on reconnaît sans peine que la tendance de la colonne de la grande branche excède celle de la colonfïe de la courte branche

176 YASE DE TANTALE.

de lout le poids du liquide contenu dans la partie md. Le liquide doit donc, en vertu de cet excès , sortir par Textrémité d, et comme la pression atmosphérique rend impossible toute désunion dans rintérieur du siphon, le liquide du vase doit monter incessamment pour suivre celui qui s'écoule. La force qui fait ainsi marcher le liquide de bas en haut dans la branche ab est bien la pression de l'air sur la surface du liquide du vase; mais elle produit cet effet uniquement par suite de la sortie du liquide par l'autre branche , et ce n'est point elle qui détermine cette sortie. Aussi, le siphon est-il plus ou moins actif, suivant que l'ouverture de la grande branche se trouve à une distance plus ou moins grande au-dessous de la surface de niveau dans le vase; si cette distance était nulle, c'est-à-dire si la branche cd se terminait en m, l'instrument ne fonctionnerait point, et il en serait de même à plus forte raison si l'ouverture d était au-dessus du niveau prolongé, en r par exemple. Pour s'en convaincre, il suffit de plonger dans le vase, sans l'enfoncer trop avant, la longue branche au lieu de la courte, et d'amorcer ensuite le siphon : on verra alors que celui-ci ne fonctionne pas, ou que le liquide retourne dans le vase.

L'invention du siphon est généralement attribuée à Héron, qui vivait à Alexandrie 120 ans avant l'ère chrétienne. Mais il résulte de l'étude de monuments de l'ancienne Egypte , sur lesquels cet instrument est figuré, qu'il était en usage chez les Égyptiens plus de i,700 ans avant notre ère. Ils en faisaient usage, du temps de Héron , pour faire passer l'eau par dessus les collines. Actuellement, on emploie encore la même méthode dans certains travaux hydrauliques. (H. V.)