NOTIONS CONCERNANT LA VAPKCR DANS L'ANTIQUITÉ ET LT. MOYEN AOK

La plupart des écrivains qui se sont occupés de l'histoire de la machine à vapeur, ont placé dans l'antiquité le berceau de cette invention. Cette opinion nous semble inadmissible. La machine à vapeur est d'origine moderne, et c'est vainement que l'on essayerait de chercher dans les traditions scientifiques de la Grèce et de Rome la trace des idées qui présidèrent à sa création.

La science que nous désignons aujourd'hui sous le nom de physique, n'existait pas chez les anciens. Quelques connaissances dues au hasard.ou introduites par la pratique des arts vulgaires, résument toute la physique des Grecs, C'est que l'art d'observer, le secret d'étudier un fait, en l'isolant, par une opéralion de l'esprit, de tout ce qui l'entoure, fut à peu près ignoré des anciens. La poétique imagination des philosophes de la Grèce avait entraîné la science naissante dans une voie opposée à celle de ses progrès. Au lieu d'observer les choses qui tombent sous les sens, on cherchait à pénétrer la nature intime des phénomènes, à remonter jusqu'à la secrète essence de leurs causes. L'importance et la grandeur dus faits attiraient

surtout l'attention. On s'attachait obstinément à poursuivre des problèmes destinés à rester à jamais insolubles; on construisait l'univers avant de l'avoir entrevu. Cette philosophie arrêta dès le début les sciences physiques.

Placer au sein d'une pareille époque l'origine de la découverte la plus importante des temps modernes, c'est donc fausser les traditions de l'histoire, et le rapide examen des faits montrera sur quelles bases futiles cette opinion s'était fondée.

C'est à un savant de l'École d'Alexandrie, Héron, qui vivait cent vingt ans avant l'ère chrétienne, que la plupart des auteurs modernes rapportent l'honneur d'avoir inventé et construit la première machine à vapeur connue.

Le petit traité de Héron, intitulé Spiritalia, renferme les quelques lignes qui ont mérité au philosophe d'Alexandrie d'être proclamé le premier inventeur d'une machine construite dix-huit siècles après lui. Ce livre était loin de prétendre à une destinée si brillante. Il renferme la description d'une série d'appareils destinés à manifester certains effets curieux de l'air et de l'eau. Les matières y sont expo-

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sans ordre et sans liaison logique : aucune explication, aucune théorie, ne s'y trouvent jamais invoquées. Pour que nos lecteurs puissent en juger par eux-mêmes, nous rapporterons les divers passages sur lesquels on s'appuie pour accordera Héron la première idée de la machine à feu.

Le quarante-cinquième appareil décrit par le philosophe d'Alexandrie, se compose d'une marmite contenant de l'eau et fermée de toutes parts, à l'exception d'une ouverture donnant accès à un tube vertical ouvert. Dans l'intérieur de ce tube on place une petite boule ; par l'action de la chaleur, cette boule esj. projetée au dehors. M. Léon Lalanne, dans un travail rempli d'érudition, publié, en 1832, dans Y Encyclopédie moderne, a donné à cet appareil de Héron, le nom de marmite à vapeur chassant un projectile. Nous l'appellerions, plus simplement, marmite soulevant son couvercle, et nous n'avons pas besoin d'ajouter que la découverte d'un tel fait n'appartient pas à Héron, mais bien au premier homme qui, assis au coin de son foyer, vit le couvercle de la marmite où cuisaient ses aliments se soulever par l'effort de la vapeur d'eau. Si les titres du philosophe grec à la découverte de la machine à vapeur ne reposaient pas sur des fondements plus sérieux, il aurait à soutenir avec quelque petitfils d'Adam une discussion de priorité.

Dans les figures suivantes, Héron décrit divers mécanismes qui permettent, au moyen de l'air comprimé ou dilaté par l'action du feu, de faire sonner la trompette d'un automate, siffler un dragon de bois, ou tourner en rond de petits bonshommes. Nous ne dirons rien de tous ces appareils, qui ne sont que des variations de l'instrument connu et expérimenté dans les cours publics sous le nom de fontaine de Héron. Nous arriverons tout de suite au passage où se trouve décrit le petit appareil que l'on considère aujourd'hui comme le premier modèle de la machine à vapeur. Voici, d'après la version latine, la traduction de ce passage de l'ouvrage de

Fig. 2.

Héron, lequel est écrit en grec, comrr.c tous les livres de l'École d'Alexandrie.

« Faire tourner une petite gphère sur ton axe au moyen <f une marmite chauffée.— Soit AB (flg. 2) une marmite contenant de l'eau et soumise à l'action de la chaleur. On la ferme au moyen d'un couvercle CD que traverse le tube courbé EFG dont l'extrémité G pénètre dans la petite sphère creuse H suivant un diamètre. A l'autre extrémité du môme diamètre est placé le pivot qui est fixé surlo couvercle CD au moyen de la tige pleine LM.

De la sphère G sortent deux tubes placés suivant un diamètre (à angle droit sur le premier), et recourbés à angle droit en sens inverse l'un de l'autre. Lorsque la marmite sera échauffée, la vapeur passera par le tube EFG dans la sphère, et, sortant par les lubca infléchis à angle droit, fera tourner la sphère de la même manière que les automates qui dansent en rond (I). ■

Tel est l'appareil signalé par Arago comme « le premier exemple de l'emploi de la vapeur « comme force motrice (2). » Est-il nécessaire de dire qu'en décrivant ce joujou, qui tourne comme des automates qui dansent en rond, le philosophe d'Alexandrie ne le présentait nullement comme pouvant devenir l'origine d'une force motrice ? Toutes les expériences exposées dans son traité ne sont que des tours de physique amusante, et l'auteur ne dit rien des causes des phénomènes qu'il décrit.

Si l'on voulait d'ailleurs rechercher quelle interprétation théorique Héron accordait à ce fait, on ne pourrait, d'après son texte môme, le rapporter qu'à la seule action de la chaleur. Il dit, en effet, dans l'énoncé du problème, a faire o tourner une petite sphère au moyen d'une

(1) Ihronis Altxandrt Spiriialia [Veterum mathematicorum Opéra, in-4», p. 302).

(2) Notice historique sur le» machines à vapeur [Notices scient i fii/ lies, t. II, p. 6).

Pig. 3. — Héron fait l'expérience de l'colipyle devant les savants de l'Ecole d'Alexandrie.

marmite chauffée, » et non « au moyen de la vapeur d'eau » . Héron ne pouvait ici faire jouer aucun rôle à la vapeur d'eau, par cette raison fort simple que l'existence même de la vapeur était inconnue de son temps. Avec tous les philosophes de son époque, Héron ne voyait dans la vaporisation d'un liquide que sa transformation en air, et dans son livre il ne fait jamais allusion qu'aux effets mécaniques produits par l'air comprimé ou dilaté par le feu.

Aussi les physiciens qui sont venus après lui n'ont-ils expliqué le phénomène de la rotation de sa petite sphère que par l'écoulement et la réaction de l'air chaud, qui provenait lui-même de la transformation de l'eau en air. On trouve, dans une autre partie de l'ouvrage de Héron, la description d'un petit appareil en tout scmhlable au précédent, et

dans lequel seulement un courant d'air chaud remplace le courant de vapeur.

Le jouet décrit par Héron d'Alexandrie, ne nous semble donc mériter à aucun titre l'honneur de figurer dans l'histoire de la machine à vapeur. L'existence même de la vapeur d'eau étant ignorée des anciens, il est difficile d'admettre que l'on ait pu, à cette époque, imaginer une machine fondée sur la connaissance des propriétés de cet agent (1).

(1) Cette erreur de l'ancienne physique sur la transformation de l'eau en air par l'action de la chaleur, se prolonge, d'ailleurs, longtemps après le philosophe d'Alexandrie. Le célèbre architecte romain Vitruve, contemporain d'Auguste, dit, en parlant de Véolipyte, appareil très-anciennement connu : « Les éolipyles sont des boules d'airain qui « sont creuses et qui n'ont qu'un très-petit trou par lequel on « les remplit d'eau. Ces boules ne poussent aucun air avant « d'être échauffées; mais, étant mlseï devant le feu, aussi- « tût qu'elles sentent la chaleur, elles envoient un vent Im- « pétueux vers le feu, et ainsi enseignent par cette petite cx- « périeucc de* vérité* importante* sur la ualurc de l'air et

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On ne sera pas surpris, d'après les idées inexactes qui ont régné si longtemps sur les phénomènes de la vaporisation des liquides, de voir des siècles entiers s'écouler sans apporter la moindre notion sur les effets mécaniques de la vapeur. Cette circonstance explique la pénurie d'arguments et de faits dans laquelle se sont trouvés les écrivains qui ont voulu placer à une époque reculée l'origine de l'invention qui nous occupe.

Pour montrer à quelles pauvres ressources on est réduit sous ce rapport, il nous suffira do rappeler l'anecdote de l'historien byzantin Agathias, que Ton a coutume d'invoquer à cette occasion. M. Léon Lalanne, dans le travail cité plus haut, donne, d'après M. Léon Rénier, la traduction suivante de ce passage de l'ouvrage d' Agathias:

« 11 7 avait a Byzance un homme appelé Zénon, inscrit sur la liste des avocats, distingué d'ailleurs et très-bien avec l'empereur. 11 était voisin d'Anthémius (t), au point que leurs deux maisons paraissaient n'en faire qu'une et être comprises dans les mêmes limites. A la longue, une mésintelligence éclata entre eux, soit pour une fenêtre ouverte contrairement & l'usage, soit pour un bâtiment dont la hauteur excessive interceptait le jour, soit enfin pour quelqu'une de ces nombreuses causes qui no manquent jamais d'amener des dissensions entre très-proches voisins.

« Anthémius, ayant eu le dessous devant les tribunaux, ainsi qu'il devait s'y attendre, ayant pour adversaire un avocat, et n'étant pas capable de lutter d'éloquence avec lui, imagina pour se venger le tour suivant, que lui fournit l'art qu'il cultivait.

« Zénon possédait un appartement très-élevé, trèslarge, très-beau et très-orné, où il avait l'habitude de recevoir ses amis et de traiter ceux qui lui étaient

« des venu. > Ces vues erronées étalent encore professée» au xvi* siècle. Cardan, par exemple, s'exprimait ainsi : « Vitruve apprend 4 faire des vases qui produisent du vent :

■ Ils sont ronds et fermés de toutes parts, i la réserve d'un « seul trou qui est muni d'un tuyau très-étroit; on les « remplit d'eau et on les présente au feu; le liquide se

■ transforme en air, s'échappe par le tuyau, et augmente « l'ardeur du brasier. » Au xvit* siècle, Claude Perrault, dans sa traduction de Vitruve, reproduit cette théorie. A la même époque, l'illustre physicien anglais Boyle continuait A admettre la transformation de l'eau en air par l'action de la chaleur.

(I) Anthémius de Tralles, le plus habile architecte du temps do l'empereur Justiuicn, et qui construisit l'église de Saïute -Sophie .

I les plus chers. Le rez-de-chaussée de cet apparte- | ment appartenait à Anthémius, de sorte que le plancher intermédiaire servait de toit à l'un et de sol à l'autre. Anthémius fit placer dans ce ret-dé-chaussée de grandes chaudières pleines d'eau, qu'il entoura extérieurement de tuyaux de cuir assez larges à leur base pour embrasser entièrement le bord des chaudières, mais diminuant ensuite de diamètre comme une trompette et se terminant dans des proportions convenables. Il fixa les bouts de ces tuyaux aux poutres et aux planches du plafond, et les y attacha avec soin; de sorte que l'air qui y était introduit avait le passage libre pour s'élever dans l'intérieur vide des tuyaux et aller frapper le plafond A nu, dans l'endroit où il lui était permis d'arriver, et qui était entouré par le cuir, mais ne pouvant s'écoulor ni s'échapper au dehors. Ayant donc fait secrètement ces préparatifs, Anthémiu* il- ! luma un grand feu sous les chaudières et y produisit < une grande flamme, et l'eau s'échauffant bientôt et entrant en ébullition, il s'en éleva beaucoup de vapeur épaisse et fumeuse qui, ne pouvant s'échapper, monta dans les tuyaux et s'y élança avec d'autant plus de violonce qu'elle était resserrée dans un plus étroit espace, jusqu'à ce que, frappant continuellement le plafond, elle l'ébranla tout entier, au point de faire légèrement trembler et crier les bois. Or, Zénon et ses amis furent troublés et épouvantés, et ils s'élancèrent dans la rue en crianl et poussant des exclamations, et Zénon, s'étant rendu au palais de l'empereur, demandait aux personnes de sa connaissance ce qu'elles savaient du tremblement de terre, et s'il ne leur avait pas causé quelque dommage. ■

D'après nos connaissances sur les propriétés de la vapeur d'eau, cette expérience, telle qu'elle est rapportée par Agathias, ne pouvait en aucune manière produire les résultats qui viennent d'être rapportés. Aussi M. de Montgéry, qui publia en 1823, dans les Annales de l industrie , une série d'articles en vue de rechercher l'origine de la machine à vapeur dans l'antiquité, n'admet-il point que le mécanisme décrit par Agathias soit le même que celui qu'employa Anthémius :

■ L'extrémité évasée des tuyaux, dit H. de Montgéry, devait être placée sous les poutres, et non au delà; elle devait s'ouvrir tout à coup au moyen d'une soupape ou d'un robinet : alors seulement il y aurait eu une vive secousse (l). »

(I) Amalts dt CindHstrie naiùmtte et Hrangcrt,\.. IX, p. 7W.

Par malheur, l'historien de Byzance ne fait mention ni de robinet ni de soupape ; il est donc plus simple de regarder comme apocryphe l'aventure romanesque d'Agathias.

C'est avec un sentiment semblable qu'il faut accueillir l'assertion émise par Robert Stuart, en ces termes laconiques :

• En 1563 un certain Mathésius, dans un volume do sonnons intitulé Sarcpta, parle de la possibilité do construire un appareil dont l'action et les propriétés paraissent semblables à celles de la machine à vapeur moderne (l). »

Ce Mathésius, d'après M. Léon Lalannc, était maître d'école à Joachimsthal, ville de Bohême, autrefois célèbre par ses mines d'argent, de cuivre et d'étain. Son ouvrage, im- ; primé à Nuremberg, en 1562 [Sermonnaire des mines), n'est qu'un livre de prières. Voici le passage auquel l'écrivain anglais fait allusion :

« Au moyen de l'eau, du vent et du feu, et moyennant de beaux mécanismes, que l'eau et le minerui s'élèvent et soient mis en mouvement de plus grandes prorondeurs, afin que la dépense soit diminuée et que ces trésors cachés puissent être d'autant plus tôt percés et mis au jour... Vous, mineurs, glorifiez dans les chants des mines l'excellent homme qui fait monter aujourd'hui le minerai et l'eau sur le Platten au moyen du vent, et comment maintenant on élève l'eau au jour avec le feu. »

11 faut beaucoup de volonté pour trouver dans le texte de cette exhortation évangélique l'indication d'un appareil « dont l'action et les « propriétés paraissent semblables à ceUes de « la machine à vapeur moderne. » Il pouvait exister dans les mines diverses machines mues par le vent ou par l'air échauffé ; mais rien n'indique, dans la pieuse invocation de Mathésius, la moindre allusion à une machine agissant au moyen de l'eau réduite en vapeur.

Robert Stuart ajoute :

• Trente ans après, dans un livre imprimé à Leipsick en 1597, on trouve la description de ce qu'on appelle un. eolipyle, que l'on peut, dit-on, utiliser en l'adaptant à un lournebroche. »

(1) Hiitoir» descriptive de la machine à vapeur, traduit de l'anglais de Robert Stuart (Robert Mickelnaro), ln-12, p.». Paru, 18J7.

L'éolipyle, appareil connu, comme on vient de le voir, depuis une époque fort reculée, a beaucoup attiré l'attention des physiciens du moyen Age, qui ignoraient cependant la cause des effets curieux qu'il produit, et s'imaginaient que l'eau s'y transformait en air. Il n'est donc pas impossible que l'insignifiante et pauvre application dont parle Robert Stuart ait pu être réalisée, bien qu'il ne nous donne aucune indication positive sur l'ouvrage qui la mentionne.

Arago et tous les écrivains français qui, «'occupant, après lui, de l'histoire de la machine à vapeur, se sont bornés à reproduire ses opinions, admettent que la première expérience relative aux effets mécaniques de la vapeur d'eau a été faite au commencement du xvir1 siècle, par un gentilhomme de la chambre de Henri IV, nommé David Rivault, seigneur de Flurance, précepteur de Louis XIII.

a Pour rencontrer, dit Arago, après les premiers aperçus des philosophes grecs, quelques notions utiles sur les propriétés do la vapeur d'eau, on se voit obligé de franchir un intervalle de près de vingt siècles. Il est vrai qu'alors des expériences précises, concluantes, irrésistibles, succèdent à des conjectures dénuées de preuves.

■ En 1605, Flurance Rivault, gentilhomme de la chambre de Henri IV et précepteur de Louis XIII, découvre, par exemple, qu'une bombe i parois épaisses, et contenant de l'eau, fait tôt ou tard explosion quand on la place sur le feu après l'avoir bouchée, c'est-à-dire lorsqu'on empêche la vapeur d'eau de se répandre librement dans l'air à mesure qu'elle s'engendre. La puissance de la vapeur d'eau se trouve ici caractérisée par une épreuve nette et susceptible jusqu'à un certain point d'appréciations numériques; mais elle se présente encore à nous comme un terrible moyen de destruction {{).»

Arago nous dit encore, à propos de l'expérience du marquis de Worcestcr qui fit éclater un canon par l'action de la vapeur :

a Cette expérience était déjà connue en 1600, car Flurance Rivault dit expressément que les éolipyles crèvent avec fracas quand on empêche la vapeur de s'échapper. Il ajoute même : • L'effet de la raré-

(1) Notice biographique sur James Watt (AWiow biographiqueiy t.l, p. 304).

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• faction de l'eau a de quoi épouvanter les plus as- « sures des hommes (1). »

La meilleure manière de reconnaître si ' Arago a exactement traduit la pensée de Tau- j tour des Éléments d'artillerie, c'est évidemment de recourir à l'ouvrage lui-môme. Le passage auquel Arago fait allusion se trouve ! au livre III, dans lequel Flurance Rivault cherche à établir la nature des substances qui peuvent entrer dans la composition de la poudre. Voici textuellement ce passage :

« Conjecturer les iruirédiens de la bonne txiiuirr à ranon. — 11 est certain que cherchant une prompte raréfaction, il faut l'avancer par la chaleur ; car il n'y a point en la nature de plus agissante qualité. Le froid agit ; mais il resserre. Les deux autres, sécheresse et humidité, n'ont que fort peu d'action ou plutôt nous doivent servir de matière et de patient on ce dessein que d'agent. Voyons du froid s'il nous est propre. l'eau humide qui se convertit en air se raré- (U, et en est la raréfaction suivie de violence. Voyez- 1 \ous ces instruments d'airain globeux et creux, qui , oui un trou par lequel on verse l'eau. Les Grecs les ont nommés portes J'Êole, parce que, si vous les appiochez du feu, le métal en est eschaufTé, et l'eau i quand et quand, laquelle peu à peu se convertit en air j par raction de la chaleur, et estant faicte rare et vent, elle j sort par le trou avec force, et après ravive le feu par son souffle, qui le premier luy avoit donné estre. Il j y a quelque apparence que si ce nouvel aèr ne trou- ( voit lors issue libre par la petite porte, qu'il briseroitle vaisseau pour se donner jour : ainsi que l'hu- ' midité de la chastaigne aéré fiée par le feu, Iq faict esclater seulement, pour se donner libre entendue. Que si la furie de cet esclat n'a d'estonnement que pour les en fans, < l'effeci de la raréfaction de l'eau a de quoy esjwuv<mter les plus asseurés hommes en Vaccidmt des tremblemens de terre. L'eau coulée ès cavernes de la terre au printems principalement et en automne, y est eschauffée, soit par les feux qu'elle y rencontre souvent, soit par les chaudes exhalaisons qui sortent des soupiraux terrestres : tant que raréfiée et convertie en ' aèr, le lieu qui la contenoit auparavant n'est plus capable d'embrasser si longues et si larges dimen- j sions : tellement que, pressée de s'estendre et vio- J lentéa par cet hoste devenu puissant, la terre ; s'entr'ouvre pour luy faire jour avec un desbriz es- i pouvantable. Il y a un million d'autres effects de cette raréfaction d'humidité, qui nous pourroyent guider a l'exécution de quelque violence. Mais nous devons y considérer qu'elle ne se fait à coup : ains

(I) Notice historique sur Us machines à va)*ur (Sotices scientifiques, t. H, p. 10).

avec le tems, et que la matière humide ne s'cxhalle pas toute a la fois, mais peu à peu. Or nous cherchons de la promptitude et un effect momentané, principalement pour ce qui est de l'action du canon. Car ce n'est pas qu'èz autres artifices du feu nous ne nous servons quelques fois d'humides, quand nous en voulons faire durer la violence. Mais cela n'est pas de ce lieu. Il faut donc nous attacher à lasécheresse, et a un subject sec qui ait peu de résistance contre la chaleur, et soit amy du feu. Car l'humido lui résiste : au contraire lo sec est de sa nature mesme.

Or ny l'air qui est humide et chaud, ni l'eau qui est froide et humide, ne nous peuvent donner ce corps sec que nous cherchons. L'eau en est la plus incapable, tellement que toutes choses humides et froides doivent être bannies do notre poudre; etc. (1). ■

Quand on a lu ce morceau confus, empreint des idées surannées de l'ancienne physique, et tout rempli des lieux communs et des divagations qu'elle affectionne, on se demande comment Arago a pu l'honorer d'une interprétation aussi large. Rivault ne parle nullement de vapeur d'eau, comme on le lui fait dire; il parle seulement, d'après les opinions scientifiques de son époque, de la conversion de l'eau en air. Il ne fait aucune allusion à

(1) Les Éléments de tartillerie, concernant tant la théorie que la pratique du canon, par le tlcur de Flnranc* Rivault, 1CM, p. 150.

CiW.1 Ct.V H rft. Imf. Tm'v inm

l'ig. 5. — Salomon do Caiii dlrlsr* In rr^nrlnn d> m Jnrdltn <rilMdfltt>crp (pnfjo 12).

une Wtpél ionco qu'il aurait exécutée, et il ne nous dit rien de cette « bombe à parois épais- « ses, et contenant de l'eau, qui fait tôt ou « tard explosion, quand on la place sur le feu « après l'avoir bouchée, n II parle tout simplement de châtaignes « dontl'esclat n'a d'es- « tonnement que pour les enfans ; » et s'il nous dit que « l'cffect de la raréfaction de a l'eau a de quoy espouvanter les plus asseu- « rés hommes, » il a soin d'ajouter « en l'ac- « cident dcstrcmblemcnsde terre, » complément explicatif qui ramène le fait à sa véritable expression. Et convenez que cet accident ries tremblements de terre et cette furie des châtaignes sont bien faits pour réduire h sa juste valeur la prétendue découverte du précepteur de Louis XIII et pour affaiblir ses droits à la reconnaissance de la postérité. • Ainsi, jusqu'à la fin du m" siècle, aucune notion ne fut acquise concernant l'ap- T. i.

plication des effets mécaniques de la vapeur d'eau. Ce fait ne surprend point quand on se rappelle que toutes les connaissances que nous résumons aujourd'hui sous le nom de Physique, étaient enveloppées, à celte époque, de l'obscurité la plus profonde. La création de la physique pouvait seule apporter les faits précis qui devaient servir de point de départ à la découverte «1rs effets mécaniques delà vapeur d'eau et déterminer son emploi comme force motrice.