CHAP1TRE PREMIER

CONCERNANT I.A IXKOBGTION PAR LA VAPEUR. — JAMES WATT. — VOITURE A VAPEUR DE I. 'INGÉNIEUR FRANÇAIS CUGNOT. — CONSTRUCTION DES PREMIÈHES MACJJINES A BAOTE PRESSION PAR OLIVIER EVANS. — APPLICATION DE CES MACHINES A LA t-OCOMOTION SUR LES ROUTES ORDINAIRES. — VOITURE A VAPEUR DOLIVIER K VANS . — DIIt.GENCE A VAPEUn DE TRBVITHICE ET VIVIAN.

La machine à vapeur a eu cette heureuse destinée, que les diversesaméliorationsqu'elle a reçues depuis son origine, ont trouvé, dès l'instant de leur création, des applications de la plus haute importance. En 1690, le génie de Papin jette dans le monde scientifique sa grande conception concernant la force élastique de la vapeur d'eau, et dix ans se sont à peine écoulés, que cette pensée théorique, sortant du domaine spéculatif où elle a pris naissance, reçoit son application dans l'industrie. Savery et Newcomen, consacrant la machine atmosphérique à l'épuisement des eaux dans les mines de houille, arrachent à une imminente ruine la branche mère de l'industrie britannique. Des que James Watt a accompli dans le système des machines à vapeur cette révolution admirable que nous avons fait connaître, on voit aussitôt les applications de ses découvertes se réaliser sur

une échelle immense. Avec les forces nouvelles dont elle est armée, la machine à vapeur s'éiance, par toutes les voies, dans le domaine de l'industrie, et vient offrir son utile concours aux innombrables travaux des manufactures et des usines. La persévérance et les talents de Fulton lui ouvrent ensuite l'empire des mers, et elle brave sur l'Océan, l'effort des vents et des flots. Enfin, de nouveaux perfectionnements apportés au mécanisme de ce puissant moteur, permettent de l'appliquer aux transports rapides sur les voies de la locomotion terrestre.

C'est cette nouvelle période des progrès de la machine à vapeur qu'il nous reste à aborder, et ce n'est ni la moins curieuse, ni la moins intéressante de son histoire.

Bien que les machines à vapeur locomotives soient beaucoup plus simples dans leur combinaison, que les machines fixes qui fonc-

tionncnt dans les usines ou sur les navires, 1 leur invention est de beaucoup postérieure en date à ces dernières. Les bateaux à vapeur sillonnaient les fleuves dans les deux hémisphères, vingt ans avant que la circulation des voyageurs fût établie sur les chemins de fer.

Cette circonstance s'explique sans peine, si l'on considère les conditions spéciales auxquelles la machine à vapeur devait satisfaire pour servir à traîner sur la terre, les hommes et les fardeaux. Les seules machines à vapeur connues et employées dans l'industrie, jusqu'au commencement de notre siècle, furent les machines à condensation. Or, on ne pouvait songer à les appliquer aux transports sur les routes; car l'énorme quantité d'eau employée au seul usage de la condensation de la vapeur, aurait surchargé la voiture au point de l'empêcher de se traîner elle-même. Il fallait, pour résoudre ce problème, posséder un appareil moteur présentant tout à la fois un poids très-faible, un volume médiocre et une puissance considérable. Les machines à haute pression pouvaient donc seules donner moyen d'appliquer la puissance de la vapeur à la locomotion terrestre.

Cependant cette vérité ne s'est pas toujours montrée tellement évidente, que quelques mécaniciens n'aient essayé de faire usage de la machine à vapeur à condenseur pour la locomotion terrestre. Mais ces tentatives méritent à peine un souvenir.

C'estainsi qu'en 1759, le docteur Robinson, alors élève à l'université de Glascow, s'était proposé d'appliquer la vapeur à faire tourner les roues des voitures; et que James Watt, en 1784, donna, dans un de ses brevets, la description d'une machine à condensation applicable au môme objet. Mais ces deux savants avaient l'un et l'autre une connaissance trop approfondie de ces questions pour ajouter aucune importance à une idée de ce genre. Ils ne tardèrent pas à abandonner leur projet.

Le premier mécanicien qui ait eu l'idée

I d'employer la vapeur à haute pression pour la locomotion terrestre, et qui, par cela même, mérite le titre d'inventeur des locomotives, est un Français, nommé Cugnot.

Joseph Cugnot, né à Void, en Lorraine, le 25 septembre 1725, avait vécu pendant toute sa jeunesse en Allemagne, où il servait en qualité d'ingénieur. 11 passa ensuite dans les Pays-Bas, pour entrer au service du prince Charles. Un ouvrage sur les Fortifications de campagne , et un nouveau modèle de fusil, qui fut accueilli par le maréchal de Saxe, et adopté pour l'armement des hulans, lui valurent une certaine notoriété dans son art.

Encouragé par ces premiers succès, il s'occupa, à Bruxelles, de construire des chariots à vapeur, qu'il désignait sous le nom de fardiers à vapeur, et qu'il destinait au transport des canons et du matériel de l'artillerie. Il est à croire que si le chariot à vapeur ou le train d'artillerie à vapeur, eût donné de bons résultats, l'inventeur n'eût pas tardé à appliquer le même mécanisme à la traction des voitures et véhicules de tout genre.

Quoi qu'il en soit, Cugnot se rendit à Paris en 1763, pour y continuer ses recherches. Au bout de plusieurs années de travaux, il réussit à construire un modèle de voiture à vapeur qui fut soumis en 1769, à l'examen de Gribeauval. Un ancien rapport, retrouvé par M. le général Morin aux Archives dp l'artillerie, établit d'une manière authentique, l'origine de la voiture de Cugnot. Voici un extrait de ce rapport :

a En 1769, ua officier suisse, nommé Planta, proposa au ministre Choiseul plusieurs inventions, lesquelles, en cas de réussite, promettaient beaucoup d'utilité.

« Parmi ces inventions, il s'agissait d'une voiture mue par l'effet delà vapeur d'eau produite par le fou.

« Le général Gribeauval ayant été appelé pour examiner le prospectus de cette invention, et ayant reconnu qu'un nommé Cugnot, ancien ingénieur cbes l'étranger et auteur de l'ouvrage intitulé For- Hflrations de campagne, s'occupait alors d'exécuter a Paris, une invention semblable, détermina l'officier suisse Planta 4 en faire lui-même l'examen.

• Cet officier l'ayant trouvé de tous points semblable à lu sienne, le ministre Choiaeul chargea l'ingénieur Cugnot d'exécuter aux frais de l'État celle par lui commencée eo petit.

« Mise en expérience en présence du ministre, du général Gribeauval et en celle de beaucoup d'autres spectateurs, et chargée de quatre personnes, elle marcha horizontalement, et j'ai vérifié qu'elle aurait parcouru environ 1 800 a 3 000 toises par heure, si elle n'avait pas éprouvé d'interruption.

« Hais la capacité de la chaudière n'ayant pas été assez Justement proportionnée avec assez de précision i celle des pompes, elle ne pouvait marcher de suite que pendant la durée de doute A quinze minutes seulement, et il fallait la laisser repos* r 4 peu près la même durée de temps, afin que la vapeur de l'eau reprit sa première force ; le four étant d'ailleurs mal fait, laissait échapper la chaleur ; la chaudière paraissait aussi trop faible pour soutenir dans tous les cas l'effort de la vapeur.

« Cette épreuve ayant fait juger que la machine exécutée en grand pourrait réussir, l'ingénieur Cugnot eut ordre d'en faire construire une nouvelle, qui fût proportionnée de manière à ce que, charpie d'un poids de huit A dix milliers, son mouvement pût être continu pour cheminer A raison d'environ < 800 toises par heure.

« Elle a été construite vers la fin de 1770, et payée à peu pr.'s 20 000 livres.

• On attendait les ordres du ministre Choiseul pour en faire l'essai, et pour continuer ou abandonner toutes recherches sur cette nouvelle invention ; mais ce ministre ayant été exilé peu après, la voiture est restée là, et se trouve aujourd'hui dans un couvert de l'Arsenal («). •

Ce rapport semble établir que les essais définitifs de la voiture de Cugnot ne furent point exécutés. Cependant Bachaumont nous apprend le contraire.

■ On a parlé, il y a quelque temps, nous dit l'auteur des Mémoires ucrrts, k la date du 30 novembre 1770, d'une machine A feu pour le transport des voilures, et surtout de l'artillerie, dont H. Gribeauval, officier en cette partie, avait fait faire des expériences qu'on a perfectionnées depuis, au point que mardi dernier la même machine a traîné dans l'Arsenal une masse de cinq milliers servant de socle à un canon de 48, du même poids à peu près, et a parcouru en une heure cinq quarts de lieue.

« I.a même machine doit monter sur les hauteurs les plus escarpées et surmonter tous les obstacles de l'inégalité des terrains ou de leur abaissement. »

(1) Rapport pdrttié au mimitrt de la gverrt, le 24 janvier lSOi, par L. N. Rolland, commissaire général de l'artillerie.

Mais cet espoir fut déçu, car la tradition rapporte que, dans dus essais postérieurs, la violence des mouvements de cette machine ayant empêché de la diriger, elle alla donner contre un pan de mur de l'Arsenal, qui fut renversé du choc.

Cugnot obtint du gouvernement français, sur la proposition du général Gribeauval, une pension de six cents livres. Il en jouit jusqu'au moment de la révolution, qui vint le priver de cette faible ressource. Le mal. heureux officier serait alors mort de misère, si une dame charitable de Bruxelles ne lui eût fourni quelques secours.

En 1793, un comité local de Salut public voulut démolir, pour en fabriquer des armes, la machine de Cugnot, qui se trouvait toujours à l'Arsenal. Mais des officiers d'artillerie s'opposèrent à ce projet.

Le général Bonaparte, à son retour d'Italie, eut connaissance de l'existence de la machine de Cugnot, et il exprima à l'Institut l'opinion qu'il serait possible d'en tirer parti.

Bonaparte fut nommé membre d'une Commission qui devait examiner l'appareil ; mais son départ pour l'Egypte empêcha de nou-

En 1799, Molard, directeur du Conservatoire des Arts-et-Métiers, réclama le chariot à vapeur de Cugnot pour cet établissement. Mais ce ne fut que deux ans après que l'on donna suite à cette demande, par suite de l'opposition qu'elle rencontra auprès du ministre Roland et de quelques officiers. La machine de Cugnot fut donc transportée en 1801, au Conservatoire des Arts-et-Métiers.

Cugnot avait alors soixante-quinze ans. A la suite d'un rapport favorable sur ses travaux, fait par une commission académique, Bonaparte lui rendit sa pension, qui fut portée à mille livres. Il mourut en 1804, âgé de soixante-dix-neuf ans, au moment où les premières locomotives commençaient à marcher sur les voies ferrées de Newcastle.

La voiture à vapeur de Cugnot existe en-

core au Conservatoire des Arts-et-Métiers de Paris, où les curieux l'examinent toujours avec un vif intérêt.

La voiture de Cugnot était mise en mouvement par une machine à vapeur à simple effet. Cette machine se composait de deux cylindres de bronze, disposés verticalement, et dans lesquels la vapeur, introduite au moyen d'un tube, se trouvait mise en communication, tantôt avec la chaudière pour recevoir la vapeur, tantôt avec l'atmosphère, pour chasser dehors cette vapeur quand elle avait produit soneflet. La chaudière, disposée à l'avant de la voiture, présentait la forme d'un sphéroïde aplati ; le foyer, à peu près concentrique a la chaudière, était disposé audessous. Le métal était enveloppé d'une couche de terre refrac taire pour l'isoler du foyer.

Tout ce système reposait sur trois roues : c'était un tricycle. Lue roue unique formait T. L

l'avant-train ; deux très-fortes roues, montées sur un essieu ordinaire, composaient l'arrière-train. C'est à la roue de devant que s'appliquait la puissance motrice. La vapeur à haute pression, poussant le piston dans chacun des deux cylindres à simple effet, communiquait leur mouvement alternatif, à l'aide de rochets et de cliquets, à l'essieu de la première roue, ou roue motrice. Pour trouver plus d'adhérence sur le sol, cette même roue était cerclée d'un bandage de fer, rayé de stries profondes.

L'avant-train de la voiture pouvait tourner comme celui d'une voiture ordinaire ; il pouvait faire jusqu'à des angles de 90" avec l'arrière-train. Le fardier de Cugnot tournait donc sur le terrain aussi facilement que s'il eût été attelé à des chevaux.

Disons toutefois que Cugnot ne s'était pas inquiété des moyens de remplacer l'eau, à

2 (il)

MERVEILLES DE LA SCIENCE

mesure qu'elle disparaissait en vapeur; si bien, qu'au bout d'un quart d'heure tout mouvement se trouvait arrêté. Il fallait rèmplir de nouveau la chaudière, et la marche de la voiture n'était rétablie que lorsque la vapeur avait acquis une tension suffisante.

Cette circonstance suffisait à elle seule, pour empêcher toute application sérieuse de cet appareil, quelque remarquable que fût, d'ailleurs, sa conception.

Un essai avorté compromet toujours l'avenir d'une idée scientifique. Le mauvais effet que produisit l'échec de Cugnot retarda notable- j ment la découverte de la locomotion par la vapeur, en détournant les mécaniciens de cette étude. Trente années s'écoulèrent, pen- ! dant lesquelles ce genre de recherches fut totalement abandonné. L'emploi général des machines à vapeur à haute pression put seul ramener l'attention sur ce problème, en raison des facilités évidentes que ce genre de machines apportait à la solution du problème des voitures à vapeur.

Nous avons donné, dans la notice consacrée à la machine à vapeur {page 110), l'historique de la machine à vapeur à haute pression, inventée par Olivier Évans.

En 1786, Olivier Évans adressa au Congrès de l'Etat de Pcnsyivanie, la demande d'un double privilège pour ses moulins à farine et pour une voiture à vapeur; chacun de ses mécanismes était mis en action par une machine à haute pression.

Sa première requête fut bien accueillie ; mais la pauvre chambre de Pcnsyivanie ne comprit rien à la seconde. Ne pouvant se décider à prendre au sérieux le projet d'une voiture qui marcherait sans chevaux, elle ne voulut pas même en faire mention dans son rapport. « Entre nous, disaient les membres de la commission, le cher Olivier n'a pas la tète saine. »

11 revint à la charge dix ans après. Mais mieux inspiré cette fois, il s'adressa au Congrès du Maryland, qui céda à ses sollicita-

tions. Un privilège pour la construction de chariots à vapeur, lui fut concédé le 21 mai 1797, par la législature de cet État, non toutefois sans l'expression d'un doute très-prononcé, et « vu, disait le rapporteur, que cela ne peut nuire à personne. »

Cette approbation équivoque ne pouvait guère encourager les capitalistes à entrer dans l'entreprise d'Olivier Évans. Toutes les bourses se fermèrent devant le songe-creux qui rêvait des voitures sans chevaux.

Si mal accueilli par ses compatriotes, Évans se décida à envoyer à Londres les plans de sa machine et l'exposé des moyens qu'il comptait mettre en œuvre. Il désirait trouver en Angleterre, quelque capitaliste qui consentit à prendre un brevet, en partageant avec lui les bénéfices de l'exploitation. Mais on lui répondit de Londres, que personne n'ajoutait foi à ses idées.

Cependant, vers l'année 1800, ayant amassé une petite somme, Olivier Évans se détermina à commencer à ses frais, la construction de sa voiture à vapeur.

On s'occupait beaucoup à Philadelphie, de la machine qu'il était en train de construire ; mais ce n'était que pour la tourner en ridicule. La plupart des personnes instruites qui venaient visiter ses ateliers, traitaientouvertement son projet de folie. Un ingénieur qui jouissait d'un certain renom, voulut donner à ce blâme public la sanction scientifique, et dans un mémoire qu'il présenta à la Société philosophique de Philadelphie, il essaya de prouver qu'il était impossible qu'une voiture « roulât jamais par Faction de la vapeur ».

Heureusement pour son crédit futur, la société ne laissa pas imprimer cette assertion, et biffa les parties de ce travail où elle se trouvait émise, «attendu, dit-elle avec beaucoup de sens, qu'on ne peut assigner de bornes au possible ».

En dépitde l'opposition et descritiques qu'il rencontrait, Olivier Évans s'occupa tle ter-

LOCOMOTIVE ET CHEMINS DE FEU

miner ses divers appareils, et vers la fin de i 1800, ayant dépense jusqu'à son dernier dut- j lar en expériences, il eut le contentement de ■ voir sa voiture à vapeur marcher dans les rues de Philadelphie.

Mais son contentement s'arrêta là. Lorsqu'il fut question de fonder une entreprise pour construire des voitures semblables, et les affecter à un service de roulage, personne ne se montra disposé à courir les chances d'une affaire si nouvelle.

Au bout de plusieurs années d'efforts et de sollicitations inutiles, Evans se vit contraint de renoncer sans retour, au projet qu'il poursuivait depuis si longtemps. Il revint donc aux travaux ordinaires de sa profession de constructeur de machines à vapeur, et se consacra surtout à fabriquer des machines à haute pression. Nous avons déjà dit qu'il créa à Philadelphie, de vastes ateliers pour la fabrication de ses machines, et qu'il mourut en 1819, du chagrin que lui flt éprouver l'incendie de ses ateliers de Pittsburg.

Cependant les idées d'Olivier Évans n'étaient pas demeurées absolument sans écho en Angleterre, où il avait envoyé ses plans.

Deux mécaniciens du CornouaiUes, Trevithick et Vivian, construisirent, en 1801, des machines à vapeur à haute pression, d'après ses modèles. Frappés bientôt des avantages qu'elles offraient pour l'application de la vapeur à la locomotion, ils essayèrent de construire des voitures mises en mouvement par de la vapeur à haute pression. Ils ne faisaient en cela, qu'imiter l'exemple d'Olivier Evans, qui, en Amérique, comme on vient de le voir, avait fait de longs et sérieux efforts pour appliquer la machine à vapeur à haute pression à la traction des véhicules sur les routes ordinaires.

Ayant réussi à disposer une voiture mue par une machine à vapeur à haute pression, Trevithick et Vivian obtinrent un brevet pour exploiter, à leur profit, l'usage de ces voitures à vapeur sur les routes ordinaires.

La voiture à vapeur de Trevithick et Vivian (Ggure 124 page 276), présentait à peu prèsla ■ forme de nos diligences. Entre les jrandes roues, et par conséquent à l'arrière, se trouvait un large et solide châssis de fer, fixé sur l'essieu. Ce châssis supportait un foyerB, enveloppé de toutes parts par l'eau d'une chaudière A, qui, à l'aide d'un tube, envoyait sa vapeur dans le cylindre C, disposé horizontalement. Le piston de ce cylindre poussait une tige, ou bielle, qui imprimait, au moyen d'un galet, roulant dans une glissière D, un mouvement de rotation à un axe coudé, E, lequel mettait en action la petite roue dentée F, pourvue d'un volantG, et par suite, la roue dentée H, engrenant avec la première. Cette roue 11 étant fixée sur l'essieu des deux roues K de la voiture, faisait avancer la voiture. Au devant était une petite roue unique, L, qui pouvait se mouvoir en tous sens. Pour suivre les diverses inflexions de la route, pour aller à droite, à gauche, etc., le conducteur n'avait qu'à mettre en action au moyen d'un levier, cette petite roue directrice. Un frein disposé contre le volant de la machine à vapeur, modérait la vitesse, dans les descentes trop rapides.

Ce curieux appareil offrait diverses combinaisons très-ingénieuses. Cependant il était impossible qu'il triomphât des difficultés infinies que présente la progression des voitures à vapeur, sur les grandes routes. Le frottement énorme qui s'opère à la circonférence des roues, oppose un obstacle des plus graves à ce genre de locomotion. 11 est reconnu que, sur les meilleures routes, la résistance à vaincre, par suite du frottement, représente les quatre centièmes du poids à transporter, et s'il s'agit de franchir une rampe de 3 centimètres, ce qui arrive fréquemment, elle s'élève aux sept centièmes de la charge. On peut sans doute, surmonter cette résistance en faisant usage de machines plus puissantes; mais chaque nouveau poids ' ajouté augmente encore le frottement, qui

2G8 MEKVE1LLES DE LA SCIENCE.

Kig. 124. — Voilure a vapeur inarcliuul *ur las roules ordinaire», coimiruiie eu mw, par Trevilhick et Vivian. (Coupe de l'appareil donnée par une gravure anglaise du tempa.)

croit, dans ce cas, en proportion de la pesanteur. Cette difficulté n'existe pas sur les bateaux, dans lesquels on peut à volonté, augmenter la puissance des machines motrices, car les poids les plus lourds sont soutenus par l'eau, sans que la résistance que le frottement oppose à la marche du bâtiment, s'accroisse en proportion de ces poids. Enfin, la locomotion parla vapeur présente sur la terre, d'autres difficultés qui sont tout aussi graves. Les chocs inévitables qui résultent des inégalités du terrain, \ compromettent à chaque instant, le jeu ou la conservation de la machine ; et la difficulté de contenir etdc régler la marche d'une semblable voiture, sur un chemin livré à tous les embarras de la circulation publique, vient encore ajouter à ces dangers.

Trevithick et Vivian ne tardèrent pas à reconnaître leur impuissance à triompher de tels obstacles. Après un grand nombre d'essais infructueux, ils se virent obligés de renoncer à leur projet do lancer des voitures à vapeur sur les roules.

Désireux, néanmoins, de ne pas perdre tout le fruit de leurs travaux, ils songèrent à établir leur machine sur les chemins à rails de fer, qui depuis fort longtemps étaient en usage dans plusieurs mines de l'Angleterre, soit pour transporter la houille dans l'intérieur des galeries, soit pour l'amener aux lieux de consommation.

Quelques essais leur suflircnt pour reconnaître qu'une voiture à vapeur pourrait offrir, dans ce cas, quelques avantages, et au mois de mars 1802, ils obtinrent un brevet leur conférant le privilège de l'emploi de ces voilures sur les chemins à rails.

Us n'ajoutaient ccpendantqu'uneassez faible importance à ce projet, par suite de l'opinion, unanimement admise à cette époque, que los roues d'une voiture portant sur des rails de fer, ne pourraient y trouver assez de frottement ou de prise, pour marcher avec une certaine vitesse. La lenteur, qui semblait une condition forcée de ce système de locomotion, paraissait devoir restreindre beaucoup ton

emploi, et le réduire au service exclusif dos mines.

L'emploi de la machine de Trevithick et Vivian sur les chemins à rails, ne fut donc qu'une sorte de pis aller, une manière de tirer quelque parti des résultats d'une tentative, évidemment avortée. On ne soupçonnait guère alors les prodiges que l'expérience et l'étude devaient faire sortir un jour de cette entreprise, à demi abandonnée. Personne ne pouvait prévoir que cet appareil imparfait, relégué, en ce moment, dans les mines de charbon, pour un service obscur et secondaire, révolutionnerait un jour tout notre système de locomotion.