CHAPITRE I

§ 1. — Là machine à vapeur

Hifltoriqae. — Il faut remonter à deux mille ans, vers Fan 120avant Tère chrétienne, pour trouver le premier vestige d'emploi de la vapeur d'eau comme force motrice, dont

l'histoire ait conservé la trace.

Dans un traité intitulé Spiritalia, Héron, savant de l'École d'Alexandrie, décrit des appareils destinés à manifester certains effets curieux de l'air et de l'eau. L'un d'eux, appelé boule (VEole, ou éolipyle (porte d'Éole ou porte du vent), se compose (fig. i) d une sphère creuse en cuivre S, communiquant avec un vase fermé, plein d'eau, par deux tubes recourl)és a, 6, dont l'un, plein, sert de tourillon, et dont l'autre, creux, pén»;tre dans la sphère.

Celle-ci porte, de plus, deux petits tubes coudés, placés aux extrémités d'un même diamètre vertical, et dont les ouvertures extérieures sont dirigées on sons inverse. Le vase fermé éteint chauffé, la vapeur arrive par le tube creux dans la sphère, s'échappe par les deux tubulures et provoque un mouvement

de rotation de la sphère dû à la réaction de la vapeur sur la paroi opposée.

La vapeur agit donc dans cet appareil par sa puissance vive.

Il démontre effectivement qu'on peut se servir de la vapeur comme puissance motrice, mais il ne peut être considéré comme le germe d'où est sortie la machine à vapeur actuelle, dont le fonctionnement repose sur un principe différent. Cependant on retrouve l'application du principe de l'éolipyle de Héron dans les turbines à vapeur qui tendent à être employées aujourd'hui, surtout quand on a besoin de vitesses considérables. On verra, en effet, que ces appareils utilisent la réaction de la vapeur comme puissance motrice.

Pendant seize cents ans, l'histoire n'enregistre aucune recherche nouvelle sur la vapeur d'eau; il faut arriver au xvi^ siècle pour voir l'Italien JJonard (le Vinci (1452-1519) proposer de lancer des boulets au moyen de vapeur comprimée dans un canon. Il appelait sa machine architonnerre, et en rapportait l'invention à Archimède.

En 154:1, d'après Arago, l'Espagnol Blasco de Garay tente, à Barcelone, un essai d'application de la vapeur à la propulsion des navires. Il s'agissait, selon toute probabilité, d'un éolipyle de grandes dimensions.

En 1608, J,-B. Porta, de Naples, dans sa Pneumatique, propose de faire monter un liquide au-dessus de son niveau, par la pression dé la vapeur d'eau sur sa surface. Ce principe est encore appliqué, de nos jours, dans les monte-jus.

En 1615, le Français Salomon de Caus, ingénieur de Louis XÏII, dans son volume les Raisons des forces mouvantes, indique les principales propriétés de la vapeur. Il connaît la condensation et sait que le volume d'eau produit par cette dernière est égal au volume qui avait été vaporisé. Il sait qu'une boule, remplie d'eau et fermée herméticiuement, éclate avec fracas quand elle est violemment chaulTéf;. Enfin il décrit un appareil destiné à élever l'eau plus haut que son niveau, sous l'influence de la pression de la vapeur.

L'appareil (fig, 2) se compose d'un ballon de cuivre à deux tubulures : l'une, munie d'un entonnoir et d'un robinet servant à l'introduction de l'eau ; l'autre, munie d'un tube vertical descendant près du fond du ballon. Si on chauffe 1a

ballon plein d'eau, la vapeur produite, ne pouvant s'échapper, presse sur la surface du liquide et le force à jaillir par le

tube vertical avec une force variable avec la pression.

En 4629, ritalien Giovanni Branca^ dans son volume intitulé le Machine del Sig, Branca, décrit une machine consistant en une tête creuse servant de chaudière, dont la bouche lance un jet de vapeur sur les augets d'une roue à F«o. 2- palettes, qui prend un mouvement de

rotation.

Vers 4650, le beau-frère de Crorawell, évêque de Chester, Jean Wilkins^ modifie cet appareil et propose d'envoyer un jet de vapeur sur les voiles d'une roue destinée à mouvoir un tourne-broche.

En 1663, le marquis de Worcester^ reprend les expériences de Salomon de Caus ; c'est ainsi qu'il .fait éclater, en le chaufTant, un canon rempli d'eau et bouché, montrant, de cette façon, la force expansive de la vapeur.

En 1670, Otto de Guericke, bourgmestre de Magdebourg, inventait la machine pneumatique, et, en 1676, le physicien anglais Robert Boyle montrait la nature de la vapeur d'eau, tandis que, deux ans plus tard, en 1678, l'abbé français Jcajt Hautefeuille proposait d'élever l'eau destinée aux bassins de Versailles à l'aide d'une machine à poudre. Dans cette machine, la déflagration de la poudre produisait le vide dans une caisse munie d'un tube plongeant dans le liquide, qui s'élevait par suite de la pression atmosphérique.

En 1680, le Hollandais Huyghem, fixé à Paris, où il avait été attiré par Colbert, construisit la premicr;e machine, dans laquelle un piston mobile pouvait se mouvoir dans un cylindre. Cette machine était une machine h poudre. Elle se composait (fig, 3) d'un cylindre vertical ouvert à sa partie supérieure, et dans l'intérieur duquel se mouvait un piston auquel était attachée une corde passant sur une poulie. A cette corde était fixé le poids à élever. A la partie supérieure étaient disposées deux poches de cuir munies de soupapes s'ouvrant de dedans en dehors et destinées à donner

issue aux gaz de la combustion ; au bas du cylindre, une petite boite était destinée à recevDir la poudre. L'explosion de celle-ci projetait le piston à la partie supérieure, et rejetait par les poches Tair du cylindre ; les soupapes se refermaient aussitôt sous la pression atmosphérique, qui, agissant aussi sur le piston, provoquait la montée du poids.

' C'est alors que le Français Denis Papin, qui avait aidé le célèbre Huyghens à construire sa machine, ayant remarqué que fair ne pouvait jamais être chassé complètement de l'appareil, et qu'il en restait un cinquième environ, ce qui perdait la force et rendait décroissante la puissance de descente du piston, eut ridée de remplacer la poudre à canon par de la vapeur d'eau, afin d'obtenir, après la condensation, un vide parfait.

C'est cette idée véritablement géniale qui constitua le germe d'où est sortie la machine à vapeur moderne.

Denis Papin, l'inventeur de la machine à vapeur, naquit en 1647, à Blois, de famille protestante. D'abord médecin à Paris, il fut en rapport avec Huyghens, puis partit pour Londres où il fut en relations avec le physicien Robert Boyle, qui le fît nommer membre de la Société royale de Londres (1680). Il quitta Londres en 1681, pour se rendre à Venise, où il fit partie d'une Académie de perfectionnement des sciences, fondée par Sarroti, qu'il quitta deux ans plus tard pour retourner en Angleterre.

C'est en 1681 que Papin inventa son digesteur, ou cuiseur de viandes, embryon des autoclai^ea actuels, et qu'il le munît de la soupape de sûreté^ telle qu'on la retrouve à peu de chose près aujourd'hui sur les chaudières à vapeur.

Ne pouvant rentrer en France à cause de la révocation de redit de Nantes, il alla, en 1687, occuper à l'Université de

FiG. 3.

UÉNÉRALITÉS SUR LES MACHINES THERMIQUES

Marbourg, eu Allemagne, une chaire de mathématiques, que lui avait offerte le landgrave Charles, électeur de Hesse. C'est là qu'il fit la découverte qui immortalisa sa mémoire et qui fut publiée au mois d'août 1690, dans les actes de Leibnitz sous le titre de : Nouvelle méthode pour obtenir à bas prix des forces motrices considérables.

Voici la description de cet appareil, qui renferme le principe de la machine à vapeur.

Un cylindre de cuivre A {fig, 4), ouvert par le haut et contenant un peu d'eau à sa partie inférieure, est parcouru par un piston H muni d'un petit trou a permettant à l'air du cylindre de s'échapper et au piston de s'abaisser une première fois. Cet abaissement obtenu, on bouche ce trou avec la tige t.

L'eau, étant chauffée, se vaporise, soulève le piston et le pousse au haut de sa course. Cela fait, on pousse un cliquet e qui, s'enfonçant dans une rainure de la tige d du piston, maintient celui-ci soulevé. On enlève le feu, la vapeur se condense, et le vide se fait dans l'appareil ; on retire le cliquet e, et le piston, sous l'influence de la pression atmosphérique, descend au fond du cylindre en entraînant les poids qui lui sont fixés. Il suffit de recommencer l'opération pour avoir un mouvement alternatif de bas en haut. La même eau jieut servir indéfiniment. Cet appareil, accueilli par une indifférence générale, fut abandonné par Papin qui, en 4707, essaya sur la Fulda un mode de propulsion des bateaux basé sur l'élévation d une certaine (|uantité d'eau par un procédé quelque peu analogue à celui que l'Anglais Savery avait imaginé. Cette eau retombait sur les aubes d'une roue hydraulicjue qui devait servir à la propulsion. Les bateliers du Wescr détruisirent le bateau

FiG. 4.

HISTORIQIE DfiS MACHINES THEHMIQUES 9

et l'aiipaiftil {25 septembre I '.ai). II fnul noter que c'est à cet appareil que Paptn appliqua pour In première fois la soupape de sârelé qu'il avait imaginée pour son digesteur.

Denis PapiD mourut pauvre et ignoré, vers l'an I7t i. On ne connait ni la date exacte ni le lieu de sa mort.

Il est à remarquer que des perfectionnements insijtnilinnts, tels que la fabrication de la vapeur dans un i-i^cipient spécial et le refroidissement ultérieur de cetlt- vapeur par un Jet d'eau froide dans le cylindre, par exemple, auraientsuffl pour faire de l'appareil décrit plus haut le moteur le plus puissant de l'époque.

Avec Papin est terminée lu période d'essais, et la période d'application commence.

Machine de Savery. — En 1696, l'Anglais Savery construit la

première machine qui ait fonctionné. Elle servait de pompe d'épuisement. En voici la description lutieclmudiiire AI pi/. "•)

communique avfecle réservoir Bpar le tuyau t muni du robinet r. Ce réservoir B se prolonge par un tube ^qui se bifurque en deux branches, Tune ascendante dd, l'autre g plongeant , dans Teau à éleyer.

L'eau étant introduite dans la chaudière par le tube c, et le robinet r étant fermé, on produit de la vapeur; puis on

ouvre r, la vapeur remplit le réservoir B et sort par le tuyau fd en entraînant l'air. On ferme alors le robinet r et l'on condense la vapeur du réservoir B en l'aspergeant d'eau froide, à l'aide du petit réservoir C, alimenté par la conduite montante. C'est le principe de la condensation par surface. Le vide se faisant en B, l'eau à épuiser monte, la soupape s s'ouvrant et la soupapes' se fermant. Il reste à ouvrir le robinet r pour que la pression de la vapeur fasse remonter l'eau dans le réservoir supérieur.

Le pulsomètre actuel est fondé sur le même principe que* la machine de Savery.

Machine de Newcommen. — C'est en 1705 que Newcommen et Cawley, artisans de Darmouth, perfectionnant la machine embryonnaire de Papin, imaginèrent la première machine industrielle connue sous le nom de machine atmosphérique. Elle fut construite en 1711, près Birmingham.

Elle se composait d'une chaudière hémisphérique C {fig. C), munie de la soupape de sûreté. Cette chaudière envoyait de la vapeur dans un cylindre A, par le tuyau à robinet t. Le piston P, recouvert d'une certaine quantité d'eau pour assurer l'étanchéité, était ûxé par une chaîne à l'extrémité d'un balancier BB, qui, à son autre extrémité, portait une autre chaîne reliée à l'extrémité supérieure des tiges des pompes d'épuisement F. La vapeur agissant sous le piston soulevait celui-ci et les tiges F descendaient par leur propre poids. On fermait alors le robinet t et l'on condensait la vapeur par un jet d'eau froide. La pression atmosphérique faisait descendre le piston et relevait les tiges en faisant fonctionner les pompes. Au début, la condensation s'obtenait en faisant tomber de l'eau sur le piston ; mais, une fuite s'étant déclarée dans celui-ci, amenant l'introduction de quelques gouttes d'eau dans le cylindre, les inventeurs s'aperçurent

BISTORIQLE DES MACHINES THERHIQt'BS 1

que la coDdeDsation se faisait trëa rapidement el que I nombre de coups de pistons par minute augmentait.

La condensatiuii par mélange éliiil découverle ; il^ injeclérenl alors l'eau à l'intérieur du cylindre parle robinet^, qui devait *tre ouvert uu moment voulu. L'eau s'écoulait par 1h tuyau l au moment de la descente du piston ; un clapet empécbaitia rentrée del'air pendant l'ascension du cylindre. Les robinets l el f devaient donc être manœuvres spécialement & un instant déterminé. La légende raconte qu'en 1713 le jeune Humpkry Patter, ayant remarqué une corrélation entre les positions du balancier et la manceuvre des robinets, com-

manda automatiquement ceux-ci par des ficelles attachées au balancier, afin de pouvoir aller jouer avec ses camarades.

Ce dispositif fut perfectionné, en 1718, par BeightoUy qui remplaça les ficelles par des tringles à chevilles.

C'est en 1758 que le mécanicien Fitz-Gerald imagina le moyen de transformer le mouvement vertical alternatif en un mouvement circulaire continu, àTaide de roues dentées, et recommanda l'emploi du volant comme régulateur de mouvement.

En 17rt0, Brindley imagina le flotteur régulateur d'alimentation des chaudières.

Enfin, en 1764, les géniales inventions de l'Anglais James Watt résolurent d'une façon complète le problème générai de la machine à vapeur.

Ces découvertes furent perfectionnées par les études d'Amantons (1694), de Newton (1701) et de Fahrenheit (1714) sur le thermomètre ; de Black (1762), de Cavendish (1766), de Priestley (1774), sur la nature et les propriétés des vapeurs et des gaz.

James Watt naquit en 1736, à Greenock en Ecosse, fut d'abord ouvrier mécanicien, puis fabricant d'instruments de mathématiques à Glasgow. Il coopéra aux travaux des canaux et des ports d'Ecosse, fut en 1785, membre de la Société royale de Londres et associé de l'Institut de France, en 1808. Il mourut, le 25 août 1819, à quatre-vingt-trois ans, àHeathfield, près Birmingham.

Ayant eu à réparer un modèle d'une machine de Newcommen Watt entreprit son perfectionnement. Il inventa d'abord le condenseur isolé, permettant de faire la condensation en dehors du cylindre. Il évitait ainsi de refroidir le cylindre et économisait la moitié du combustible employé. C'est qu'en efl'et Watt avait reconnu que fa tension de la vapeur contenue dans un vase était égale à celle qui correspondait à la température de la partie la plus froide des parois du vase; il suffisait donc, pour condenser instantanément et complètement la vapeur du cylindre, de mettre, à fin de course, le cylindre en communication avec un condenseur rempli d'eau froide.

Pour se débarrasser au fur et à mesure de l'eau, qu'exigeait eu grande quantité le condenscury et de l'air contenu

msTORIQL'E DES MACHINES THERMIQUES <3

danK la vapeur, provenant Je l'eau condensante, il imagina la /H>mpe q air, commandée par le balancier lui-mt?nie.

Cependant cette machine était toujours une machine atmo.sphérique ; Watt changea le principe moteur et se servit de la force élaslii|Ue de la vapeur seule. Il consiruisit alors la machine a simple elTet.

Machine à fàmple effet de Watl. — La chaudière ét;iit placée dans un bâtiment spécial, et la vapeur était prise le plus haut

possible, alin d'avoir de la vapeurséche. l'ne conduite ii n^e E (fi!/. '). servant de reli.ur d'eau .ondeusée, mena vapeur au cylindre C.

Le cylindre était en fonte alésée ; Watt inventa, pour le construire, la machine à aléser; il était entouré d'une double enveloppe où arrivait la vapeur affluante, afin de maintenir les parois aune température élevée. Watt est donc Tinventeur de la double enveloppe. L'appareil latéral d'admission an cylindre se composait d'un conduit communiquant, haut et bas, avec le cylindre et contenant trois soupapes : la soupape i , d'admission ; 3, d'échappement ; et 2, d'équilibre.

Le cylindre était fermé à ses deux extrémités et la tige du piston traversait, par conséquent, le fond supérieur; pour assurer l'étanchéité. Watt myenihle presse-étoupCy onstuffingbox.

Le piston métallique était relié, par une chaîne s'enroulant sur un secteur, au balancier LL à bras inégaux, oscillant autour de Taxe 0 ; un excès de poids du côté des tiges de pompe permettait au piston de rester à la partie supérieure du cylindre. En A était le condenseur , avec son jet d'eau pulvérisée, en B la pompe à air, qui n'était autre chose qu'une pompe élévatoiro, dont le piston p était mû par l'intermédiaire d'une tige, attachée par une chaîne àun secteur secondaire du balancier.

Les soupapes i et 3 étant fermées, et 2 étant ouverte, la vapeur agissait sur les deux faces ; l'excès de poids des tiges des pompes agissait seul sur le piston et le maintenait à la partie haute. Les soupapes 1 et 3 s'ouvrant, la face supérieure du piston était pressée par la vapeur, tandis que la face inférieure communiquait avec le condenseur; le piston descendait. La soupape 2 se rouvrant, i et 3 se fermant, la vapeur primitivement motrice passait sous le piston, qui redevenait équilibré et remontait sous l'influence du poids des tiges.

L'eau servant à la condensation, et qui, par suite, était échauffée, était évacuée par la pompe à air au fur et à mesure, puis reprise par une pompe spéciale et envoyée à la chaudière. Watt est donc encore l'inventeur de ce système d'alimentation des chaudières avec de l'eau déjà échauffée.

Cette machine, réalisant sur celle de Newcommen un énorme progrès, n'était pas vendue, mais donnée par Watt et

son associé Boulton aux industriels qui la demandaient. Les deux associés se réservaient seulement de toucher le tiers de la somme annuellement économisée sur le combustible. On chifTrait cette somme d'après le nombre de coups de piston de la machine enregistrés par un compteur, inventé par WatI, après avoir déterminé par expérience le combustible brûlé pour un certain nombre de coups de piston.

En réalité, cette combinaison, en apparence généreuse, faisait revenir les machines à un prix exorbiUint. C'est ainsi que les propriétaires des mines de Chacewater, où Ton employait trois pompes à feu, payaient à Boulton- Wqitt, la somme de 60.000 francs par an.

Enfin, vers 1776, Watt chercha le moyen de rendre la vapeur motrice à Taller et au retour du piston. Il inventa alors la machine à double effet et en fit le moteur universel.

Pour permettre le passage de la vapeur, tantôt en dessus, tantôt au-dessous du piston, il appliqua à la machine le tiroir inventé, en 1801, par son contremaître Murray, et imagina la commande automatique de ce tiroir par Vexcentrique.

Il fallut aussi imaginer un procédé nouveau de liaison entre le piston et le balancier, afin de profiter de TefTort moteur ascendant. Après avoir essayé un système composé de crémaillère et d'engrenages, Watt inventa le parallélogramme articulé, permettant de transformer le mouvement rectiligne du piston en mouvement circulaire du balancier.

Pour transformer le mouvement du balancier en mouvement circulaire du volant, Watt songea à la manivelle dont rinvention était très vieille. Un de ses concurrents, Wasbbrough, ayant fait breveter ce dispositif. Watt imagina la disposition connue sous le nom de roue solaire et planétaire, qu'il abandonna d'ailleurs, dès qu'il le put, pour revenir à la manivelle.

Machine à double effet de Watt. — La figure 8 représente la machine de W^att à double effet. Le balancier oscille autour de Taxe 0, En C se trouve le cylindre à vapeur, et en aa, Tappareil de distribution à soupapes. Le condenseur est placé eo R et puise Teau par le tube t dans la bâche H, en partie remplie. d*eau. L'eau, continuellement échauffée dans

le condenseur, est enlevée au fur et à mesure par la pompe à air P, mue par la tige f, qui prend son mouvement sur le balancier; cette eau se dirige dans le réservoir S, d'où elle est puisée par la pompe alimentaire U, mue également par le balancier à Taide de la tige f^. Cette eau est renvoyée à la chaudière.

FiG. 8.

Enfin on voit en Q une i)ompe mue par la tige /i, qui aspire par le tuyau T, dans un puits par exemple, l'eau nécessaire k Talimontation d(; la bûche H. En V se trouve le volant calé sur l'arbre motrur A, mis en mouvement par la bielle B et la manivelle N par rinlermédiairc du balancier. En X se trouve l'excentrique de commande du distributeur aa\ ce dernier sera décrit au chapitre de la Distribution.

Pour régulariser la marche de la machine. Watt inventa plus tard son gouverneur^ connu aujourd'hui sous le nom de régulateur à force centrifuge. Dans cet appareil, qui emprunte son mouvement à la machine même, la force centrifuge agissant sur deux boules suspendues par des bielles coudées agit sur le papillon d'entrée de vapeur dans le cylindre et en

augmente ou en diminue la quantité introduite, suivant que la machine ralentit ou accélère son mouvement. Cet appareil sera décrit plus loin.

Enfin Watt découvrit l'emploi de la détente de la vapeur, qui apporta un si fçrand perfectionnement à la machine à vapeur; le célèbre inventeur n'eut pas occasion d'appliquer beaucoup cette remarquable découverte. Il ne Tutilisa, en 1769, que pour atténuer les chocs du piston sur le fond du cylindre.

Ce n'est qu'en 1804 que Arthur Woolf, constructeur anglais, réalisa la machine à double cylindre qui porte son nom et dans laquelle la vapeur se détend dans un cylindre spécial.

Voici en quoi consiste la détente : si on laisse arriver dans le cylindre la vapeur à pleine pression pendant toute la course, le piston, soumis à une force constante, prend un mouvement uniformément accéléré et arrive à la (in de sa course avec une assez grande vitesse, ce qui occasionne des chocs. Pendant toute la course, on emprunte de la vapeur à la chaudière. Si on interrompt, à un certain moment de la course, la communication avec la chaudière, la vapeur enfermée sous le piston continue à se détendre en vertu de sa force élastique, laquelle diminue de plus en plus à mesure que le piston arrive vers l'extrémité de sa course ; il en résulte que ce dernier arrive au fond du cylindre sans choc avec une vitesse réduite. La consommation de vapeur étant plus faible, il s'en suit également une économie de combustible.

Jusqu'à ce moment toutes ces machines fonctionnaient à basse pression, c'est-à-dire que la pression de la vapeur dépassait peu la pression atmosphérique et qu'il fallait, pour que le piston fonctionnât, faire Je vide au condenseur.

Le physicien allemand Leupold, en 4725, puis l'Américain Olivier Evans, en 1782, et enfin les Anglais Trevithick et Vivian, en 1801, employèrent la vapeur à une pression supérieure à celle de l'atmosphère, ce qui leur'pei*mettait de la rejeter dans l'air après lui avoir fait produire son effet moteur, et de se passer de condenseur. Ces appareils, appelés machines à haute premon, ne se répandirent en Angleterre que vers 1825 à 1830.

MACHINES A VAPEUk. ^

48 GÉNÉKALITÉS SCK LES MACHINES THERMIQUES

A celte époque, le constructeur Mandsiay remplaça rénorme balancier de Watt par une bielle articulée.

Ces machines pouvaient également marcher avec le condenseur et fonctionner avec ou sans détente.

Depuis ce temps, la machine à vapeur n'a fait que se perfectionner jusqu'à nos jours. La dépense de charbon par cheval-vapeur produit, descendue vers 1830, dans les machines deCornouailles, ai kilogramme, s'abaissa encore jusqu'à descendre à 0'^»,700 dans les machines marines. Le tableau cidessous donne un aperçu de la décroissance rapide de la quantité de charbon brûlé par cheval.

MACHIXKS

CHARBON BBl'LK

par heure et par chevaU

Savery

13 kilogr.

1 kilogr.

Newcommen (à condensationj

Watt (à condensation)

Machines de moyenne puissance à condensation

Machines à grande puissance à coudensation

Machines marines

Les procédés de distribution et de détente furent portés à la perfection dans les systèmes Meyer, Farcot, Gorliss, Sulzer et leurs dérivés.

Avec les machines compound à triple et quadruple expansion, on augmente encore les résultats de la détente, de telle façon que la machine à vapeur à mouvement alternatif peut être considérée comme parfaite.

Pour terminer cette notice historique, il y a lieu d'ajouter que la machine à vapeur fut introduite en France par les frères Perrier^ vers 1778 environ, qui construisirent la pompe à feu de Chaillot, destinée à la distribution de l'eau dans Paris, et le moulin à vapeur de Harfleur.

Entre temps, en 1769, Cugnot essayait l'application de la vapeur à la locomotive sur route et construisait une voiture à vapeur, précurseur des automobiles, que l'on voit encore au Conservatoire des Arts et Métiers.

HISTORIQUE DES MACHINES THERMIQUES i9

En 1783, \e marquis de Jouffroy lança sur la Saône le premier bateau à vapeur qui ait réellement fonctionné.

En 1817, Manby en Angleterre etCar^en France construisirent les machines oscillantes destinées à supprimer la bielle et à articuler directement la tige du piston sur la manivelle.

On imagina également les machines rotatives supprimant tout intermédiaire entre le piston et l'arbre moteur. Ces dispositifs sont provisoirement abandonnés, bien que le principe en soit bon.

A signaler enfin les turbines à vapeur, dans lesquelles la vapeur agit par réaction, et qui permettent d'obtenir de très grandes vitesses.

Telle est l'histoire de la machine h vapeur, qui représente pour la France, y compris l'Algérie, d'après les statistiques offlcielles, une force de 5 millions de chevaux-vapeur correspondant au travail de près de 100.000.000 d'hommes.

§2. — Machines thermiques employant UN autre agent que la vapeur

Depuis un certain nombre d'années, on a essayé de remplacer Teau par un autre liquide ou même par un gaz dont la puissance d'expansion est également provoquée parla chaleur. De là les machines thermiques connues sous le nom tle machines à vapeurs combinées, à air chaud, àgaz, kpétrole, etc.

Los principes de la thermodynamique montreront que le coefficient économique d'une machine dépend uniquement des températures extrêmes entre lesquelles elle fonctionne. La nature du liquide employé n'entre pas en jeu ; comme c'est la chaleur dépensée seule qui se convertit en travail, c'est d'elle que dépend le travail de la machine. Il y a donc avantage àemployer un liquide se vaporisant à une température inférieure à celle de l'eau. L'éther, qui bout à 37°, remplit très bien ces conditions. De plus, la vapeur d'échappement d'une machine à vapeur ordinaire peut très bien porter l'éther à Tébullition, de sorte que cet éther vaporisé peut servir à faire fonctionner une deuxième machine annexée à la première.

Machines à vapeurs combinées d'eau et d'éther. — C'est en 1840 que M. du Trembley^ ingénieur français, imagina sa machine à vapeurs combinées d'eau et d'éther, qui a été installée sur des paquebots faisant le service régulier d'Alger à Marseille.

Dans cette machine, la vapeur d'eau, sortant du cylindre à vapeur, passait dans un condenseur clos traversé par une série de tubes verticaux contenant de Téther. La vapeur d'eau, en abandonnant sa chaleur de vaporisation, vaporisait l'éther qui était admis dans un cylindre spécial et agissait sur un piston dont la tige était reliée à l'arbre de la machine à vapeur, de façon à y ajouter son travail. La vapeur d'éther d'échappement était condensée dans un récipient refroidi, puis refoulée dans un réservoir situé à la partie inférieure des tubes.

Ces machines étaient dangereuses à cause de l'inflammabilité de l'éther. Elles furent longtemps expérimentées, puis finalement abandonnées.

M. Lafont, officier de Marine, substitua le chloroforme à l'éther ; mais la vapeur de ce liquide est asphyxiante ; M. Ellis employa aussi les vapeurs combinées d'eau et de sulfure de carbone.

Machines à air chaud. — Dans les machines à air chaud on communique, à l'aide de la chaleur, une force élastique à une certaine masse d'air qui, en se dilatant, fournit un travail déterminé.

Les premiers essais remontent, parait-il, à Monigolfier, J. Niepce s'occupa aussi du problème. En 1816, Robert Stirling construisit une machine, perfectionnée ensuite par James Stirling, dont la description sera donnée au moment où seront étudiés les moteurs à air chaud.

Le capitaine Ericsson reprit la question et construisit, en 1852, la machine à air chaud qui porte son nom.

En 1855, M. Franchot présenta à l'Exposition universelle un type à* aéro-moteur à deux cylindres, que M. Ryder améliora plus récemment.

M. Laubereau construisit également une machine à air chaud destinée aux petites forces.

Entin on peut citer les aéro-moteurs de Belou (i860), de Hoche, de Bénier, etc.

Les machines à air ont un coefficient économique théorique supérieur à celui des machines à vapeur. A certains points de vue elles ont des avantages marqués : en effet, l'air se trouve partout et ne coûte rien ; il n'en est pas de même de Teau. Sa composition est constante. Il n'exige pas de chaudière, et les explosions de machines à air présentent un danger insignifiant. La mise en pression est très rapide. En revanche, les machines à air présentent moins d'étanchéité, l'air étant plus subtil que la vapeur; l'air chaud détériore les garnitures, calcine les graisses, facilite les grippements, oxyde les métaux.

Malgré ses réels avantages, la machine à air chaud ne s'est pas développée, du moins sur le continent. En revanche, elle a joui d'une très grande vogue en Amérique.

Motean à gas et à pétrole. -— Dans le moteur à air chaud on brûle toujours du combustible sur une grille, afm d'échauffer Tair qui va fournir le travail moteur dans une capacité séparée du foyer. Pour éviter la perte de chaleur résultant de cet état de choses, après plusieurs perfectionnements de la machine à air, on a cherché à effectuer la combustion dans le cylindre même.

Pour cela, on amène le combustible à un état de division extrême pour assurer une union intime avec l'oxygène de Tair.

Si le combustible est gazeux, on a le moteur à gaz; s'il est liquide, on a le moteur à pétrole; s'il est solide, on a le moteur à poussière de charbon.

Les deux premiers, surtout le moteur à gaz, sont de beaucoup les plus répandus.

Les premiers essais de moteur à gaz d'éclairage, qui ont pris de nos jours un essor considérable, remontent à la fin du siècle dernier.

En 1799, Lebon, ingénieur des Ponts et Chaussées, chercha un gaz qui, mélangé à l'air en certaines proportions, pût faire explosion ; il trouva le gaz d'éclairage et abandonna l'étude des machines pour se livrer à l'éclairage des villes.

Tour à tour Rivaz en 1807, Samuel Brown en 4827, Demiohélis et Monnier, Talbot et Christoforis, étudièrent la question» Elle devait être résolue par M. Hugon, en 4858. et par M. Lenoir, en 4859. La machine de M. Otto, en 1877, rendait le moteur à gaz véritablement industriel et lui permettait de lutter même avec la machine à vapeur.

Depuis, le moteur à gaz s'est perfectionné considérablement et est devenu d'un usage courant, à cause de son extrême commodité.

Les moteurs à pétrole sont d'usage beaucoup plus récent. Ils tendent de plus en plus à se répandre de nos jours.

On sait l'avenir que parait leur réserver Tindustrie de Fautomobilisme.

Machines thermiques diverses. — On signalera, pour mémoire, et simplement pour qu'ils ne soient pas omis dans l'historique des machines thermiques, certains moteurs qui n'ont qu'un intérêt rétrospectif.

C'est ainsi que Cartwright, en 4797, et plus récemment MM. Tissotj Beghin, Herr, ont proposé des machines à vapeur d'alcool et d'éther.

On a employé aussi le gaz ammoniac liquéfié et la vapeur de pétrole agissant comme la vapeur d'eau et non de la même façon que les moteurs à pétrole précités, dans lesquels l'air est chauffé par l'injection de pétrole.

A mentionner aussi les essais de GhilUano etCrwfm, en 1855, avec l'acide carbonique liquide. Ces essais furent repris sans succès par M. Marquis et aussi plus récemment (en 4 884) par M. Mékarski.

Un essai original a été fait par M. Frot, ingénieur de la Marine, à l'aide du gaz ammoniac employé d'une façon particulière.

Une dissolution de gaz dans l'eau est fonction de la température et de la pression. Le gaz ammoniac, en particulier, se dissout avec une très grande facilité dans l'eau, qui, à 45°, en absorbe 743 fois son volume avec une extrême rapidité. Si on chauffe cette dissolution, la pression de l'ammoniaque qui se dégage j)eut être employée comme force motrice. La vapeur d'eau que ce dégagement entraine

historique: des machines thermiques 23

intervient pour son propre compte. Le mélange, après avoir agi, ptisse dans un condenseur à surface et se liquéfie, puis une pompe le refoule dans la chaudière.

Un moteur semblable a été construit par M. Pietro Cordenous, à Rovigo.

Fulmi-motears. — Les fulmi-moteurs utilisent comme force motrice la déflagration des explosifs.

L'abbé Hautefeuille en a anciennement proposé fort vaguement remploi.

En 1682, Huyghem, de Zulichen, construisit avec Papin la machine à poudre atmosphérique, qui devait être remplacée par la machine à vapeur.

Successivement, Gros, en 1865, avec sa machine-revolver ^ Debriat, avec son dynamophoney employèrent aussi la poudre comme moteur.

M. Thomas Shaw, ingénieur américain, appliqua cet appareil à l'enfoncement des pilotis. Une cartouche étant placée sur la tête du pieu, le mouton, en tombant, en provoque la déflagration, détermine l'enfoncement du pieu, puis est projeté comme un projectile vers le déclic qui le retient suspendu. Le colonel autrichien Prodanovie^ reprenant la même idée, obtenait cinq coups à la minute avec un mouton de 750 kilogrammes tombant de 3 mètres. Ces appareils portent le nom de sonnettes balistiques,

MM. Hureau de Villeneuve et Penaud proposèrent l'emploi des explosifs azotés. M. Renoir préconisa la nitro-glycérine.

Sauf la sonnette balistique, aucun de ces appareils n'a donné de résultats satisfaisants.

Motears solaires. — Ces moteui-s se distinguent des autres machines thermiques par le mode de chauffage. La chaleur y est empruntée au rayonnement solaire ; la source en est donc inépuisable. Du jour où Ton saura, j)ar des moyens simples et pratiques, utiliser cette chaleur et la transformer en énergie, il n'y aura plus lieu de se préoccuper des com-

24 GÉNÉRALITÉS SUH LES MACHINES THERMIQUES

bustibles dont rapprovisionnement voit son terme fixé presque d'avance.

Quoi qu'il en soit, les moteurs solaires sont encore en enfance, et leurs applications effectives se réduisent à la machine de Mouchot, perfectionnée par M. Abel Piffre, dont la description sera donnée dans la troisième partie du volume.