GO

La charge varie très notablement d'une sorte de pièces à Tautre; mais les différences, comme nous Tavons dit déjà, tiennent uniquement à l'approximation plus ou moins grande avec laquelle est calculé Tefforf total, selon la pièce dont il s'agit. Si Ton descendait au détail de certaines pièces fixes, on trouverait des anomalies apparentes plus grandes encore et non moins bien Justifiées. Un support d'hélice en V n'est jamais chargé qu'à une faible fraction de kilogramme, 150 à 200 grammes, par exemple, quand on calcule la charge réelle par le poids de l'hélice et de son arbre ; mais il est clair que Teffort véritable est dû aux trépi* dations du propulseur, sans parler des effets du tangage.

La charge, pour une même pièce, varie sensiblement aussi d'une classe de navires à l'autre. Ici, les dangers d'accidents doivent suivre, dans une certaine mesure, la proportion acceptée pour la charge des matériaux. L'observation a été faite, il est vrai, qu'à alourdir les pièces mobiles au delà du nécessaire, on ne fait qu'augmenter l'intensité des

forces dMncrtie, dont les calculs de résistance des matériaux ne tiennent pas compte; on pourrait ainsi, en augmentant certains échantillons, marcher à rencontre du but poursuivi. D'après ce que nous avons vu au chapitre VI, cette observation est très exacte, en ce qui concerne les attaches de la machine et de la coque, et la coque elle-même, mais non pas en ce qui concerne les organes mobiles de la machine ; l'effort maximum sur les tiges et le moment maximum sur les arbres sont diminués par l'effet des forces d'inertie.

Il nous reste à dire un mol de la manière dont les échantillons des principales pièces doivent varier avec la grandeur de la machine, question que Ton trouvera traitée d'une manière très complète par M. Normand dans sa note Des lots de similitude dans diverses questions de construction navale.

Les règles pratiques énoncées dans les n**' 192 à 200 ci-dessus, pour la détermination des échantillons des pièces mobiles, reviennent en somme à proportionner toutes les dimensions à celles des cylindres supposés semblables, la pression de la vapeur étant supposée constamment la même. Les tableaux numériques montrent que, dans ces conditions, la charge des matériaux est constante, quand la puissance des appareils varie. 11 est facile de voir que cette constance est la vérification d'une loi générale.

Tous les moments ^n, exercés sur les différentes pièces parla pression totale de la vapeur sur les pistons, moments de flexion ou moment de torsion, sont, en effet, proportionnels à la surface du piston et à sa course, par conséquent proportionnels au cube des dimensions linéaires, ou du coefficient de similitude.

D'un autre côté, les moments de résistance des pièces à la flexion et

à la lorsion,

I , iP - et —, e lu

sont également proportionnels au cube des dimensions. Les deux équations,

0R: = R- et 0R=UÎ^, e lu

doivent donc donner pour R des valeurs constantes.

Tous les calculs des n®M92à200ontétéfaitssanstenircomptedesforccs d'inertie. Les charges trouvées pour les matériaux auraient été différentes, s*il avait été tenu compte de ces forces, mais elles auraient été toutes modifiées dans le même rapport; par suite, la loi d'après laquelle la charge R est indépendante des dimensions se serait encore trouvée vérifiée.

En effet, les formules établies aux n*** 88 et suivants, particulièrement les formules (11) et (17), montrent que les forces d'inertie sont proportionnelles aux poids des pièces net au nombre de tours delà machine N, La vitesse moyenne des pistons étant supposée constante, N varie en raison inverse des dimensions linéaires. Les forces d'inertie varient donc, de même que l'effort moteur de la vapeur, comme le carré des dimensions linéaires.

En réalité, le tracé de toutes les machines grandes et petites ne peut pas se faire exactement, d'après un dessin unique, par un changement d'échelle. Beaucoup de considérations empêchent de suivre une règle aussi simple. La qualité du métal, pour les pièces forgées, est, par exemple, sensiblement meilleure à mesure que les dimensions transversales sont moindres, ce qui permet d'accepter une charge plus forte. Pour les pièces fondues, au contraire, le degré de précision du moulage et la fluidité du métal fondu ne permettent pas toujours de réduire l'épaisseur dans le même rapport que les autres dimensions linéaires.

§. 3. — De la sécurité des machines marines; de sa durée et des moyens de la conserver.

201. — Fatigue comparative de la coque et de la machine. — D'après tout ce qui précède, la charge générale des organes de la machine dans la marche à outrance peut être estimée à 6 kilogrammes par millimètre carré. C'est le chiffre indiqué parle calcul pour les pièces les plus chargées, qui sont simplement les pièces dont la fatigue est exactement calculée.

La limite d'élasticité, pour les pièces mobiles en acier, construites avec tous les soins indiqués au n*" 188, ne doit pas être atteinte sans une charge inférieure à 2i kilogrammes. Le coefficient de sécurité est donc égal à 4.

Pour nous rendre compte de la valeur que présente un semblable coefficient de sécurité à bord d'un navire, nous ne pouvons trouver de meilleur terme de comparaison que la sécurité dont on se contente pour les matériaux de la coque elle-même, dans les conditions de fatigue assez dures que leur impose le tangage sur une grosse houle.

Prenons un croiseur de 145 mètres de longueur construit suivant les règles habituelles, avec un coefficient de résistance à la flexion longitudinale exprimé par la formule

(r)7) - = 0,083 PL,

I étant le moment d'inertie de

la section au maître-couple,

e la distance de la jSbre la plus

chargée à la fibre neutre, P le déplacement, L la longueur entre perpendiculaires.

Plaçons ce bâtiment sur une boule de 14S mètres de longueur totale de crête en crèle et de 7™,50 de hauteur totale de crêle en creux, en lui donnant l'assiette représentée figure 302 ; ce sont là des conditions de tangage qui n'ont rien d'irréalisable, bien qu'elles soient certainement assez rares.

Le tableau des poids et des déplacements dressé pour toutes les tranches transversales du bâtiment et le calcul des moments de flexion qui en résulte conduisent à la valeur de 9^,05 par millimètre carré pour la charge maximum, atteinte par compres-' sion sur les galbords.

En allongeant la houle jusqu'à 380 mètres de demi-longueur et en plaçant le navire dans les mêmes conditions de tangage relatif, c'est-à-dire avec le même tirant d'eau aux deux extrémités, la charge serait encore de 6^,5.

L'inclinaison au tangage et la dénivellation se trouvent alors dans des conditions très usuelles. La figure 302 représente le tangage du navire sur cette dernière houle.

Or, l'acier de la coque est d'une qualité inférieure à celui des pièces de machines. En tenant compte

de rafTaiblissement produit parles joints, il n'est pas yraisemblable que la charge limite d'élasticité dépasse pour lui 18 kilogrammes; il n'est donc pas certain que le coefficient de sécurité pour les coques ne descende pas quelquefois au-dessous de i.

Après avoir ainsi montré que les mesures prises par le constructeur assurent à ta machine une sécurité deux fois plus grande qu'à la coque, il est bon de dire que la marche à toute puissance représente, pour la machine, une allure plus normale que le tangage de la figure 302 pour la coque.

11 faut remarquer aussi que la rapidité plus grande des passages de rétat de tension à Tétat de compression doit fatiguer davantage les pièces de machines, d'autant plus qu'elle s'applique à toute la durée d'une traversée. 11 faut ajouter surtout que la sécurité assurée à la machine ne s'applique qu'à son état initial, tandis que la sécurité de la coque est donnée d'une manière permanente.

Nous nous proposons précisément, dans les numéros suivants, d'établir la différence, pour les machines, entre la sécurité initiale et la sécurité persistant après une certaine durée de service.

202. — Sécurité initiale^ garantie par les essais de recette des machines. — La meilleure garantie pratique de la sécurité initiale et de l'exactitude des chiffres très rassurants fournis par le calcul est fournie par les résultats des premiers essais des navires à la mer.

Les premières expériences des bâtiments se font, comme on sait, avec une équipe de chauffeurs très exercés, capables de pousser à sa limite extrême la production de vapeur des chaudières. Le navire étant d'ailleurs dans ses lignes d'eau, l'hélice présente sa résistance normale à la rotation ; on réalise ainsi sur les pistons l'ordonnée maximum p à laquelle correspond la plus grande fatigue qui puisse être imposée aux organes de la machine. Le nombre de tours de la machine suit la proportion de l'ordonnée moyenne, conformément à la loi de Moll et Bourgois. La machine développe ainsi une puissance qui ne se retrouve généralement pas en cours de service.

On va plus loin encore, dans les expériences de machines anglaises; le navire est très lège, ce qui lui permet de dépasser sa vitesse normale; l'hélice, faiblement immergée, a un coefficient de résistance E réduit ; le nombre de tours de la machine correspondant à l'ordonnée p, réalisable sur les pistons, se trouve ainsi accru par un double motif. On fait donc développer à la machine un nombre de chevaux qu'il est matériellement impossible d'obtenir quand le navire est en charge.

L'essai fait suivant la méthode anglaise impose certainement à la

machine une épreuve très sévère, surtout au point de vue de ses attaches avec la coque. L'expérience faite sur le navire en charge normale est suffisante pour démontrer la solidité des pièces; elle est peut-être même plus concluante, à certains égards, puisque, les forces d'inertie venant en défalcation de Tefifort P de la vapeur, la charge sur les tiges de piston, les bielles, les manivelles est diminuée, lorsque le nombre de tours s'exagère, à valeur égale de p.

L'ignorance assez générale, où Ton est, des conditions dans lesquelles les machines se calculent, a fait quelquefois reprocher aux essais à outrance d'imposer aux organes des machines une fatigue excessive, telle que l'appareil en sort affaibli pour l'avenir. Les chiffres contenus dans les tableaux du présent chapitre, qui sont tous relevés dans les premières expériences des navires, prouvent suffisamment l'inanité de cette critique. Nous parlons ici des machines et non pas des chaudières ; nous supposons, bien entendu, que le modèle de chaudières choisi est capable du travail qu'on lui demande. Une machine construite et montée convenablement n'a rien à craindre de charges ne dépassant pas 6 kilogrammes sur ses organes; l'addition de quelques centaines de grammes par millimètre carré, à des charges aussi modérées, serait même indifférente. Les essais à outrance ont pour résultat, moins de justifier les calculs qui ont servi à tracer les pièces, que de contrôler le travail de l'atelier; ils prouvent surtout que le coefficient de sécurité calculé, ne se trouve pas altéré par quelque défaut d'exécution, comme il pourrait l'être profondément. Cette considération est bien confirmée d'ailleurs par l'expérience. On ne trouve pas en effet d'exemple de rupture d'une pièce importante, tige de piston, manivelle, arbre à vilebrequins, au cours des premiers essais. Les grands accidents, qui peuvent amener un désastre pour l'appareil et même une catastrophe pour le personnel, se produisent toujours plus tard, à des puissances inférieures à celle développée dans les essais, et dans les conditions que nous étudierons au n^ 203.

En résumé, les premières expériences ont, pour résultat principal, de garantir l'existence du coefficient de sécurité dans les conditions initiales de la machine.

Elles révèlent toutes les défectuosités de détail qui échappent nécessairement au calcul, dont la plupart portent sur le fonctionnement des appareils auxiliaires, dont quelques-unes intéressent la résistance des matériaux, comme dans le cas de la rupture des couvercles de boîtes à tiroir du Brandenburg et de la rupture des boites de plusieurs robinetsvannes en France.

Enfin elles sont indispensables pour bien fixer les responsabilités,

celle du conslrucleur, qui va prendre fin, et celle du personnel naviguant qui va commencer.

Les premiers essais du navire comportent, en dehors de la marche à outrance, qui ne dure en général que quatre heures pour les grands bâtiments et une heure pour les torpilleurs, et qui est proprement Fessai de résistance, une marche beaucoup plus prolongée, à la puissance prévue pour la marche ordinaire en service, qui constitue un essai d'endurance. Ce dernier essai, qui est d'une grande importance au point de vue du fonctionnement, et auquel on donne en Angleterre une durée de trente heures, oflFre peu d'intérêt au point de vue spécial de la résistance des matériaux.

203. — Fatigue ultérieure des pièces résultant du déréglage des lignes d'axe, — Les calculs de résistance des matériaux, pour les pièces de machines, supposent que tous les axes sont placés dans la position prévue, et que tous les mouvements s'exécutent suivant un canevas géométrique rigoureusement exact.

Les précautions nécessaires pour obtenir ce résultat dans l'ajustage et le montage des machines sont très minutieuses; les plus importantes ont été décrites par M. Moritz dans son mémoire Le montage des machines marines. M. Moritz avait lui-même contribué, à Indret, à Tadoption des procédés de travail qu'il décrit; la précision de ses travaux ne visait à rien moins qu'au centième de millimètre, dans l'ajustage des arbres à vilebrequins. L'ajustage des paliers, qui s'alèsent tous ensemble avec une barre unique, n'est pas moins exact que celui des arbres. A Saint-Denis, M. Boulogne vérifie l'arbre et les paliers après montage, en mesurant au dynamomètre le moment qui est nécessaire pour faire tourner l'arbre et la manière dont le moment varie avec le serrage des chapeaux; il s'assure ainsi que le serrage ne produit aucune flexion pouvant donner lieu à des frottements anormaux, et, a fortiori, à une fatigue de l'arbre non prévue. L'axe des cylindres, celui des lourillons de pied de bielle, la position donnée à la glissière ne sont pas l'objet de moindres soins.

Les premières sorties du navire ne font qu'améliorer les conditions de la machine, dont les surfaces frottantes achèvent de se polir. Les anciennes machines, moins parfaites au sortir de l'atelier que les machines actuelles, gagnaient, il y a quarante ans, jusqu'à deux tours de vitesse, à pression égale sur les pistons, pendant leur première année de service.

Plus tard, dès que l'usure des surfaces frottantes commence à se faire sentir, variable d'un palier à l'autre sur les coussinets, régulière

et continue sur les glissières, les conditions favorables du début s'altèrent ; les arbres sont obligés de se plier à la nouvelle forme de leur ligne d'axe, et les tiges de pistons s'infléchissent, en oscillant d'une extrémité de la course à Tautre. Alors commence l'ère des difficultés, si le déréglage des lignes d'axe n'est pas corrigé, comme nous le verrons au n^ 204. D'abord apparaissent les échauffements répétés, qu'il ne faut pas se contenter de prévenir par un ralentissement de la machine, un graissage plus abondant et l'emploi de l'arrosage ; les échauffements eu effet, quand ils ne s'expliquent pas par une négligence momentanée, sont un avertissement du déréglage, et l'indice précurseur des dangers graves qu'il importe d'éviter.

Quelques exemples suffiront pour montrer brièvement comment le coefficient de sécurité s'évanouit à la suite du déréglage de la machine.

Nous avons vu plus d'une fois des navires rentrer de campagne avec les culots des presse-étoupes usés du côté de la glissière. Tel a été le cas sur un cuirassé dont la vitesse en service avait été réduite de moitié. 11 est clair que la lige du piston avait dû prendre une flèche de plus d'un millimètre ; si la charge par flexion qui en résultait était, comme nous l'avons vu, d'autant de fois 15 kilogrammes, que la flèche comptait de millimètres, la tige ne pouvait pas supporter par surcroit, une charge debout bien sérieuse. La réduction du travail au huitième environ de la puissance normale avait donc été une mesure prudente ; mais tous les services de navires à vapeur ne s'accommodent pas de mesures de ce genre.

Le grand accident de machine de paquebot le plus connu, on pourrait dire le plus célèbre, est celui qui a désemparé complètement le City-of- Paris, en mars 1890. La machine de tribord s'est effondrée, crevant coque et cloisons. La seule explication donnée à ce désastre, survenant à une bonne machine, aux mains d'un personnel exercé, fut la rupture d'un arbre intermédiaire; le palier de sortie, sur lequel cet arbre portait, avait subi une usure très grande, à laquelle les coussinets en gaïacsont toujours exposés. 11 est certain, en effet, que si la flèche avait atteint 80 à 90 millimètres, imposant à la matière une charge de 8 à 10 kilogrammes par millimètre carré, conformément au calcul fait au n'* 197, l'arbre n'avait pas besoin de subir des secousses très violentes, pour être exposé à des déformations permanentes suivies de rupture, même en supposant qu'il fjat parfaitement sain. Le danger d'avaries possibles, dues à une dénivellation des arbres, s était révélé, paraît-il, par des échauffements dans les paliers ; on n'avait pu, malheureusement, se rendre maître de ces échauffements, sans recourir à une diminution de vitesse, mesure à laquelle un paquebot se résigne difficilement.

Quelques années, auparavant, les paquebots d'une autre ligne transatlantique avaient eu dans leurs lignes d'arbres une série d'accidents, qui n'avaient pas eu la gravité de celui du City --of -Pains, mais qui s'étaient répétés avec une inquiétante régularité. Une théorie avait été échafaudée à ce sujet, établissant que les arbres subissent en service une lente altération moléculaire, qui les rend à la longue très cassants, de telle sorte qu'après quelque cinquante ou cent millions de tours, ils n'offrent plus la résistance indispensable. Il n'a pas été fait, je crois, d'essais de rupture de barrettes découpées dans les arbres après plus ou moins d'années de service ; or il faudrait une démonstration bien irréfutable pour faire admettre une réduction de la résistance, non pas de 4 ou 5 kilogrammes, mais de 2S kilogrammes, nécessaire pour qu'un arbre, capable de supporter 30 kilogrammes quand il est neuf, rompe soas une charge de 4 à 5 kilogrammes, quand il a subi l'altération supposée. Il est plus vraisemblable que la durée des arbres répond aux probabilités du temps nécessaire pour produire des dénivellations dangereuses, dans les conditions de soin et de surveillance où ils se trouvent. Les accidents réguliers ont d'ailleurs cessé de se renouveler, depuis plus de vingt ans.

Ces exemples suffisent à montrer que les soins pendant la marche ne suffisent pas pour conserver le coefficient de sécurité prévu. 11 faut de plus un entretien obtenu par des réparations et des remises en état très fréquentes. Les machines marines ne sont nullement dans les conditions des appareils d'horlogerie auxquels on les a souvent comparées ; elles ont tout autre chose à faire qu'à entretenir le mouvement de leur propre masse ; il leur faut pousser le navire, ce qui ne peut pas se faire sans fatigue, sans usure, et ce qui exige la réparation continuelle des effets de l'usure.

204. — Visites et réparations indispensables aux machines marines, — Les rectifications nécessaires, pour éviter aux pièces de machine des charge» anormales contraires à toutes les prévisions du constructeur, exigent parfois la remise de l'appareil aux ateliers, où il est procédé à un réajustage plus ou moins complet, et parfois à un remplacement des pièces usées. Une réparation de ce genre, qui comporte un montage au moins partiel, analogue au premier et de même précision, doit replacer complètement la machine dans ses conditions initiales. C'est une opération qui ne s'exécute qu'à de très longs intervalles. Entre deux refontes de ce genre, la machine doit être visitée avec soin et remise en bon état de service, par le personnel naviguant, à des époques aussi rapprochées que possible les unes des autres .

Les mécaniciens ont donc, à bord des navires, une tâche plus sérieuse et une responsabilité plus grande qu'à terre. Les vérifications de lignes d'axe auxquelles ils doivent se livrer exigent, en particulier, la pratique des procédés de montage, jointe à des aptitudes spéciales.

La vérification -des lignes d'axe, dont les incidents de la marche se chargent souvent de révéler la nécessité, ne peuvent se faire qu'au repos. Pour l'exécuter, le mécanicien se reporte aux points de repère soigneusement marqués par les monteurs sur la coque et les bâtis ; il dispose de plus d'une série de jauges, de calibres métalliques donnant toutes les distances d*axes, diamètres de pièces, etc., avec une grande précision. La vérification, pour être complète, doit se faire d'ailleurs dans toutes les positions du piston ; elle exige le virage à froid de la machine ; le mécanicien doit être familier avec les déformations à chaud que les monteurs savent prévoir.

Les vérifications faites, le travail consiste surtout dans la mise en place ou l'enlèvement de cales, dont le mécanicien possède un assortiment approprié aux glissières des différents cylindres, et aux coussinets de toutes les portées et tourillons. Le réajustage des pièces de petite dimension, rentre aussi dans les travaux courants du personnel naviguant.

Ces opérations, dont l'importance est parfois capitale, demandent un temps assez long, et sont souvent retardées par d'autres plus urgentes encore, visite des chaudières, visite et nettoyage de Tintérieur des cylindres et des tiroirs, qui doivent être tenus dans un état de propreté irréprochable et surtout d'étanchéité parfaite, visite intérieure des condenseurs, qui doivent être également propres et dont les joints de tubes doivent être bien serrés et bien étanches, presse-étoupes à recharger, etc., sans parler des appareils auxiliaires.

Pour nous en tenir aux questions intéressant la résistance des matériaux et les dangers de rupture, les seules envisagées dans ce chapitre, il importe, avant tout, que la gravité de ces questions soit bien connue de tous, des commandants comme des mécaniciens, et que, par suite, il en soit tenu compte, dans la mesure indispensable, lors de la fixation du service demandé aux bâtiments.

Sur les paquebots, les traversées les plus longues, qui comportent vingt-cinq à trente jours de navigation, sont toujours suivies d'un séjour au port de deux semaines, repos pour une partie du personnel, mais période de travail, très activement employée, pour les mécaniciens. Un simple voyage de six jours à travers l'Atlantique est toujours suivi d'une visite soignée des organes, qui n'a pas toujours suffi, comme nous l'avons dit au numéro précédent, à mettre à l'abri de tous les accidents, mais quia dû en prévenir un grand nombre.

Pour toutes ces opérations de réglage, les mécaniciens consulteront avec fruit le Montage des Machines marines de M. Moritz.

On consacre, de plus, chaque année deux périodes, d'une quinzaine de jours chacune, à une visite complète de la machine.

Pour les bâtiments de guerre, les nécessités du service militaire ne cadrent pas avec ce retour périodique des semaines consacrées aux visites et aux réparations. 11 faut donc savoir faire aux besoins de la machine, leur part indispensable, sans trop sacrifier sur le désir légitime de tenir les navires immédiatement prêts à toutes les éventualités. L'appréciation est d'autant plus délicate, que le temps à consacrer à la remise en état, après chaque navigation de quelque durée, varie avec l'état de la machine et Thabileté professionnelle des mécaniciens. En principe, il n'est possible d'entreprendre aucun travail sérieux, sur une machine puissante, si Ton n'a pas cinq ou six jours devant soi. 11 est nécessaire de procéder à la visite soignée des organes et à la vérification des mouvements, deux fois par an, dans des conditions permettant de regarnir les coussinets en gaïac. La principale de ces visites, avec la réparation qui en est la suite, demande un mois de travail. Faute de ces soins, le coefficient de sécurité de la machine ne tarde pas à disparaître et le bâtiment, réduit à une vitesse infime, cesse d'être réellement disponible pour aucun service.