DE L’UTILISATION DES COMBUSTIBLES

A l’occasion de mon Cours de Chimie industrielle, j’ai été amené à m’occuper des conditions d’utilisation des combustibles, tant au point de vue de la production du travail mécanique que de la chaleur. Je n’ai rien publié de mes recherches sur ce sujet; elles sont seulement consignées dans les feuilles de mon cours et ont été utilisées par M. Euchene et par M. Damour pour des publications diverses qu’ils ont faites sur cette question.

Le premier point à résoudre est de déterminer la puissance réellement disponible dans un poids donné de combustible. On admet souvent que cette puissance, que l’on appelle encore potentiel, d’un combustible ou d’un explosif est mesurée par sa chaleur de combustion. C’est là une simple hypothèse qui est, en fait, peut-être à peu près exacte, mais dont on n’avait donné jusqu’ici aucune démonstration. Il est d’abord facile de prouver que cette hypothèse n’est pas exacte dans tous les cas. En l’appliquant à de la vapeur d’eau prise à ioo° que l’on suppose condensée en eau à la même température, on trouverait, pour une molécule, soit i8 sr , une puissance de 4ooo ksm en nombres ronds, tandis qu’elle n’est, en réalité, que de 3 io k *", c’est-à-dire treize fois moindre.

Pour connaître la puissance maximum que peut fournir la combustion, il faut calculer la puissance rendue disponible dans une suite d’opérations réversibles en partant du combustible froid et revenant aux produits de la combustion également froids. Dans le cas de la combustion du charbon, on possède des données suffisantes pour faire ce calcul, au moins d’une façon approchée. J’ai trouvé ainsi que cette puissance , disponible était équivalente à 0,93 de la chaleur de combustion, nombre qui ne diffère de l’unité que d’une quantité .inférieure aux incertitudes du calcul. L’hypothèse habituelle que la chaleur de com-

bustion donne la mesure de la puissance disponible est donc acceptable dans le cas des combustibles usuels.

Par la même méthode j’ai calculé les pertes de puissance résultant des opérations irréversibles qui accompagnent l’emploi des combustibles, entre autres la combustion au contact de l’air et l’échange direct de la chaleur entre les produits de la combustion et les corps plus froids qu’ils échauffent.

Les produits de la combustion, en leur attribuant une température de 2ooo°, ce qui serait le cas d’une combustion sans excès d’air effectuée dans une enceinte à parois athermanes, ne renferment plus que les 0,80 de la puissance initialement disponible dans le combustible.

Une chaudière à vapeur, à 200°, qui aurait reçu toute la chaleur que les produits des combustions précédentes peuvent lui céder, renfermerait 0,40 de la puissance initialement disponible par le combustible.

Ces chiffres ne sont que des maxima qui s’éloignent beaucoup de la réalité, en raison, d’une part, de la nécessité d’employer un excès d’air dans la combustion et, d’autre part, des pertes de chaleur par les parois.

Pour améliorer 1 utilisation des combustibles il faut tacher de rendre réversibles les diverses opérations que comporte leur mise en œuvre, ou tout au moins se rapprocher autant que possible de cette condition. Trois procédés ont été proposés, dans ce but, depuis longtemps déjà :

1“ Utiliser le charbon dans une pile électrique, ce qui serait une solution parfaite et donnerait des rendements mécaniques de cinq à dix fois supérieurs à ce qu’ils sont aujourd’hui. Si les essais faits dans ce sens n’ont pas encore abouti, il n’y a cependant aucun motif de désespérer du succès.

2 0 Pour les chauffages à basse température, celui des appartements par exemple. Lord Kelvin a préconisé l’emploi de moteurs à air. Malgré son mérite théorique ce procédé ne peut être économique.

3 “ Pour le chauffage des fours métallurgiques à températures élevées, W. Siemens a préconisé le système de la récupération qui a complètement transformé les industries minérales les plus importantes.

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J’ai fourni les éléments nécessaires pour calculer d’une façon précise, ce qui n’avait pu être fait jusqu’ici, les divers facteurs de l’économie de combustible réalisée dans les fours Siemens. On ne connaissait que le résultat brut fourni par la pesée du combustible brûlé.

Les données indispensables pour une étude approfondie du phénomène sont le pouvoir calorifique des combustibles, les températures du four et la chaleur spécifique des fumées >, sur lesquels on ne possédait que des estimations tout à fait incertaines.

Les pouvoirs calorifiques ont été déterminés à mon laboratoire, et sous ma direction, par M. Malher, en employant la méthode de la bombe calorimétrique de MM. Berthelot et Vieille.

Les températures des fours industriels sont connues par mes mesures personnelles, et ont depuis été vérifiées, à maintes reprises, en employant toujours mes procédés de mesure des températures élevées.

Les chaleurs spécifiques des fumées ont été déduites des expériences que Mallard et moi avons faites sur la combustion des mélanges gazeux.

Pour faire usage de ces données dans l’étude d’un four métallurgique ou d’une quelconque de ses parties (gazogène, laboratoire, récupérateurs), on écrit que la somme des quantités de chaleur dégagées par un certain poids dé matières qui y circulent (fumées, air, matières élaborées, etc.) est nulle après retour à l’état initial, c’està-dire à l’état où elles se trouvent au moment où elles entrent dans l’appareil considéré. On a ainsi une relation entre la chaleur utilisée dans l’appareil étudié et différentes autres quantités de chaleur connues par les mesures précédemment rappelées.