CHAPITRE XIII

Nous avons déjà fait sentir la différence qui existe entre la formation des vapeurs dans le vide, et leur formation dans l'air. Nous avons vu dans l'air la vapeur se produire lentement, tandis que, sous le récipient de la machine pneumatique, le changement d'état a lieu au contraire avec rapidité. Dès l'instant où l'air est un obstacle à la production des vapeurs , il importe d'opérer dans le vide complet pour simplifier le plus possible le phénomène, et écarter les causes étrangères qui peuvent le modifier. Le vide barométrique étant le plus complet , voici comment nous procéderons.

Nous prendrons un tube de baromètre que nous remplirons de mercure en laissant seulement à la partie supérieure un espace libre d'à peu près deux centimètres, et nous achèverons le remplissage avec de l'eau, ou de l'alcool, ou de l'éther; puis fermant le tube avec le doigt , nous le retournerons de manière à faire monter le liquide volatil au haut de la partie fermée, et nous plongerons ensuite le tube dans le mercure. A peine le doigt a-t-il découvert, en se retirant, l'orifice du tube, que l'on voit le mercure descendre rapidement le long des parois et s'arrêter, après quelques oscillations verticales, à une position fixe d'équilibre (fig. 119). Si un tube barométrique ordinaire est dressé à côté, sur la même cuvette, on reconnaîtra que le niveau est notablement plus bas dans le baromètre à vapeur que dans le baromètre sec. On ne peut point attribuer à la pression qu'exerce la petite colonne de liquide ac l'abaissement du niveau : car les lois de l'équilibre voudraient que la colonne d'eau ac fut 13 fois a aussi haute que la colonne de mercure qui

lui ferait équilibre, tandis qu'elle est au contraire plus petite. Il faut donc admettre l'existence d'une pression

exercée sur la surface c. Cette pression, c'est la vapeur formée qui la produit. Ainsi, comme les gaz, la vapeur a une force élastique, et cette force élastique peut se mesurer, en négligeant la pression insignifiante de la couche liquide ac,par la différence des niveaux du mercure dans les deux tubes, car la pression de la vapeur fait bien équilibre à la colonne bd.

Il est très-importaut de remarquer que le mouvement de descente de la colonne mercurielle s'opère très-rapidement, sinon instantanément, et que cette colonne une fois arrivée en d ne descend plus, bien qu'il reste un petit excès de liquide à sa surface.

A température égale , les liquides volatils, et j'entends par ce nom les liquides qui fournissent des vapeurs en quantité sensible aux températures ordinaires, ont des forces élastiques très-différentes. On peut s'en convaincre en montant sur une même cuvette quatre tubes barométriques : 4 un baromètre sec, un baromètre à vapeur d'eau, un baromètre à vapeur d'alcool et un baromètre à vapeur d'éther. On verra que les différences entre le niveau du mercure dans le premier tube et le niveau du mercure dans les trois autres, sont très-inégales. Ainsi, si l'expérience est faite h la température de 15°, la différence sera, pour le baromètre à vapeur d'eau, d'environ 1 centimètre; pour le baromètre à vapeur d'alcool, de 4 à 5 centimètres, et pour le baromètre à vapeur d'éther, de 35 centimètres.

Nous savons déjà que deux circonstances font varier la force élastique d'une masse gazeuse : le changement de volume et le changement de température. Commets-

Fig. 119.

qu'à présent nous avons vu les vapeurs présenter toutes les apparences des gaz, il est nécessaire de rechercher si cette analogie est complète, s'il y a au contraire des différences et quelles elles sont : voyons par conséquént quelle sera aussi sur la vapeur d'eau, que nous prendrons pour type des vapeurs, l'influence de la variation du volume et de la variation de température.

influence du volume. — Pour la première étude, prenons le baromètre à cuvette profonde dont nous avons déjà fait usage, quand il s'est agi de vérifier la loi de Mariotte pour de faibles pressions. Nous remplissons un long tube barométrique de mercure en laissant place pour une couche d'eau de 1 centimètre d'épaisseur environ, et nous le mettons en place sur la cuvette, comme il a été dit plus haut, en prenant toutes les précautions indiquées au chapitre des baromètres, pour qu'il n'y ait point d'air dans le tube, et qu'il ne renferme en fait de fluide élastique que la vapeur d'eau. Nous mesurons à l'aide d'une règle divisée la hauteur de la colonne mercurielle et aussi l'épaisseur de la petite couche liquide qui repose sur le mercure. La différence entre la hauteur du mercure dans un baromètre sec placé à côté et la hauteur du mercure dans notre tube, nous donne la force élastique de la vapeur.

Ces mesures prises, soulevons le tube verticalement en le faisant glisser le long de la colonne liquide, ce qui aura évidemment pour effet d'agrandir l'étendue de la chambre de vapeur. S'il s'agissait d'un gaz, nous savons ce qui arriverait : la force élastique du gaz deviendrait d'autant moindre que le volume occupé par lui serait plus grand, et le mercure monterait par conséquent dans le tube à une plus grande hauteur. Dans l'expérience actuelle, il n'en est pas ainsi : nous voyons le niveau du mercure rester absolument invariable; mais en môme temps l'épaisseur de la couche d'eau diminue, et cela continue ainsi jusqu'à ce que tout le liquide volatil ait disparu. Qu'en conclure? que la force élastique reste constante, et qu'elle reste constante parce que, dès l'instant où l'espace

s'agrandit d'une certaine quantité, le liquide fournit une quantité de vapeur proportionnelle. Abaissons le tube, au contraire, de manière à diminuer l'étendue de la chambre de vapeur. En pareil cas , un gaz augmenterait de force élastique et la colonne de mercure s'abaisserait. Ici , rien de pareil ; la hauteur de cette colonne demeure encore invariable, et de plus on voit l'épaisseur de la couche de liquide augmenter. Par conséquent la force élastique reste constante, et cela parce que la quantité de vapeur qui remplissait la portion d'espace retranché à la chambre barométrique est retournée à l'état liquide. Et l'on pourra, en abaissant le tube de plus en plus , ramener à l'état liquide toute la vapeur formée.

Ainsi en résumant les résultats de celte double expérience, on voit que lorsque la vapeur est en présence du liquide qui la fournit., elle conserve, quel que soit le volume qu'on lui fait occuper, une force élastique invariable, et par suite une densité constante.

Force élastique maximum. — Remontons maintenant le tube jusqu'au point où la couche liquide disparaît, complètement vaporisée; et à partir de cette position, donnons un nouvel agrandissement à la chambre de vapeur. Alors la colonne de mercure augmente de hauteur, ce qui indique une diminution dans la force élastique. Si nous comparons les volumes occupés par la vapeur dans les diverses positions que nous pourrons donner au tube, quand le liquide n'est plus en présence, à la force élastique mesurée par la différence entre la hauteur du baromètre sec et la hauteur du baromètre à vapeur, nous constaterons que la vapeur se comporte comme un gaz, et qu'elle suit la loi de Mariotte : les élasticités sont en raison inverse des volumes.

Cette loi n'est cependant en général exactement applicable aux vapeurs que lorsqu'elles ont subi une certaine dilatation, par la même raison qui fait que les gaz liquéfiables ne la suivent plus lorsqu'ils approchent de leur point de condensation.

Il suit de là que la force élastique que peut avoir une

vapeur à une température donnée est la plus grande possible quand cette vapeur est en présence du liquide qui la fournit. Cette force élastique s'appelle force élastique ou tension maximum. La densité reste constante quand la force élastique ne change pas, et diminue quand, le liquide n'étant plus en présence de la vapeur, le volume de cette vapeur augmente; elle est donc maximum quand la tension Test elle-même.

Quand un espace est rempli de vapeur ayant sa tension maximum, on dit que cet espace est saturé ou que la vapeur y est à saturation.

Prenons donc un espace renfermant de la vapeur assez éloignée de la saturation, c'est-à-dire ayant une tension notablement plus faible que sa tension maximum, et diminuons de plus en plus le volume occupé par cette vapeur ; nous augmenterons par là sa force élastique. Quand cette force élastique sera devenue égale à la tension maximum, si nous continuons à diminuer le volume, la vapeur se condensera, comme nous l'avons dit plus haut. Ainsi se trouve expliquée la condensation des vapeurs par la pression dont nous avons parlé dans le chapitre précédent. Et puisque les vapeurs éloignées du point de saturation se comportent comme le gaz, il est naturel d'admettre que les gaz ne sont autre chose que des vapeurs éloignées du point de saturation et de leur appliquer, pour les liquéfier, la même méthode.

Influence de la température. — Nous avons jusqu'à

présent supposé que la température restait la même; étudions actuellement l'influence du changement de température. Nous n'aurons pour cela qu'à reprendre la même série d'expériences aux différents points de l'échelle thermométrique.

Le tube barométrique contenant du mercure avec une couche d'eau o.u d'éther, étant enveloppé, dans la partie où se forme la vapeur, par un manchon cylindrique du prismatique en verre, on établira dans ce manchon de l'eau que l'on portera à une température plus ou moins élevée. Et Ton constatera qu'à toute température la vapeur

mise en présence de son liquide conserve une force élastique indépendante du volume qu'on lui fournit; et que * lorsque la vapeur n'est plus en présence de son liquide, elle change de force élastique quand on augmente ou qu'on diminue son volume, en suivant la loi de Mariotte, pourvu que la vapeur soit un peu éloignée de la saturation ; qu'ainsi il y a pour chaque température une force élastique maximum, et une densité maximum particulière. Cette tension maximum croît avec une très-grande rapidité, comme on peut s'en convaincre par l'expérience suivante.

On remplit de mercure la branche fermée d'un tube de Mariotte (fig. 120), et l'on introduit par dessous une petite

quantité d'éther qui monte à la partie supérieure au-dessus du mercure; puis on plonge le tube dans un grand bocal contenant de l'eau dont on élève progressivement la température. Au premier abord, la colonne mercurielle reste immobile, la pression atmosphérique étant trop grande pour que, k la température où se trouve le liquide, la vapeur puisse se former. Puis, bientôt le " niveau s'abaisse. A 37° les deux niveaux sont sur le même plan horizontal, ce qui indique que la force élastique de la vapeur d'éther est égale à la pression atmosphérique ; puis le mercure monte rapidement dans la grande branche au fur et à mesure que la température s'élève. En même temps, la couche d'éther diminue de plus en plus et finit par disparaître.

La connaissance des forces élastiques maximum de la vapeur d'eau est d'une haute importance dans l'industrie pour la conduite des machines à vapeur. Parmi les physiciens qui se sont surtout occupés de leur détermination numérique, nous citerons particulièrement MM. Dalton,

Gay-Lussac, Arago et Regnault. Nous n'entrerons dans aucuns détails sur les méthodes qu'ils ont suivies, et nous nous bornerons à donner ici les tensions de la vapeur d'eau de 5 en 5 degrés jusqu'à la température de 100°; et pour les températures plus élevées, nous donnerons, comme dans la plupart des traités de physique, les températures correspondant à des pressions de deux, trois, quatre atmosphères, etc.

Tensions maximum de la vapeur d'eau jusqu'à 100 8 {en millimètres

de mercure), d'après Regnault.

Températures.

Tensions.

Températures. Tensions.

Tensions maximum aux températures supérieures à 100». Forces élastiques maximum

exprimées en atmosphères Températures, de 76 centimètres de mercure.

Lorsque le liquide est en excès, la vapeur fournie prendra a toutes les températures par lesquelles on la

fait passer la tension maximum et la densité maximum correspondantes. Mais une fois que le liquide sera complètement vaporisé, alors l'élévation de la température augmentera bien encore la force élastique de la vapeur, mais non plus avec la même rapidité. Cette force élastique variera seulement comme celle d'un gaz dans les mêmes circonstances. Elle sera proportionnelle au volume que prendrait la masse, si elle si dilatait librement.

D'après cela, prenons un ballon rempli de vapeur éloignée du point de saturation, et refroidissons-le progressivement. Par le fait de ce refroidissement, la vapeur diminuera de force élastique, comme ferait un gaz en pareille circonstance. Mais les forces élastiques maximum, correspondant aux différentes températures par lesquelles passe la vapeur, décroissent beaucoup plus rapidement. La différence entre la tension de la vapeur et la tension maximum est donc de plus en plus petite, et finira par être nulle. De même que si sur un fil vertical, on faisait descendre deux boules, l'une, la plus basse, glissant trèslentement, l'autre, la plus élevée, descendant très-vite, la seconde finirait par rencontrer la première.

Ainsi, la vapeur atteindra une température pour laquelle sa tension et sa densité seront précisément la * tension et la densité maximum ; si on refroidit davantage, la vapeur se condensera en partie, et la quantité de vapeur condensée sera d'autant plus grande que le refroidissement sera plus grand lui-même.

Si, en même temps que l'on refroidit la vapeur, on la comprime pour augmenter sa force élastique, on obtiendra la condensation sans avoir besoin de produire un froid aussi considérable; car alors la force élastique de la vapeur et la tension maximum iront à la rencontre l'une de l'autre, la première croissant, la seconde décroissant; comme si dans l'exemple des deux boules que nous citions tout à l'heure, la boule inférieure remontait ' au lieu de descendre.

On voit que nous venons de reprendre là dans leur ensemble une partie des faits exposés dans le dernier .

chapitre. Mais alors il n'était point question de force élastique; nous nous étions simplement bornés à constater le fait de l'évaporalion, les circonstances qui la favorisent et à en déduire alors par analogie les conséquences relatives au phénomène inverse, celui de la liquéfaction. Ici les faits s'établissent rigoureusement, et se présentent comme des corollaires nécessaires, en même temps que très -simples, des observations relatives à l'influence du volume et de la température sur la force élastique des vapeurs.

Formation des Tapeurs dans nn milieu gazeux. —

Les principes que nous venons d'exposer sont relatifs à la formation des vapeurs dans le vide barométrique. Or nous savons que dans l'air la vapeur se forme lentement au lieu de se développer instantanément, et l'on pourrait se demander si dans l'air comme dans le vide, la vapeur est susceptible d'atteindre , à une température donnée , un maximum de force élastique, et si ce maximun est le même que dans le vide.

Or l'expérience a fait voir que si l'on a un récipient , contenant de l'air ou un mélange gazeux quelconque sec, et communiquant avec un manomètre, et si l'on introduit dans ce récipient une quantité convenable d'eau ou d'un liquide volatil quelconque, le mercure du manomètre est progressivement refoulé jusqu'à ce qu'il s'établisse une certaine différence invariable de niveau, qui, ajoutée à la hauteur barométrique donne la force élastique totale du mélange. Il y a donc un maximum de tension. En second lieu si de cette élasticité totale, on retranche celle qu'a prise le gaz sec, par suite de la variation du volume, élasticité que l'on peut calculer en appliquant la loi de Mariotte, la différence donne la tension de la vapeur : or cette tension est précisément égale à celle que la vapeur aurait prise dans le vide à la même température. Donc dans un milieu gazeux saturé de vapeur, la tension et la densité de cette vapeur sont les mêmes que si elle se fût formée dange vide barométriqne.

Densité de la Tapeur d'eau, — Si à un appareil aspirateur, de capacité connue et plein d'eau, on adapte une série de tubes en U contenant de la pierre-ponce en petits fragments et imbibée d'acide sulfurique (huile de vitriol), substance éminemment propre à absorber l'humidité; si on fait communiquer le dernier de ce tube avec l'intérieur d'un cy-

lindre rempli de matières spongieuses bien imbibées d'eau , et dans lequel l'air extérieur a un libre accès; enfin, si les choses disposées de la sorte, on ouvre les robinets de l'aspirateur , l'air appelé par cet aspirateur se saturera d'humidité dans le cylindre, puis passant dans les tubes absorbants, abandonnera aux deux ou trois premiers toute son humidité. L'augmentation de poids de ces tubes donnera donc le poids de vapeur saturée contenu , à une température donnée , et par suite avec une force élastique connue , dans un volume d'air égal au volume d'eau sorti de l'aspirateur. Ce poids de vapeur est comme nous l'avons dit plus haut le même que celui qui pourrait saturer un récipient de même dimension, où l'on aurait fait le vide.

Si donc on divise ce poids par le poids calculé du même volume d'air sec, à la même température et à la même pression, on aura la densité de la vapeur d'eau par rapport à l'air. Le quotient est constant et égal à 0,622 ou, en fraction ordinaire, sensiblement §. Ainsi pour calculer le poids d'un volume quelconque de vapeur, saturée ou non , formée dans le vide ou dans l'air, il suffira de calculer le poids d'un égal volume d'air sec pris dans des conditions identiques de pression et de température, et de multiplier le résultat par 0,622.

Principe de Watt* — Lorsqu'un espace est rempli de vapeur, saturée ou non , à une certaine température , si l'on vient à refroidir un des points de cet espace, la vapeur k se condense en ce point jusqu'à ce qu'elle n'ait plus dans l'espace tout entier que la tension maximum correspondante à la température du point froid.

Ainsi, supposons que la tension soit à 100° de 200 mm dans l'espace abcdef (fig. 121), et que l'on porte le point crfà la température de 10°, la vapeur se condensera en b grande partie en cd, et ne gardera plus que la tension maximum correspondante à 10°, c'est-à-dire 9 œm ,17. Voici pourquoi : la paroi cd étant amenée à 10° , la vapeur se refroidit par le contact et prend aussi a la température de 10°. Or, la plus grande force élastique de la vapeur à 10° est F.g. m. 9 mm ,17. Elle ne pourra donc garder sa tension primitive de 200 m , et se condensera en cd en prenant lauension de 9 ram ,17. Mais dans un même espace, l'équilibre est impossible entre deux masses gazeuses ayant des forces

élastiques différentes, puisque pour chacune d'elles la force élastique ne serait pa3 égale à la pression que l'autre masse gazeuse exercerait sur elle. Les deux masses de vapeur, celle qui a pris la tension de 9 mo \ et celle qui avait gardé la tension de 200 mm , se mélangeront donc en prenant alors une tension moindre , il est vrai , que 200 mm , mais plus grande encore que 9 wm ,17. Il y aura donc de nouveau condensation en cd, et cela continueraévidemment ainsi tant que la force élastique ne sera pas partout 9 mm ,ll.

S'il y a de l'eau en ef y le phénomène se compliquera ; mais il est cependant facile de prévoir ce qui doit arriver. Alors dans l'espace total la vapeur a la tension maximum qui correspond à la température du liquide. Mais si Ton met la partie cd à une température inférieure à 10°, il y a condensation en cd et diminution de la tension dans l'espace total ; le liquide fournit alors de la vapeur pour rétablir la tension primitive : nouvelle condensation en cd, nouvelle formation de vapeur en ef, et ainsi de suite jusqu'à ce que tout le liquide soit passé de ef en cd. Ces principes ont été établis pour la première fois par l'illustre mécanicien Watt , et appliqués par lui aux machines à vapeur, comme nous allons le voir.

Machines à vapeur. — Dans une machine à vapeur il faut distinguer quatre parties essentielles , la chaudière ou générateur de vapeur, le cylindre qui renferme le piston sur lequel s'exerce l'effort de la vapeur, le condenseur, enfin le système de pièces destinées à la transmission du mouvement.

Chaudière. — Dans les machines fixes , la chaudière se compose ordinairement d'un immense cylindre , terminé à ses deux extrémités par deux calottes hémisphériques. Au-dessous sont suspendus, parallèlement et à égale hauteur, deux autres cylindres de plus petit diamètre, appelés les bouilleurs. Dans la figure 122, l'un des bouilleurs est caché par l'autre. Us se rattachent au cylindre principal par deux ou trois tubes dont le diamètre est à peu près égal à celui des bouilleurs eux-mêmes.

Les bouilleurs et la moitié de la capacité de la chaudière sont remplis d'eau. Ces différentes pièces sont disposées dans un massif de maçonnerie qui forme le fourneau, de telle sorte que la flamme enveloppe de toutes parts les bouilleurs et passe sous la chaudière, mais seulement dans la partie recouverte par % l'eau. Sur la plate- forme de la chaudière sont pratiquées plusieurs ouvertures : l'une, la plus large, T, est appelé le trou d'tiomme, et sert au nettoyage et à l'inspection de la chaudière;

une autre S , est fermée par une soupape que presse une tige chargée d'un poids; c'est ce que l'on appelle la soupape de sûreté. La charge est réglée de telle manière que si la vapeur vient à dépasser une certaine limite de pression, elle soulève la soupape et s'échappe par l'ouverture devenue libre. Pour plus de sécurité, on ajoute encore à cette soupape une autre ouverture fermée par un disque composé d'un alliage fusible à une température qui correspond à une tension un peu moindre que la tension limite. On comprend que si la vapeur prend une tem-

Fig. m.

pérature trop élevée, la rondelle fusible se fondra et découvrira l'ouverture. On y joint encore d'autres pièces destinées à faire connaître au chauffeur la hauteur du niveau d'eau dans sa chaudière. Tel est, par exemple, le flotteur F qui nage à la surface du liquide et descend avec elle. Le petit tube de verre placé en avant de la chaudière sert au môme usage. Enfin, le sifflet d'alarme D a encore le même but. Le tube G sert à emporter la vapeur hors de la chaudière , et le tube A à y amener Peau destinée à remplacer celle qui s'est évaporée. Dans les locomotives (fig. 123), le foyer est placé dans l'intérieur de la chau-

dière, et les gaz chauds produits par la combustion traversent la masse d'eau dans des tuyaux horizontaux. Cette disposition donne une très-grande étendue à la surface de chauffe, et permet de développer avec la plus petite quantité de combustible, et dans le temps le plus court, une grande quantité de vapeur.

Piston moteur. — La vapeur engendrée dans la chaudière est conduite ensuite au cylindre qui contient le piston. La distribution de cette vapeur se fait au moyen d'un petit appareil appelé tiroir, dont nous parlerons tout à l'heure. Avant d'entrer dans les détails de construction , faisons comprendre le mode d'action de la vapeur.

On distingue les machines à vapeur en machines à simple effet et machines à double effet, suivant que la vapeur doit agir sur une seule face du piston, ou successivement sur ses deux faces.

Représentons-nous un cylindre en communication libre avec l'atmosphère par sa partie supérieure , et fermé , au contraire, à la partie inférieure (fig. m). Un piston plein peut glisser à

frottement dans ce cylindre; un tuyau m fait communiquer l'espace que ce piston laisse au-dessous de lui avec le générateur de vapeur; un autre tube n fait communiquer ce même espace avec une caisse appelée condenseur maintenue à basse température. Le robinet métant ouvert , et le robinet n fermé , la vapeur arrive sous le piston avec une élasticité supérieure à la pression atmosphérique; admettons- la égale à deux atmosphères, ce qui suppose une température d'environ 121°. Le piston supportant sur sa face inférieure une pression de 2 atmosphères , et sur sa face supérieure une pression de 1 atmosphère , devra monter sous l'influence de la différence de ces deux pressions contraires. Lorsqu'il est arrivé au haut de sa course, fermons le robinet m et ouvrons le Robinet n. Alors si la température du condenseur, est, par exemple, de 10°, latension delà vapeur sous le piston devra, conformément aif^HW^ cipe de Watt, descendre à 9 millimètres, tandis que la pression sur la face supérieure reste égale à la pression atmosphérique. Par conséquent le piston devra descendre. Quand il sera arrivé au bas de sa course , on ouvrira de nouveau m en fer-

mant n, et la pression inférieure devenant de nouveau égale à 2 atmosphères, le piston reprendra son mouvement ascendant.

Dans les machines à double effet, le piston sépare deux chambres complètement fermées. Chacune d'elles peut communiquer avec la chaudière ou avec la condenseur. Lorsque la chambre supérieure communique avec la chaudière , sa communication avec le condenseur est fermée; en même temps la chambre inférieure communique avec le condenseur et non avec la chaudière. De cette manière la pression supportée par la face supérieure du piston est la plus forte, et le piston descend. Quand il est arrivé au plus bas de sa course, on renverse toutes les communications, de telle sorte que la vapeur arrive de la chaudière sous le piston, et que la vapeur delà chambre supérieure aille se rendre dans le condenseur; alors le piston remonte.

Tiroir ou distributeur. — Voici maintenant comment ces communications s'établissent : Contre la paroi du corps de pompe renforcée par une double épaisseur, se trouve adossée une caisse rectangulaire ou cylindrique, dans l'intérieur de laquelle glisse une boîte creuse dont le bord s'appuie sur la paroi même du corps de pompe (fig. 125 et 126). Trois ouvertures

sont pratiquées dans l'épaisseur renforcée de cette paroi.

L'ouverture supérieure est l'entrée du tube creusé dans la paroi et qui va déboucher dans la capacité du corps de pompe audessus du piston. L'ouverture inférieure communique de la

Fig. â'25.

Fig. 126.

môme manière avec la chambre que le piston forme au-dessous de lui. Enfin, le conduit du milieu se rejette latéralement pour sortir en d (figure 126), et descend au condenseur. La boite mobile du tiroir a une hauteur telle, qu'elle ne puisse recouvrir

jamais que deux de ces ouvertures à la fois. Dans sa position la plus élevée elle embrasse l'ouverture supérieure et celle du milieu. Dans sa position la plus basse, elle embrasse cettemême ouverture du milieu et l'ouverture inférieure. La vapeur arrive de la chaudière dans la caisse qui enveloppe le tiroir par le tuyau A. Dans notre Ggure le tiroir est dans la position inférieure; la vapeur va donc tourner autour du tiroir et entrer dans la chambre supérieure ; en même temps la chambre inférieure communique par les ouvertures a et 6 avec le condenseur; le piston est, par conséquent, dans son mouvement descendant. Un peu avant que le piston arrive au plus bas de sa , course , la position du tiroir sera changée de telle sorte qu'il vienne couvrir les ouvertures b et c en laissant découverte l'ouverture a. Alors la vapeur entrera dans la chambre inférieure, tandis que celle de la chambre supérieure ira au condenseur; le mouvement du piston sera donc arrêté, puis s'établira en sens inverse. Le tiroir retournera ensuite à sa première position quand le piston, dans son mouvement ascendant, approchera du point le plus haut de sa course. Alors le mouvement d'ascension sera arrêté, et le piston redescendra. Cette manœuvre du tiroir déterminera donc un mouvement de va-et-vient de la tige du piston qu'il sera facile ensuite de transformer en mouvement circulaire.

Dans les machines où la vapeur a une élasticité qui ne dépasse que de très-peu là pression atmosphérique, il y a nécessité absolue d'employer un condenseur pour établir sur les deux faces du piston une différence de pression suffisante. On les appelle machines à basse pression. Mais dans les machines à haute pression , où la vapeur a une force élastique de k à 5 atmosphères et même davantage, l'air extérieur sertde condenseur; telles sont les locomotives. En supposant la force élastique de 5 atmosphères, la différence de pression sera de 4 pressions atmosphériques, puisque la face mise en communication avec l'air ne supportera plus que la pression de l'atmosphère , la vapeur se condensant dans l'air froid.

Détente. — En réglant convenablement le diamètre des orifices o et c et l'épaisseur de la partie pleine du tiroir qui passe sur ces ouvertures, on peut faire en sorte que la vapeur n'entre dans le corps de pompe que pendant la moitié, le tiers, le quart, etc., de la course du piston. Cette disposition que l'on appelle détente, a de grands avantages économiques; car si l'entrée de la vapeur est interceptée à la moitié de la course ,

par exemple, la dépense sera évidemment moitié moindre; il y aura, il est vrai, diminution dans la force de la vapeur, puisque dans la seconde moitié de la course la vapeur se dilatera, se détendra, dans un espace double; mais comme cette détente n'est complète qu'à la fin du mouvement, la force élastique

moyenne sera supérieure à— ou J. Ainsi, avec une réduc-

Fig. 127.

tion de moitié de la dépense, il n'y aura qu'une diminution de moins d'un quart dans la force de la vapeur.

Transmission du mouvement, — II nous reste maintenant à expliquer la transmission du mouvement et le jeu des diverses pièces accessoires. Nous prendrons pour exemple une machine de Watt, à basse pression et à double effet (ûg. 127 et 128).

La tige du piston s'attache par un système de pièces articu-

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lées, formant ce qu'on appelle le parallélogramme de Watt , à l'extrémité du balancier eé mobile autour de son milieu.

Comme le pointe décrit une circonférence dont le point o est le centre, tandis que la tige doit monter et descendre verticalement, il y aurait inévitablement flexion et rupture de cette tige si elle s'attachait immédiatement au point e. En e r s'articuie une bielle f, qui va s'attacher à la manivelle g. Ces pièces oe', f et g, fonctionnent exactement comme les pièces d'un rouet; oe' tient lieu de la planche mise en mouvement par le pied et g de la manivelle. La bielle va donc tourner autour du centre o', en entraînant dans ce mouvement de rotation l'arbre de couche dont o' est l'extrémité, le volant v, et par suite toutes les pièces, roues, tambours, etc., engrenées avec cet arbre de couche.

Dans les locomotives il n'y a pas de balancier. La bielle c, qui fait tourner la manivelle fixée à l'essieu des roues motrices s'attache directement à la tète de la tige du piston (voir fig. 123).

Sur l'arbre de couche est fixée une pièce appelée excentrique parce que son centre ne coïncide pas avec le centre o' de l'arbre (fig. 129). Par la rotation de l'arbre l'excentrique donne un mouvement de vaet-vient à la pièce ab , de sorte que le point c se déplace de droite à gauche et de gauche à droite. Il en résulte un mouvement d'oscillation du levier coudé cde qui fait monter et descendre la tige/"; c'est à cette tige qu'est attaché le tiroir. L'excentrique est dirigé par rapport à la bielle, de telle sorte que le tiroir arrive au haut de sa course lorsque le piston est à peu près aux f de sa course ascendante, et qu'il arrive à sa position inférieure lorsque le piston est aux J de sa course descendante.

IMS

Fig. «29.

Les autres pièces sont :

Le condenseur n ;

Une pompe /, qui enlève du condenseur l'eau chaude, provevenant de la condensation de la vapeur. Cette eau chaude est amenée par le piston dans une caisse , d'où elle passe à la pompe k;

Une pompe foulante fe, qui renvoie l eau chaude au générateur.

Toutes ces pièces sont établies dans une grande bâche remplie d'eau froide. C'est cette bâche qui alimente d'eau froide le condenseur par le tuyau n'. Une troisième pompe i, toujours mise en mouvement par le balancier, puise l'eau dans un puits pour l'amener dans la bâche.

On exprime ordinairement la force d'une machine à vapeur par l'effet utile qu'elle peut produire. L'unité de force que l'on emploie comme terme de comparaison est appelée cheval-vapeur . C'est la force nécessaire pour élever à 1 mètre en 1 seconde un poids de 75 kilogrammes. Ainsi, une machine de 10 chevaux est celle qui élèverait à 1 mètre en 1 seconde 750 kilog., où qui élèverait 1 kilogramme à 750 mètres dans ce même intervalle de temps de 1 seconde.

Nous renverrons pour de plus amples détails sur les machines à vapeur au Traité de Physique de M. Pouillet ou à la notice publiée par Àrago dans l'annuaire du bureau des longitudes (année 1839).