CHAPITRE IV

DE Lk COMBUSTION.

L'œuvre tle la combustion a été pendant long-tenis regardée comme le résultat du dégagement d'un certain principe particulier et subtil auquel les physiciens donnaient le nom de phlogistiquc, et que tous les corps étaient supposés contenir en plus ou moins grande quantité. Cette hypothèse, cependant, ne pouvait pas s'accorder avec une série de faits qui tendaient à prouver, qu'au lieu de se séparer d'un principe quelconque, plusieurs corps augmentaient en poids par suite de leur combustion. Les métaux, en particulier, dans leur oxidation, présentaient un obstacle presqu' insurmontable à l'adoption de ce système, quand les découvertes de Schèele, de Cavendisli et Priestley, sur la constitution de l'air atmosphérique, de Black sur la chaleur latente, vinrent fournir au célèbre Lavoisicr, les fondemens de son ingénieuse et admirable théorie de la combustion.

Selon Lavoisier, la lumière et la chaleur

proviennent de l'oxigène de l'air, dans l'instant de sa combinaison avec les corps combustibles. Et depuis, les chimistes de son école , en agrandissant cette idée , ont rangé tous les corps en deux grandes séries, comprenant les corps combustibles et les corps comburans, ou soutiens de la combustion.

Cependant quoique cette théorie s'accorde avec la plupart des phénomènes de la combustion que nous observons journellement, il en «st quelques-uns pour lesquels elle devient insuffisante. Elle n'explique pas, par exemple, à quoi tiept le dégagement de calorique et de lumière, qui accompagne la combinaison de l'oxigène avec un comburant , et pourquoi dans quelques cas , cette combinaison peut avoir lieu sans qu'il y ait émission de ces deux principes. Ainsi l'oxigène s'unit à l'azote , au chlore et au mercure , sans qu'il y ait dégagement de calorique.

La distinction des corps en combustibles et comburans, peut également paraître imaginaire, car quelques-uns d'entre eux jouissent des deux facultés; ainsi l'hydrogène sulfuré uni à l'oxigène, est un combustible; le chlore avec le potassium est un comburant; et le souffre uni au chlore et à l'oxigène agit

comme combustible, tandis qu'avec un métal, il devient comburant. Nous ne pouvons attribuer ces phénomèpes à l'expulsion de la chaleur latente en conséquence de la condensation : car le protoxide de chlore, substance dénuée de tout principe combustible, à l'instan t de sa décomposition , émet de la lumière et de la chaleur avec une violence explosive, et cependant son volume augmente d'un cinquième; de la même manière les chlorates et les nitrates traités par le charbon, le soufre, ou un métal, détonnent avec déflagration, et cependant le volume de ces substances combinées est beaucoup agrandi ; on ne peut pas non plus attribuer la production de chaleur émise pendant la combustion, à la diminution de chaleur spécifique de la part des combinaisons résultantes, car dans plusieurs cas, il n'y a nullement lieu à diminution. Par exemple, la combinaison d'oxigène et d'hydrogène ou celle de soufre et de plomb ne produit pas une plus grande altération dans les chaleurs spécifiques de l'eau ou du sulfure de plomb, que la combinaison de l'oxigène avec le cuivre, le plomb ou l'argent, ou que celle du soufre avec le carbone n'en produisent dans Us oxides, les carbures et les

sulfures qui en résultent. Ce qui précède , et beaucoup d'autres faits semblables, prouvent que l'oxigène n'est pas l'agent indispensable de la combustion ; que l'émission de la cbaleur ne peut être attribuée simplement au départ du gaz et de la cbaleur latente ; que des effets semblables peuvent être produits par l'action chimique et réciproque des substances entr' elles, peut-cire aussi par leur relation électrique, par la grande mobilité imprimée aux particules de la matière. Tel est du moins le résultat des recherches savantes de sir H. Davy.

Les matières combustibles qu'on emploie le plus ordinairement pour produire la vapeur nécessaire au mouvement des machines, sont la houille, le bois et le co ke. Quelle que soit la consommation énorme qui se fasse de la première de ces substances , depuis que les machines à vapeur ont été appliquées à la navigation, et a presque toutes les industries, il paraît que la quantité qui s'en trouve dans le sein de la terre est tellement considérable, qu'on ne peut encore prévoir à quelle époque les mines de houille pourront être épuisées. Plusieurs d'entr'elles , d'une qualité moyenne ou inférieure ne sont pas encore

DE LA COMBUSTION. -g exploitées, mais trouveront plus tard leur emploi. Les Anglais ont calculé que les mines du pajs de NorlhumbertanU et Durham, étaient encore capables de fournir du charbon pendant 1700 années, et on n'en retire pas moins de 16 millions de tonneaux (environ 16,000,000,000 de kilogrammes) par année; et quand ces mines seront épuisées, le pays de Galles du sud , sera à même d'en produire encore pendant 2000 années.

Mais ce n'est pas autant le prix du combustible, que le volume qu'il occupe à bord des bateaux a vapeur, qui doit exciter les méditations desmécaniciens sur le mcilleurpartî à en tirer. En effet le service de la navigation par la vapeur, a été jusqu'à présent limité a une navigation presque de cabotage, et la plupart des essais faits pour l'appliquer aux navigations de long cours , ont échoué par suile de l'esiguité des provisions de combustibles. Il est encore un moyen pour arriver à de pareils résultats, et qui doit mériter de fixer l'attention des navigateurs : c'est de ne fixer l'emploi de la puissance de la vapeur qu'à l'état d'exception, de vent contraire ou Je calme, et non pas d'en faire une consommation normale, même lors des vents favorables. Un

8o DE LA COMBUSTION,

procédé mécanique qui sous ce poiut de vue, atteindrait à ces conditions, doublerait immédiatement les approTÎsionnemcns, et réduirait de moitié les dépenses de combustibles, et l'usure des appareils évaporatoires. Il n'est pas de navigateur qui ne sache que les vents sont susceptibles d'aider à la route du vaisseau pendant au moins les cinq huitièmes des traversées, et il est par trop singulier d'êtreobljgé défaire tournerconstamment des roues à aubes, etmême avec une grande vélocité, quand une force supérieure à celle de la vapeur pourrait si souvent imprimer aux navires un sillage plus considérable.

D'après les expériences les plus récentes, il paraîtrait qu'un kilogramme de bouille de bonne qualité, peut élever à la température d'un degré centigrade, la quantité moyenne d'eau de 421a k, , ou réduire en vapeur à basse pression de io5° une quantité de 6 k.,5d'eau prise à io*. M. Clément a trouvé des résultats bien supérieurs, puisqu'il est parvenu à vaporiser 10 k.,8 d'eau prise à zéro avec un kilogramme de houille ou de coke de bonne qualité.

Le bois de pin sec, d'après Rumford peut élever d'un degré centigrade une quantité de

DE LA COMBUSTION. fl .

20 1 o kilogrammes d'eau , ou convertir en vapeur à basse pression ( i o5° ) environ 3 k. , i d'eau prise à io*. Pour le bois de chêne sec, le même expérimentateur a trouvé 3i5o k., et 4 k. , 85.

Les houilles ou charbons de pierre, dans leurs qualités , varient a l'infini. Il en est qui après leur combustion ne donnent que sept pour cent de cendres ou résidus et le charbon menu ne produit que les 7 de l'effet de bonne, houille en roche et ■de même qualité.

Malgré les expériences de Rumford sur le chêne, il paraîtrait probable que toutes les espèces de bois sec peuvent, sous le même poids, donner la même intensité de chaleur; d'après cela, à volume égal, l'effet produit varierait comme leur poids spécifique.

Quand on a en vue la construction d'une machine à vapeur, on connaît la quantité et l'espèce de vapeur qu'elle doit produire , et c'est ordinairement sur cette base que toutes les parties de la machine sont mesurées dans leurs dimensions. L'étendue des grilles, le diamètre de la cheminée et la surface de chauffe, sont d'une haute importance pour la quantité de vapeur dont il sera nécessaire de pouvoir disposer, et il est bien reconnu au-

8> DE LA COaiBUSTION.

jourd'hui qu'il est infiniment avantageux d'agir avec de grandes surfaces de chauffe.

Quoique les relations entre les petites machines ù vapeur et les grandes, ne soient pas tout-à-fait les mêmes pour la consommation en combustible, l'étendue des surfaces chauffées, l'aire des grilles, etc, on est cependant convenu de rapporter toutes ces quantités à l'unité de force généralement adoptée qu'on appelle puissance de cheval.

Ainsi par exemple, la quantité d'eau consommée par puissance de cheval est d'environ 3o litres par heure ; des expériences multipliées ont prouvé qu'un mètre carré de surface chauffée est suffisant pour la vapoririser avec excès. Mais cette surface de i mètre c;irré est trop grande pour les grandes machines ; or , comme il est extrêmement facile de modérer les feux quand la production de vapeur est trop grande, tandis qu'il est a peu près impossihle de pourvoir a l'insuffisance d'une petite chaudière, nous recommandons de donner cette étendue à la surface exposée directement au feu. D'après Tredgold, on ne devrait donner au plus pour une machine ù haute pression que o, 95" par puissance de cheval; mais nous avons éprouvé

t>E LA COMBUSTION. SI plusieurs fois dans de petites machines, que cette étendue était insuffisante quand on ne s'aidait pas d'un ventilateur mécanique pour augmenter l'activité du feu, ou que la vapeur même expulsée de la machine n'était point renvoyée à la base de la cheminée pour élever la température des gai, ou de l'air échauffé provenant de la combustion, et favoriser ainsi le tirage. Généralement les chaudières qui produisent avec abondance de la vapeur, sont plus économiques que celles qui ne fournissent que tout juste la quantité nécessaire aux fonctions de la machine. Il est extrêmement facile de modérer un feu trop actif, tandis qu'on échauffe en vain, et souvent aux dépens d'une très grande masse de combustible une chaudière qui n'a que tout juste les dimensions néjessaires, et dont les qualités, par suite d'un service un peu continu, peuvent diminuer. Cette diminution est ordinairement le résultat des cendres entraînées par le tirage des particules de scories ou de la fumée qui se déposent dans les carneaux ou conduits^ et qui sont toutes éminemment réfractaires outres peu conductrices de la chaleur.

Les quantités de vapeur que peuvent pro-

Si DE LA COMBUSTION,

duircles appareils évaporatoires , dépendent aussi beaucoup de leurs formes: les surface* de fonds supérieurs des fourneaux sont celles qui en produisent le plus, et les formes plates sont les plus avantageuses, surtout quand elles sont un peu concaves. Les chaudières de formes cylindriques produisent un peu moins de vapeur.

L'épaisseur du métal contribue encore beaucoup à modifier les qualités évaporatoires des appareils , et les chaudières en fonte de fer, par suite de leur épaisseur, sont désavantageuses sous ce point de vue ; outre qu'elles ont le défaut de se brûler ou de se gercer dans celles de leurs parties qui sont exposées directement au contact du feu.

La quantité d'air nécessaire & la combustion de 5 à 6 kilogrammes de houille, qui représentent A peu de chose près la consommation relative à la force d'un cheval, a été calculée devoir être, d'après Tredgold, de 54 à 6o mètres cubes par heure. Pour le coke, ce serait 6o mètres cubes, et pour le bois, îao.

L'étendue de la surface des grilles doit être aussi proportionnée à la quantité d'air nécessaire pour alimenter la combustion, et on

M LÀ. COMBUSTION. 85 adopte généralement un décimètre carré de surface par puissance de cheval, en ayant soin de donner un peu plus de profondeur que de largeur à la surface entière de la grille, et d'augmenter cette surface si le combustible employé est du bois.

La hauteur, et principalement le diamètre des cheminées sont d'une grande importance ponr obtenir une combustion complète, Tire et efficace, et les expériences de M. Darcet ont démontré jusqu'à l'évidence, combien la surface de section ou le diamètre des cheminées influait davantage sur le tirage, que la hauteur exagérée qu'on a été jusqu'à présent dans l'habitude de donner aux cheminées. Une surface de section de cheminée de deux décimètres carrés par puissance de cheval, parait satisfaire à toutes les conditions d'une combustion efficace. Il est facile de se rendre raison de la manière dont s'opère le tirage dans les cheminées. •

Quand un fourneau est privé de cheminée , il n'existe pas plus de raison pour que l'air nécessaire à la combustion se fasse issue par le cendrier plutôt que par la partie postérieure du fourneau où prend naissance la cheminée.

Mais dès que cette partie est surmontée d'un

tube quelconque , de manière a dépasser le "niveau de Pâtre, l'air dilalé dans la cheminée devient plus l^ger que celui qui se précipite sous la pression de l'atmosphère par le cendrier; l'équilibre est rompu, et un courant d'air plus ou moins violent se prononce de l'âtre a la cheminée. On peut trèsbien comparer cet effet à celui que présentent les siphons dans leurs fonctions. Quand les deus tubes d'un siphon sont d'égale longueur, l'eau ne s'écoule pas, il y a équilibre de part et d'autre; mais dès que la branche d'écoulement est alongée d'une très petite quantité, l'écoulement se prononce aussitôt, et il est proportionné au calibre du tube. Peu importe après cela , que la longueur de la branche d'écoulement soit plus grande, dès qu'elle a dépassé la longueur de l'autre branche cela suffit; la vitesse de l'écoulement varie infiniment peu par suite d'un alongement plus grand. Ce serait encore en vain qu'on augmenterait en dimension le tube extérieur en lui donnant, par exemple, la forme d'un entonnoir, l'écoulement serait toujours proportionné au plus petit calibre du siphon, et le filet d'eau s'écoulerait au travers de la masse suspendue sans augmenter en quantité.

DE LA COMBUSTION. «j Il est évident que pour augmenter le volume de l'eau écoulée, il suffit d'augmenter les dimensions du siphon, non pas dans la longueur de la branche d'écoulement, mais dans la largeur de section, et de telle sorte qu'il n'y ail aucun étranglement dans le canal intérieur.

L'air non comprimé agissant sous la pression de l'atmosphère, obéit a une même loi.

Et ce que nous venons de dire démontre pourquoi le plus petit tuyau placé sur un fourneau, peut déterminer instantanément le tirage, et pourquoi M. Péclet, dans ses expériences, a trouvé qu'en triplant la hautcurdes cheminées, la vitesse du tirage dans quelques cas, n'était pas augmentée de ~ : tandis qu'elle devenait sensiblement plus grande en augmentant la surface de section des cheminées, et surtout en donnant à la fumée une plus haute température , ce qui dérangeait évidemment davantage l'équilibre.