APPAREILS DE COMPRESSION

Il est difficile de terminer cette étude sans donner au moins une idée sommaire des appareils qui fournissent l’air comprimé.

Les compresseurs et machines soufflantes sont aujourd’hui très nombreux : ils rendent les plus grands services à l’industrie, notamment à la métallurgie et à l'exploitation des mines ; nous savons que sans eux il eût été presque impossible de percer les longs tunnels comme ceux du Mont- Genis et du Saint-Gothard.

L'air comprimé est jusqu’à présent le meilleur agent de transmission et de diffusion du travail ; une simple canalisation le conduit, sans perte sensible, à de longues distances. Peut-être l'électricité le supplantera-t-il un jour, mais, jusqu’à présent, c’est à lui qu'on a eu recours pour utiliser à distance des forces vives qu’on ne pouvait consommersur place comme les chutes d'eau des montagnes.

Sans lui, l'ouverture de beaucoup de puits de mines, la fondation d'un grand nombre de ponts et de viaducs auraient présenté des difficultés presque insurmontables.

L'étude des applications de l'air comprimé est donc des plus intéressanies pour l'ingénieur et il n’est point d'industrie qui ne lui doive quelque perfectionnement. Cette étude générale a été présentée en 18767par M. l'ingénieur Pernolet dans son ouvrage : L'air comprimé et ses applications; c'est à cet ouvrage que le lecteur devra se reporter, s’il veut approfondir la question.

Une masse d'air, soumise à une pression variable, obéit à la loi de Mariotte : les volumes sont en raison inverse des pressions; soumise à une température variable, elle obéit à la loi de Gay-Lussac : les variations de volume sont proportionnelles aux variations de température, que l’on peut énoncer plus simplement : les volumes sont proportionnels aux températures, pourvu que celles-ci soient comptées à partir de ce qu’on appelle le zéro absolu, c'est-à-dire 273° au-dessous du zéro centigrad e.

Les deux lois de Mariotte et de Gay-Lussac, appliquées aux densités, deviennent : 1° les densités sont proportionnelles aux pressions; 2° elles sont en raison inverse des températures, comptées à partir du zéro absolu.

L'air, comme tout corps qui change de volume, est, en outre, soumis aux lois de la théorie mécanique de la chaleur : Toutes les fois qu'un corps change d'état, en produisant un travail extérieur positif ou négatif, ily a absorption ou dégagement de chaleur, et la quantité de chaleur absorbée ou produite est proportionnelle à la quantité de travail, et réciproquement. Le rapport constant entre la quantité de travail et la quantité de chaleurest l'équivalent mécanique de la chaleur.

D'après cela, la compression de l'air développe de la chaleur; cette chaleur est absorbée en partis par les parois de la cavité qui renferme l'air et surtout par la masse ga:euze elle-même, de sorte que la tension

augmente, non pas dans la proportion voulue par la loi de Mariotte, mais dans une proportion plus rapide, car l'augmentation de température produit une augmentation de pression qui se superpose à l'augmentation engendrée par la diminution de volume.

D'autre part, lorsque l’air comprimé se dilate, il se refroidit et absorbe une quantité de chaleur considérable.

De là deux grands inconvénients dans l'emploi de l'air comprimé comme force motrice : 4° lorsqu'on le comprime pour emmagasiner du travail, il s'échauffe et les organes de la machine s'altèrent, les huiles se brûlent, les cuirs se dessèchent , les métaux se grippent, et il faut recourir à des courants d'eau froide pour absorber à chaque instant l'excès de chaleur qui tend à pénétrer les organes; 2 lorsque ensuite cet air comprimé se dilate pour restituer le travail qu'il a reçu, il se produit un refroidissement énorme, la vapeur d’eau se congèle et il en est de même des huiles lubrifiant les organes ; on est donc forcé de n’user de la détente qu'avec beaucoup de modération et de travailler presque uniquement à pleine pression, circonstance funeste pour l'économie.

Ces inconvénients graves n’ont pas empêché le développement des appareils à air comprimé, car il en existe de nombreux modèles et de nombreuses applications. Le moteur qui anime ces appareils est tantôt l'eau, tantôt la vapeur. Lorsqu'on peut utiliser une chute d’eau naturelle pour actionner des roues ou des turbines chargées de faire mouvoir les compresseurs, la solution est excellente et l’air comprimé peut s’obtenir à bon compte; c’est ce qui arrive presque toujours dans les grands tunnels, car ceux-ci se trouvent en pays de montagnes, à proximité de rivières torrentielles. Mais, dans bien des cas, cette solution n’est pas possible, et il faut recourir à une machine à vapeur pour actionner le compresseur ; c'est ce qui arrive d’ordinaire pour les machines soufflantes et pour les fondations à l'air comprimé.

Les compresseurs doivent évidemment être combinés en vue de la pression qu'ils doivent fournir et du volume d'air qu’on leur demande par unité de temps. Les compresseurs sont donc à basse, à moyenne ou à haute pression, suivant qu'ils fournissent de l’air à une tension absolue de 2, de 4 ou de plus de 4 atmosphères; la tension effective est inférieure à la tension absolue d’une quantité -égale à la pression atmosphérique, c’est-àdire d’une unité, et chaque atmosphère représente, comme on sait, la pression d’une colonne d'eau de 1033 de hauteur. Les cloches à plongeur et les scaphandres sont généralement à basse pression; les appareils pour fondation sont le plus souvent à moyenne pression; cependant l'usage de la basse pression en cette matière se développe de jour en jour, car on ne réserve plus le système de l'ait comprimé pour les fondations profondes ; pour les tunnels; pour l'alimentation des machines perforatrices, c'est aux machines à haute pression qu’on a recours ; cependant le perforateur Beaumont pour le tunnel sous la Manche ne fonctionne qu'à 2 atmosphères.

Pour les appareils de fondation, scaphandres, cloches, tubes, caissons, on peut se contenter de compresseurs à faible débit, car la consommation d'air n’est pas considérable, une fois la chambre remplie. Cependant

il ne faut pas oublier que, dans les travaux, il convient toujours d'employer des machines plus puissantes que celles qui pourraient être strictement nécessaires; souvent des circonstances imprévues conduisent le constructeur à demander à une machine un effort exceptionnel, un Coup de collier; si la machine n'est pas en état de répondre, on risque parfois un accident grave et presque toujours des chômages coûteux. Il est donc prudent et économique de recourir à des machines présentant une assez grande latitude de puissance.

Dans plusieurs compresseurs, l’effet est obtenu par des procédés spéclaux : ainsi l'air comprimé du télégraphe pneumatique est l'air d'un réservoir clos dans lequel on introduit de l’eau sous-pression prise aux conduites publiques; dans la trompe catalane, machine soufflante connue de longue date, c’est un jet d'eau sortant d’une buse conique qui entraîne l’air d’un tuyau entourant la buse, comme avec l’injecteur Giffard un jet de vapeur entraîne l’eau d’un réservoir et la fait pénétrer dans la chaudière; on peut construire sur le principe du Giffard un injecteur ou compresseur à air. ; |

Mais, dans la pratique ordinaire, l’air est comprimé par un piston mobile dans un cylindre qui communique alternativement avec l'atmosphère et avec un réservoir où s'emmagasine l'air comprimé. La machine peut être à simple ou à double effet; elle fonctionne comme une machine à vapeur ; mais des précautions sont à prendre pour combattre l'échauffement des appareils et le maintenir dans de justes limites. Pour les appareils à faible débit, on se contente de plonger le cylindre dans une bâche alimentée d’eau froide; pour les appareils à grand débit, on demande le refroidissement soit à une couche d’eau baignant le piston et les soupapes, soit à une injection d’eau froide dans le cylindre, soit à une injection d’eau pulvérisée dans le cylindre combinée avec une circulation d’eau froide à l’intérieur du piston et de sa tige.

C'est ce dernier système qui a prévalu dans les compresseurs perfectionnés.

Ges explications générales suffisent pour faire comprendre au lecteur tous les systèmes de compresseurs; elles trouveront leur complément dans la description de quelques-uns des appareils convenant plus spécialement aux travaux publics. |

Compresseurs pour laboratoirés., — La pompe de compression la plus simple, dont on ne se sert guère que dans les laboratoires, est représentée par la figure 141. |

Un piston, manœuvré à la main, se meut dans un cylindre qui porte à sa base deux soupapes, l’une Z s’ouvrant de dehors en dedans et communiquant avec le tuyau d'aspiration T; l’autre Z' s’ouvrant de dedans en dehors et communiquant par le tuyau T’ avec la capacité dans laquelle on veut comprimier l'air. |

Si le piston s'élève, le vide se fait sous lui, la soupape Z se lève, et l'air entre; s'il s'abaisse, la soupape Z se ferme, Z' s'ouvre, l'air se comprime et se rend dans le récipient.

Lorsqu'on veut opérer sur deè masses un peu considérables et obtenir

une forte compression, on a recours à plusieurs pompes accouplées P, P’, P”, dont les pistons, prolongés par des bielles B, B', B’, sont réunis à un même axe de rotation A. L'arbre À, muni d'un volant régulateur V, se termine par deux manivelles M et M’ sur lesquelles agissent des hommes. L'air comprimé par les pompes se rend d'abord dans un récipient S, qui régularise l'admission.

Avec cet appareil, on peut arriver à comprimer l'air à 25 ou 30 at-

mosphères ; mais il faut avoir soin d'opérer sur de petites masses et de refroidir sans cesse les cylindres, car il se produit un échauffement considérable, les pistons ne tardent pas à gripper et le fonctionnement devient difficile.

Ona parfois tourné cette difficulté de l'échauffement en faisant subir à l'air plusieurs compressions intermédiaires et le laissant se refroidir dans un réservoir spécial pendant l'intervalle des opérations successi-

ves. C'est le procédé qu'il faudrait employer pour obtenir de hautes pressions.

FONDATIONS Compresseurs pour scaphandres. — La pompe à trois cy-

4, IS SSII