PRESSION

décroissante do la vapeur, la pression entière étant i .

o,o5\ il 0,10/ La vapeur arri-11 vant libremeotx 1 de la chaudière. ) 1

La vapeur étant interceptée, et ta desconte ne s'opérant que par la seule expansion.

Somme . .

Pression moyenne .V* —0,579.

Pression entière.

0,500 Moitié de 0,4 5 4 la press.

'0,417 pnmit.

,o,585 o,5?5 ,555 Tiers.

0,025 Quart.

ii,585.

Sur quoi il remarquait que la pression moyenne est plu» de moitié de la pression première; qu'ainsi , en em-

( io, )

l'espace abef\ et augmentera à la fois de densité, de force élastique et de température.

ployant une quantité de vapenr égale au quart, if produisait un effet plus que moitié.

Watt supposait ici que la vapeur observe dans sa dilatation la loi de Mariottc : ce qu'il ne devait pas regarder comme exact, parce que, d'une part, le fluide élastique, en se dilatant , s'abaisse de température, et que, de l'autre , rien ne prouvait qu'il ne se condense pas une partie de ce fluide par l'effet de son expansion. Watt aurait dit aussi avoir égard à la force nécessaire pour expulser la vapeur qui reste après la condensation, et qui se trouve en quantité d'autant plus grande que l'extension du volume a été poussée plus loin. Le docteur Robinson avait ajouté au travail de Watt une formulo simple pour calculer l'effet de l'expansion de la vapeur; mais cette formule se trouve entachée des mêmes vices que nous venons de signaler. Elle a été néanmoins utile aux constructeurs en leur fournissant une donnée approximative à peu prés suffisante pour la pratique. Nous avons jugé utile de rappeler ces faits parce qu'ils sont peu connus , surtout eu en France. On y construit des machines s,ur les modèles des iuventeurs, mais on apprécie mal les motifs qui ont guidé ceux-ci dans l'origine. L'oubli de ces motifs a conduit souveut dans des fautes graves. Des machines originairement bien conçues se sont détériorées entre les mains de constructeurs inhabiles , qui , voulant y introduire des perfcctîoaneraens de peu d'importance, ont négligé les considérations capitales qu'ils ne savaient pas apprécier.

Si la vapeur, au lieu de prendre naissance sous la pression atmosphérique, eût pris naissance précisément à l'état où elle se trouve étant refoulée en abef, et qu'après avoir fait mouvoir par son introduction dans le cylindre le piston de ab en ef, elle l'eût poussé par le seul effet de son extension de volume de efen cd , la puissance motrice produite eût été plus considérable que daus le premier cas. En effet , le mouvement du piston , égal en amplitude , aurait eu lieu sous l'effort d'une pression plus grande , quoique variable , quoique progressivement décroissante.

La vapeur n'eût cependant exigé pour sa formation qu'une quantité de calorique précisément égale : seulement ce calorique eût été pris à une température plus élevée.

C'est d'après des considérations de ce genre qu'ont été établies les machines à deux cylindres , machines inventées par M. Hornblower, perfectionnées par M. Woolf, et qui passent pour les plus avantageuses relativement à l'économie du combustible. Elles sont composées d'un petit cylindre qui , à chaque pulsation , se remplit plus ou moins de vapeur (souvent entièrement) , et d'un second cylindre auquel on donne ordinairement une capacité quadruple de celle du premier, et qui ne reçoit d'autre

vapeur que celle qui a déjà agi dans le premier cylindre. Ainsi la vapeur, au terme de son action , a au moins quadruplé de volume. Du second cylindre elle est portée directement dans le condeuseur; mais on conçoit qu'elle pourrait être portée dans un troisième cylindre quadruple du second et où son volume deviendrait 16 fois le volume primitif. Le principal obstacle qui s'oppose à l'emploi d'un troisième cylindre de ce genre est la capacité qu'il faudrait lui donner, et les grandes dimensions qu'il faudrait faire acquérir aux ouvertures destinées à livrer passage à la vapeur (i). Nous

(i) L'avantage de deux cylindres substitué* a un seul est fitcile à apercevoir. Dans un seul cylindre, l'impulsion du pistou serait excessivement variable du commencement à la fin de la course. Il faudrait que toutes les pièces destinées à transmettre le mouvement fussent d'une force suffisante pour résister à la première impulsion, et parfaitement assemblées entre elles pour éviter des moovemens brusques dont elles auraient beaucoup à souffrir, qui même les auraient bientôt détruites. Ce serait surtout sur le balancier, sur les supports, sur la bielle , sur la manivelle , sur les premières roues dentées , que l'inégalité d'impulsion se ferait sentir et produirait les effets les plus nuisibles. Il serait nécessaire en outre que le cylindre à vapeur fui à la fois d'une force suffisante pour supporter la pression la plus élevée, et d'une capacité assez cousidéiable pour contenir

n'en dirons pas davantage sur ce sujet , notre objet n'étant pas d'entrer ici dans les détails de construction des machines à feu : ces détails réclameraient un ouvrage qui en traitât spécialement y et qui n'existe pas encore, du moins en France (i).

la vapeur après son extension de volume , tandis qu'en faisant usage de deux cylindres successifs , il suffit de donner au premier la force avec une capacité médiocre , ce qui est chose facile , et au dernier les grandes dimensions avec une force médiocre.

Les machines à deux cylindres, quoique conçues sur d'assez bons principes t se trouvent souvent loin de produire les résultats avantageux que l'on aurait droit d'attendre d'elles : cela tient surtout à ce que les dimensions des diverses parties de ces machines sont difficiles à bien régler, et qu'elles se trouvent rarement dans un juste rapport les unes avec les antres. On manque de bons modèles pour la construction des machines à deux cylindres , tandis que Ton en possède cPexcellens pour la construction des machines du système de Watt. De là vient la diversité que l'on observe dans les effets des unes et la presque uniformité que l'on observe dans ceux des autres.

(i) On trouve dans l'ouvrage intitulé de la Richesse minérale, par M. Héron de Villefosse, 3' vol. , pag. 5o et suivantes v une bonne description des machines à vàpcur actuellement en usage dans l'exploitation des mines. En Angleterre, on a traité des machines à vapeur d'une manière assez complète dans Y Encyclopédie britannique. Quelques unes des données dont nous nous servons ici sont tirées de ce dernier ouvrage.

Si la distension de la Tapeur est bornée principalement par les dimensions des vaisseaux où elle doit se dilater, le degré de condensation auquel il est possible de l'employer d'abord n'est limité que par la résistance des vaisseaux où elle prend naissance , c'est-à-dire des chaudières. Sous ce rapport on est loin d'avoir atteint la limite du mieux possible , la disposé tion des chaudières généralement en usage est tout-à-fait vicieuse , quoique la tension de la vapeur y soît rarement portée au delà de 4 à 6 atmosphères; elles éclatent souvent et ont causé des accidens graves. Il serait sans doute très-possible d'éviter de pareils accidens et de porter cependant la vapeur à des tensions beaucoup plus fortes qu'on ne le fait généralement.

Outre les machines à haute pression à deux cylindres et dont nous avons parlé , il existe encore des machines à haute pression à un seul cylindre. La plupart de ces dernières ont été construites par deux habiles ingénieurs anglais., MM. Trevetick et Vivian. Elles emploient la vapeur sous une pression très-élevée, quelquefois 8 à 10 atmosphères, mais elles sont sans condenseur. La vapeur, après avoir été introduite dans le cylindre , y reçoit une certaine extension de volume, mats conserve toujours une pression plus élevée que La pression at-

mosphérique. Lorsqu'elle a rempli son oflice , on la rejette dans l'atmosphère. Il est évident que cette façou d'agir équivaut tout-à-fait , sous le rapport de la puissance motrice produite, à condenser la vapeur à ioo°, et que l'on perd une partie de l'effet utile; mais les machines qui opèrent ainsi dispensent de condenseur et de pompe à air. Elles sont moins coûteuses que les autres , moins compliquées , elles occupent moins de place, et peuvent s'employer dans les lieux où l'on ne dispose pas d'un courant d'eau froide suffisant pour opérer la condensation. Elles sont là d'un avantage inappréciable , puisque l'on ne peut pas les remplacer par d'autres. Ces machines sont principalement employées, en Angleterre, à mouvoir des chariots destinés au transport de la houille sur des chemins de fer établis , soit dans l'intérieur des mines, soit à ciel ouvert.

11 nous reste à faire quelques réflexions sur l'emploi des gaz permanens et des vapeurs autres que celle de l'eau au développement de la puissance motrice du feu.

L'on a essayé à diverses reprises de faire agir 1a chaleur sur Pair atmosphérique pour donner naissance à la puissance motrice. Ce gaz présente, relativement à la vapeur d'eau,

des avantages et des inconvéniens que nous allons examiner.

i°. 11 présente, relativement à la vapeur d'eau , un avantage notable en ce qu'ayant à volume égal une capacité pour la chaleur beaucoup moindre, il se refroidirait davantage par une extension semblable au volume. (Ce fait est prouvé par ce que nous avons dit précédemment). Or on a vu de quelle importance il était d'occasioner, par les changemens de volume , les plus grands changemens possibles dans la température.

a°. La vapeur d'eau ne peut être formée que par L'intermédiaire d'une chaudière , tandis que l'air atmosphérique pourrait être échauffé immédiatement par une combustion exécutée dans sou sein. On éviterait ainsi une perte considérable, non seulement dans la quantité de chaleur, mais encore dans son degré ther* mométrique. Cet avantage appartient exclusivement a l'air atmosphérique ; les autres gaz n'en jouissent pas; ils seraient même plus difQcîles à échauffer que la vapeur d'eau.

3°. Afin de pouvoir donner à l'air une grande extension de volume, afin de produire par cette extension un grand changement de température, il sérail nécessaire de le prendre d'abord sous une pression assez élevée: il faudrait

donc le comprimer par une pompe pneumatique ou par tout autre moyen avant de réchauffer. Cette opération exigerait un* appareil particulier, appareil qui n'existe pas dans les machines à vapeur. Dans celles-ci , l'eau est à Tétât liquide lorsqu'on la fait pénétrer dans la chaudière ; elle n'exige , pour y être introduite, qu'une pompe foulante de petites dimensions.

4°. Le refroidissement de la vapeur par le contact du corps réfrigérant est bien plus prompt et bien plus facile que ne peut l'être celui de l'air. A la vérité, on aurait la ressource de rejeter celui-ci dans l'atmosphère , ce qui aurait en outre l'avantage d'éviter l'emploi d'un réfrigérant dont on ne dispose pas toujours , mais il faudrait pour cela que l'extension de volume de l'air ne l'eût pas fait arriver à une pression moindre que la pression atmosphérique.

5°. Un des inconvéniens les plus graves de la vapeur est de ne pouvoir pas être prise à de hautes températures sans nécessiter l'emploi de vaisseaux d'une force extraordinaire. Il n'en est pas de même de l'air, pour lequel il n'existe pas de rapport nécessaire entre la force élastique et la température. L'air semblerait donc plus propre que la vapeur à réaliser la puissance motrice des chutes du calorique dans les

degrés élevés ; peut-être dans les degrés inférieurs la vapeur d'eau est-elle plus convenable. On concevrait même la possibilité de faire agir la même chaleur successivement sur Pair et sur la vapeur d'eau. 11 suffirait de laisser à Pair, après son emploi, une température élevée, et, au lieu de le rejeter immédiatement dans l'atmosphère , de lui faire envelopper une chaudière à vapeur, comme s'il sortait immédiatement d'un foyer.

L'emploi de Pair atmosphérique au développement de la puissance motrice de la chaleur présenterait, dans la pratique, des difficultés très-grandes, mais peut-être pas insurmontables ; si on parvenait à les vaincre , il offrirait sans doute une supériorité remarquable sur la vapeur d'eau (t).

(1) Parmi les tentatives faites pour développer la puissance motrice du feu par l'intermédiaire de l'air atmosphérique, on doit distinguer celles de MM. Niepce, qui ont eu lieu en France il y a plusieurs années , au moyen d'un appareil nommé par les inventeurs pjrréolophore. Voici en quoi consistait à peu près cet appareil : c'était un cylindre, muni d'un piston, où l'air atmosphérique était introduit à la densité ordinaire. L'on y projetait une matière très-combustible , réduite à un grand état de ténuité , et qui restait un moment en suspension dans Pair, puis on y mettait le feu. L'inflammation produisait à peu près le même effet que si le fluide élastique eût été un

Quant aux autres gaz pennanens, ils doivent

mélange d'air et de gaz combustible, d'air et d'hydrogène carboné, par exemple ; il y avait une sorte d'explosion et une dilatation subite du fluide élastique, dilatation que l'on mettait a profit en la faisant agir tout entière contre le piston. Celui-ci prenait un mouvement d'unei amplitude quelconque, et la puissance motrice se trouvait ainsi réalisée. Rien n'empêchait ensuite de renouveler l'air et de recommencer une opération semblable à 1m première.

Cette machine , fort ingénieuse et intéressante surtout par la nouveauté de son principe , péchait par un point capital. La matière dont on faisait usage comme combustible (c'était la poussière de lycopode, employée à produire des flammes sur nos théâtres ) était trop chère pour que tout avantage ne disparût pas par cette cause; et malheureusement il était difficile d'employer un combustible de prix modéré , car il fallait un corps en poudre très-fine, dont l'inflammation fût prompte, facile à propager, et laissât peu ou point de cendres.

Au lieu d'opérer comme le faisaient MM. Niepce, it nous eût semblé préférable de comprimer l'air par des pompes pneumatiques, de lui faire traverser un foyer parfaitement clos, et dans lequel on eût introduit le combustible en petites portions par un mécanisme facile à concevoir; de lui faire développer son action dans un cylindre à piston ou dans toute autre capacité extensible; de le rejeter enfin dans l'atmosphère, ou même de le faire passer sous une chaudière à vapeur, afin d'utiliser la température qui lui serait restée.

Les principales difficultés que l'on eût rencontrées

être absolument rejetés : ils ont tous les inconvéniens de l'air atmosphérique, sans présenter aucun de ses avantages.

On peut en dire autant des Tapeurs autres que celle de l'eau comparées à cette dernière.

S'il se rencontrait un corps liquide abondant, qui se vaporisât à une température plus élevée que l'eau , dont la vapeur eût sous le même volume une chaleur spécifique moindre, qui n'attaquât pas les métaux employés à la construction des machines , il mériterait saus doute la préférence; mais la nature ne nous offre pas un pareil corps.

On a proposé quelquefois l'emploi de la vapeur d'alcool , on a même construit des machines dont le but était de rendre cet emploi possible en évitant de mêler les vapeurs avec l'eau

dans ce mode d'opération eussent été de renfermer le foyer dans une enveloppe d une solidité suffisante, d'entretenir cependant la combustion à un état convenable, de maintenir les diverses parties de l'appareil a une température modérée, et d'empêcher les dégradations rapides du cylindre et du piston : nous ne croyons pas ces difficultés insurmontables.

Il a été fait , dit-on , tout récemment en Angleterre des essais heureux sur le développement de la puissance motrice par l'action de la chaleur sur l'air atmosphérique. Nous ignorons entièrement en quoi ces essais ont consisté, si toutefois ils sont réels.

de condensation, c'est-à-dire en appliquant le corps froid extérieurement, au lieu de l'introduire dans la machine. On croyait apercevoir dans la vapeur d'alcool un avantage remarquable en ce qu'elle possède une tension plus forte que la vapeur d'eau à égale température. Nous ne pouvons voir là qu'un nouvel obstacle à surmonter. Le principal défaut de la vapeur d'eau est sa tension excessive à une température élevée : or ce défaut existe à plus forte raison dans la vapeur d'alcool. Quant à l'avantage relatif à une plus grande production de puissance motrice , avantage que l'on croyait devoir rencontrer, nous savons, par les principes exposés ci-dessus, qu'il est imaginaire.

C'est donc sur l'emploi de la vapeur d'eau et de l'air atmosphérique que doivent porter les tentatives ultérieures de perfectionnement des machines à feu; c'est à utiliser, par le moyen de ces agens, les plus grandes chutes possibles du calorique , que doivent être dirigés tous les efforts.

Nous terminerons en faisant apercevoir combien on est loin d'avoir réalisé , par les moyens connus jusqu'à présent , toute la puissance motrice des combustibles.

Un kilogramme de charbon brûlé dans le ca-

lori mètre fournit une quantité de chaleur capable d'élever d'un degré centigrade 7000 kilogrammes d'eau environ, c'est-à-dire qu'il fournit 7000 unités de chaleur d'après la définition donnée (pag. 81 ) de ces unités.

La plus grande chute réalisable du calorique est mesurée par la différence entre la température produite par la combustion et celle des corps employés au refroidissement. 11 est difficile d'apercevoir à la température de la combustion d'autres limites que celles où la combinaison entre l'oxigène et le combustible peut s'effectuer. Admettons cependant que 1 ooo* soient cette limite , et nous nous tiendrons certainement au-dessous de la vérité. Quant à la température du réfrigérant , supposons-la o°.

Nous avons évalué approximativement, p. 84»

la quantité de puissance motrice que développent 1000 unités de chaleur du degré 100 au degré 99 : nous l'avons trouvée 1,1 a unité de puissance égales chacune à 1 mètre d'eau élevé d'un mètre de hauteur.

Si la puissance motrice était proportionnelle à la chute du calorique , si elle était la même* pour chaque degré thermométrique, rien ne serait plus facile que de l'estimer de 1000 0 ào° : elle aurait pour valeur.

i,i3. tooo 5=3 nao.

Mais comme celte loi n'est qu'approximative et qu'elle s'écarte peut-être beaucoup de la vérité dans les degrés élevés , nous ne pouvons faire qu'une évaluation tout-à-fait grossière : nous supposerons le nombre 1 1 20 réduit à moitié , c'est-à-dire à 56o.

Puisque un kilogramme de charbon produit 7000 unités de chaleur et que le nombre 56o est relatif à 1000 unités, il faut le multiplier par 7, ce qui donne

Voilà la puissance motrice d'un kilogramme de charbon.

Pour comparer ce résultat théorique avec les résultats d'expérience , examinons combien un kilogramme de charbon développe réellement de puissance motrice dans les meilleures machines à feu connues.

Les machines qui ont présenté jusqu'ici les résultats les plus avantageux sont les grandes machines à deux cylindres employées à L'épuisemeut des mines d'étain et cuivre de Cornwall . Voici les meilleurs produits qu'elles aient jamais fourni.

56 millions de livres d'eau ont été élevées d'un pied anglais par boisseau de charbon brûlé (le boisseau pèse 88 livres ). Cet effet équivaut à élever, par kilogramme de charbon , 19!)

mètres cubes d'eau à un inètre de hauteur, à produire par conséquent 1 95 unités de puissance motrice par kilogramme de charbon brûlé (1).

(1 ) Le résultat que nous rapportons ici a été fourni par une machine dont le grand cylindre a pour dimension* 45 pouces de diamètre et 7 pieds de course ; elle est employée k l'épuisement d'une des mines de Cornwall, nommée Wheal Abraham. Ce résultat doit être considéra en quelque sorte comme une exception , car il n'a été que momentané et ne s*est soutenu que pendant un seul mois. Le produit de 3e millions de livres élevées de un pied anglais par boisseau de charbon de 88 Livres est re~ gardé généralement comme un excellent résultat des machines à vapeur ; il est quelquefois'atteint par les machines du système de Watt , mais bien rarement dépasse. Ce dernier produit revient , en mesures françaises , à 104000 kilogrammes élevés k un mètre de hauteur par kilogramme de charbon brûlé.

D'après ce que l'on entend ordinairement par force d'un cheval , dans l'évaluation des effets des machines à vapeur, une machine de 10 chevaux doit élever par seconde ioX75 kilogr., ou 750 kilogr. , à un mètre de hauteur, ou bien , par heure , 750X5600=12700000 kilogrammes k un mètre. Si nous supposons que chaque kilog. de charbon élève à cette hauteur 104000 kilog. , il faudra , pour connaître le charbon brûlé en une heure par notre machine de 10 chevaux , diviser 2700000 par

104000, ce qui donne ^—zs 26 kilog. Or il est bien

rare de voir une machine de 10 cheveu a consommer inoins de 26 kilog. de charbon par heure.

ig5 unités ne sont que le vingtième de 5gao f maximum théorique : par conséquent ~ seulement de la puissance motrice du combustible a été utilisée.

Nous avons cependant choisi notre exemple parmi les meilleures machines à vapeur connues.

La plupart des autres leur sont bien inférieures. L'ancienne machine de Ghaillot , par exemple, élève 20 mètres cubes d'eau à 33 mètres pour 5o kilogramme* de eharbon brûlé, ce qui revient à 22 unités de puissance motrice par kilogramme, résultat neuf fois moindre que celui cité ci-dessus, et 180 fois moindre que le maximum théorique.

On ne doit pas se flatter de mettre jamais à profit, dans la pratique, toute la puissance motrice des combustibles. Les tentatives que Ton ferait pour approcher de ce résultat seraient même plus nuisibles qu'utiles, si elles faisaient négliger d'autres considérations importantes. L'économie du combustible n'est qu'une des conditions à remplir par les machines à feu ; dans beaucoup de circonstances , elle n'est que secondaire, elle doit souvent céder le pas à la sûreté, à la solidité, à la durée de la machine, au peu de place qu'il faut lui faire occuper, au peu de frais de son établissement , etc. Savoir

apprécier, dans chaque cas , à leur juste râleur f les considérations de convenance et d'économie qui peuvent se présenter, savoir discerner les plus importantes de celles qui sont seulement accessoires , les balancer toutes convenablement entre elles , afin de parvenir par les moyens les plus faciles au meilleur résultat» tel doit être le principal talent de l'homme appelé à diriger, à coordonner entre eux les travaux de ses semblables, à les faire concourir vers un but utile de quelque genre qu'il soit.