P ^ ' AT.E

AET.C. /V P. T,/ ' AT.E

ft Ion a, par conséquent, simplement

On voit que, bien que le cycle fermé soit rompu deux fois dans ce genre de machines, le rapport ^ est néanmoins indépendant de la nature du gaz et ne varie qu'avec T,, et T| .

Posons dans notre équation T© = 43:2*^, 85 et T, = Sgu**, 85 ; en d*autres termes, supposons que nous disposions au générateur d'une température de i6o degrés et au rafraichisseur dune température de 20 degrés. Il en résulte

c'est-à-dire qu'une calorie dépensée nous donnera 75,85 de travail.

Avec une machine parfaite, nous aurions

Le rendement générique de notre machine est donc

C'est là tout ce que, dans ces conditions de température, pourra rendre notre machine, si même on y fait abstraction des nombreuses causes de déchets que je signalerai plus loin, ^i Ton passe, en un mot, du rendement générique au rendement pratique ou expérimental.

Cet abaissement de 100 à 5 5, a pour 100 est dû uniquement à ce que, dans ces machines, le cycle fermé est rompu dans la première et dans la troisième période.

Plaçons une machine à vapeur d'eau saturée dans des conditions réalisées en pratique et dans les mêmes conditions de température. Admettons que Feau s'évapore à 160 degrés, et, par suite, sous la pression de 63243 kilogrammes; que la détente sans addition ni soustraction de chaleur se fasse non de 160 à 20 degrés, mais seulement de 160 à 85 degrés ou à P| = 5887, ce qui est les conditions habituelles d'une bonne détente, que la condensation ait lieu à 3o degrés (et non à 20 degrés), ce qui est encore réalisé dans vine bonne machine.

A 160 degrés, le volume de la vapeur saturée est o™*^,3oor.

Le travail à température constante de la première période est

donc

/^ = o,3ooi. 63243 = 1 8979*^6".

A 160 degrés, on a

r,-493"^S56; à 85 degrés

entre 160 et 85 degrés, on a

Cjn = 1,00845.

La quantité de vapeur initiale étant i kilogramme, il vient

vz Q//t:i /432,85\ /547,i\ i^'.^qS, 56

i^^ 1,00845 log^3^ = m. (35'^^ -43i785-'

d'où

0,1918645 — 1, 528841 7/n, — 1,1402541 et

mi = o''«,87i3a54,

pour la masse de vapeur finale à 85 degrés

Les termes U^ et U, sont ici

U, = i^.i6i^*>,74i 4- i^«M^'*\^ = 6io~S54, U, = i'^«.85,329 -h 0,8713254.508,21 = 528, i5.

Gomme le trayail de détente /^ sans addition de chalew n'est du qu'à cette chute (U, — U^) = — 82*^*',396, on a

/ ^ 425.82,396 = 35oi8>^«".

La somme y^ -I-/1 est par suite

/o -+-/1 = 18979 + 35oi8 = 53997^^-.

Le volume de la vapeur à 85 degrés est a"'®,8oi. Nos m, = 0,8713254 occupent donc

et, lorsque la condensation est opérée, il reste dans le cylindre un volume de vapeur (mêlée d'eau) à 3o degrés, et, par suite, 4^9 kilogrammes de pression que le piston moteur expulse au condenseur. Le travail négatif est

—/s = 429.2,4406 = io47*^sn»

Nous avons de plus à refouler dans le générateur i kilosnunme ou o"'*^,ooi d'eau à la pression 63243''^, ce qui donne encore un travail négatif de 63243''»*". On a ainsi

S^, retranché de y, +/!, nous laisse

la dépense de chaleur s'élève visiblement à

Qo -= 606,5 -î- o,3o5.i6o — 3o,o3 — 625*^*^27, n. 8

et Ton a

Le rendement d'un moteur parfait eût été, comme on a tu. 1 37''^, 46. Le rendement générique de notre machine à vapeur, abstraction faite de toutes les causes de déchets, est donc

p = ~3"^~xg = 0,608, soit 4ï pour 100,

et, par conséquent, un peu plus élevé que celui du moteur à gaz.

Ainsi, contrairement à ce qui a été dit, du moins en général, sur ce sujet, au point de vue des théories génériques, un moteur à gaz ne rend pas mieux qu'un moteur à vapeur lorsque tous deux sont placés dans les mêmes conditions de température, lorsqu'on fait abstraction de toutes les causes de déchet, et enfin lorsqu'on accorde au moteur à vapeur les conditions de détente, de condensation, etc., réalisables et réalisées dans nos machines bien construites.

La raison de ce résultat si opposé à l'opinion générale est très-facile à apercevoir. On a toujours admis a priori, aussi bien en théorie qu'en pratique, que les machines à gaz peuvent travailler à des températures considérablement hautes, jusqu'à 3oo degrés par exemple. Dans ces conditions on arrive, en effet, à un beaucoup plus beau résultat.

Posant

T, = 272,85 et To = 572,85, il vient

au lieu de 75,86, c'est-à-dire presque le double de travail avec la même dépense de chaleur; mais, avec la machine à vapeur

aussi, nous arriverions au même résultat, à un résultat plus i3eau encore, si nous pouvions pousser la température du liquide à 3oo degrés; et, si nous y regardons de près, la machine à gaz reste à 3oo degrés, relativement aussi imparfaite qu à i6o, bien qu'elle nous procure une économie de chaleur. Son effet théorique disponible est, en effet,

Ce que nous avons appelé le rendement générique est donc

c = — ^-^ = 0,591 ou 59 pour 100 au lieu de 55 pour 100.

La valeur si minime de cette différence nous prouve que ce n'est qu'en vertu de la température plus élevée, et non à cause des propriétés du gaz, que le moteur à gaz, supposé marchant à 3oo, rend mieux que la machine à vapeur travaillant à 160.

CONCLUSIOirS GENERALES DE CE CHAPITRE.

Nous venons de reconnaître qu'au point de vue de la théorie générique les machines à gaz proposées ou exécutées jusqu'ici ne présentent aucune supériorité sur les machines à >'apeur, et que, si une économie a été obtenue avec les premières, soit sous une forme réelle, mais tout à fait temporaire, soit surtout sous forme de calcul, c'est uniquement parce qu'on a fait travailler les machines à gaz à des températures beaucoup plus élevées que celles à vapeur. Nous devons donc, pour établir une comparaison utile et correcte entre ces divers moteurs, chercher quels sont ceux qui supportent effectivement le mieux une marche à haute température, quels sont les avantages et les inconvénients des uns et des autres,

lorsqu'on les a placés dans les conditions de température les plus favorables à chacun, et enfin quelle est la direction k suivre dans les essais d'application futurs, pour éviter les écueils contre lesquels on a échoué le plus souvent. Dans cette étude nouvelle, nous devons, s'il est possible, rester encore beaucoup plus que nous ne l'avons fait sur le terrain de l'expérience et de la réalité. C'est du rendement pratique des moleurs que nous avons désormais à nous occuper, plus que du rendement générique. Quelle que puisse être, en effet, la valeur générique d'une machine, si dans l'exécution elle entraine à des inconvénients, à des déchets de travail considérables, elle deviendra de fait inférieure à telle autre machine moins belle en principe, mais qui sera libre de ces inconvénients, de ces déficits de rendement.

En ce qui concerne les moteurs à vapeur, cet examen nous sera facile, et les données nombreuses et précises que nous possédons nous permettent de préjuger, sans trop grand risque d'erreur, des progrès ultérieurs à réaliser. Il n'en est pas immédiatement de même des moteurs à gaz; et, lorsque noua quittons les régions trompeuses de la réclame, il ne nous reste rien en apparence pour nous guider. Ici cependant même, par suite des propriétés spécifiques et bien tronnues du corps intermédiaire employé,' nous pouvons à l'avance, dans une certaine mesure du moins, corriger la théorie générique et lui donner un caractère pratique et certain.

Commençons par l'examen des machines à vapeur.

L'obstacle principal à l'emploi d'une haute température dans les machines à vapeur saturée, c'est la tension considérable, et rapidement de plus en plus considérable, que prennent aux hautes températures les liquides, ou bien plutôt le seul liquide employé jusqu'à ce jour.

Le problème à résoudre en principe serait de trouver un

liquide à bas prix, de nature très-stable, sans action sur les métaux, qui, même à 220 ou 23o degrés, possède une tension modérée, ne dépassant pas une dizaine d'atmosphères par exemple, soit 100 000 kilogrammes. Cette lacune restera peutêtre longtemps encore à remplir, et, ainsi que je l'ai dit déjà, leau, qui ne nous coûte rien, qui est absolument inaltérable dans les conditions où nous l'employons, qui n'a que peu ou point d'action sur la matière des chaudières et des cylindres, l'eau sera peut-être toujours le corps le plus usuellement appliqué dans nos moteurs.

Nul doute qu'on arrivera, dans un avenir assez*prochain, à recourir à des pressions notablement plus élevées que celles qu'on ose aborder aujourd'hui; mais allât-on jusqu'à 10 atmosphères, ce qui est une pression colossale au point de vue de la résistance des matériaux et de la construction des générateurs, on n'aurait encore qu'une température de 1 80 degrés

et, par conséquent, un travail de F^. = 4^5 jr- = 169^8»» par

calorie avec une machine parfaite, effet qu'e/i réalité on n'atteindra pas même de moitié. L'addition d'une température supplémentaire sans changement de pression, l'emploi de la surchauffe, obvie en partie, mais seulement en partie, à cette défectuosité.

Je dis en partie. Quelque considérable que soit en effet l'économie qu'elle procure (en général du moins et non sans exception), elle ne constitue qu'une sorte de correctif incomplet à l'impossibilité où l'on est d'employer, dans le générateur même, la température que la vapeur n'atteint qu'après l'avoir quitté : dans la chaudière, l'ébuUition et la dilatation du corps ont lieu à température invariable, et toute la chaleur ajoutée au liquide donne du travail (externe et interne); mais, au moment où dans l'appareil de surchauffe

la température de la vapeur est, à pression constante, portée de Iq kOyle cycle parfait est rompu, puisque la plus grande partie de la chaleur ajoutée ne sert qu'à modifier la température du corps, et non à donner immédiatement un travail proportionnel.

Si le lecteur a bien suivi l'analyse fondée sur Texpérience directe, que j'ai donnée des fonctions de quelques machines à vapeur, il aura reconnu que les progrès qu'on pourra introduire dans nos moteurs à vapeur auront une origine tout autre que celle qu'on aurait pu croire, par cette raison trèssimple que les défectuosités considérables de beaucoup de ces moteurs reposent elles-mêmes sur des raisons tout à fait difrentes de celles qu'on admettait. Par suite de l'échange continu de chaleur qui a lieu entre le métal des cylindres, etc., et la vapeur, il se condense toujours, et quoi que nous fassions, une certaine quantité de vapeur pendant la période d'admission, ou d'afflux de vapeur de la chaudière au cylindre. Cette quantité toutefois est variable; elle peut descendre à lo pour loo, elle peut s'élever à 60 pour 100 du poids total admis. L'emploi qui se fait ensuite de cette eau est très-défini aussi : une partie s'évapore pendant la détente et en augmente le travail F^, l'autre s'évapore instantanément au moment où la vapeur se précipite au condenseur, et accroît ainsi la perte que nous avons désignée par R<. ; mais le rapport qui existe entre les deux valeurs AF^ et R<. est variable, et la quantité de chaleur qui se perd ainsi peut souvent s'élever à 3o pour 100 de la chaleur disponible.

Tous nos efforts doivent donc tendre, avant tout, à faire

devenir —^ aussi petit que possible, sinon nul. Dans l'état ac-

tuel des choses, par l'emploi simultané de la vapeur surchauffée à environ aSo degrés et d'enveloppes à vapeur rem-

Jolies de vapeur saturée y par de bonnes dispositions de tiroirs d^admissioDy de délente et d'échappement, etc., on arrive à réduire ce rapport à un minimum. Le résultat obtenu ainsi avec des pressions de 5 à 6 atmosphères est une dépense de vapeur d'environ 8 kilogrammes par heure et par cheval, et avec des générateurs très-bien établis on arrive à produire couramment cette quantité de vapeur surchauffée en brûlant I kilogramme de houille de bonne qualité, ne laissant pas au delà de lo pour loo de scories. Ce poids de vapeur représente (environ) 5ooo calories, et, comme un travail de 75 kilogrammètres par seconde répond en i heure ou en 36oo secondes à 75.3600 = 270000^^^, on a

3ooo

pour le travail fourni par une calorie.

Tel est le résultat le plus élevé qu'on ait pu obtenir jusqu'ici et qu'aient réellement constaté des expériences d'un caractère scientifique et consciencieux. Personne ne me prendra en mal si j'insiste sur cette dernière épithète : elle est à l'adresse d'une classe d'expérimentateurs encore trop nombreux de nos jours.

Si le lecteur part des divers nombres que j'ai donnés en analysant les phénomènes physiques que présente la machine

à vapeur, il trouvera pour ^ des valeurs notablement plus

élevées que la précédente. La raison en est fort claire : ici j'ai pris les valeurs de F^ relevées à l'aide du frein ou d'autres dynamomètres mesurant le travail transmis par les machines ; là, au contraire, j'ai pris, comme de juste, la puissance exercée par la vapeur, tant pour mouvoir la machine elle-même que pour surmonter le frottement du frein. En un mot, dans un cas

F^ était la totalité du travail externe, dans l'autre F^ n'est qUfe ce qui reste quand on a retranché ce que le moteur a absorbé

pour sa propre marche. J'ajoute que la valeur ^ = 54''^™» que

je donne comme un maximum, résulte de la moyenne d'expériences prolongées pendant des semaines entières. En ce sens, encore, on trouverait des valeurs bien supérieures, si Ton partait d'un essai d'une ou deux heures, fait sur une machine en plein travail depuis quelques heures déjà. Les résultats que donne un moteur à vapeur tenu pendant un temps suffisant à un état constant, et arrivé ainsi partout à sa température normale, donne en effet un travail notablement plus élevé pour une même dépense de vapeur, que quand on l'essaye au début de sa marche. Un observateur peu scrupuleux, ou ayant pour but principal de prôner tel ou tel système particulier, arriverait donc aisément à des valeurs bien supérieures à 54 kilo-

grammètres. Par ces diverses raisons, la valeur - = 54*^

mérite le nom de valeur essentiellement pratique.

Nul doute que cette valeur pourra être dépassée notablement un jour. J'ai indiqué, comme l'un des moyens de l'accroître, l'emploi de pressions beaucoup plus grandes que celles qu'on a osé aborder jusqu'ici. Non-seulement on ac-

croîtra aussi la valeur du rapport disponible E -^p — ' > mais

on sera à même, ou de travailler à de plus fortes détentes, ou de diminuer les dimensions du cylindre du moteur et, par conséquent, les frottements du piston. En faisant travailler la vapeur saturée à lo atmosphères, par exemple, dans un premier cylindre où, après avoir agi en pleine pression, elle se détendrait à 4 ou même 3 atmosphères, en la faisant ensuite passer dans l'appareil de surchauffe, pour la laisser agir en pleine pression, puis avec détente dans un second cylindre

muni d'une enveloppe de vapeur saturée, on arriverait trèsprobablement, d'une part, à réduire le rapport -p- à une trèsfaible fi*action, et, d'autre part, à utiliser beaucoup mieux les températures disponibles, i8o degrés de la vapeur saturée, et 2io de la vapeur surchauffée.

Quoi qu'il en soit de l'avenir delà machine à vapeur, il va nous être facile de reconnaître qu'au point de vue de la Mécanique appliquée, la supériorité des machines à gaz est fort loin d'être aussi prononcée qu'on l'a cru, si même nous partons pour le premier groupe de moteurs de l'état actuel des choses, et si nous admettons, pour le second groupe, tous les perfectionnements qu'on peut du moins prévoir.

Nous avons vu déjà que la supériorité théorique ou temporairement pratique qu'on avait reconnue aux machines à gaz dérivait surtout de ce que l'on soumettait les gaz employés à des températures excessivement élevées, pour leur faire rendre le travail. L'expression supériorité temporairement pratique est ici parfaitement à sa place. Au point de vue purement théorique, il n'y a en effet aucune raison pour qu'on puisse sans inconvénient employer plutôt un gaz très-chaud que la vapeur d'eau surchauffée au même degré ; et, au point de vue pratique ou expérimental, c'est précisément tout le contraire qui reste vrai. Quoiqu'on fasse, il est impossible d'empêcher une partie de la vapeur d'eau, si surchauffée^qu'elle soit, de se réduire en liquide dans le cylindre moteur, sous Tinfluence des parois, et cette portion liquéfiée, quoique préjudiciable au rendement dynamique, a l'immense avantage de prévenir la détérioration trop rapide des graisses et de protéger les garnitures (en matières oi^aniques, chanvre, coton, caoutchouc) des tiges de piston. C'est ce qui explique comment les machines sur lesquelles j'ai fait mes expériences ont pu marcher

depuis quinze à vingt ans sans aucune usure ni détérioration préjudiciable.

Il n'en saurait être ainsi d'une machine à gaz. Quelque gaz qu'on emploie (azote, hydrogène, acide carbonique), ime température qui dépassera ou peut-être même qui approchera de 200 degrés amènera toujours la prompte destruction de tous les lubrifiants connus. C'est ce qui explique pourquoi les machines à gaz, toujours jusqu'ici chauffées à excès, n'ont jamais fait que de brillantes, mais courtes apparitions. Nous verrons tout à l'heure qu'il n'est pas nécessaire de recourir à des températures aussi funestes en pratique pour obtenir encore de beaux résultats dynamiques.

Mais il existe, quant aux machines à gaz, une autre cause d'infériorité que les inventeurs semblent avoir amplifiée jusqu'ici à dessein.

Toute machine calorique, quelle qu'elle soit, constitue de fait un moteur différentiel. En même temps qu'elle donae un travail positif, il faut aussi de toute nécessité qu'e/fe donne un traitait négatif, pour fermer plus ou moins parfaitement le cycle des opérations. C'est la différence de ces deux travaux que nous recueillons uniquement. Au point de vue de la théorie générique, cette condition ne change rien du tout au résultat final obtenu, peu importe quelles soient l'espèce et la grandeur des travaux dont nous prenons la différence. Il cesse d'en être ainsi dès que nous passons sur le domaine de l'application. Ici Torgane qui donne le travail positif est la pompe motrice; celui qui nous coûte le travail négatif s'appelle pompe alimentaire. Pour fonctionner, pour se mouvoir sous forme continue, ces deux organes coûtent du travail par suite des frottements, des résistances passives de tous genres à surmonter, et il est évident que ce travail, exécuté aux dépens de celui dont nous disposons, est d'autant plus grand que les

organes eux-mêmes sont plus grands ; il est donc évident que la différence du travail positif et du travail négatif sera d'autant plus petite que chacun des deux organes considérés en eux-mêmes sera plus grand, et que le rapport des dimensions de la pompe négative et des dimensions de la pompe positive sera plus petit. Ce seul énoncé nous montre l'ensemble des défectuosités des moteurs à gaz : les unes pourront être diminuées, les autres sont absolument inévitables. C'est ce qui va devenir de plus en plus clair.

Comparons en effet entre elles les dimensions relatives, et puis aussi les dimensions absolues des pompes positives et négatives dans les moteurs à vapeur et dans ceux à gaz.

Reprenons nos équations relatives à la machine à gaz. Nous avons, pour le travail positif total,

F« = — ?^'^' — fi — D^-M

et de même, pour le travail négatif total,

V, étant le volume total du cylindre moteur, de la pompe positive; V, étant celui de la pompe alimentaire négative. Mais nous avions trouvé

pour la relation de V, et V^, et

pour la détente qui donne le travail maximum. Il résulte

de là