MACHINES

direction convenable; et une vanne cylindrique, concentrique à la cuve, sert à régler la quantité de ce fluide qui passe des ouvertures dans la turbine. Celle-ci entoure la partie inférieure de la cuve, et elle consiste uniquement en plusieurs aubes courbes , à simple courbure , verticales , et comprises entre deux plateaux horizontaux : elle tourne autour d'un axe vertical , passant dans la cuve.

L'eau, qui est lancée sur les aubes, et qui est obligée den suivre la courbure, exerce sur elles, en vertu de sa force centrifiige , Faction motrice dont nous avons donné l'expression. Par suite du mouvement de rotation qui en résulte, l'eau baisse ou tend à baisser dans la partie intérieure de la turbine; et à s élever et s'échapper par son bord extérieur (33 1) : de plus, le fluide du réservoir ou du fleuve dans lequel plonge la machine, qui se trouve entre la tiu'bine et la cuve, participant à ce mouvement de rotation, exerce sur les ouvertiu'es de celle-ci une moindre pression, une non-pression (211); et la chute effective, un des élémens de la force dynamique, en est augmentée : jusc|ua un certain point, elle le sera d'autant plus que le mouvement sera plus rapide. D'ailleurs, tant que la différence de niveau entre le bief supérieur et le bief inférieur n'éprouvera pas de diminution notable, l'effet demeurera sensiblement le même, soit que la turbine se trouve à quelques mètres sous l'eau, soit qu'elle ne s^ trouve qu'à quelques centimètres.

A COLONNE d'eAC. SqS

Art, 2. De la machine à colonne d'eau.

338. Cette machine consiste en un gros corps idëe de pompe , dans lequel se meut un piston poussé «J^^^toriq par Te poids d'une haute colonne d'eau contenue chine. dans un tuyau montant. A la tige de ce piston on adapte soit un tirant ou un balancier qui transmet le mouvement à des pompes ordinaires, soit un mécanisme qui transforme le mouvement de va-et-vient en un mouvement de rotation.

La première idée d'une telle machine appartient à Bélidor, qui, dans le tome second de son Architecture hydraulique , publié en lySg, fit connaître les considérations qui l'avaient mené à cette découverte, et il entra dans tous les détails de la construction. Mais ce ne ftit que dix ans après qu'une machine de cette espèce fiit exécutœ, et elle le fut par Hœll, aux mines de Schemnitz en Hongrie. On en établit ensuite quelques autres à ces mêmes mines, ainsi qu'à celles de différentes parties de l'Allemagne, où on les appela machines de HœlL En 1 801, j'en ai vu une aux mines de Marienberg en Saxe : mais les frais et les soins qu'exigeait son entretien portèrent bientôt à rétablir la roue hydraulique qu'elle avait remplacée. Depuis , leur mécanisme a été perfectionné; on les a ijeïidues à double effet, et l'habile mécanicien Réichenbach en a placé plusieurs aux salines de Bavière, où elles fonctionnent avec beaucoup d'avantage.

5g6 MACHINES

En drmier lieu (i83i)y M. ringënieur Juncker en a établi deux y a c6ié l'une de Tautre , dans un même puits de la mine de Huelgoat en Bretagne. Elles sont à simple efiS^t : le diamètre du grand corps de pompe est de l'^oS , la longueur de la course du piston est de a^'So, et Ton a eniriron quatre oscillations par minute : la colonne motrice a Gi"" de hai^ leur verticale et o""58 de diamètre. Chaque machine ne mène qu'une seule pompe d'épuisement, qui descend en ce moment à 155"* au-dessous du point de versement, et que Ton va descendre jusqu'à 235 : elle porte ses eaux d'un seul jet à cette grande hauteur : le diamètre du corps de pompe est de o°'455, et celui du tujau montant de o'"275. On verra^ dans la description de cette machine que l'auteur va publier, les mojens ingénieux qu'il a employés pour équilibrer le poids de l'attirail dans sa descente, pour régler la vitesse du piston de manière qu'a chaque oscillation l'eau motrice ne prenne et ne perde sa vitesse que par degrés insensibles^ etc.; on j verra aussi les détails de cette belle construction.

359. J'indique la manière dont opère la machine à colonne d'eau. Je prends à cet effet celle Fîg. 70. de lleichenbach , dont la fij];ure 70 représente, au 47*' de sa grandeui' natiu^elle, les parties principales. Le piston A est poussé alternativement de bas en haut, et de haut en bas, par la colonne deau contenue dans le tuyau B, dont la hautein* verticale est de 43™. A l'instant du mouvement auquel se réfère la figure, l'eau motrice, qui entre dans le corps de pompe par les ouvertures b^ et b, presse le piston de bas en haut : il monte, et pendant son ascension, l'eau, qui était au-dessus, sort par l'ouverture a; d'où elle gagne l'orifice d d'un tuyau qui en débarrasse la machine. Lorsque le piston atteint le haut de sa course, la partie supérieiu-e de sa tige met en jeu un mécanisme qui

A œLONNE d'eau. Sgy

fait descendre les deux petits pistons ;? et ^ portés par une tige commune (i). Par ce mouvement, la communication entre les deux passages y et h est fermée; et celle qu'il y a entre a' et a est ouverte : l'eau , venant de la colonne B , y passe ; elle entre dans le corps de pompe et y presse le piston de haut en bas ; il descend ; et , lorscpi'il arrive au bas de la course, le mécanisme que nous avons mentionné, remis en jeu, mais en sens contraire, reporte les deux petits pistons dans leur position première. Le grand piston remonte alors : ainsi successivement.

Sa tige , qui le traverse de part en part et qui descend au-dessous de lui , sort du corps de pompe et devient aussi la tige du piston de la pompe élevant l'eau.

340.. Puisque celui de la machine reçoit im- Effet de médiatement tout le poids de l'eau motrice, et que la chute est presque entièrement utilisée, l'effet dynamique doit être, à peu de chose près, exprimé par PH. Mais les résistances passives, lesquelles sont en majeure partie de la nature de celles qui ont lieu dans lès pompes, et dont nous traiterons à la section suivante, absorbent une portion considérable de l'action motrice; et d'après des observations de M. Baillet sur les machines des mines de la Hongrie , l'effet utile n'y serait que de o,53 à 0,46 PH.

(1) Voyez les détails de ce mécanisme remarquable dans la Richesse minérale^ par M. Héron de Villefosse; tora. 3, p. 129, et la planche 44 de Tatlas.

la machine

Sg8 BELIER HYDBAUUQUE.

Cependant dans une d'elles, où Ton avaii P=^ o"""o44, H = 85"8, ©"""""oaiQ pour le volume d'eau élevé par les pompes en i'', et 8g^6 pour la hauteiu* de Félévation , TefFet utile était o,52 PH(i). Les pompes de la machine du Huelgoat n étant pas encore à la profondeur qu'elles doivent avoir, on ne peut dire quel est l'effet ' de cette machine^ dans quelques essais il a été 0,48 PH : mais on espère qu'il ira à 0,67, lorsquelle sera terminée et qu'elle pourra produire tout l'effet aucpiel elle est destinée.

On voit, d'après ce qui vient d'être dit, que les machines à colonne conviennent particulièrement dans les lieux où l'on a peu d'eau motrice; mais de très-fortes chutes.

Art. 3. Du Bélier hydraulique.

les parties. 54 1- Celte machine, d'une espèce toute particulière, remarquahle par sa simplicité comme par sa manière d'agir, est due à M. Montgolfier, qui prit à sou sujet, et en 1797 , un brevet d'invention.

Fij. 71. Elle se compose, indépendamment du réservoir alimentaire ou conduit d'amenée M, d'un

' tuyau ou corps de bélier AB, qui porte Feau à

la partie opérante de la machine : cette partie , ou tête du bélier^ consiste en un court tuyau CD, ouvert, à sa partie supérieure, d'un orifice e,

(1) Traité des machines^ p. 171 et 323. Oii peut voir, dans ce même ouvrage, diverses espèces de machines à coloanc.

BÉLIER HYDRAULIQUE* 5g^

contre les bords duquel s'applique la plaque ou soupape d'arrêt «, destinée à le fermer : Fextremité de cette tête porte la soupape ou clapet d'ascension b : elle entre dans une cloche dont la partie supérieure demeure pleine d air et que Ton nomme en conséquence le réservoir d'air: il reçoit, dans sa partie inférieure, celle qui est occupée par Feau, l'extrémité E du tuyau d'as-cension,

La disposition réciproque, comme la forme des pièces que nous venons de nommer, peut d'ailleurs éprouver des variations; ainsi, elle est tout autre dans la figure 72 que dans la figure 71. Fig. 7a. Dans celle-là, aux clapets et soupapes ordinaires, on a substitué des globes ou boulets creux , d'une pesanteur spécifique environ deux fois plus grande que celle de l'eau : ils sont retenus dans une cage de fer, qui leur laisse toutefois le jeu nécessaire.

Je cite, comme exemple, le plus grand de ceux qui ont «té exécutes, au moins en France : il a été établi par M. M ontgolfier fils, à Mello, auprès de Glermonl-sur-Oise. Le corps est un tujrau en fonte de o"^io8 de diamètre intérieur, SS'^de long et pesant i45o^ : la tétc en pèse 200 : la capacité da réservoir d'air n'est que de 6 litres. La soupape d'arrêt présente, sur une platine horizontale, sept ouvertures recouvertes par autant de boulets creux de o'°°o4 de diamètre : elle bat 60 coups par minute.

542. Je donne une idée du jeu de cette sin-^ jeo gulière machine. ^^ ^*'»^

Supposons-la d'abord en repos : l'eau se tien- Fig. 7«dra, dans le tuyau d'ascension, au même niveau que dans le réservoir M : la soupape en e sera

400 BÉX.1ER HTDRAULIQirE.

fermée par la pression du fluide contre les parois du bélier; et celle en b le sera par son propre poids. Quon baisse maintenant la plaque ou battant d'arrêt a^en pressant sur sa queue : l'eau sortira , par l'ouverture e ^ en vertu de la charge du réservoir ; il s'établira , dans le corps du bélier, un courant de A en C; arrivé à la tête, il y prendra un mouvement ascensionnel de a en e, par suite duquel il poussera, de bas en baut, la plaque a, qui ira battre contre les bords de l'ouverture e, laquelle se trouvera ainsi brusquement fermée. L'écoulement cessera, il est vrai; mais la colonne fluide AB , en vertu de sa vitesse acquise, agira encore avec toute sa force vive^ elle ira heurter , à l'instar d'un bélier , contre le clapet b, et elle l'ouvrira : le fluide pénétrera dans le réservoir N; il comprimera l'air qui s'y trouve, et il fera monter leau (jui était déjà dans le tuyau d'ascension. Elle continuera d'y monter, suivie par celle du réservoir, mais en diminuant progressivement de vitesse, jusqu'à ce que le mouvement imprimé à la colonne AD, graduellement affaibli par leflet continu de la résistance que lui oppose le ressort de Tair à comprimer et le poids de l'eau à élever , soit entièrement éteint. Alors ces résistances, reprenant le dessus et devenant actives à leur toui', en imprimeront un autre, mais en sens contraire, à l'eau qui était dans le réservoir et dans le bélier : phénomène analogue à celui d'un fluide qui, oscillant dans un tube, redescend après s'y être

IBÉLIER HYDRAULIQUE. 4^1

élevé k rate certaine hautew*. Au premier instant où le mouvement rétrograde commencera , le clapet b se fermera ; mais, après sa fermeture, le mouvement de D en A se continuera : par suite, il se fera comme un vide sous la soupape d'arrêt; le battant ae, pressé par le poids de l'atmosphère, descendra; le collet ou renflement de sa queue, destiné à mettre un terme à la descente, frappera avec force contre la bande qui le retient; et l'orifice e se trouvera rouvert. Dès que le mouvement rétrograde sera épuisé, le fluide AD, poussé de nouveau par la charge du réservoir, reviendra sur lui-même; il sortira par l'ouverture e, refermera la soupape a; et il se reproduira, une seconde fois, un ordre de faits pareil au premier.

Ces ordres se succéderont, sans interruption, tant que le réservoir alimentaire fournira de nouvelle eau, ou jusqu'à ce que sa communication avec la tête du bélier soit interceptée à l'aide d'une vanne ou de toute autre manière.

543. Le mouvement oscillatoire de l'eau dans Rapport le bélier hydraulique , avec l'indication du mér- ^« ^'^^ ^ canisme qui le produit et l'entretient , explique bien la cause physique du jeu de la machine; mais ses circonstances sont encore loin d'être assez connues pour fournir des bases à une théorie mathématique. Aussi les essais de quelques savans, de Venturoli entre autres {Elementi d'idraulica, §§. 665 - 680), ne sont-ils pas arrivés jusqu'à une expression analytique de l'effet du bélier.

4oa BÉUER HTDRAUUQUE.

L'expérience même, quoique conTetiablemeiit interrogée, na donné que des notions approxir matives à cet égard; et on n'a pu du moins encore en déduire une formule générale et d'une exactitude suffisante. Avant d'exposer ces notions , j'établis la forme du rapport entre l'efiet et la force.

Dans l'estimation de l'effet du bélier on n'a pas besoin , comme dans les roues hydrauliques, de prendre en considération la vitesse du mouvement, et, par suite, de tout rapporter à l'unité du tems. L'eÎFet sera le poids de l'eau élevée à une certaine hauteur, en un tems quelconque, mais indiqué ; en appelant p ce poids et H, cette hauteur, il sera pR^ . La force correspondante, P étant le poids du fluide fourni par le courant dans le même tems, et H la hauteur de la chute, aura PH pour valeur; et par conséquent le rapport

égalera pjf . On aura encore ^g > en désignant

par g le volume d'eau élevé, et par Q le volume d'eau dépensé; puisque QlqllPlp, Je compterai les hauteiu's H et H, à partir du milieu du clapet d'ascension ; c'est, ce me semble, le point où la puissance lutte contre la résistance. Je remarquerai qu'il nest et ne sera question, dans cet article, que de lefFet utile; les résistances passives , et surtout celles qui proviennent du choc des soupapes, présenteraient dans leur détermination des diflicultés qui rendent impossible celle de l'efFet dynamique entier.

344* K<6 bélier hydraulique ajant pris naissance en France, Ezpërienoei il était naturel que l'on fit dans ce pajs les premières expériences qui deyaient en montrer l'efiTet. Dès l'année 1798 il en fut fait deux en présence d'une commission de l'Institut : ce sont les deux premières du tableau suivant. La troisième a été Élite sur un bélier de l'école polytechnique ; la quatrième sur celui que M. Montgolfier lui-même ayait établi dans son habitation à Paris (1) ^ les trois suivantes se rapportent à des béliers existans aux environs de cette capitale eC dont il est fait mention dans le Traité des machines (p. 161 ) : la dernière enfin concerne le bélier de Mello, dont nous avons déjà donné les dimensions.