POIDS DES LIQUIDES

101. Le poids des liquides passant d'un certain niveau à un niveau inférieur, est une des plus abondantes sources de force qui se rencontrent dans la nature. L'emploi en est d'autant plus fiidle que Feau s*écouIe naturellement après avoir passé sur le récepteur, pour peu qu'il reste de chute pour déterminer son mouvement sur le sol.

li faut remarquer qoe l'abondante source de travail mécanique que fournit la pesanteur des liquides a pour origine première la cause plus générale dont nous parlons ei-après, la chaleur. C'est celle-ci qui, évaporant Feau, la fait remonter sous forme de nuages dans les parties supérieures de Fatmosphère, d'où elle retombe sous forme de neige ou de phrie sur les parties levées , IM>Qr de là s'écouler vers les parties plus basses du sol.

Passons en revue les principaux organes qui servent à utiliser l'aetion de la pesanteur de Feau.

Le travail moteur fourni par la force naturelle en chaque seconde est P H , P étant le poids de Fcau fourni en une seconde par le cours d'eau, H la hauteur de la chute. Cest en vue de faire passer la plus grande partie possible de ce travail dans les récepteurs, que leurs dispositions doivent être combinées. Sans entrer dans des détails qu'il faut chercher dans les traités de mécanique appliquée aux machines, nous pouvons poser en principe général que le mouvement des récepteurs hydrauliques, dans lesquels Teau agit par son poids, doit être très-lent, afin que Teau qui a cheminé avec le récepteur ne conserve qu'une faible vitesse en le quittant. Cette vitesse répond à une partie du travail moteur non utilisée, et par suite la perte sera d'autant moindre que cette vitesse sera moindre.

Fig. 96.

!• Système levier.

102. L'eau reçue dans une caisse sert comme contre-poids dans la balance hydraulique servant à élever les charges dans les mines, au moyen de tonnes qui reçoivent l'eau (fig. 96) à la surface du sol et se vident au niveau des galeries d'écoulement. Ce système ne constitue pas un véritable récepteur, mais un double système analogue constitue le balaficier hydraulique.

L'eau placée à un niveau élevé est reçue dans une caisse suspendue à l'extrémité d'un balancier, celui-ci s'incline par la descente de la caisse. Arrivée sur le sol, si une soupape placée au fond de la caisse s'ouvre, et pendant ce temps une caisse placée à l'autre extrémité du balancier reçoit de l'eau , il résultera de la répétition d'opérations semblables de cet appareil (fig. 97) un mouvement circulaire alternatif produit

Fig. 97.

par le poids de Teau. La figure 98 représente le balancier de Perranlt, type primitif de ce genre de machines. L'eau coule le long d'un plan incliné , dont Finclinaison change alternativement de sens par TelTet d'une cloison placée audessus du centre d'oscillation.

Tous ces appareils satisfont évidemment fort mal à la condition que nous avons posée comme nécessaire pour le maximum, donnent lieu à des chocs destroctears, et en outre le mouvement initial qu'ils engendrent étant intwmittent, n'est pas commodément utilisable pour machines sans pertes de travail considérables. Aussi ne sont-ils pas employés.

Fig. 98.

2*» Système tour,

103. Augetg. — Des augets disposés à la circonférence d'une rooc produisent un mouvement circulaire continu , dont la vi-

Fig. 99.

^^86 doit être très-petite pour obtenir un grand effet utile (fîg. 99). Qoclqucfois, pour de grandes chutes de plus de 10 à 12 mètres,

ponr lesquelles les roues ne pourraient plus être employées^ on a adopté un s} stème composé de godets disposés le long d*ane chaîne qui transmet le monTement circulaire continu à Tarbre qui les supporte, système peu solide et peu durable, à cause des oscillations qui s'y produisent.

Les roues à augets bien construites ne marchent pas avec une vitesse de plus de l'*,50 par seconde à leur circonférence, ou 2"', si elles sont très-grandes. On voit que, d'après cela, le diamètre de la roue, égal à bien peu près à la hauteur de la chute d'eau, et sa vitesse angulaire se trouvent complètement déterminés dans chaque cas, et par suite aussi les éléments dont nous cherchons la valeur. I^es augets ne doivent pas être remplis an delà de la moitié de leur capacité, et leur forme être convenable pour retarder le versement , qui autrement commencerait beaucoup ai»dessus de la partie inférieure de la roue. Pour les chaînes à godets, la vitesse ne dépasse pas 1 mètre.

104. PaleUes etnboUées (rouesdecùtéou roues à). Si Ton adapte à la circonférence d'une roue des palettes droites qui se meuvent

Ffg. 100.

dans un coursier les tiihiltMit it/m Um les ans aussi exactement que possible (fig. 100), Tcau ne peut s'éieoulter qu'en pressant de son poids sur les palettes et en faisant naître le mouvement circulaire continu de l'axe de cette roue, dite roue de eèté. Ces roues peuvent prendre l'eau jusqu'au niveau de leur axe.

Il est ayaiklag^ix de rendre la vitesse de Teau la in(HDdre possible à rentrée en la faisant écouler en déversoir, e*est-à-djre pardessus la vanne et sans charge. Ces roues donnent d'excellcBts résultats avee une vitesse de 2 mètres à la circonférence. On ne peut avec avantage rendre la vitesse de la roue kiférkure à 1 mètre , à cause des fuites qui existent toujours entre le coiitour de& palettes et le coursier^ fuites qui sont me fraction d'autant plus grande du volume de Teau qui agit sur la roue qxte la vitesse de edlc-ci est moindre.

1 os. Plans lournani autour d'un aoce. — La dispositioB qoc nous supposons ici, c'est-à-dire opérant par le sevl poids de Feau , n'est pas usitée dans la pratique. Elle exigerait qu'un poids d'eau considérable fàl sopporté pu le récepteur, d'où résulterait une consomaurtfoadc travail considérable par le frottement dans les guides du mouvement. Ce système consiste essentiellement en vn pta incliné sar lequel glisiercau, d'où résulte une pression pouvant faire dcmmeat ce plan , aTil cs]t mobile. On peut utiliser tibéorlquencnl cette pro|fiété : 1° En enroulant m flan «itonr d*im axeeyfinârique incliné et faisant écouler Teau de liant en bas sur ce plan ; on produirait ainsi un mouvement circulaire continu par la pression due au poids de l'eau en réalîsaDt une marine semblable à la vis d'Archîmède, dont nous parlons aux opérateurs.

a"" En disposant des plans inclinés ou des smfaces courbes à une eertaine distanee d'un axe vertieai avec lequel ils sont reliés. Telle est la disposition des andennes roues à poire [flg. 101) et celle d'une turbine que M. Burdin a proposée, dans laquelle l'eau arrivant dans une couronne placée à la partie supérieare descend le long de plans inelinés, et sort sans vitesse absolue dans une direction opposée à celle du mouvement de la turbine , ea produisant un mouvement circulaire continu de l'axe disposé verticalement; condition avantageuse dana certains cas,

notamment pour les moulins à blé. La vitesse de la circonférence extérieure doit être 0,70 de celle qu'aurait Teau tombant de la hauteur de la chute totale.

Nous donnons plus loin la disposition des turbines employées aujourd'hui, qui, utilisant la vitesse de Teau, sont exemptes du grave inconvénient que nous avons mentionné.

106. Aubes courbes {roues à), — M. Poncelet, en recourbant les aubes des roues, dites à aubes plates, a donné le moyen de transformer Faction du choc de Teau sur les aubes plates (dont nous parlerons ci-après) en une action de la pesanteur de Feau sur des aubes courbes. En effet (fig. 102], Teau s' élevant sans

Fig. 102.

choc sur la palette courbe en vertu de sa vitesse, en prendra ensuite une en sens contraire, tout en étant entraînée, lorsqu'elle redescendra par l'effet de la pesanteur. Ces deux vitesses de l'eau à la sortie et celle de la roue devant être égales pour que l'eau sorte sans vitesse, pour que le maximum de travail soit transmis au récepteur, on conçoit que la vitesse de la roue doit, pour ce maximum, approcher de 0,50 de ce^le de Feau. C'est en effet le résultat trouvé pour cette roue, qui, aux avantages des roues mues sans choc, réunit celui propre aux roues à aubes droites, très-défectueuses au point de vue du travail, de se mouvoir avec

une vitesse pour le maximum d'effet utile égale à la moitié de la vitesse de Teau, ou plus exactement 0,55 de cette vitesse. Ces roues s*emp)oient avec avantage pour des chutes de 1°" à l'",50.

3° Système plan.

107. Machine à colonne d'eau. — Le guide du système plan fournit une disposition de récepteur, c'est-à-dire que celui-ci prend la forme d^une surface cylindrique dans laquelle se meut un piston. C'est la disposition qui a trouvé une si admirable

Fig. 103.

application dans la machine à vapeur, et celle que Bélidor a proposée le premier pour utiliser les chutes d*eau très-considérables, de 10 à 20 mètres et au-dessus, pour lesquelles les roues hydrauliques sont tout à fait insuflisantes. Cette machine est dite à colonne d'eau (fig. 103). Disons brièvement en quoi consiste cette machine.

Si Ton amène Teau dans un corps de pompe dans lequel glisse un piston, celui-ci descendra. Si, quand il est arrivé à la partie inférieure, par l'effet du jeu de petits pistons auxiliaires placés latéralement et mis en mouvement par la machine, on établit une oommonication d'une part entre la face inférieure du piston

an LIVRE PREMIER.

et te réservoir d'eau, et d'autre part qu'on permette récoulement de Veau qui pressait la partie supérieure , le piston remontera; on donnera ain^ à la tige du piston un mouYement rectiligne alternatif.

La machine est dans ce cas à double effet. C'est ainsi qu'elle ftnctioiuie dans les gmes et treuils hydrauliques, lorsqu'on empWe le poids de Teau d'un réservoir pour soulever les fardeaux. Mais dans les puissantes machines employées dans les mines, elle n*est qu'à simple effet, c'est-à-dire que l'eau n'est introduite que dessous le piston. Les mouvements d'entrée et de sortie de l'eau sont en tous cas commandés par de petits pistons mis en mouvement par la tige du grand, lorsque celui-ci arrive à l'extrémité de sa course, de manière à intercepter l'arrivée de l'eau et ouvrir l'orifice de sortie, et réciproquement, au moment convenable.

La vitesse du piston doit être peu considérable, pour éviter des diminutions de pression à l'entrée de l'eau, et des résistances à la sortie, qui auraient lieu pour de grandes vitesses, par l'effet des résistances produites par les étranglements et les coudes qui existent dans les conduits. A Huelgoat, en Bretagne^ où M. Juncker a établi une magnifique machine de ce genre , de la force de plus de deux cents chevaux, la vitesse du piston est de 0",30 par seconde à la montée (pendant laquelle seulement l'eau agit par sa pression), et de 0™,70 à la descente. Cette dernière vitesse est déterminée par l'excès du poids soulevé à la montée sur les résistances qui s'opposent à la descente.