CHAPITRE XIV
Phénomènes qni se produisent dans la transmission de la chaleur de la surfoce intérieure de la chaudière k Teau.
1482. Les phénomènes dont il est question sont très-compliqués, beaucoup plus qu'on ne serait tenté de le croire au premier abord ; malheureusement, ils ne sont connus que très-incomplétement, et c'est une chose d'autant plus fâcheuse, que c'est au mode de transmission de la chaleur du métal à l'eau qu'on doit attribuer un certain ordre d'explosions des générateurs. Je résumerai ce qu'on sait à ce sujet.
1483. La température de l'ébullition de l'eau dans les vases est toujours supérieure à celle de la vapeur produite. Dans les vases métalliques, la différence est de 0%15 à 0%20; dans des vases de verre ou de porcelaine, la différence varie de l*" à 1%2, et l'ébullition a lieu par intermittence, en produisant des soubresauts; le sable ou les métaux en Umaille, introduits dans le vase de verre, produisent une ébuUition passagère et par suite un abaissement de température ; on reproduit l'ébuUition par l'addition d'une nouvelle quantité de sable ou de limaille, et on peut la maintenir d'une façon permanente jusqu'à ce que le liquide se soit abaissé au point précis de la température d'ébullition, en maintenant une atmosphère gazeuse sur quelques points de la masse intérieure du liquide. Lorsqu'un ballon de verre à moitié plein d'eau recouverte d'une couche d'huile a été maintenu en ébuUition pendant quelques minutes pour chasser l'air contenu dans l'eau, si on laisse refroidir le ballon, et qu'on le chauffe ensuite graduellement dans un bain-marie, la température peut être portée jusqu'à ISS"" sans que l'ébuUition se manifeste ; mais à une température supérieure, il se produit subitement un grande quantité de vapeur qui brise le vase quand son orifice est étroit, et qui, dans le «as contraire, s'échappe en entraînant beaucoup d'eau. Enfin, nous avons vu que l'eau ne mouille pas les vases métalliques lorsqu'ils ont atteint une certaine température.
1484. Tous ces faits ne paraissent pouvoir s'expliquer qu'en admettant une force attractive qui s'exerce entre les molécules d'eau et entre ces molécules et les corps solides en contact ; cette force attractive se change en force répulsive quand la température aug-
mente, et cette force répulsive est d'autant plus grande que la température est plus élevée. C'est le sens de la différence de Tattraction des molécules d'eau entre elles, et pour les corps solides en contact, qui fait qu'un liquide mouille ou ne mouille pas un corps solide. C'est la force répulsive de la chaleur croissant avec la température qui produit la vaporisation de l'eau à une température variable avec ia pression exercée sur l'eau. Enfin, c'est la répulsion des corps échauffés qui s'oppose au contact de l'eau et des corps solides, dans les phénomènes de Tétat sphéroîdal.
1485. Comme les métaux sont très-bons conducteurs de la chaleur, et que les chaudières n'ont jamais qu'une faible épaisseur, la différence de température des deux surfaces est toujours très-petite et peut être négligée. Au commencement du chauffage, lorsque l'eau est à une température peu différente de la température extérieure, comme Teau est un corps mauvais conducteur, la chaleur se transmet peu de couche en couche ; elle ne se répartit dans la masse que par de doubles courants, résultant des différences de température et, par suite, de densité, quand réchauffement du vase a lieu par la partie inférieure. Quand les couches de liquide qui touchent le métal ont atteint la température de Tébullition, correspondant à la pression dans le réservoir de vapeur, elles s'élèvent encore à l'état liquide, parce que la pression qu'elles supportent excède celle du réservoir de toute la hauteur de Teau, et elles se transforment en partie en va* peur au niveau de l'eau ; mais à mesure que leur température augmente, elles se vaporisent à des hauteurs décroissantes; bientôt eUes se forment sur le fond du vase, et la vapeur se détend à mesure qu'elle s'élève. Ainsi, ia température de la vaporisation au fond du vase est plus grande que celle du réservoir de vapeur ; mais la différence est en général très-petite ; car, pour une chaudière renfermant une hauteur d'eau de 10*, 33, la différence de température serait celle qui correspond à une différence de pression de 1 atmosphère; la pression dans le réservoir étant de 1 atmosphère 1/2, la différence de température serait de lô""; si la pression était de 5 atmosphères dans le réservoir, l'excès de température serait seulement de 7^
Dans ce que nous venons de dire, nous n'avons pas fait intervenir Tattraction du liquide pour le métal, mais il est évident que si cette attraction est notable, elle s'opposera à la vaporisation, qui n'aura lieu qu'à une température plus élevée, quand la force répulsive de la chaleur aura contre-balancé cette attraction ; alors l'ébullition ne sera plus continue; elle aura lieu brusquement, à des intervalles
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plus OU moins rapprochés, parce que Teau en contact avec le métal devra prendre constamment un certain excès de température sur Teau environnante.
1486. Dans tous les cas, il est très-probable que les bulles de vapeur, avant de se détacher, prennent d'abord la forme d'une demisphère dont la base s'appuie sur la chaudière, et qui se complète progressivement et ne se détache que quand elle ne touche plus la chaudière que par un cercle très-petit relativement à son diamètre ; du moins c'est ce qui arrive pour l'air qui se dégage de l'eau par une diminution de pression. S'il en était réellement ainsi, tous les points de la surface intérieure ne seraient pas constamment mouillés par Teau, et par conséquent la température de cette surface serait plus élevée que celle de l'eau d'une quantité très-notable, et bien supérieure à la différence très-petite qu'exigerait la transmission régulière de la chaleur. Mais alors n'y aurait-il pas à craindre que, si la production de vapeur était très-active, la différence de température du métal et de l'eau n'atteignit celle qui empêcherait l'eau de mouiller le métal, circonstance qui arrêterait l'ébullition, pour la produire avec explosion lorsque, par une circonstance quelconque, la tempéture du métal s'abaisserait ?
1487. L'expérience ayant à peu près démontré que les chaudières acquièrent une plus grande puissance de vaporisation, quand les surfaces intérieures sont couvertes d'une légère couche de dépôt, il n'est pas douteux que ces matières ne transmettent leur chaleur à l'eau plus facilement que les métaux, parce que les bulles de vapeur se dégagent plus rapidement sur elles que sur les surfaces métalliques ; il faudrait bien se garder toutefois de laisser prendre à ce dépôt une épaisseur assez notable, qui, indépendamment des dangers possibles pouvant en résulter, amènerait une transmission plus lente de la chaleur. Le mieux sera, en général, de se préoccuper plutôt d'empêcher le dépôt que d'en favoriser la formation.
1488. Indépendamment de ces incrustations, qu'on peut produire avec le temps, en employant des eaux renfermant des sels calcaires, il serait du plus grand intérêt d'augmenter la surface de la transmission de la chaleur à l'eau. Cet accroissement ne pourrait s'obtenir que par des appendices intérieurs, qui présenteraient les plus graves inconvénients si les eaux formaient des dépôts et surtout des incrustations; aussi, ne pourraient-ils être employés que lorsque les eaux d'alimentation auraient été purgées des sels calcaires qu'elles contenaient. Des appendices extérieurs faciliteraient évidem-
ment la transmission de la chaleur de Tair brûlé à la chaudière.
Dans Touvrage de sir W. 'Willams, sur la combustion de la houille, se trouvent des expériences qui confirment ce que je viens de dire 8ur rinfluence des appendices. Trois vases métalliques pleins d'eau, de même forme et de mêmes dimensions, étaient traversés chacun par un tuyau horizontal rectangulaire, de même surface pour les trois vases ; ces tuyaux communiquaient par un bout avec un bec de gaz, et par Tautre avec une cheminée ; le premier tuyau était libre dans toute son étendue ; le second portait à Tintérieur un certain nombre de pointes métalliques perpendiculaires à la sui*face ; le troisième renfermait le même nombre de pointes, mais disposées à Textérieur et à rintérieur. En brûlant dans le bec le même volume de gaz dans le même temps, la quantité d'eau évaporée dans le premier vase a été de 4 livres 14 onces; dans le second, de 7 livres 14 onces; et dans le dernier, de 8 livres 5 onces.
Il n'est pas douteux qu'on ne parvint encore à augmenter la transmission de la chaleur, en renouvelant rapidement l'eau qui touche la chaudière, de manière à enlever les bulles de vapeur qui restent un certain temps adhérentes au métal (1486); mais cette agitation de l'eau amènerait une grande complication.
On parviendrait aussi très-probablement à accroître la vaporisation, si Ton pouvait placer dans l'intérieur du générateur une surface intérieure disposée de manière à séparer, du moins en grande partie, les courants de vapeur qui s'élèvent et les courants d'eau qui descendent.
