CHAPITRE XXX11L

Continuation du métrle sujet: .

La fig. 6, nous montre que, lorsque le robinet a pris la position «i, la vapeur de la chaudière vient agir sur le piston , et la vapeur, qui a servi et qui se trouve dessous peut' s'&hap-i per par l'ouverture oy or, remarquez bien que c'est précisément dans le moment où le robinet doit prendre cette position, que la tige du piston est à son plus haut point d'élévation; il s'ensuit donc que si vous établissiez une certaine liaison entre le point où l'extrémité de la tige parvient , lorsque le piston est? près d'arriver au haut de sa course , et Veactrémité^ dujevïer H. i.

8t de la vapeur comme force motrice,

du robinet; si par exemple > vous attachiez une eorde, une courroie, une tringle de métal, à l'extrémité de la tige du piston et à celle du levier dont le robinet est armé, de telle façon que la tige , parvenue au plus haut point d'élévation , fît prendre au robinet la position m, le piston redescendrait. Maintenant si, lorsqu'il est descendu, la même disposition, entre le sommet de la tige et le levier, fait prendre au robinet la seconde position n, la vapeur agira par-dessous, et le piston rempotera et reproduira, par sa tige, la première position du robinet.

La fi g. 7 donne une première idée de ce qu'on peut faire pour mouvoir le robinet avec précision , par le mouvement dr la machine; il y a bien d'autres moyens dont il sera question plus loin. Nous voyons déjà du moins que le mode de régler la machine par elle-même est infiniment préférable au premier que nous avons employé, et comme le robinet ne doit passer de la position m à la position n, et de la position n à la position m que quand le piston et le sommet de sa tige sont parvenus aux deux limites de leur course commune, il est clair que la machine allant vite ou lentement, le robinet ne peut prendre de mouvement que quanff il le faut et comme il le faut. La vapeur de ce côte-là ne peut donc être troublée dans son action.

Voilà donc le mouvement de la machine qui se règle de luimême, et les. iiiconvénicqs attachés, à un concours étranger, pour la. manœuvre du robinet, entièrement évité*; voilà un nouveau, progrès dans la recherche des moyens de tirer parti de la vapeur , comme force motrice.

Ce n'est pas tout.: nous avons parlé plus haut de la nécessité de bien. gouverner le feu, ; pour obtenir un mouvement-moteur régulier j mais* quelque soin, qu'on y apporte, il est matérielle^ ment presquïmpossihlc de lui donner et de lui conserver ttm-

jours le même degré d'intensité. Le mouvement-moteur devrait donc suivre ces variations du feu et n'offrir jamais cette action précise, ce jeu régulier, si nécessaires en général aux travaux industriels. La soupape de sûreté, dont il a été question ci-dessus, laisse bien échapper de la vapeur, lorsque la force de celle-ci, sortant des limites qu'elle doit avoir, compromettrait l'appareil, le travail et les travailleurs; mais, indépendamment de celte grave circonstance, il y a encore celle où la force de la vapeur, sans s'accroître d'une manière inquiétante, et par conséquent sans soulever la soupape de sûreté, passe à divers degrés d'intensité, suivant que le feu est plus ou moins ardent. Si la soupape de sûreté était assez légère pour s'ouvrir pour de petits accroissemens de force, elle serait d'un usage fort incommode, par la vapeur qu'elle répandrait autour de l'appareil, et, ce qui est plus important, elle dépenserait inutilement beaucoup de force, par les pertes de vapeur; perles qui pourraient se répéter à des intervalles très-rapprochés. Il faudrait donc trouver un moyen de prévenir ces irrégularités de force et de mouvement; il faudrait que, lorsque la force de la vapeur s'accroît assez pour imprimer au piston un mouvement plus rapide qu'on ne le veut, on pût empêcher la vapeur de sortir de la chaudière en aussi grande abondance; et que, lorsqu'elle faiblit, on la laissât sortir à plein tuyau; et le comble de la perfection serait de rétrécir ou d'élargir graduellement le passage de la vapeur dans le tuyau qui l'amène au cylindre, suivant les divers degrés d'accroissement ou de décaissement qu'elle prend par l'action variable du feu.

Quand un pareil problème se présente pour la première fois à l'esprit, il semble que la solution en est impossible par un moyeu purement mécanique, et qu'il faut avoir recours à une personne attentive et intelligente, pour remplir la fonction de

graduer ainsi l'orifice par lequel la vapeur vient exercer son

action dans le cylindre. .

Cependant il y a un effet extérieur qui suit toujours immédiatement l'accroissement de force de la vapeur , c'est l'augmentation de vitesse dans le mouvement du piston ; il y a un autre effet , dans le cas où cette force décroît, c'est la diminution de vitesse; ne pourrait-oh pas, par quelques dispositions de pièces, lier ces deux effets avec un robinet, par exemple , placé sur le tuyau qui amène la vapeur de la chaudière ; do manière que lorsque la vitesse du piston augmenterait, ce robinet rétrécirait le passage de la vapeur, et qu'il rendrait ce passage entièrement libre , lorsque la vitesse viendrait à diminuer. Cette disposition a été trouvée; vous la voyez, fig. 7, réunie à celles dont nous avons parlé plus haut, et à une autre dont il va être question.

S'il faut entretenir le feu pour continuer le mouvement de notre moteur , il est clair qu'il faut aussi entretenir l'eau de la chaudière , puisqu a chaque coup de piston une partie de l'eau qu'elle contient s'échappe en vapeur; mais si vous vouliez la renouveler par quelqu'endroit du couvercle de la chaudière par lequel l'introduction de l'eau aurait lieu, comme si vous remplissiez un vase ordinaire , vous perdriez beaucoup de vapeur, et le mouvement de la machine s'arrêterait nécessairement , et cela non-seulement jusqu'à ce que l'ouverture fût fermée, mais encore jusqu'à ce que la nouvelle eau introduite eût pris assez de chaleur pour produire de la vapeur au degré de force qu'exige le mouvement de votre piston.

Ce n'est pas la seule difficulté. Il n'est pas indifférent d'introduire dans la chaudière plus ou moins d'eau qu'il ne s'en consomme à chaque coup de piston : si vous en introduisez plus, la chaudière se remplira outre mesure , et vous porterez

ET DES MACHINES A VÀPEUfl. 85 de l'eau au lieu de vapeur dans le cylindre, ce qui arrêtera le mouvement de votre appareil. Si vous en introduisez moins , l'eau de la chaudière finira par s épuiser et votre force aussi. C'est donc la quantité d'eau qui se consomme en vapeur que vous devez remplacer le plus exactement possible; non pas à des intervalles trop éloignés les uns des autres , car vous refroidiriez votre chaudière , par l'introduction d'une trop grande masse d'eau à la fois , mais petit à petit , au fur et à mesure que la consommation se fait : de celte manière vous n'influez pas sensiblement sur la force dont la constance dépend entièrement du maintien de l'eau au même degré de chaleur.

Vous comprenez parfaitement que, puisqu'il en est ainsi , il faut que vous fassiez des dispositions telles que l'eau alimentaire arrive successivement dans la chaudière par une ouverture qui lui livre passage , sans en laisser un à la vapeur.

Deux moyens se présëritent pour parvenir à ce but : le premier consiste à élever, à1 un certain point au-dessus de la chaudière, un réservoir d'eau alimentaire, et de faire communiquer le réservoir avec la chaudière par un tuyau dont le diamètre soit tel que sa dépense d'eau en un temps donné soit aussi exactement que possible celle de vapeur que fait la chaudière dans le même temps. Par cette disposition , Veau peut entrer dans la chaudière, par le tuyau bien soudé sur celle-ci, sans que la vapeur puisse eu sortir; elle y entrera , si le réservoir est élevé assez haut, pour que la colonne d'eau qui en sort ait, par sa pression , la force de vaincre la résistance que la vapeur oppose à la sortie de cette eau. Le point, où le réservoir doit être placé, dépend donc de la force de la vapeur que vous emploierez; nous ne donnons ici qu'une idée- de cet objet, nous reviendrons, quand il en sera temps, sur les modes d'évaluation et sur les diverses modifications qu'il comporte.

L'autre moyen consiste à envoyer de l'eau dans la chaudière par une petite pompe, dont les dimensions et le jeu sont établis de manière à ne fournir successivement que la quantité d'eau qui se consomme' successivement en vapeur. Pour mouvoir cette petite pompe, on peut prendre directement ou indirectement la force nécessaire sur la tige du piston, comme la fie. n en donne un exemple; au reste , la manière de prendre cette force peut varier au gré des constructeurs.

Avec les dispositions que nous venons d'appliquer successivement à notre premier appareil , fig. 3 , nous lavons rendu propre à recueillir et à régulariser la force motrice de la vapeur, et nous nous sommes servis des moyens qui semblent venir les premiers à l'esprit , sans entrer dans l'examen des améliorations dont ils sont susceptibles et sur lesquelles nous avons à revenir.

La fig. 7 est comme le résumé de ces diverses dispositions ; nous dirons d'abord que nous avons séparé la chaudière du corps de l'appareil , comme on le fait ordinairement , pour pouvoir donner à ce dernier une assiette solide et pour la commodité du service; et en outre que nous avons figuré une première transmission du mouvement de la tige en l'attachant à un balancier qui imprime à un volant le mouvement de rotation , atiu de donner un premier aperçu dune espèce de machine à vapeur.

Voyons maintenant sur cette fig. 7 , le jeu de tout notre appareil.

a Chaudière.

bb Réservoir d'eau alimentaire, avec son tuyau de communication à la chaudière; il faut le supposer placé à une hauteur convenable.

b'b' Petite pompe alimentaire , ajoutée comme exemple , avec

ET DES MACHINES A VAPEUR. 87 son tuyau de communication , et pouvant se mouvoir , comme on le voit , avec le balancier ce. Il est superflu de dire que lorsqu'on se sert de celte pompe, lere'servoir est inutile, ou lorsqu'on se sert du réservoir, la pompe est inutile.

Vous voyez le piston d arrivé au bas de sa course, et le robinet een position de mettre la vapeur de la chaudière en action au-dessous du piston , et d'ouvrir en même temps l'issue o à la vapeur supposée au-dessus du piston , après le mouvement précédent, c'est-à-dire après qu'elle a fait descendre ce piston.

Le piston s élève donc , et comme sa tige est convenablement attachée au balancier ce, celui-ci s'élève aussi à ce point et fait faire au volant y une demi-révolution.

Aussitôt que le piston est an haut de sa course , ou, si Ton veut, qu'il est remonté , la tige g est arrangée de manière avec le levier du robinet 0, qu'elle lui fait prendre la seconde position (Voyez (ig. C); position d'après laquelle une nouvelle vapeur vient agir sur le piston , tandis que celle du mouvement précédent peut s'échapper eu effet par l'issue o. Le piston redescend donc en entraînant encore avec lui le balancier , quifait achever au volant sa révolution entière; de sorte que ce mouvement alternatif du piston fait tourner le volant dans le même sens et avec d'autant plus de vitesse que ce mouvement alternatif est lui-même plus rapide.

Vous voyez en outre sous la lettre h ce qu'on nomme le modérateur, c'est-à-dire cette disposition au moyen de laquelle on rétrécit le passage de la vapeur lorsque celle-ci imprime' unmouvement trop rapide au piston : pour cet effet le modérateur tourne avec le volant par la corde n et agit sur un second robinet m par l'intermédiaire du levier Quand ce modérateur tourne trop vile, ce qui arrive quand Ib volant cl par conséquent le pislon ont un mouvement trop rapide , les deux boules'

s'écartent et font baisser le levier / qui , à son tour , fait faire une petite portion de révolution au robinet m, et rétrécit ainsi, le passage de la vapeur dans le tuyau qui communique de la chaudière au cylindre.

p est la soupape de sûreté.

Tel est le jeu de notre appareil avec les pièces et les détails que nous avons vu la nécessité de lui adapter successivement pour recevoir le mouvement produit par la force de la vapeur, et pour le transmettre à un travail quelconque avec régularité et sans interruption ; transmission qui s'opère ici par l'intermédiaire du volant dont le mouvement de rotation peut s'appliquer à une opération mécanique quelconque.

Vous venez d'avoir sous les yeux une image imparfaite ou plutôt le squelette d'un certain genre de machine à vapeur , c'est-à-dire, d'un mode d'application de la force motrice dé la vapeur, lequel est à cette force, ce qu'une roue hydraulique, ce qu'une machine à colonne d'eau sont à la force motrice de ce fluide , ce qu'un manège est à la force du cheval , ce qu'une manivelle est à la force de l'homme.

Nous nous contentons pour le moment de montrer le système compliqué de ce mode d'application -, nous reviendrons plus loin sur les détails des dispositions principales pour qu'on comprenne parfaitement le jeu de chacune en particulier. - Cherchons maintenant à nous faire une idée des résistances naturelles que peut avoir à Vaincre la force de la vapeur avec un mode d'application conçu dans le système dont nous venons de nous occuper. <• .

Vous savez que l'air atmosphérique exerce sur tous les points du cylindre dans lequel le mouvement du piston a lieu, une; pression équivalente, terme moyen, a une colonne de mercure, de 76 centimètres de hauteur. Or il est évident que si le pistom

«tant au bas de sa course vous vouliez la lui faire parcourir jusqu'en haut en employant la force d'un homme, d'un cheval, en un mot une force quelconque, il est évident, disons-nous, que le vide s'établirait dans la capacité que le piston vient de parcourir, puisque, par la construction de notre appareil, il n'y a aucune communication ouverte entre le dehors et le dedans du cylindre ; l'air ne peut donc pénétrer dans l'espace que le piston laisse libre en montant.

Rappelons-nous ce qui a été dit dans un des chapitres précédens sur la pression atmosphérique , et que pour faire le vide dont il est question il vous a fallu déployer une force capable de soulever une colonne d'air dont la base est égale à celle du piston , et dont le poids par conséquent équivaut à celui d'une colonne de mercure qui aurait pour base l'aire du piston et 76 centimètres de hauteur, et de soulever tout ce poids à une hauteur égale à la course du piston.

Rappelons-nous aussi que vous n'auriez pas cette pression à surmonter, si, lorsque vous soulevez le piston, l'air pouvait s'introduire dessous par quelque ouverture pratiquée au bas du cylindre-, car alors la colonne atmosphérique qui viendrait agir sous le piston ferait équilibre à la pression de celle qui agit par-dessus. On fait très-aisément mouvoir le piston d'une seringue ouverte à ses deux extrémités ; mais il n'en est plus de même lorsqu'on en ferme une hermétiquement ; dans ce dernier cas , en tirant le piston , l'on fait le vide et l'on soulève toute la colonne d'air qui répond à la base du piston.

Si donc, pour faire monter le piston de notre appareil renfermé comme il l'est dans le cylindre, vous avez inévitablement cette résistance atmosphérique à vaincre ; vous l'avez de même lorsque vous introduisez de la vapeur dessous pour le faire monter; il s'ensuit dès lors que cette vapeur doit avoir d'abord H. 12

le degré de force nécessaire pour vaincre cette résistance , sans quoi le piston resterait en repos lors même que sa tige ne porterait aucune charge, que la machine ne ferait aucun travail utile.

Cela étant , nous pouvons déjà dire en passant , t°. que plus le diamètre du piston est grand , plus la force de vapeur an moyen de laquelle vous voulez le faire mouvoir doit être considérable , puisque le poids de la colonne atmosphérique augmente avec la grandeur de sa base; a", que cette force doit être d'autant plus considérable que vous donnez plus de course à votre piston en un certain temps , puisque vous devez porter dans ce temps la masse de la colonne atmosphérique à une plus grande hauteur.

Le premier effet mécanique que vous devez produire avec notre appareil est donc de soulever une colonne d'air d'une base égale à celle du piston chaque fois que celui-ci monte ou descend, et cela avec une vitesse égale à celle que le piston prend lui-même : si cette colonne d'air, immense par sa hauteur, prenait tout à coup une forme visible, vous la verriez suivre tous les mouvemens du piston comme un corps solide que vous auriez attaché à la tige.

Mais cet effet mécanique que vous devez préalablement et inévitablement produire ici n'est pas utile, et toute la force qu'il a exigée, qu'il a consommée, est entièrement et irrévocablement perdue pour le travail.

Cette force, que nous évaluerons plus loin, est considérable ; pourtant en la dépensant vous n'avez encore rien fait pour l'opération mécanique à laquelle vous destinez le moteur. Il faut donc que vous donniez à votre vapeur non-seulement la force nécessaire pour imprimer à la colonne d'air qui correspond à la base du piston le même mouvement alternatif qu'à celuici , mais encore la force qu'eiige le travail que vous avez à faire.

ET DES M\CHLNES A VAPELK. 91

La présence de l.air toujours agissant, toujours en opposition au travail du moteur , est assurément une .circonstance trèsdésavantageuse dans Je mode d'application que nous examinons, elle présente même un inconvénient grave dont nous pouvons parler dès à présent.

Cet inconvénient naît de l'obligation où vous êtes de donner aux enveloppes qui doivent contenir la vapeur une solidité proportionnelle à la force à laquelle vous ne pouvez vous dispenser de porter cette vapeur, afin de vaincre celte double résistance et de l'air et du travail. Or, si la solidité de ces enveloppes n'était pas suffisante, ou que , par l'usage , elle vînt à s'altérer, l'appareil pourrait éclater sous l'effort de la vapeur.

La raison en est simple : la vapeur qui se développe dans la chaudière avec une certaine force, s'appuie , presse sur tous les points de cette chaudière, et chacun de ces points doit être assez solide pour résister invinciblement à la force que vous ave/ donnée à la vapeur et qui s'exerce sur lui \ s'il ne l'était pas , ou si par événement il ne l'était plus, le danger est imminent.

Bien qu'on puisse trouver dans les matériaux de construction assez de solidité pour contenir sans danger une vapeur portée à un degré de force considérable, il n'en est pas moins vrai cependant que pour imprimer du mouvement à l'air , mouvement, nous le répétons , entièrement inutile à l'effet industriel que vous vous proposez d'obtenir, vous êtes obligé de donner aux enveloppes , c'est-à-dire à la chaudière et au cylindre une épaisseur ét nne solidité d'ajustage qui ne seraient pas nécessaires au même point si vous n'aviez une masse énorme d'air à ébranler avec toute la vitesse de votre piston moteur.

Mais n'y aurail-il pas quelque moyen d'éviter cette perle de force? S'il fallait absolument imprimer du mouvement à l'air pour faire usage de la vapeur comme force motrice, ne pour-

rail-on pas tourner ce mouvement en faveur de l'effet utile au lieu de l'avoir en opposition? ou bien ne serait-il pas possible de se débarrasser entièrement de l'action de l'air , en supprimant toute corrélation entre le mouvement de notre piston et les colonnes d'air qui entourent une machine à vapeur ? La solution de ces deux questions serait assurément fort importante.

Considérons d'abord que la force de la vapeur, poussant devant elle tout corps qui n'a pas assez de puissance pour s'opposer à son action motrice, est le seul fait sur lequel nous ayons fondé l'emploi de celte force, et il est le seul en effet dont nous ayons eu besoin. Or, pour chercher avec quelque espoir «le succès la solution des deux questions ci-dessus , il faut que la vapeur nous présente quelque autre fait , quelque autre propriété essentielle que nous puissions mettre en jeu , pour changer le mode d'action dont nous nous sommes servis plus haut , ou du moins les circonstances de celte action.

Essayons de la propriété suivante de la vapeur : on sait que de la vapeur produite par de l'eau en ébullition, qu'on introduit dans une capacité, un tuyau, un cylindre , en un mot dans un vase quelconque, en chasse l'air et prend sa place si l'on a ménagé à celui-ci une issue pour s'échapper ; et si nous supposons qu'au moment où l'air est entièrement sorti de la capacité , on ferme brusquement l'ouverture pour ne plus lui permettre de rentrer, on sait encore qu'en introduisant un peu d'eau froide dans cette capacité pleine de vapeur , celle-ci repassera à l'état liquide, occupera par conséquent beaucoup' moins de place dans cet état , et il y aura du vide dans la capacité.

Le petit appareil, fig. 8, mettra ce fait en évidence.

L'eau contenue dans la chaudière /est exposée à l'action du feu, la petite cuve II est remplie d'eau froide , et peut commu-

ET DES MACHINES A VAPEUR. <j3

niquer, comme on le voit, avec la capacité ou cylindre creux bb, le robinet h est fermé, la cuve ee est aussi remplie d'eau \ on voit le tube ce qui débouche dans la capacité bb, plongé presque jusqu'au fond de la cuve ee ; le robinet d est fait de manière qu'en le tournant dans un sens il met l'eau de la cuve ee en communication avec la capacité bb par le tuyau ascensionnel ce, et qu'en le tournant en sens opposé, il ferme d'une part cette communication, et de l'autre il permet à l'air que contient et la capacité bb et le tuyau ascensionnel ce de s'échapper entièrement.

Supposons maintenant que l'eau de la chaudière soit en pleine ébullition , qu'on ouvre le robinet a et le robinet d, comme il convient pour laisser échapper l'air au dehors , la vapeur chasse devant elle l'air de la capacité bb et du tuyau ce, et finit par passer elle-même par le robinet d. Fermons à l'instant ce robinet ainsi que le robinet a qui amène la vapeur ; la capacité bb et le tuyau ce ne contiendront plus que de la vapeur ; or si nous ouvrons le robinet h une petite quantité d'eau froide entrera dans la capacité bb, et au même moment on verra l'eau de la cuve ee s'élancer dans la capacité bb par le tuyau ce. Et que nous prouve ce phénomène? C'est que l'eau froide injectée par le robinet h a condensé la vapeur, ou en d'autres termes , l'a fait repasser à l'état liquide et a produit le vide dans la capacité bb et dans le tuyau ce. Il faut bien que le vide ait été formé, puisque la colonne d'air qui presse sur la surface de l'eau que contient la cuve ee a soulevé ce liquide, et l'a porté rapidement dans la capacité bb où nous devons supposer qu'il n'existait plus aucune pression, aucune force, capables de faire équilibre a la colonne d'air exerçant au dehors sa pression naturelle sur l'eau de la cuve ee.

Le phénomène incontestable que nous offre cet appareil

î4 DE. LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE ,

nous prouve deux choses : i°.<[ue la vapeur après avoir chassé 1 air d'une capacité peut Ja remplir toute entière, et passer subitement du grand volume qu'elle occupe, à un volume beaucoup plus petit, en repassant à J état liquide par son contact avec un peu d'eau froide , ce qui produit nécessairement du vide ; i°. qu'eu produisant le vide elle met en action toute la force de pression dont l'air atmosphérique est capable.

11 faut se rappeler que, puisque la pression atmosphérique est équivalente à celle d'une colonne d'eau de \om,3g!\ environ,

11 est évident que la surface de l'eau contenue dans la cuve ee doit être au-dessous de io mètres de distance de la capacité bb, pour être sûr que l'eau de la cuve sera portée par l'atmosphère jusque dans cette capacité; si la distance était, par exemple, de

1 2 mètres l'eau de cette cuve n'y entrerait pas, quelque parfait que pût être le vide formé par la condensation de la vapeur ;

. attendu que la pression atmosphérique n'a pas la puissance d'élever une colonne d'eau de 12 mètres, mais bien son équivalent qui n'est , comme nous l'avons rappelé plus haut , que de io"',394 environ ; encore faut-il que le vide soit parfait audessus de la colonne d'eau ; il faut que la capacité où le vide doit être fait ne présente plus aucune force réagissante intérieure contre l'introduction de l'eau que l'atmosphère soulève , sans -quoi l'eau ne montera pas à la hauteur ci-dessus.

Puisque la vapeur a la propriété de chasser l'air d'une capacité, de prendre sa place et de faire le vide en se condensant par sa mise en contact avec un jet d'eau froide, nou6 voyons manifestement que par son intermédiaire il est possible de faire usage de la pression atmosphérique comme force motrice ; dans ce cas la vapeur ne sera plus qu'une sorte de moteur indirect dont toute l'action se bornera à faire le vide ; l'air sera puissance directe.

Si donc nous pouvons mettre en jeu cette propriété de la vapear par quelque mode d'application propre à faire un travail mécanique quelconque , nous anrons trouvé la solution de la première question que nous avons posée plus haut, c'est-à-dire que nous aurons trouvé le moyen de faire prendre à l'air un certain mouvement qui devient un moteur immédiat, applicable à toutes sortes d'opérations mécaniques, mouvement que nous avions contre nous et qui nous occasionait une perle de force considérable , lorsque dans nos appareils précedens nous avions employé l'action directe de la vapeur sur le piston.

La fig. 9 nous représente un appareil au moyen duquel on peut obtenir l'efTet dont nous parlons.

Le cylindre d ouvert à son extrémité supérieure , porte sur un de ses côtés une petite soupape o qui s'ouvre de dehors en dedans et une autre en i qui s'ouvre de dedans en dehors.

Lorsqu'on fait agir le contre-poids p attaché par une tige au balancier Jf, le piston e se soulève et aussitôt la soupape o s'ouvre et laisse entrer de l'air sous le piston ; celui-ci se trouvant dès lors également pressé par l'atmosphère dessus et dessous , cède aisément à l'action d'un contre-poids qu'on a rendu assez fort pour vaincre le poids propre et le frottement du piston contre les parois intérieures du cylindre.

Remarquons bien que cette fonction de la soupape o ou d'une disposition éqnivalente est, dans le cas présent, indispensable -, car si l'air ne pouvait pas pénétrer sous le piston quand le contre-poids agit pour le soulever, vous auriez à vaincre tout l'effort de la colonne atmosphérique qui correspond à la surface du piston , et a lui imprimer le mouvement même de celui-ci. Il faudrait donc un énorme contre-poids pour avoir une puissance mécanique suffisante pour produire cet effet; et comme c'est précisément l'action de l'air qui doit servir de moteur

immédiat , et que vous u obtiendrez cette action que par celle du contre-poids qui lui serait au moins égale, vous feriez en vain le vide sous le piston ; lorsque le contre-poids l'aurait élevé, il ne redescendrait plus puisque la colonne d'air n'aurait pas la puissance de soulever le contre-poids pour le remettre en état d'agir une seconde fois.

Vous voyez donc que l'introduction de l'air sous le piston , lorsqu'il commence à s'élever, est une condition indispensable du moyen dont nous nous occupons maintenant , et qu'avec cette introduction il suffit d'un petit contre-poids pour soulever le piston.

Lors donc que le piston est arrivé au haut de sa course par l'action du contre-poids pf le robinet h s'ouvre , et la vapeur de la chaudière a vient chasser l'air que contient le cylindre , et le pousse par la soupape i en prenant sa place dans toute la capacité du cylindre j on ferme alors incontinent le robinet à vapeur b, et on ouvre pendant quelques instans le robinet d'injection m qui fournit de l'eau froide contenue dans le réservoir h par le tuyau de communication nn. L'arrivée de cette eau froide dans le cylindre condense subitement la vapeur et le vide se fait.

Or, aussitôt que le vide a lieu , la colonne atmosphérique presse le piston et le force à redescendre en soulevant le contrepoids p, qui, à son tour, fait remonter le piston ; après quoi la même manœuvre de la vapeur se reproduit. Le piston nous donne donc un mouvement alternatif qui imprime au volant s un mouvement de rotation qu'on peut appliquer à tel usage qu'on désire.

Pour ne pas compliquer la figure, nous n'y avons compris ni les moyens de faire ouvrir les deux robinets b et m par la machine même, ni ceux qu'il faut employer 4pour évacuer l'eau

ET DES MACHINES A VAPEUR. 97 qui reste dans le cylindre après charpie injection, et pour l'empêcher de pénétrer dans le tuyau qui amène la vapeur.

Nous n'avons pour le moment d'autres vues, en montrant cet appareil, que de faire voir comment on peut tirer parti , comme force motrice, de la pression de l'atmosphère, en se servant de l'intermédiaire de la vapeur. La vapeur joue évidemment un autre rôle que plus haut : elle se horne ici à chasser une petite portion d'air renfermée dans un cylindre, et à y faire le vide par la propriété qu'elle a de se condenser lorsqu'elle est en contact avec un jet d'eau froide.

L air qui, dans l'appareil, fig. 7, nous portait tant d'obstacles est donc véritablement le moteur dans l'appareil lig 9 , ou du moins c'est le moteur immédiat, la vapeur n'ayant d'autre fonction que de le mettre en jeu.

Mais cette fonction , que la vapeur remplit , représente une puissance mécanique qui peut être immense , et on l'obtient cependant avec du combustible et de l'eau -, faire le vide dans le sein de l'atmosphère est donc produire une force motrice ; et toutes les fois qu'on pourrait le faire sans le concours du mouvement des corps pesans, disons mieux, sans le concours d'une force comme celle de l'homme, des animaux, de l'eau ou du vent, on aurait créé un moteur.

On fait le vide , ainsi que nous l'avons vu plus haut , par le mouvement d'un piston dans un corps de pompe disposé convenablement; mais pour mouvoir ce piston il faut employer une force au moins aussi grande que celle qui résulterait de l'action de l'atmosphère sur le vide obtenu de celte manière ; il vaudrait donc mieux, et il serait plus simple d'appliquer la force directement au travail qu'on aurait en vue , au lieu de la mettre en actipn par un détour en faisant le vide. Avec la vapeur on n'a besoin d'aucune force étrangère pour II. i3

c)K DE LA VAPEUR GOMME FORCE MOTRICE ,

produire cet effet , et c'est dans ce sens qu'elle est un véritable moteur dont la puissance n'a été révélée qu'aux temps modernes.

Jusqu'à présent on ne connaît que la vapeur de l'eau bouillante pour faire le vide à volonté, avec économie et promptitude tout à la fois, dans une capacité déterminée. Il se [peut que des recherches nouvelles donnent d'autres moyens analogues pour faire le vide ; mais pour qu'ils soient applicables aux opérations de l'industrie, il faut qu'ils soient simples, prompts, faciles, et surtout économiques.

Revenons à notre appareil : l'obligation de faire arriver de l'eau froide, pour que levideait lieu promptement sous le piston, complique nécessairement la machine, à raison des moyens qu'il faut employer, i". pour entretenir l'eau du réservoir h , ou plus généralement pour fournir l'eau nécessaire à l'injection; 2 ". pour ouvrir, au temps marqué, le robinet qui fait ce service , et 3". pour évacuer et l'eau d'injection et l'eau produite par la vapeur condensée.

On sait cependant que la vapeur entrée dans le cylindre est mise hors de toute communication avec la chaudière par la fermeture du robinet b , on sait , disons-nous , qu'elle peut se refroidir d'elle-même , et perdre ainsi une grande partie de sa force.

Si donc on voulait s'affranchir de l'obligation où nous sommes, avec notre appareil , d'injecter de l'eau froide pour chaque mouvement du piston de haut en bas , ne pourrait-on pas abandonner la production du vide . ou , si l'on veut , la mise en activité de la colonne atmosphérique à la propriété que possède la vapeur de se refroidir d'elle-même ? L'appareil deviendrait sans contredit beaucoup plus simple. Mais nous verrons en son lieu qu'outre l'extrême lenteur et la grande irrégularité du

ET DES MACHINES A VAPEUR. 99 mouvement qui pourrait se produire , nous n obtiendrions pas le vide que nous cherchons , et nous serions loin d'avoir une force comme celle qui naît d'une condensation prompte par de l'eau froide.

Il n'en est pas de même de l'introduction de l'air par la soupape o pour aider le piston à remonter, en mettant en quelque sorte l'atmosphère en équilibre avec elle-même ; on peut évidemment s'en passer, et confier à la pression de la vapeur le rôle que joue l'air en entrant par la soupape o.

En effet , si à l'arrivée du piston au bas de sa course , on ouvre le robinet 0, la vapeur, qui a bien la force de chasser l'air introduit dans le cylindre par la soupape o , aura par conséquent aussi celle de faire au moins équilibre , ou plutôt elle exercera une prassion un peu supérieure à la pression de In colonne d'air qui repose sur le piston, et le contre-poids n'aura à vaincre comme ci-dessus que le poids et les frottemens d ce piston ; il sera même aidé par la vapeur. Celle-ci fera donc la fonction de l'air qu'on introduit par la soupape o dans la vue que le dessus et le dessous du piston éprouvent simultanément la même pression.

Du reste la manœuvre de l'appareil se fait de la même manière ; il n'y a de changé que le temps auquel la vapeur est introduite : elle l'est aussitôt que le piston est redescendu ; et dans notre première disposition, on ne la faisait agir que lorsque le piston était remonté.

On conçoit aussi que par cette nouvelle disposition la soupape 1, par laquelle s'échappe l'air introduit , deviendrait inutile ; l'issue ménagée pour la sortie de l'eau d'injection servirait à débarrasser l'intérieur du cylindre de quelques portions d'air et de vapeur qui pourraient rester après l'injection.

Si nous examinons maintenant le jeu de cet appareil , soit

qu'un le conserve tel que nous l avons représenté , fig. g, soit qu'on supprime les soupapes o et /, nous remarquerons que la force qui fait descendre le piston est bien plus considérable que celle qui le fait remonter : la première est représentée par une masse d'air atmosphérique, équivalente à une colonne de -j6 centimètres environ de mercure ou à une colonne d'eau de iom,594 environ , dont les bases seraient égales à la surface du piston , et se mouvant avec une vitesse due à la hauteur de la course même du piston , en supposant toutefois que le vide formé par l'injection soit parfait.

La seconde force qui fait remonter le piston est représentée par l'excès de pesanteur du contre-poids sur celle du piston , abstraction faite des frottements ; et comme il faut que la première force soulève le contre-poids chaque fois qu'elle fait descendre le piston , on ne donne à ce contre-poids que ce qu'il lui faut pour emporter le poids du piston et vaincre les frottemeus.

Il s'ensuit donc que si notre appareil moteur fait un travail qui présente une résistance constante, uniforme, il opérera avec irrégularité, c'est-à-dire que le piston descendra toujours plus vite qu'il ne remontera ; il lui faudrait , pour être régulier dans son mouvement , que la résistance du travail fût variable, qu'elle fût dans toute sa grandeur lorsque le piston descend , et ' qu'elle se réduisît à peu de chose lorsqu'il doit remonter.

L'irrégularité est dans la nature même de ce mode d'action de la vapeur : elle ne s'exerce pas avec continuité, elle s'interrompt après chaque mouvement de haut en bas, jusqu'à ce que le piston soit remonté; et ce ne pourrait être qu'au moyen de quelques combinaisons mécaniques qu'on rendrait cet appareil en état d'exécuter un travail d'une résistance uniforme.

On y parviendrait encore en doublant son effet de la ma-

ET DES MACHINES A VAPEUB. loi nière suivante : on établirait deux cylindres semblables sur la même ligne ; chacun aurait son piston et communiquerait avec la chaudière ; le balancier serait porté par le milieu comme le fléau d'une balance; on ferait arriver la vapeur alternativement sous chaque piston , et chaque cylindre aurait son robinet d'injection. Il est clair qu'avec cette disposition , la colonne d'air agirait de la même manière pour le mouvement de chaque piston , soit qu'il remontât , soit qu'il descendit , attendu que l'action de l'air serait toujours en exercice, tantôt sur un piston, et tantôt sur l'autre.

La force motrice, mise en action par la vapeur, opérerait ainsi une pression qui ne présenterait plus les interruptions qui ont nécessairement lieu dans l'emploi d'un seul cylindre.

L'effet mécanique est doublé par cette disposition , mais aussi l'on dépense le double de vapeur dans le même temps, et du combustible à proportion.

Puisque la force motrice directe qui agit ici est une colonne d'air atmosphérique qui tombe avec le piston, à chaque fois que la vapeur a fait le vide sous celui-ci , complètement ou partiellement, il est certain que, si le vide est complet, vous aurez pour force la masse entière de la colonne atmosphérique qui repose sur ce piston, tombant d'une hauteur égale à la hauteur de l'espace vide que vous aurez produit, ou, ce qui est la même chose , à l'étendue de la course du piston.

Mais si le vide est incomplet , qu'il reste , par exemple , de l'air ou de la vapeur après l'injection , votre puissance mécanique sera affaiblie ; car la force de ressort de la vapeur ou de l'air que vous aurez laissé sous le piston sera en opposition avec l'action de la puissance atmosphérique ; de sorte que vous n'aurez pour force effective que la différence qui se trouvera

entre la pression naturelle de l'atmosphère , et la pression dont

est capable la force de ressort restée sous le piston.

Nous acquerrons plus loin la certitude que le vide que nous pouvons produire dans notre appareil, par des injections d'eau froide , n'est jamais parfait , et qu'au lieu du vide , nous avons, sous le piston , de l'air encore ou de la vapeur ; mais la tension de ces fluides affaiblis est à divers degrés au-dessous de la pression naturelle de l'atmosphère ; d'où il résulte que plus la tension de ces fluides est affaiblie, plus votre puissance mécanique a d'efficacité et d'énergie.

Si la tension de ces fluides restans après l'injection pouvait soutenir encore, par exemple, 38 centimètres de mercure, dans le tube barométrique , vous n'auriez en activité que la moitié de la pression naturelle de l'atmosphère , puisque cette dernière pression est représentée par 76 centimètres , ou deux fois 38 centimètres de mercure.

Un tube barométrique, mis en communication avec la capcité du cylindre où le vide se fait , vous indiquera donc ce qui reste de tension au-dessous du piston, et par conséquent à quoi se réduit la puissance effective de votre moteur.

Cette impossibilité physique de faire complètement le vide, dans notre appareil, nous occasione non-seulement une perte assez considérable de force motrice, mais elle nous met encore dans l'obligation de faire des dispositions telles que le piston , en descendant, chasse hors du cylindre tout ce qui reste audessous de lui , sans quoi la pression des fluides, graduellement accumulés sous le piston, finirait par faire équilibre à la pression atmosphérique et par anéantir la puissance motrice.

Cette perte de force est encore un des inconvéniens de notre appareil; nous allons parler d'un autre qui n'est pas moins grave.

ET DES MACHINES A VAPEUR. lo3 Nous avons dit plus haut que pour obtenir le vide partiel auquel nous pouvons atteindre il faut que la vapeur soit refroidie jusqu'à un certain point par le contact de l'eau froide ; il faut même que les parois du cylindre , qui se sont échauffées lorsque la vapeur y est entrée en venant de la chaudière , se refroidissent aussi. Chaque fois donc que la vapeur arrive dans le cylindre , elle l'échauffé à ses dépens et perd par-là une partie de son efficacité comme vapeur, ce qui donne lieu à une consommation de force inutile et qui peut être considérable.

Cet inconvénient n'aurait point lieu si l'on pouvait opérer la condensation de la vapeurhors du cylindre; car alors celui-ci, n'étant plus à chaque instant refroidi par l'eau d'injection , pourrait rester à peu près au même degré de chaleur que la vapeur, en sortant de la chaudière , lui aurait communiquée dès les premiers moraens de la mise en train de l'appareil.

L'inconvénient de condenser la vapeur dans le cyliudre même étant reconnue, l'idée d'établir à côté une capacité bien hermétiquement fermée, et de mettre cette capacité en communication avec le cylindre pour recevoir la vapeur de celui-ci , au moment convenable , semble devoir se présenter naturellement à l'esprit.

Supposons en effet, fig. 10 , qu'on établisse à côté du cylindre une capacité b en communication avec ce dernier, par le tuyau dd.

Le piston a étant arrivé au haut de sa course , par l'action du contre-poids , vous ouvrez le robinet à vapeur /, le cylindre s'en remplit ainsi que la capacité b, en admettant que pour commencer vous avez ouvert une issue, pour la sortie de l'air, à quelque endroit de cette capacité b , issue que vous bouchez lorsque le tout est rempli de vapeur.

Maintenant si vous injectez de l'eau froide dans la capacité £

io\ DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE,

en tournant le robinet c , le vide s'y fera : or il est évident qu'aussitôt que la vapeur du cylindre, et le piston qui la suit, poseront sur ce vide, l'action atmosphérique s'exercera, la vapeur du cylindre se précipitera dans la capacité où elle se condensera à son tour, et le piston descendra comme si la condensation s'était opérée immédiatement dans le cylindre. Cet effet a lieu plus promptement qu'on ne le décrit.

Vous voyez manifestement que par cette disposition vous ne refroidissez plus le cylindre dans lequel le piston doit se mouvoir , et qu'il peut s'échauffer assez par l'influence de la vapeur pour ne plus offrir l'inconvénient que nous avons voulu éviter.

Si cependant la communication dd entre le cylindre et la capacité b était toujours ouverte , un autre inconvénient se présenterait , c'est-à-dire qu'à chaque introduction de vapeur , vous rempliriez et le cylindre et la capacité h, et dans celle-ci une portion de vapeur se condenserait inutilement à chaque fois. Pour mettre l'appareil en train , vous avez été obligé de chasser l'air contenu dans le cylindre et dans la capacité ; mais quand il a été chassé une première fois , que la condensation s'est faite dans la capacité b, que le piston est descendu, le vide, tel qu'on peut l'obtenir, existe dans cette capacité; or si la communication reste ouverte, aussitôt que vous ouvrirez le robinet à vapeur f, celle-ci se précipitera dans le vide sans utilité et la quantité qui y pénétrera sera perdue pour l'effet mécanique ; il faut donc qu'au moment de rouvrir le robinet /, pour faire arriver de nouvelle vapeur sous le piston, la communication du cylindre avec la capacité soit interrompue par la fermeture du robinet m, et vous ne rouvrez ce dernier robinet que lorsque le piston est parvenu au haut de sa course et que le robinet/ est fermé ; de cette manière vous évitez le refroidisse-

ET DES MACHINES A VAPEUR. io5 ment du cylindre et vous ne perdez point de vapeur qui n'ait agi dans la capacité b.

Cependantl'air que donnenll'eau qui bout, ainsi que l'eau d'injection , s'accumule dans la capacité h avec l'eau provenant de la condensation et de l'injection; le vide diminue graduellement, et en peu de temps il finirait par ne plus avoir lieu et le mouvement serait anéanti. Il faut donc faire évacuer constamment et l'air et l'eau de condensation , et un reste de vapeur s'il y en avait.

On se sert pour cela d une petite pompe ee qui se meut par l'action même de la machine , et on parvient de cette manière à conserver un vide partiel dans la capacité b, qu'on nomme condenseur et à entretenir le mouvement-moteur du piston.

Il faut se rappeler que l'action motrice est intermittente , et qu'il faudrait employer deux cylindres et deux pistons, ainsi que nous l'avons dit plus haut, pour la rendre continue; une seule chaudière et un seul condenseur pourraient suffire.

Mais l'emploi de deux cylindres et les diverses dispositions qu'ils exigent pour exécuter avec la précision requise leurs fonctions , par le mouvement même de la machine , ajoutent beaucoup aux dépenses et à la complication de construction de cette machine ; on sera bientôt à même d'en juger par les détails dans lesquels le sujet important qui nous occupe nous oblige d'entrer.

Il semblerait donc que la solution, que nous venons de faire connaître, de la question de savoir si, comme nous l'avons proposé plus haut, il ne serait pas possible de faire servir la pression de l'air de puissance motrice au moyen de la vapeur; il semblerait , disons-nous , que cette solution ne serait guère applicable qu'à des opérations mécaniques dont la résistance

s'interrompt comme l'action même du moteur : telle serait , U. 14

io6 DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE, par exemple, l'élévation d'une masse d'eau dans un vase, lequel se viderait à une certaine hauteur et redescendrait par son propre poids pour se remplir de nouveau; le moteur n'aurait d'effort à faire que pour monter ce vase.

La complication des deux cylindres a fait sentir la nécessité de chercher un autre mode d'action de la vapeur, sans renoncer pourtant à l'avantage précieux qu'on peut tirer de sa propriété de faire un vide partiel , mais suhit.