CHAPITRE IV

PBKriTMTNAIBES.

On nomme air comprimé, de l'air qui a été porté, par un procédé quelconque, à une tennion supérieure à celle de Tatmosphère où il yient d'être puisé.

Les applications de l'air comprimé à l'exécution de certains trayaux publicsetà un grand nombre d'opérations industrielles, en font aujourd'hui un agent de travail d'une extrême importance. Ces applications remontent, du reste, à une haute antiquité car on trouTe dans les problèmes d'Aristote le passage toiYant :

0» procure aux plongeurs la faculté de respirer en faisant descendre dans Veau une cuve d'airain. Bile ne se remplit pas feau et conserve Pair si on V enfonce en la maintenant verticale ; nais si on rincline Veau y pénètre.

Nous empruntons -cette citation à l'excellent ouvrage de H. Pemolet sur l'air comprimé, et nous tirons do cet ouvrage une partie des renseignements historiques qui suivent, concernant le même sujet.

Depuis Aristote jusqu'au XVP siècle de l'ère chrétienne, il n'est plus question de l'air comprimé, au moins dans les ouvrages qni sont arrivés jusqu'à nous ; mais vers le milieu de ce siècle il y eut, paraît-il, quelques descentes sous l'eau effectuées à l'aide de cloches à plongeurs, les unes dans le Tage, à l^olède, les autres à Venise.

Au commencement du XYIP siècle, dans un ouvrage publié à Venise, sur l'art de marcher et de travailler dans l'eau en y

respirant facilement, on parle d'une cloche à plongeur alimentée par des tuyaux dans lesquels on insufflait de Tair au moyen ' d'énormes soufflets à main. C'est la première fois qu'il ait été question, d'une manière authentique, d'une cloche à plongeur alimentée de la surface et, en 1667, William Philipps en fit la première application en repêchant au moyen d'une cloche, un trésor de 200000 livres sterlings qui avait été perdu dans un naufrage aux environs de S^-Domingue.

En 1691, Denis Papin renouvelle la proposition d'employer une cloche à plongeur alimentée par tuyaux et soufflets garni» de soupapes, en ajoutant qu'à l'aide de cette modification, la cloche demeurant toujours vide et s'appuyant sur le fond de l'eau, cette partie du fond demeurerait presque à sec et que l'on pourrait y travailler comme hors de l'eau. Il avait donc entrevu les applications industrielles que Ton a faites plus tard de la cloche à plongeur alimentée, mais ce n'est que dans le XVIII* siècle que cet appareil fut grandement perfectionné, an point de vue des applications, par les ingénieurs anglais Halley, Spalding, Smeaton, et en Suède, par ringénieur Triewald, qui en firent un appareil d'un usage facile et sûr. Les derniers perfectionnements y ont été apportés, en 1812, par l'ingénieur anglais Réunie et en 1846 par Ingénieur français de la Goumerie.

Le scaphandre, à l'aide duquel un homme peut marcherai travailler au fond de l'eau^ repose sur le même principe que la cloche à plongeur. C'est un vêtement imperméable à l'air et à l'eau, dont l'homme se couvre entièrement et dans lequel on envoie, de la surface, de l'air comprimé qui permet au travailleur de respirer avec une facilité suffisante. Cest en 1797 qne Tallemand Klingert imagina le premier appareil de cette espècS) qui fut ensuite perfectionné en 1829 par Siebe, de Londres, et porté au degré de perfection qu'il possède aujourd'hui par MM. Rouquayrol et Denayrouse en 1867 ; ces derniers perfectionnements éveillèrent une vive curiosité à l'exposition de Paris où ils furent le sujet d'expériences nombreuses.

Vers l'époque où Ton fit les premiers essais du scaphandre, on eut aussi Tidée d employer l'air comprimé, pour alimenter

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bateaux sous-marins dont on voulait faire des engins de gaerre ; mais cette idée, souvent reprise depuis, n'a jamais rien produit de satisfaisant et ce genre d'application est encore /dans sa période de tâtonnements.

La première proposition bien sérieuse d'appliquer Tair comprimé à l'exécution d'une opération industrielle importante, aété faite en 1826 par M. Daniel Colladon, le célèbre professeur de Genève. Au mois d'avril de cette année, il adressa à M. Bninel père qui était chargé de la direction du percement du tuine] sous la Tamise, un mémoire pour l'engager à fermer rentrée du tunnel par de doubles portes en fer j et à se servir de la compression de l'air pour prévenir les irruptions d'eau venant de la rivière. Il devançait ainsi d'une vingtaine d'années la première application faite par M Triger, de cette idée si savent appliquée depuis.

Jasqu'en 1839, Tair comprimé ne fut employé que pour pénétrer dans l'eau, avec plus ou moins de facilité et de sécurité, à îaide de cloches, de scaphandres et de bateaux sous-marins ; nuùs à cette époque, un ingénieur français, M. Triger, eut l'idée ^'employer de l'air comprimé à 3 où 4 atmosphères pour chasser l'eau d'un tube en tôle qu'il avait enfoncé dans les sables d'ane île de la Loire, afin d'atteindre le terrain houiller qu'ils recouvraient ; ce fut la première application de l'idée de Daniel Colladon, que peut-être M. Triger ne connaissait pas. £n 1841, le înême ingénieur adressa à l'académie des sciences nu mémoire où il énumérait tous les avantages que peut offrir ^n procédé pour la fondation des piles de ponts, pour le pas- ^Age des terrains aquifères dans le percement des puits de nûnes et pour d'autres usages encore et, en 1845, il en fit la première application importante au creusement d'un puits de 1")80 de diamètre, aux mines de Chalonnes.

Déjà, en 1840, MM. Ândraud et Tessié du Motay avaient ^mjdoyé l'air comprimé à haute pression dans un réservoir, ponr mettre en mouvement une machina remorquant une voiinxe sur un petit chemin de fer établi à Ghaillot ; mais ces essais n'aboutirent pas, tandis que celui de M. Triger, à Chalonnes, réussit complètement.

Depnîs cette époque, le procédé de M. Triger, plus ou moinï modifie dans son mode d'application, a été utilisé, preaqniÉ tonjours avec succès, dans un très grand nombre de circonstan^ ces, tant pour la fondation des piles de ponts que poar le peP^ cernent des puits à travers les terrains aqiiifères.

Quant à l'emploi de l'air comprimé, comme moyen detranBmission du travail à Grande distance, la première application paraît en avoir été faite dans une houillère dépendante des usines à fer de Govan en Angleterre ; cette application date dfr< 1849, mais elle est restée ignorée sur le continent pendant assez longtemps.

La première grande application de ce puissant agent de' transmission du travail, est celle qui en a été faite aux travanr' de percement du Mont-Cenis. En 1852, époque à laquelle le gouvernement italien résolut de réunir la Savoie au Piémont par un long tunnel percé à travers les Alpes, M. Daniel Coll»don proposa, dans un mémoire adressé au ministre des finança d'Italie, d'utiliser les immenses chutes d'eau qui existent ani deux extrémités de ce tunnel, pour comprimer de l'air qui deviendrait ensuite le moteur universel de tous les engins et machines qui serviraient à exécuter ce gigantesque travail. L'idée fut adoptée par les ingénieurs Sommeiller, Grandis et Grattoni auxquels avait été confiée la mission de percer cetts immense galerie, et appliquée à la mise en mouvement des perforateurs de M. Sommeiller qui furent construits dans Us ateliers de Seraing, et à la ventilation de certaines parties de» travaux en exécution. Grâce à l'emploi de ce moteur nouveau qui ne présentait aucun des inconvénients que l'on eiît rencontrés dans l'emploi de l'eau ou de la vapeur, et qlii présentait l'inappréciable avantage de renouveler l'air et de faire baisser la température au fond df. la galerie d'avancement, cette admirable entreprise fut conduite à bonne fin.

Pendant les travaux de percement du Mont-Cenîs, les perfo-' rateurs mécaniques mis en mouvement par l'air comprimé, furent adoptés un peu partout, pour l'exécution des galeries d» mines et, plus tard, pour la réalisation du projet de passage sous le S'-Gothard où ils ont reçu de nouveaux perfectionne^

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ments qtii ont accéléré la marche du traTail. C'est dans son applicatiou h cette dernière trouée pratiquée dans les Alpes et dont k longueur n'est guère inférieure à 15000 mètres, que comprimé fut encore utilisé comme force motrice dans les iinotives chargées du transport des déblais depuis les chantravail jusqu'au lieu de leur dépôt. Dana cette deiaière application, sa tension fut élevée jusqu'à 14 atmosphères ïËn que ces locomotives en pussent emporter beaucoup sous nn petit volume.

L'idée de ces locomotives à air comprimé est déjà fort ancienne ; nous avons cité plus haut, celle de MM, Andraud et TeBsié du Motay qui date de 1840, M. Crelle publia à Berlin, en 1846, un mémoire sur les différentes manières de se servir de l'élasticité de l'air atmo^^phérique, et un projet de locomotion, i air comprimé et, en 1S5S, M Sommeillera fait construire une de ces locomotives qui a circulé sur un embranchement établi entre la ligne de Gènes et une usine voisine. Dans ces dernières années, M. Mékarski a repris l'idée pour l'appliquer iUlocomotion sur les tramways et y a ajouté le principe du léchanffement de l'air comprimé par l'eau à trèa haute tempéatare, afin de pousser très loin la détente en évitant la formation de la glace dans les cylindres ; les machines de M. Uékarski établies sous le plancher d'omnibus de grandes dimensions, ont été fort remarquées a l'exposition universelle de 1878.

L'application de l'air à la locomotion remonte encore plus haut que l'invention de MM. Andraud et Tessié du Motay, mais msune autre forme. En 1810, un ingénieur danois du nom de Midburst, mettait en avant l'idée d'un chemin de fer atmosphérique et, en 1818, M. Vallance proposait de faire mouvoir pu la pression atmosphérique dans l'intérieur d'un tube, un ojlindre contenant des marchandises et même des voyageurs.

Plus tard, eu 1624, M. Pinkus proposa, au lieu du tube fermé contenant le cylindre-piston à mouvoir, un tube avec fente continue recouverte d'une bande de cuir de même longneur, formant clapet continu ; un appendice passant par cette fente servait à transmettre aux véhicules extérieurs le mouve-

ment du piston intérieur ; le vide était fait à l'avant de oe | piston par une pompe à air. La première application de cette disposition fut faite au chemin de Dublin à Kingstown en 1839, sur le projet conforme au brevet de M. Clegg,

Plus tard encore, la même idée fut appliquée par M. Flachat au plan incliné du chemin de fer de S'-Germain, et sur une très grande échelle, mais la diflflculté d'empêcher les rentrées d'air extérieur par la fente longitudinale, a fait abandonner tous ces coûteux et inutiles essais.

On est alors revenu au tube fermé d'un bout à l'antre et * sans rechercher les grandes applications au transport des hommes et des marchandises, on s'est contenté d'aspirer d'un tout à l'autre d'un tube, des cylindres contenant des lettres. It existe dans l'intérieur de Paris, quelques lignes de tubes souterrains semblables, pour le service des dépêches.

De toutes ces diverses applications de l'air comprimé ou dilaté, la plus importante aujourd'hui est celle qui consiste i l'employer comme force motrice dans des appareils semblables à ceux qui servent à recueillir le travail de la vapeur, lorsqu'ils sont placés dans des conditions qui rendent impossible l'action directe de cette vapeur. C'est sur ce côté de la question que nous insisterons principalement dans cet ouvrage, et nous ne nous occuperons guère des applications où l'air n'est employé pour ainsi dire qu'à Tétat statique et où son renouvellement n'est effectué qu'avec une extrême lenteur. Au reste, la théorie de ces dernières applications ne diffère en rien de la théorie des premières.

Les avantages que présente l'air comprimé employé comme force motrice, sont i 1° d'être applicable eu tous lieux et en toutes circonstances ; de n'exposer à aucune espèce de danger et de contribuer à l'assainissement des lieux oii il produit son travail, ce qui en fait le premier des moteurs applicables aux travaux de mines et au percement des tunnels ; 2° do pouvoir être conduit à de très grandes distances des appareils compresi, sans qu'il perde notablement de sa tension ; la vapeur conduite à de semblables distances, se condenserait en très grande partie dans les tuyaux de conduite ; 3^ de pouvoir a'ac-

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cumuler dans des réservoirs sans perdre de sa tension, pendant un temps d'autant plus long que ces réservoirs sont fermés plus beiinétiquement, et d'offrir ainsi une force motrice toujours disponible à l'instant où Ton veut l'utiliser ; 4^ de se prêter à une distribution de force motrice aux ouvriers qui travaillent en cliambre dans les grandes villes, de la même façon qu'on leur distribue le gaz pour les éclairer.

Ses inconvénients sont de coûter plus cher que la vapeur et de ne restituer qu'une partie du travail qu'un cours d'eau ou . nne machine à vapeur a dépensé pour le comprimer ; de sorte qu'il ne faut point songer à l'employer partout où une machine i vapeur ou un moteur hydraulique peuvent être appliqués directement sans inconvénient. Dans tous les cas, le travail que Fonen tire coûte beaucoup moins que celui des animaux et, surtout, que celui de l'homme. La question de l'air comprimé envisagée au point de vue que nous venons d'adopter, comporte la solution de trois problèmes qui sont indépendants l'un de l'autre et qui peuvent être résolus isolément :

P Comprimer Fair par le procédé le plus simple, le plus écQuoniique et le mieux approprié à la bonne conservation des appareils compresseurs.

2* Conduire l'air comprimé à la plus grande distance possible du compresseur, en ne lui laissant perdre que la plus petite fraction possible de sa tension dans le réservoir qui le reçoit dn compresseur et qui est placé à côté de celui-ci.

3* Faire produire à cet air comprimé la plus grande fraction possible du travail qui a été nécessaire pour le comprimer, en le taisant agir dans des appareils réunissant toutes les conditions d'un bon service pratique.

Depuis les premières machines dont nous avons cité les inventeurs, un très grand nombre de mécaniciens se sont efforcés de résoudre le premier et le dernier de ces problèmes et ont Mnstroit des appareils extrêmement variés pour réaliser les conditions que nous venons d'indiquer. Parmi ces appareils il y en a de bons, de médiocres et d'autres tout à fait insuffisants, et nous nous bornerons, dans cet ouvrage, à citer ceux qui se sont le plus approchés du but rationnel à atteindre. Nous ne

citerons pas non plus tous les noms des ingénieurs ou constrao teurs auxquels ces machines sont dues, parce que le nombH en est fort grand et parce qu'ils n'ont pas fait faire à la quefr ti on un pas considérable; mais nous en citerons cependai deux, qui ont introduit dans le mode de fonctionnement à leurs appareils une modification qui a toute la valeur d'ui piincipeetqui a constitué un véritable progrès. Noua vouloatj parler de l'injeclion de l'eau très divisée, dans l'air qui se comprime, dont l'idée est due à M. Daniel CoUadon, et de l'application de la même idée dans le cylindre d'une machine où l'air comprimé produit sou travail, qui est due à M. Cornet, ingé» nieur du Levant du Flénu.

Pendant la compression de l'air à haute tension, et surtout dans les appareils considérables, le travail de compression sft transforme en chaleur qui ne se dissipe que très incomplètement à travers les parois des cylindres, et la température s'élève jusqu'à une limite incompatible avec la bonne conservation des garnitures de piston et des soupapes. Pour obvi cet inconvénient, on avait employé les enveloppes extérieures d'eau froide renouvelée, ou comprimé l'air par l'intermédiaire d'une masse d'eau faisant office de piston, mais ces palliatifs n'avaient pas coupé le mal à sa racino et présentaient des inconvénients particuliers. M. Colladon a pleinement résolo la question théorique et pratique, par son injection d'ean pulvérisée, en multipliant les points de contact entre l'air et le liquide refroidissant et en mettant à profit la propriété que possède l'eau de céder et d'absorber rapidement beaucoup de chaleur lorsqu'elle se trouve en contact avec des corps ptna froids ou plus chauds qu'elle. Un second avantage de ce refroidissement rapide de l'air pendant sa compression, a été une notable diminution du travail à dépenser pour le comprimer; la haute température que l'air possédait primitivement an sortir des compresseurs, devant disparaître dans le réservoir où cet air doit séjourner, il était très avantageux de l'empêcher de se produire.

Quand l'air comprimé se détend, dans les machines où 3 produit son travail utile, ce travail annule une quantité

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portioiinelle de chalenr et la température s'abaisse au point ([ae la vapeur d'eau contenue dans Tair comprimé se condense, se congèle, tapisse de glaçons les parois du cylindre et les ouvertures d'échappement et arrête la machine. Pour ce motif, on n'avait pu détendre que fort peu l'air employé comme force motrice et l'on n'en tirait pas tout le travail qu'il était susceptible de restituer. M. Cornet en réchauffant l'air par Teau pulvérisée a pu pousser la détente, sans inconvénient pratique, aussi loin que celle de la vapeur dans les machines de cette espèce. C'était un progrès dans l'emploi de l'air comprimé auquel on faisait le reproche fondé de ne restituer qu'une petite partie du travail dépensé pour le comprimer.

Quant au second problème qui concerne la conduite de l'air comprimé, à grande distance, avec le moins possible de perte de tension, il est clair, d'après tout ce que l'on sait du mouvement des gaz dans les conduites, qu'il serait résolu par l'emploi des plus larges conduites possibles. Mais cette solution un peu vague conduit à l'adoption de canalisations trop coûteuses, d'un placement difficile et d'un volume encombrant ; il vaut mieux évidemment faire le sacrifice d'une petite partie de la tension et n'user que de conduites dont les dimensions n'ont rien d'exagéré. Pour résoudre ce problème avec connaissance de cause, il est important de connaître les lois de la résistance que les conduites opposent au mouvement de l'air et nous exposerons, à ce sujet, tous les renseignements que nous avons pu nous procurer.

Dans l'hypothèse purement théorique de l'emploi de capacités dont les parois seraient absolument imperméables à la chaleur, de conduites n'offrant aucune résistance au mouvement de l'air, et d'une absence complète de toute espèce de résistance passive, Pair comprimé utilisé comme agent de transmission du travail, peut être comparé à une longue bielle qui transmet au manneton d'une manivelle tout le travail qu'elle reçoit de la tige d'un piston de machine à vapeur, quelque variable que soit l'effort transmis ; dans cette hypothèse, disons-nous, le travail de compression de Pair, depuis la tension à laquelle il est puisé