NOTICE

Les machines à vapeur ont été précédées de plusieurs appareils de physique, tels que les alambics , les éolipyles , employés à convertir les liquides en vapeur, et à démontrer que la vapeur qui provient d’un liquide échauffé peut, comme l’air atmosphérique comprimé, produire une action mécanique.

Les Grecs connaissaient l’éolipyle; Héron d’Alexandrie, qui vivait 120 ans avant l’ère chrétienne, a écrit un traité sur l’air, dont il existe deux copies manuscrites à la Bibliothèque royale. Le texte grec de ce traité et la traduction latine de Commandin font partie d’un ouvrage in-folio, imprimé en 1693 à l’Imprimerie royale, sous le titre: Veterum mathematicorum opéra. L’article suivant, extrait de cet ouvrage, contient la description (page 202) d’un éolipyle, qui fait voir comment l’eau, convertie en vapeur, produit un mouvement de rotation.

« Soit une chaudière a b (fig. 2, pl. II ), en 1 partie pleine d’eau, fermée par un couvercle 1 c d ; introduisez, par un trou e fait sur ce couvercle , un tube creux hzn coudé en z, \ dont l’extrémité h pénètre à frottement la 1 paroi de la petite sphère h h\ Fixez sur le I couvercle un support l m li coudé en m, -, ^ dont la branche m h' est terminée par une' h pointe h'. L’ouverture h et la pointe h' sont dirigées suivant un diamètre de la petite, sphère. Aux deux extrémités p et q d’un autre diamètre perpendiculaire au premier, placez deux petits tubes creux recourbés vers t et x en angle droit.

» Lorsqu’on aura allumé le feu sous la chaudière, la partie du vase ab cd qui ne con-j tient pas d’eau, se remplira de vapeurs, et, si l’on ouvre le robinet f placé sur la branchent du tube nzh, la Vapeur sortira par ce tube, s’introduira dans la petite sphère, et i s’échappera par les orifices t et x. Alors la petite sphère tournera sur elle-même comme certains petits animaux qu’on fàit danser. > Vitruve, qui vivait un siècle après Héron a dit que l’éolipyle pouvait produire ur s souffle violent. Cardan (né en i5oi, mor! i(

en 1576 ) a cité Vitruve, et il pensait que, dans l’éolipyle, l’eau se changeait en air. David Rivault ( né vers 1571, mort en 1616) a écrit, en i6o5, qu’un éolipyle crèverait avec un grand fracas, si l’on empêchait la vapeur de s’échapper en bouchant l’orifice.

Brança a publié à Rome, en 1629, un ouvrage italien in-4°, en 2 3 pages de texte et 23 pages de figures. On trouve dans cet ouvrage un grand éolipyle produisant un courant de vapeurs qui frappe les ailes d’une roue et la fait tourner. Cet appareil était destiné à préparer les matières qui entrent dans la composition de la poudre à canon.

Salomon de Caus est auteur d’un ouvrage in-folio, divisé en trois livres, et publié en 1 fil 5. Dans le premier livre, qui a pour titre : Des forces mouvantes, on trouve le passage suivant : « L’eau montera, par aide du feu , plus haut que son niveau ( théorème 5, p. 4)* Le nouveau moyen de faire monter l’eau, est par l’aide du feu, dont il se peut faire diverses machines; je donnerai ici la démonstration d’une (fig. 3, pl. II). « Soit une balle (lisez ballon) de cuivre, marquée A, bien

soudée tout alentour, à laquelle il y aura un soupirail marqué D, par où Ton mettra l’eau, et aussi un tuyau marqué BG qui sera soudé au haut de la balle, et le bout C approchera près du fond sans y toucher. Après il faut emplir ladite balle d’eau par le soupirail , puis la bien reboucher et la mettre sur le feu ; alors la chaleur donnant contre ladite balle, fera monter toute l’eau par le tuyau BC. »

La description de cet appareil se retrouve page 227 d’un ouvrage imprimé à Wurtzbourg , en 1667, sous le titre : Mechanica hjdraulica pneumatica ; in-4°, par Gaspard Scott, jésuite.

En i663, Edouard Somerset, marquis de Worcester, publia une série de propositions ou plutôt de sentences mécaniques, au nombre de cent, sous le titre de Century of inventions, 1 volume in- 12. Toutes ces propositions, énoncées très- brièvement » sont la plupart inintelligibles pour les Anglais euxmêmes. La 68e proposition, la seule relative à la vapeur d’eau et à ses effets, a été rapportée par Robert Stuart, qui prouve que le texte de cette proposition est énigmatique

el même inintelligible. Robert Stuart est l’auteur d’une Histoire descriptive de la machine à r vapeur , dont la 3e édition anglaise a paru en 18^5; elle a été traduite en français en 1827 (librairie de Malher, à Paris ). La proposition de Worcester, expliquée en aidant à la lettre et commentée, n’apprend rien de plus que ce que l’on savait déjà par les éolipyles et par la machine de Salomon de Caus, de i6i5.

En i683, on avait abandonné l’opinion des anciens physiciens sur la vapeur d’eau, et on ne croyait plus que dans les éolipyles l’eau se changeait en air; la nature de la vapeur d’eau était mieux connue, et sir Samuel Morland (né en 1625, mort en 1696) en a déterminé la densité approximativement. Il avait conclu de ses expériences que la vapeur d’eau occupait un volume 2000 fois plus grand que celui de l’eau avant la vaporisation. Il est l’inventeur de la boîte à cuir qu’on place sur le fond supérieur d’un corps de pompe à piston, et dans laquelle la lige de ce piston se meut, avec ou sans frottement du piston contre les parois intérieures du corps de pompe.

En 1678, l’abbé Jean de Hautefeuille ( né à Orléans en 1647, mort en 1724 ) avait publié une méthode pour construire des pompes aspirantes et foulantes sans piston, à l’aide de la poudre à canon ; il employait la poudre pour dilater l’air dans un tuyau, et l’eau s’élevait dans ce tuyau par la près- * sion atmosphérique.

Vers le même temps ( 1680 ou 1681), Huygens, de l’académie des sciences de Paris, proposa le même moyen pour dilater l’air dans un corps de pompe à piston. Le vide partiel étant fait d’un côté du pistou par la poudre à canon, la pression atmosphérique agissait du côté opposé, et le mouvement du piston ou de sa tige pouvait se transmettre à d’autres corps. Le mémoire original de Huygens ne fut imprimé qu’en 1698, dans un recueil in-folio des Mémoires de V Académie des sciences, publié par les soins de LaHire;mais l’abbé Hautefeuille avait donné, en 1682, la description de la pompe à piston de Huygens, mue par la pression de l’air.

En i68S,Denys Papin, qui avait aidé Huygens dans ses expériences (faites à Paris

Vers 1681 ), perfectionna sa machine, et y ajouta une soupape de sûreté. Le mémoire de Papin relatif à cette machine est dans les Acta eruditorum de Leipsick , septembre 1688, page 497*

Denys Papin , médecin et physicien , joue un rôle trop important dans l’histoire de la machine à vapeur, pour qu’il soit permis de passer sous silence les époques principales de sa vie. 11 est né à Blois , département de Loir-et-Cher; l’année de sa naissance n’est pas connue, celle de son décès est 1710. Il a pris ses grades en médecine dans la faculté de Paris. Le premier ouvrage qu’il a publié est de 1674; il a pour titre : Nouvelles expériences du 'vide , avec la description des machines qui servent à le faire , volume in -12, Paris. Il passa en Angleterre, et de 1676 à 1679 , il travailla avec Boyle, qui l’employa comme son préparateur , et lui confia la rédaction des procès-verbaux des expériences. Le résultat de ce travail, fait en commun, a paru à Genève en 1682, dans le tome 2 des œuvres de Boyle , sous le titre : Experimentorum physico- mathematicorum continuatio secunda .

Papin publia, en 1680 et en langue anglaise, un mémoire sur le traitement des os par la vapeur, qui fut traduit en français et imprimé à Paris en 1682, sous le titre : La Manière d'amollir les os , et défaire cuire toutes sortes de viandes en fort peu de temps et a peu de frais , avec une description de la machine dont il faut se servir pour cet effet , etc. En 168 r, il fut reçu membre de la Société royale de Londres, et en 1 68 2, l’académie de Venise, nouvellement établie pour perfectionner les arts et les sciences, le tira d’Angleterre. En 1687, il prit possession de la chaire de mathématiques de l’académie de Marbourg, principauté de Hesse. On ne sait pas s’il visita la France ou l’Angleterre avant la révocation de l’édit de Nantes du 22 octobre i685. En i685 (Transactions philosophiques de cette année ), Papin avait proposé une machine à air dilaté , de l’espèce de celle qui fut présentée à l’académie des sciences, en 1790, par Detrouville. En 1686 ( Trans. philos, de cette année), il a publié un mémoire sur la vitesse de l’air qui rentre dans le vide. Denys Papin est l’inventeur de la première machine à vapeur atmosphé-

ri que ; plusieurs historiens anglais, tels que Robert Stuart, Partington, Farry, lui rendent cette justice dans leurs ouvrages.

Sa machine est composée d’un cylindre AA (fig. 4, pl. II), et d’un piston B, qui se meut à frottement dans l’intérieur du cylindre AA. Une mince couche d’eau occupait le fond du cylindre : on chauffait ce fond avec un fourneau portatif pour convertir l’eau en vapeur , et pour élever le piston ; on écartait le fourneau du cylindre; la vapeur se refroidissait et se condensait; alors le piston soumis à la pression atmosphérique descendait, et communiquait son mouvement à d’autres corps. DD est la tige du piston, qu’on fixe à volonté par un levier EFH, qui tourne sur l’axe F, et qui est pressé par un ressort R, attaché sur le couvercle en G, vers l’encoche H. L est une ouverture qui traverse le piston et qu’on ferme avec la verge MM, qui glisse dans l’épaisseur du couvercle supérieur. Lorsqu’on abaisse le piston, l’air sort par le trou L, et lorsqu’il touche l’eau qui occupe le fond du cylindre., on le bouche avec la verge MM.

Cette machine est décrite dans les Actes

de Leipsick de 1690 ( Acta eruditorum, août 1690, p. 410), et se, trouve aussi dans un ouvrage à part, format in-12, publié en 1695, en français et en latin (1).

En 1696, Savery proposa un moyen d’élever l’eau par la vapeur qui se forme sous la pression de plusieurs atmosphères. Il composa sa machine d’une chaudière placée sur un fourneau fixe, d’un vase à vapeur et d’un tuyau d’aspiration, dans lequel on fait le vide, en condensant la vapeur à haute pression dans le vase qui la contient. Cette condensation se fait en refroidissant extérieurement le vase par un courant d’eau froide. La machine à vapeur de Savery est la première qui fut employée utilement pour l’emhellissement deshabitations et pour l’exploitation des mines.

En 1705, Newcomen proposa une nouvelle machine, Construite sur le principe de la machine atmosphérique de Papin , avec un cylindre et un piston. Il la composa d’une

(i) Il y a deux éditions de la même date, l’une française qui a paru à Cassel sous le titre : Recueil de diverses pièces touchant quelques nouvelles machines; l’autre écrite en latin sous le titre Fasciculas , etc. Marburg, 1695.

chaudière, d’un cylindre qui se remplit de la vapeur sortant de la chaudière, et il eut l’heureuse idée de condenser la vapeur par une injection d’eau froide dans l’intérieur du cylindre.

De 1705 à 1769 , la machine à vapeur de Newcomen fut modifiée dans quelques parties accessoires ; mais le système n’éprouva aucun changement important.

En 1707, trois ans avant sa mort, Denys Papin publia deux éditions, l’une française et l’autre latine, d’un petit ouvrage in- 12. Le titre de l’édition française est : Nouvelle manière pour lever Veau par la force du jeu , mise en lumière par D. Papin , Cassel, 1707.

En lisant cet ouvrage, on est porté à croire que Papin n’a pas connu la machine de Newcomen de 1706; il s’est écarté de son premier projet, dont le principe fondamental lui appartenait, pour rentrer dans le système, déjà abandonné, de Savery. Il plaçait sa machine près d’une source d’eau, remplissait un vase de cette eau , et il la poussait par la vapeur élevée dans une autre partie de ce même vase contenant de l’air atmosphérique. L’air comprimé par l’eau et réa-

S80 JSOTICE HISTORIQUE

gissant sur celte même eau , la faisait sortir avec une "vitesse d’autant plus grande que l’air était plus comprimé ; la vapeur qui avait comprimé l’eau n’était condensée ni par injection intérieure ou extérieure; on la perdait dans l’air atmosphérique. Cette combinaison de Papin paraît avoir eu pour objet de montrer que la vapeur d’eau pouvait être employée à comprimer de l’air.

Déjà on savait, par la fontaine de Héron, que l’air comprimé était une force motrice; mais l’idée de perdre la vapeur dans l’atmosphère, lorsqu’elle a produit son effet mécanique, appartient à Papin. Les constructeurs modernes ont employé le même moyen dans les machines à haute pression, en y ajoutant la détente de la vapeur, qui est indiquée dans la première patente de Walt.

Il y a une interruption dans les progrès de la machine à vapeur, depuis 1705, année de la patente des trois mécaniciens réunis , Savery,Newcomen et Cawley, jusqu’en 1769. Dans cet intervalle, Fahrenheit, artiste hollandais, construit le thermomètre à mercure, à échelle comparable; Cavendishfît une analyse exacte de l’acide carbonique et du gaz

SUR LES MACHINES A VAPEUR. 28 ï

hydrogène; Black établit la théorie du calorique latent. En 1758, KeanFitz-Gerald, qui connaissait le moyen de convertir le mouvement alternatif du piston de la machine atmosphérique en un mouvement de rotation continu , parvint à régulariser ce dernier mouvement par un 'volant. Tel était, en 1763, l’état des connaissances en physique et en mécanique, lorsque Watt, alors ingénieur en instrumens de mathématiques, et employé pour l’université de Glasgow , entreprit une série d’expériences dans le but de perfectionner la machine à vapeur.

En 1769, Watt prit la première patente quia constaté ses découvertes. Sa principale invention est l’addition du vase condenseur à la machine de Newcomen. Au moyen de ce vase, l’injection d’eau froide qui condense la vapeur ne se fait plus dans l’intérieur du cylindre dans lequel le piston fait sa course ; l’eau est injectée dans le condenseur. Le second perfectionnement consiste à adapter au cylindre un couvercle qui le ferme hermétiquement, à y ajouter une boîte à cuir dans laquelle la tige du piston glisse, et à ne se servir que de la vapeur pour faire mon-

282 KOTICE HISTORIQUE

ter ou descendre le piston qui est soustrait à l’action de l’atmosphère. L’intérieur du cylindre peut communiquer avec la chaudière pendant la course entière du piston , ou seulement pendant une fraction de cette course, comme le tiers ou le quart ; dans ce dernier cas, il y a détente de la vapeur; elle augmente de volume et diminue en chaleur et en force élastique.

L’application des principes énoncés dans la patente de Watt a servi de hase à diverses machines, parmi lesquelles on doit distinguer celles de MM. Woolf et Trevitick. Les patentes pour ces machines ont été prises , l’une en 1804, l’autre en 1 8 1 1 .

Dans la machine de la construction de Woolf, la vapeur est à la pression de 3 à 4 atmosphères; elle passe sans détente de la chaudière dans un petit cylindre à piston, de ce petit cylindre dans un plus grand de même hauteur, et de ce second cylindre au condenseur.

Dans la machine de Trevitick, dite à haute pression, il n’y a pas de condenseur ; la vapeur est à la pression de 5 à 6 atmosphères ; elle passe de la chaudière dans le cylindre ,

SUR UES MACHINES A VAPEUR. a83 s’y détend, et sort du cylindre avec une force élastique peu différente de celle de l’air atmosphérique ; mêlée à cet air, elle s’y condense.

Ces deux espèces de machines sont à double effet ; la vapeur agit successivement en dessus et en dessous du piston.

Les machines de Trevitick conviennent aux localités où il y a peu d’eau; elles ne consomment que celle qui est convertie en vapeur , puisqu’il n’y a pas de condensation , opération qui exige environ 4° fois la quantité d’eau mise en vapeur.

Légende de la fig. i , pi. Il, représentant une ancienne machine à vapeur suivant le système de TV att, d'après le dessin de V ouvrage de Thomas Young.

C chaudière tenant l’eau sous les deux états de liquide et de vapeur.

F foyer.

R vase ou cylindre à vapeur qui communique avec la chaudière par le tuyau C\

R ’ condenseur , entouré d’eau froide.

S pompe à air.

a84 NOTICE HIST. SUR LES MACHINES A VAP.

ABD levier dit balancier , à deux bras AB , AD, qui met eu mouvement les cinq tiges suivantes :

i 0 la tige r du piston du cylindre R ;

2° la tige S s du pistou de la pompe à air;

3° la tige t d’une petite pompe qui élève une partie de l’eau de condensation, par le tuyau t qui communique avec le dessus du corps de pompe du condenseur ;

4° la tige g de la mouche G, qui engrène la roue dentée II, dont l’arbre de rotation porte le volant V ;

5° la tige ou bielle 1,2, qui ouvre et ferme les robinets K, K ' des boîtes à vapeurplacées aux deux extrémités du cylindre R.

FQL, conduit de l’eau de condensation dans la chaudière, pour entretenir la vaporisation.

Ol, chaîne qui transmet le mouvement de rotation de l’arbre H à la tige l' d’un régulateur à force centrifuge, lequel règle le passage de la vapeur de la chaudière dans le cylindre R.

ce' B, parallélogramme, dont le point e ' se meut sensiblement en ligne droite.

te, contre-balancier du parallélogramme.

BIOGRAPHIE