RENDEMENT

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Cette dernière température de 673* absolus (400*" centigrades) ne peut en aucun cas être dépassée, car elle est voisine du rouge: celte impossibilité provient de la nature même de la paroi, qui est nécessairement métallique. On ne pourra donc yama/îrôblenir de rendement égal à 60 ^; cet arrêt de la théorie est sans appel.

Pratiquement, on est obligé de se tenir bien au-dessous de QH%'*\ il a été impossible d'opérer jusqu'ici sur un gaz àSTS*' (300" centigrades), car à cette température les graisses destinées à adoucir les frottements se décomposent et perdent leurs propriétés lubréfiantes : dans l'air, elles s'oxydent même dès 523° et elles forment, en se solidifiant, d'épais cambouis.

L'absence de tout moyen de graissage limite donc le rendement à 0,522, et, tant qu'on n'aura pas trouvé une substance pouvant remplacer les graisses dans les cylindres à haute température, il faudra renoncer à le dépasser. On a essayé un grand nombre de lubréfiants parmi lesquel nous citerons le graphite et la plombagine ; mais les

ingénieurs n'ont obtenu jusqu'à présent aucun succès dans celte voie; peut être se sont-ils découragés trop vite ou bien n'ont-ils pas apprécié l'importance d'une semblable découverte.

Cette grave difficulté a été surmontée en partie, grâce à un refroidissement intense de la pai!oi du cylindre; c'est ainsi que dans les moteurs à gaz tonnant, la température explosive peut momentanément atteindre 1600** dans une enceinte qui ne dépasse pas 345°. Le graissage reste donc possible, mais une quantité énorme de chaleur se perd entre le foyer et le réfrigérant, et nous sommes dès lors fort éloignés des conditions fondamentales du cycle parfait.

Une autre solution, bien meilleure à lous égards, repose sur l'emploi de vapeurs, ou plus généralement de fluides voisins de leur point de liquéfaction, qui lubréfient spontanément les joints par le fait même de leur liquéfaction. Mais nous rencontrons ici une difficulté d'un autre genre. La tension des vapeurs saturées croît rapidement avec la température; l'eau, qui est le moins volatil des fluides utilisables, possède déjà un force élastique de plus de 10 atmosphères à 450** absolus, et l'on ne saurait la surchauffer au-delà de 490°. La machine à vapeur a donc un coefficient au plus égal à 0,40; son infériorité théorique ressort de ce chiffre même, sans qu'il soit besoin d'aucun commentaire. Ces conclusions sont indiscutables pour les machines à vapeur d'eau.

Mais il est évident qu'il peut exister des liquides pour lesquels on pourra écarter davantage les limites du fonctionnement et par suite augmenter le rendement avec la hauteur de chute. La machine à vapeur pourrait devenir la plus parfaite des machines thermiques, même en théorie (elle l'est déjà en pratique), si l'on trouvait un liquide à bas prix, de nature stable, sans action corrossive, qui, à 673°, possédât une tension modérée. Car, nous ne saurions trop le répéter, c'est uniquement en vertu du plus grand écart admissible entre les températures du foyer et du réfrigérant, que les machines à gaz ont sur les machines à vapeur une supériorité théorique. Attribuer cette différence à la chaleur latente des vapeurs est une erreur qui a été commise, mais qui témoigne d'un oubli complet des principes de la thermodynamique .

Le rendement théorique du moteur à vapeur d'eau est donc inférieur à celui des moteurs à gaz chauds, et la première partie de notre thèse est établie.

. Passons à l'examen comparatif des cycles des divers moteurs que nous considérons.

Nous nous sommes tenu jusqu'ici dans une hypothèse fictive, en

admettant qu'on pût réaliser un cycle parfait. Et, d'abord, le cycle de Carnot, composé de deux paires d'isolhermiques et d'adiabatiques, est une impossibilité physique ; il s'agirait en effet de faire détendre d'abord un gaz à température constante, ce qui suppose une paroi d'une conductibilité parfaite ; puis, la détente devrait se faire dans la même enceinte, sans perte ni gain de chaleur, c'est-à-dire au contact d'une paroi absolument dénuée de conductibilité. Ces deux conditions sont évidemment contradictoires. Le cycle dans lequel deux isodiabatiques remplacent les adiabatiques est aussi irréalisable, pour les mêmes causes.

Du reste, j'ai démontré il y a quelques années (*) qu'il est impossible d'observer un changement d'état suivant une adiabatique, attendu que Faction de paroi est encore considérable sur un gaz relativement dénué de conductibilité, alors même que la durée du phénomène ne

dépasse pas ^^ de seconde. Il est plus facile de réaliser une isothermique ; ainsi, dans les machines à vapeur bien établies, pourvues d'enveloppes de vapeur, la vapeur en se détendant suit d'assez près la loi de Mariette; toutefois la formule Pk zz RT n'est jamais strictement réalisée. En dernière analyse, le cycle formé d'adiabatiques et d'isothermiques est impossible à tous égards.

Le cycle réel des machines employées dans Tindustrie n'est donc point le cycle parfait que nous avons étudié ci-dessus: leur rendement est moindre par conséquent. On le calcule dans chaque cas, pour chaque genre de machines en particulier, d'après le cycle des opérations effectuées, en évaluant tour à tour les quantités de chaleur Q et q et en faisant le quotient ~^ = p. Le rapport de ce

rendement o à celui que donnerait, entre les mômes limites de tempe, rature^ un cycle parfait, constitue, comme je l'ai déjà expliqué cidessus, le rendement générique du moteur considéré p,.

Le rendement p ne dépend que de la chute possible de température entre le foyer et le réfrigérant. C'est par la valeur de p qu'on jugera des services qu'une machine à feu pourrait rendre si elle était parfaitement réalisée. Ce coefficient ne peut pas dépasser 0,60: il est fatalement toujours plus petit que l'unité.

Le rendement générique pj dépend de la réalisation plus ou moins parfaite du concept théorique de la machine. 11 sera d'autant plus

1. Essai sur reffet thermique des parois d'une enceinte sur les gaz qu'elle renferme, thèse naugurale, Paris, Gauthier-Vil lars, 1878, page 97.

élevé que la machine sera mieux établie: pour une machine parfaite, il égalerait l'unité.

Ces deux rendements p et p, permettent d'apprécier à un double point de vue la valeur d'un type de machines. Pour un moteur, p est déterminé par sa constitution même, tandis que p, exprime le degré de perfection acquis dans l'application : on ne peut guère modifier p, mais on doit toujours chercher à améliorer pj. Les moteurs qui ont un rendement p considérable, sont les moteurs d'avenir: ceux pour lesquels pj est voisin de Tunité sont les moteurs qui, ayant atteint la perfection dont ils sont susceptibles, ne feront plus que d'insensibles et lents progrès.

Ces règles étant posées, mettons en parallèle la brillante machine d'Ericsson (') et la machine à vapeur, telle qu'elle est aujourd'hui.

La machine à air chaud d'Ericsson a fonctionné entre 523** et 323**: pour cette hauteur de chute, le rendement du cycle de Carnot serait de 0,38. Calculons le rendement p du moteur considéré. Par une conséquence singulière de la forme du cycle, ce rendement est variable, et l'on trouve qu'il est d'autant plus élevé que le travail développé est moindre; à la limite, pour un travail nul, le rendement peut égaler celui des cycles parfaits. Ce cas présente un grand intérêt théorique, mais les praticiens le négligent avec raison, et nous nous bornerons à considérer le rendement correspondant au travail maximum de la machine: on démontre qu'il est égal à 1 — y jjt* ^oit à 0,22 pour les

limites de 823 et 323**. Le rendement générique p, est dès lors égal à 0,58.

Quelles sont maintenant les conditions du fonctionnement de la machine à vapeur?

Une machine à condensation a pour limites ordinaires (*) 189 et 46" centigrades, soit 432 et 319° absolus : le rendement maximum d'un cycle parfait serait donc égala 0,26. Le rendement réel calculé d'après les formules de la thermodynamique (') est de 0,17. Le rendement générique atteint donc 0,65.

i. Cette machine parut vers 1850 et elle fit une profonde impression, car on fondait sur elle les plus brillantes espérances : montée d*abord en Amériqu<^, sur un navire qui se perdit plus tard, elle fut ensuite exposée au Havre en 1852; c'est ce type qui a été étudié par M. Lissignol et qui est devenu classique.

. Je suppose la pression de la vapeur à la chaudière de 6 atmosphères et la conti-e-pression

au condenseur égale à jr? d'atmosphère.

3. J'adopte pour ce calcul la formule de M. l>ochet, établie dans la Nouûelle Mécanique Industrielle f Paris, Dunod, 187i, page 80.

Mettons ces résultats^en parallèle :