gr

Les chaleurs spécifiques, à volume constant, de ces gaz aux températures élevées ont été déterminées par MM. Mallard et Le Châtelier (*): les voici, pour une température t^ rapportées aux volumes moléculaires (22 lit., 22).

Vapeur d'eau (H» O* = 18) c = 5.61 + 3,28. MO-»

Acide carbonique (C« O* = 44) c = 6.3+6,0. <. 10-» —1,18. <«. 10-»

Azote (A.f* = 28) c = 4,8-|-6.0.<.10-*.

A 2.000** ces chaleurs spécifiques deviennent égales à 12,17; 13,58 et 6,0. Rapportons-les . à Tunité de poids pour la commodité des calculs.

HO c = 0,677

Ks =0,215

La somme totale des poids en eau des gaz delà combustion est donc :

Sp.c. = 8,200, 0,677 + 2,090. 0,308 + 12,591. 0,215 = -i,8i.

Nous pouvons dès lors calculer la température des gaz produits à la suite de la combustion. La chaleur dégagée est égale à 5.250 calories par mètre cube, à volume constant; elle atteint 11.103 calories par kilogramme, la vapeur d'eau étant condensée. Mais nous avons à nous placer ici dans Thypothèse contraire de non-condensation : il y a donc Ocal., 5065 à retrancher par gramme d'eau formée; soit 1.114 calories

1. Recherches sur la combustion des mélanges explosifs, pages 251 et 276. M. Berthelot avait le premier signalé la probabilité de l'accroissement continu des chaleurs spécifiques arec la température: MM. Mallard et Le Chfttelier ont constaté la réalité de cet accroissement et Font mesuré.

en tout et il reste 9.989 calories disponibles. Si nous appelons T la température inconnue de la combustion, nous aurons dès lors:

9989 = SpcT T=:2064oC. = 2337o absolus.

Telle est la température théorique des gaz de la combustion à

volume constant. La pression développée consécutivement est donnée

P T par la formule tj = 7 dans laquelle T est la température absolue des

gaz brûlés, et t leur température initiale ; nous trouvons:

= 8,6 atmosphères.

A pression constante, la pression et la température est un peu moindre : les chaleurs spécifiques sont en effet dans ce cas plus considérables, alors que les chaleurs de combustion ont à peine varié. J'admettrai avec M. Berthelot qu'à ces températures élevées le rapport Y des chaleurs spécifiques est égal à 1,12 pour la vapeur d'eau et Tacide carbonique, et à 1,33. pour Tazote.

Le rapport moyen est donc égal à

11 vient par suite :

T = ^-^^gg^^^ =: 15960 C = 1869o absolus

= — 373 — = ^'^ atmosphères.

Ce sont les résultats de la combustion instantanée d*un mélange de i volume de gaz avec 6 volumes d*air, quantité nécessaire et suffisante pour la réaction ; nous supposons en tout ceci une combustion totale du gaz et nous ne tenons point compte des pertes du calorique.

Il nous reste à calculer les effets d'une dilution plus grande du combustible dans le comburant ; je me contenterai de donner ici les résultats nets du calcul, dans lequel j'ai appliqué les formules de MM. MaUard et Le Châtelier, pour déterminer les capacités calorifiques des gaz brûlés; vers 1.300°, elles sont respectivement égales à 0,59; 0,29 et 0,20 pour la vapeur d'eau, l'acide carbonique, Tazote et l'oxygène.

Mélange de 1 volume de gai avec 10 volumes d*air.

A volume constant T = 15140 C » 1787« absolus

P=:6,5 atmosphères

A pression constante.

T = 1 169« C = 14520 absolus P = 5,3 atmosphères

Contraction = 40/0.

Ce mélange est celui des premiers moteurs Lenoir, d'après les expériences de M.Tresca (*); cette teneur n'est guère dépassée en réalité.

On a parlé, il est vrai, de d^osâgfîs effectués dans la proportion de i à 43: mais ils sont contestables, attendu qu'on a évalué la consommation relative d'air et de gaz d'après les volumes engendrés par le piston; ce procédé est évidemment incorrect, parce que la pression des gaz aspirés est souvent moindre que l'atmosphère et elle est en tous cas toujours variable. 11 est nécessaire de mesurer au compteur l'air et le gaz consommés par les moteurs : MM. Steward et Brooks l'ont fait dans leurs essais sur le moteur Otto, et ils ont constaté que le volume d'air admis dans le cylindre était compris entre 6,2 et 7,7 volumes de gaz; la proportion moyenne était donc de 1 à 7. Mes expériences m'ont conduit au même résultat. MM. Brauer et 81aby (*)

ont estimé à rj le rapport des volumes d'air et de gaz, mais ils n'indiquent pas le procédé de dosage employé, et nous constatons du reste que le motour Otto sur lequel cette observation a été faite se trouvait dans de mauvaises conditions, puisqu'il dépensait 1.460 litres par cheval-heure. En somme, on doit admettre que le mélange tonnant des moteurs contient généralement de 6 à 10 volumes d'air pour

1 volume de gaz ; le gaz occupe donc le ^ ou le rj du volume total.

Nous avons négligé, dans les calculs qui précèdent, l'influence de la contraction de volume produite par la réaction chimique; elle est en moyenne de 5 ^, à la température même de l'explosion, la vapeur d'eau n'étant pas condensée ; la pression sera donc légèrement dimi-

1. Procès-verbal des expériences £utes sur les moteurs à gaz de M. Lenoir, par M. Tresca : Annales du Conservatoire impérial des Arts et Métiers, tome I, page 849, 1861. 3. ferÊUohe uber Brênnmaiérial-Verbraueh, page U.

nuée de ce chef. Toutefois cette diminution est négligeable, quand la combustion s'opère à volume constant, parce qu'il en a déjà été tenu compte dans l'évaluation du pouvoir calorifique à volume constant ; et elle peut être estimée à 5 % dans les combustions à pression constante; mais nous ne l'indiquerons, même dans ce cas, que pour mémoire.

Un autre phénomène vient diminuer la pression : c'est la combustion incomplète. Ce fait ne peut être contesté : je l'ai établi par l'analyse des gaz brûlés, qui contiennent presque toujours des traces d'oxyde de carbone. Voici, d'après mes expériences, la proportion des gaz qui échappent à la réaction dans les divers mélanges.

Mélange tonnant Combustion incomplète

1 gaz -1-6 air 0

id. + 9,4 air 7 pour cent,

id. + 11,6 air 12 id.

Il nous reste enfin à évaluer les pressions explosives développées

dans les mélanges tonnants comprimés préalablement: la formule

pi^^l nous conduit alors directement au résultat cherché; P est Ja

pression explosive, P' la pression initiale. Si nous faisons P' égal à 3 atmosphères, les pressions calculées précédemment devront être triplées : nous trouverons donc 19 atm., 5 et 18 atm., 9 à volume constant et à

pression constante pour un mélange au jt:

Il est à remarquer que la compression recule les limites d'explosibilitédes gaz: il en résulte que des mélanges d'une teneur relativement très faible, qui seraient incombustibles à la pression de l'atmosphère, brûlent parfaitement aux tensions élevées. En même temps, les réactions s'activent et se complètent, ainsi que nous le verrons plus loin. Ces observations trouveront leur application dans l'analyse du jeu des moteurs Otto, Lenoir et autres, et elles nous serviront pour déterminer le mode d'emploi le plus rationnel des gaz pauvres.

Les températures et les pressions théoriques auxquelles le calcul vient de nous conduire méritent d'arrêter notre attention. Constatons avec soin que ces résultats concordent avec les faits. En opérant dans une bombe cylindrique de 228 millimètres de diamètre sur 228 miUimètres de longueur, M. Dugald Clerk a pu mesurer la pression explosive d'un mélange d'air et de gaz, pris sous la pression de

Tatmosphère, et correspondant au minimum de dilution (*) : elle ne

dépassa pas 7,5 atmosphères ; elle aurait dû être de 8,6 atmosphères (').

Cette expérience du savant ingénieur anglais est décisive. L*étude

des diagrammes des moteurs vient aussi confirmer nos calculs. Dans

le moteur primitif Lenoir, admettant un mélange au jtÇ sans compression préalable, M. Tresca a relevé une pression maximum de 4,87 atmosphères, au lieu de 6,5: il y a un écart de plus d'une atmosphère, mais il faut tenir compte de ce que la combustion du mélange n'est pas instantanée et .de ce qu'elle a Heu derrière un piston en mouvement; l'explosion ne se fait donc pas rigoureusement à volume constant et l'action de paroi intervient encore. Dans le moteur Dugald Glerk, à compression préalable, la pression atteint 16 atmosphères pour une combustion de 3 atmosphères: le calcul indiquait 19,5. Enfin, dans les moteurs Otto, si Ton tient compte de la dilution des gaz dans le résidu d'une combustion antérieure, la pression devait atteindre 15 atmosphères : on relève au diagramme li atmosphères au plus.

Somme toute, comme le phénomène est très complexe, l'accord peut être considéré comme satisfaisant.

11 n'en est pas de même pour les chiffres admis jusqu'ici et reproduits par tous ceux qui ont traité ces questions. Prenons par exemple le calcul de M. G. Richard [(*). Ne tenant point compte des remarquables travaux de MM. Berlhelot, Vieille, MallardetLeChâtelier, ce savant auteur suppose les chaleurs spécifiques des gaz constantes à toute température, et il prête à la vapeur d'eau et à l'acide carbonique des capacités égales à 0,369 et 0,171 au Heu de 0,677 et 0.308. U est donc amené à des températures excessivement élevées. Le gaz étant mélangé avec le minimum d'air, développerait par sa combustion 3.400** centigrades et plus de ii atmosphères de pression: c'est plus du double de la pression observée dans les moteurs !

Pour expHquer ce désaccord manifeste, on a dû faire intervenir la dissociation.

Cette théorie, imaginée par M. Dugald Glerk, mérite d'être exposée ici: eUe est très ingénieuse.

H. Sainte-Claire Deville a observé le premier que, sous l'influence

i. On the theory of the Gas Engine, page 65: « A cylindor 9 inches in diameler and 9 inches long, was lilled with a mixture of gas and air ic the proportions for the maximum explosive effect The absolute pressure attained was only about 7 1/2 atmosphères. »

2. La différence de 1,1 atmosphère est négligeable dans l'espèce, car elle doit être attribuée entièrement au refroidissement piir la paroi.