POIDS
par kilogramme
de gaz
Hydrogène libre . ...
— carburé et bicarburé.
Oxyde de carbone
Huiles empyreamatiques dissoutes
Acide carbonique
Azote
Oxygène libre
Les eaux de distillation renfermaient de l'ammoniaque, de l'acide pyroligneux, de l'esprit de bois, du goudron et diverses essences. Le lavage des cendres donnait en outre des carbonates et des sulfates de potasse, valant plus de 1 franc le kilogramme.
Le pouvoir calorifique de ce gaz était, vapeur d'eau non condensée,
(1) Étude sur lez eombustiblei^ par M. Al. Leoeauchez; Paris, Lacroix 1878.
égal à 3.283 calories par mètre cube à 0 degré et 760 millimètres de pression.
Mais le prix élevé des bois limitait l'emploi de ce gaz à certaines régions plus favorisées.
Ebelmen fit des essais prolongés de gazéification du bois dans les gazogènes et il obtint des résultats remarquables ; le gaz obtenu était un mélange de gaz de distillation et de gaz de fourneau. Les expériences d*Audincourt démontrèrent qu'un kilogramme de bois, renfermant 25 ^ d'eau, fournissait 1.615 litres de gaz dont le pouvoir moyen était, par mètre cube, de 1.479 calories. On retrouvait ainsi 83 9é du calorique disponible dans le bois employé, sans tenir compte de celui qu'on pouvait récupérer de la combustion des sousproduits. Ce gaz renfermait en volume 10,26 % d'hydrogène libre et carburé, 32,40 d'oxyde de carbone, 7,S2 d'acide carbonique et 60,11 d'azote et de gaz divers.
M. Riche a eu le rare mérite d'améliorer le gazogène au bois et de démontrer qu'on a encore intérêt aujourd'hui, en certains cas, à traiter des bois en vue dé produire un gaz combustible.
Son premier appareil se composait d'une cornue verticale en fonte, cylindrique dans sa partie supérieure, tronconique au bas ; on en fermait l'ouverture du haut par un couvercle articulé sur charnière et équilibré par un contrepoids. La partie inférieure s'emboîtait dans un réservoir sphérique en fonte destiné à rassembler les gaz qui s'en échappaient par une tubulure latérale pour traverser un barillet et un laveur avant d'entrer dans le gazomètre. Le principe du procédé consistait dans une distillation renversée faisant passer les gaz sur une colonne incandescente de charbon de bois, résidu d'opérations précédentes.
Voici dès lors comment fonctionnait l'appareil.
La cornue étant d'abord chargée de charbon de bois, jusqu'aux deux tiers de sa hauteur, on la portait au rouge cerise en faisant du feu dans un foyer latéral ; cela fait, on ouvrait le couvercle supérieur, et l'on achevait de remplir la cornue avec du bois frais; on fermait ensuite hermétiquement. La distillation se produisait el la vapeur d'eau, les carbures, l'acide pyroligneux, les goudrons, l'acide carbonique, etc., traversaient les braises intérieures el donnaient de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et du méthane. La
marche se poursuivait continuellement, si l'on chargeait de temps à autre du bois frais par la partie supérieure ; l'humidité naturelle du bois fournissait la vapeur d'eau nécessaire aux réactions. Les cendres tombaient par le bas dans une cuve à eau formant joint hydraulique et s'y lessivaient en donnant leur potasse.
M. Riche a perfectionné ce premier dispositif et spn appareil actuel a pris une forme un peu différente de celle que nous venons de décrire. Il fait toujours de la distillation renversée, mais deux cornues ont été accouplées dans un même massif de maçonnerie, de manière à mieux utiliser le calorique développé et à assurer un meilleur travail de distillation et de réduction.
En supposant que le bois renferme SO ^ de carbone, 41 d'oxygène, 6 d'hydrogène, 1 d'azote et 2 de cendres, on devrait obtenir théoriquement un gaz ayant la composition qui suit :
En poids
En Tolnme
co. .
Az . .
Son poids spécifique par mètre cube serait de 644 grammes et son pouvoir de 3.030 calories. On obtiendrait 1.000 htres de gaz par kilogramme de bois.
On peut évaluer le prix du bois à 6 francs le stère pesant sec environ 300 kilogrammes.
On estime sur cette base le prix moyen du mètre cube à moins de 2 centimes.
La figure 14 représente le gazogène de M. Riche. Un foyer central F, dont les fumées s'échappent par la cheminée H, chauffe un massif dans lequel sont engagées deux cornues AA' et BB', reliées parle conduit horizontal A' B' ; on les charge par les tètes amovibles A' et B\ A est la cornue de distillation, B celle de réduction; cette dernière reçoit le charbon formé dans la première, soutiré par I, étouffé dans le vase clos J. Les produits de la distillation et la vapeur d'eau qui les accompagne se transforment en B ainsi que nous venons de Texposer. Une griUe C soutient le charbon; les cendres
M0TBUB8 A GAZ. — III 5
Fig. 14. — Gazogène Riche (au bois).
tombent dans le barillet D, que traverse le gaz en se dépouillant de ses cendres et en y subissant un lavage sommaire ; on le recueille par Touverture E.
Cet appareil n'exige pour ainsi dire ni surveillance, ni main-d'œuvre ; les chances d'accident sont nulles. Le gaz convient très bien aux moteurs ; des moteurs Otto fonctionnent ainsi à Darnetal, à Etrepagny, et aux Andelys ; à Pantin et à Argenteuil, ce gaz alimente des moteurs Gnome, à Londres, un Crossley, à Lisors, à la minoterie même de M. Riche, un Simplex et à Calais un Charon. Des essais au frein effectués à Pantin ont démontré que les rendements sont excellents. La suppression des colonnes à coke et des épurateurs réduit considérablement les frais de premier établissement : avec une dépense de 10.000 à 18.000 francs,on peut construire une usine occupant environ 1S5 mètres carrés de surface et capable de fournir 1.000 mètres cubes de gaz par jour, pouvant donc alimenter aisément un moteur de 60 chevaux.
Le gazogène Riche nous paraît appelé à un grand avenir dans les contrées où il y a encore du bois à bas prix.
La pratique a d'ailleurs confirmé les calculs théoriques d'après lesquels a été établi cet appareil.
Voici en effet les résultats des expériences faites sur un moteur Charon alimenté au gazRiché^ le 4 novembre 1897, par MM. Bureau, Allaire et Chavanon.
Composition du gaz En Tolame En poids
Az et 0 • . • • Traces
Pouvoir calorifiqne par mètre cube .... 2956 cal.
Poids du mètre cube. 0^,824
Un moteur de 290 "/m de diamètre, 0^,460 de course, a pu développer 13,5 chevaux effectifs pour 160 tours par minute. Le charbon de bois formé renfermait :
1,250 •/• d'eau.
3,750 — de cendres.
0,015 — d'oxyde de fer.
94,985 — de carbone.
Gaz à l'eau.
Le gaz à Teau (1) qui conviendrait parfaitement à Falimentation des moteurs, n'a trouvé jusquMci que de bien rares applications dans cette voie, parce qu'on estimait généralement plus avantageux de produire un gaz mixte ou pauvre; les gazogènes à l'eau sont, en effet, des appareils dont le prix d'établissement est trop élevé pour des installations privées ; d'autre part, leurs produits n'étaient utilisables que pour le chauffage ou la production de force motrice, de telle sorte qu'il n'y avait pas d'intérêt à les fabriquer pour la clientèle des villes, qui demande surtout un gaz d'éclairage. Mais la création des becs Auer a modifié ces conditions ; ces brûleurs si économiques et si lumineux, s'accommodent à merveille du gaz à l'eau et dispensent de le carburer pour l'usage de l'éclairage. On peut dès lors prévoir qu'il se fondera, en Europe, comme cela se fait en Amérique, des compagnies de gaz à l'eau dans les grandes villes ; elles pourront compter sur une large clientèle, puisque leur gaz sera applicable au chauffage domestique, à l'alimentation des moteurs et à l'éclairage, et qu'il pourra être vendu à un prix relativement très bas, qui lui vaudra quelquefois la préférence. Cette éventualité est dès maintenant à envisager et nous croyons utile de dire quelques mots des derniers progrès réalisés dans la fabrication du gaz à l'eau.
On sait que les gazogènes à l'eau avaient deux phases de fonctionnement; durant la première, on insufflait dans la cuve de l'air sec pour amener le combustible à une vive incandescence et emmagasiner dans l'appareil une grande quantité de chaleur; dans la seconde au contraire, on n'injectait plus que de la vapeur d'eau, et l'on produisait ainsi un gaz contenant 80 d'hydrogène, 44 d'oxyde de carbone, quelques traces d'hydrocarbure, 3 d'anhydride carbonique et le reste, soit 3 96 environ, d'azote ; ce gaz avait un pouvoir de 2.800 à 3.200 calories.
(1) Cf : Tome I, page 115 et suivHiites.
La marche d'insuf&alion donnait un gaz Siemens, valant 750 calories au plus ; eUe durait 40 minutes sur une heure de travail, de sorte que Ton ne recueillait de gaz à Teau que pendant 20 minutes.
La conséquence de cette marche alternante était qu*il fallait accoupler trois gazogènes pour fournir continûment du gaz à Teau; Tutilisation de la chaleur était d'ailleurs diminuée par le fait même de ce mode de fonctionnement.
Ces appareils furent successivement perfectionnés; aujourd'hui on arrive à réduire la marche en soufBage à 15 minutes, la production du gaz à l'eau durant par conséquent 45 minutes ; la proportion a donc été renversée. De plus, on arrive à former du gaz à l'eau qui contient 83^ du calorique disponible dans le charbon employé. Le progrès est dès lors considérable.
Parmi les meilleurs appareils et les plus récents, nous signalerons le gazogène Dellwick (1).
Cet appareil ne produit plus que du gaz à l'eau; en période de soufflage, les gaz Siemens engendrés sont mêlés à un volume d'air déterminé et ramenés dans la cuve, où ils brûlent en élevant considérablement la température du gazogène. Aussi cette période ne dure-t-elle plus qu'une minute et demie alors que la période de gazéification atteint 8 minutes. Un essai fait aux mines de Warstein a démontré qu'avec 240 kilogrammes de coke on peut produire 575 mètres cubes de gaz à l'eau, soit 2.400 litres par kilogramme de coke. Le gaz renfermait 51 d'hydrogène, 40,4 d'oxyde de carbone, 3,6 d'anhydride carbonique, 0,5 de protocarbure d'hydrogène et 5 pour cent d'azote et son pouvoir était égala 2.600 calories. Le ren« dément atteignait par suite 81 7o-
Le gazogène Merriâeld-Westcott-Pearson, construit par The Ëconomical Gas Âpparattis ConstrttcHon C de Toronto (Amérique) constitue lui aussi un important perfectionnement sur les appareils d'autrefois : c'est une modification du gazogène Lowe. On emploie à volonté du coke de gaz, du coke métallurgique ou bien de Tanthracite. Des installations grandioses ont été faites en Amérique et en Angleterre et elles ont conduit à des résultats économiques remarquables. La composition moyenne du gaz obtenu est la suivante :
(1) FarUehritte in der Erxeugung und Vênoendung von Wassergoi; Schilling's Journal, 1897.
Hydrogène 46,3
Protocarbure d'hydrogène ... 1,8
Oxyde de carbone 45,6
Acide carbonique. . ; . . • 2,1
Hydrogène sulfuré 0,4
Oxygène trace
Azote 4.3
Gaz de hauts fourneaux.
La concurrence acharnée que se font les producteurs de fonte leur défend de négliger la moindre source de bénéfices capable d'abaisser leur prix de revient; ils essaient donc de faire profiter leur industrie de tous les éléments secondaires de rémunération par les sousproduits des hauts fourneaux. Déjà on recueille dans les usines de rÉcosse, alimentées à la houille, les goudrons et les produits ammoniacaux entraînés par les gaz ; dans les hauts fourneaux à coke du Luxembourg, on arrête les chlorures, iodures et sulfates de potassium, sodium et ammonium. Mais il y avait mieux à faire encore.
En effet, l'utilisation des chaleurs perdues des hauts fourneaux promet des bénéfices beaucoup plus considérables.
Autrefois, les gaz s'échappaient librement du gueulard et ils produisaient des flammes immenses dont on n'utilisait pas le calorique; c'est Fabre-Dufour qui eut l'idée de les diriger dans les foyers des chaudières et de les employer à produire de la vapeur d'eau pour les moteurs et de Tair chaud pour les souffleries. Cette innovation eut les plus heureux résultats ; au lieu de consommer 4 tonnes de coke par tonne de fonte produite, on arrive aujourd'hui à ne plus dépenser que 800 kilogrammes.
Néanmoins, les chaleurs perdues ne sont pas encore utilisées d'une façon satisfaisante, et cela tient surtout à ce que les chaudières chauffées par les gaz ne sont généralement pas établies dans des
conditions assez parfaites. M. Lencauchez avait démontré, dès 1874, que les hauts fourneaux donnaient une disponibilité de gaz combustibles plus que suffisante pour alimenter toutes les machines à vapeur d'un établissement métallurgique complet ; or, on est bien loin de ce résultat dans la pratique.
Dans un excellent travail publié dans les Annales des Mines de Belgique, M. Hubert a fait le compte exact des chaleurs des hauts fourneaux qu'on peut utiliser pour des services extérieurs : nous lui empruntons les calculs qui suivent (1).
La tonne de. coke renferme 850 kilos de carbone dont 37^,5 restent dans la fonte, le reste, soit 812S5 se combinant à Toxygène, pour former de l'anhydride carbonique et de l'oxyde de carbone. Cette combustion incomplète dégage la chaleur nécessaire aux réactions qui ont lieu dans la cuve du fourneau; mais la production de l'oxyde de carbone constitue l'imperfection de Topération. On constate généralement qu'ily a environ 8/iOde CO'pourldeCO dans les gaz sortis du gueulard; d'après cela, les équivalents de 0, 0, CO et CO* étant respectivement 12, 16, 28 et 44, nous trouvons pour a?, kilogrammes de carbone, des poids de
et de
CO* . . • égaux à xjz
CO . . . -« (812,5 -x) gê-
nons avons donc, en tenant compte de ce que le lit de fusion donne 187 S20 de CO* par tonne de tonte,
(812,5 — X) 28 On en déduit :
Le poids d* oxygène entré en combinaison avec le carbone est égala
(1) c De l'otilisatioD des gaz de hauts fourneaux pour la production de la force motriee >; Annaleê dê$ Minets tome H, 1897.
Or, M. Hubert compte que les oxydes ont cédé 430^,5 d*oxygène. Le reste, soit 862^7 a été fourni par Tair soufflé; il a fallu injecter à cet effet 3.626 kilogrammes d'air.
Ces éléments permettent de calculer la composition et le poids total des gaz dégagés par tonne de fonte produite.
On trouve :
Azote 2757\4
\ Provenant de la combustion 577 ,1
CO* .< — de la dëoomposition des carbonates 187,2
I — de l'air insufflé 7,9
H provenant de l'humidité de Tair 3 ,0
HO non décomposée 388,0
L'addition de houille crue ajoute un peu de carbures par distillation.
En somme, la composition du gaz serait donc celle qui suit :
Az 50.12 en poids
H et curbuici .... 1,02 HO 7,01
Le kilogramme de ce gaz donnerait environ 820 calories.
Son poids spécifique à 0"" et 760 millimètres atteindrait 1^,322 par mètre cube.
Le pouvoir par mètre cube à 0** et 760 millimètres serait par suite égal à 1.166 calories.
11 serait de 1.094 calories à 15° avec 1 % d'humidité.
Mais les hauts fourneaux ne donnent pas toujours uu si heureux résultat; en reprenant ces calculs pour 7/10 de CO' sur 1 de CO on trouve un pouvoir de 982 calories par mètre cube à lô*».
C'est donc une moyenne de 1.038 calories.
Ces résultats du calcul devaient être vérifiés par Texpérience.
La société Cockerill de Seraing m'a fait l'honneur de m'envoyer un
îz:
ce
GC
certain nombre d'échantillons de gaz pour que j'en détermine le pouvoir calorifique par le procédé de ma bombe eudiométrique (1), Or, j'ai obtenu les résultats suivants :
Fonmean n*^ 6
Echantillon A
Pouvoir
990 calories
— nM
Ce dernier fourneau marchait à Tallure extra-chaude. Un prélèvement fait au collecteur des chaudières a fourni les trois échantillons ci-dessous :
Collecteur
Echantillon D
Pouvoir 1084
Ces prises avaient été effectuées à quelques heures d'intervalle.
Elles indiquent un pouvoir moyen de 1.000 calories ; ce résultat confirme entièrement les conclusions du calcul de M. Hubert.
Partons donc de ce chiffre et admettons que la moitié du poids total des gaz recueillis au gueulard soit employée pour chauffer l'air insufflé dans les hauts fourneaux. Il resterait pour chaque tonne de fonte produite près de deux millions de calories, disponibles pour la production de force motrice.
On en lire environ 400 chevaux par les procédés actuels, pour un haut fourneau produisant iOO tonnes de fonte par jour.
11 est indiscutable qu'on obtiendrait plus de travail en utilisant directement ces gaz combustibles et tonnants dans des moteurs à gaz qu'en les brûlant sous de mauvaises chaudières pour produire de la vapeur et alimenter des machines dont le principal mérite est d'être simples et de ne pas coûter d'entretien. En effet, en prêtant
(1) Cette analyse a été Ikite par mol, en jailiet 1895: cette dite éUblit nettement Tinitiatiwe priée par les ingénlenr» de Seraing.
seulement aux moteurs une utilisation de 18 9^, on obtiendrait de ces deux millions de calories, disponibles dans un fourneau de 100 tonnes, pour le moins 2.200 chevaux de puissance. On gagnerail donc par jour le travail de 1.800 chevaux ! Le journal V Ancre de Saint-Dizier a calculé qu'on aurait gagné ainsi 1.800 francs par jour, soit un demi-million par an !
Aujourd'hui que l'idée a été jetée dans le public on s'étonne, à bon droit, qu'il ait fallu attendre 15 ans de fonctionnement des moteurs au gaz pauvre pour qu'on ait songé à cette merveilleuse application.
Quel est celui qui peut revendiquer la paternité de Tidée ?
Je l'ignore,
A Seraing, ce sont MM.Bailly et Kraft ; en Angleterre, on l'attribue à M. Thwaite ; les allemands nomment M. von Œchelhaeuser.
Mais il fallait appliquer l'idée.
11 semble que les anglais aient pris les devants à cet égard.
Sur l'initiative de M. Thwaite, assisté de M. Gardner, de l'Institut du fer de Londres, des installations ont déjà été faites à Frodingham, près de Doncasler, et à Wishaw, dans le voisinage de Glasgow, installations modestes, il est vrai, puisqu'il ne s'agit que de moteurs de 12 chevaux, mais auxquelles nous attachons une grande importance, car elles sont suffisantes pour démontrer les avantages du système. Les gaz qui s'échappent du gueulard du haut fourneau traversent des laveurs, qui les débarrassent de leurs poussières, puis ils déposent leurs goudrons et les produits ammoniacaux dans des condensateurs spéciaux (1) avant d'être enfin admis dans le gazomètre et dans les cylindres des moteurs. On utilise la puissance développée pour faire mouvoir des dynamos à lumière (2).
Aux usines de Wishaw, où quatre hauts fourneaux marchent à la houille, les appareils de nettoyage du gaz sont doubles; les gaz traversent d'abord un scrubber, sous une pression de 7 centimètres d'eau donnée par un petit ventilateur; ils y subissent une sorte de filtration, en remontant une colonne de coke arrosée par un jet
(1) Cette opération n'a de raison d'être que lorsqu'on fonctionne êi la hooille; le coke ne permettrait guère que de condenser de l'eau.
(2) La Hevue de Mécanique a donné la description complète des appareils Thwaite tome I^page 699; 1897.
d'eau. Les gaz achèvent de se dépouiller des particules solides qui les accompagnent en passant à travers un tamis cylindrique vertical, formé d'une couche de sable fin damé entre deux feuilles de tôle percées de trous. Les gaz entrent par la périphérie, et gagnent la partie centrale. Une valve spéciale d'équilibre, sur laquelle nous manquons de détails, régularise la pression du gaz dans le gazomètre.
Pour arrêter les poussières, on dispose un laveur sur le chemin des gaz; cet appareil se compose de deux simples colonnes à coke, arrosées d'eau par des injecteurs Kœrting. La pratique a fait reconnaître qu'il y avait intérêt à élever la compression préalable au moteur à 10 kilogrammes et à maintenir une température de 75"" au cylindre.
Le moteur Otto employé consomme environ 2.200 litres de gaz par cheval-heure indiqué, pour une composition moyenne du gaz (1): cette dépense a été mesurée en fermant rentrée du gazomètre et en évaluant ensuite le débit de la cloche par sa variation de niveau. Après plusieurs mois de service, on a pu constater que les cylindres n'étaient nullement rayés : la vitesse est d'ailleurs fort régulière et la lumière présente une remarquable stabilité. Les variations de qualité du gaz n'ont d'autre effet que de faire varier la consommation du moteur : cela suppose donc un moteur admirablement réglé. . On a aussi alimenté un moteur Acmé de 30 chevaux, c'est-à-dire donnant ce travail quand il marche au gaz de ville : il avait 300 millimètres de diamètre et 0*^,50 de course. Le gaz avait la composition ci-dessous :
Hydrogène 4,55
Oxyde de carbone 25,83
Hydrogène carburé 3,45
Acide carbonique 7,21
Azote 58,96
Ce moteur actionnait une dynamo Elwell-Parker, et il suffisait pour 10 arcs de 2.000 bougies, 72 lampes de 16 bougies, 11 de 32 et une de SO.
{!) U importe de faire remarquer qae le gaz de Wisbaw est beaucoup plus riche que le gaz des hauts fourneaux ordinaires ; les fourneaux de Wishaw marchent en effet en allure spéciale, à l'anthracite.
En faisant un essai, alors que le moteur développait seulement 16,65 chevaux électriques, on observa qu'il consommait 3.205 litres par cheval-heure produit.
La marche du moteur était si parfaite qu'on put fournir de la lumière aux rues a voisinant Tusine; aujourd'hui rétablissement s'éclaire entièrement par l'installation des moteurs et des dynamos que nous venons de décrire.
M. Galbraith, directeur des hauts fourneaux deWishaw, estime que la production du cheval-heure électrique correspond à une consommation de 571 grammes de houille dans le haut fourneau. Ce serait extraordinaire, si c'était bien démontré, car on pourrait considérer que la chaleur utilisée métallurgiquement ne coûterait rien.
A Seraing, sur l'initiative de M. Bailly et de M. Kraft, ingénieurs aux ateliers de construction de la Société Cockerill, et avec le concours éclairé de M. Delamare-Deboutteville, qui est toujours aux avantpostes du progrès, un premier brevet a été pris à la date du 15 mai 1895 : on installa la même année un moteur Simplex de 4 chevaux, de 194 millimètres de diamètre et 0'",350 de course, faisant âOO tours à la minute. 11 fut mis en route le 30 décembre 1895, et fonctionna dix-huit mois, en actionnant quelques machines-outils et en fournissant un travail journalier de 16 heures en moyenne (1). La pratique montra là aussi l'avantage qui ressortait d'une forte compression préalable ; des modifications heureuses permirent d'ailleurs de doubler la puissance de la machine. Dans ces conditions, la marche du Simplex a été excellente, et sa régularité a été remarquable, malgré les variations de pression qui se produisent dans la conduite suivant les conditions du travail des fourneaux, et qui vont de 0 à 80 millimètres d'eau. Le moteur a même marché un jour sous une dépression de 300 millimètres résultant du calage accidentel du compteur. On a estimé la consommation du gaz, à 5.300 litres par cheval-heure effectif. Le lavage des gaz exigeait 1.400 litres par cheval-heure effectif ; mais on parvint rapidement à réduire la consommation de gaz et d'eau. Les résultats furent tellement remarquables que M. Greiner, directeur général de la Société Cockerill, se décida à demander à
(1) De l'emploi dêi gaz de hauts fourneaux comme moteurs» Communicatioa Cute par M. Greioeri directeur général de la Société Cockerill h VIron ani Steel Inslitute, en mai 1898.
M. Delamai e-Deboutteville les plans d^un moteur de 150 chevaux. Les dessins turent terminés dans les premiers mois de Tannée 1897, et l'exécution fut poussée activement : le 11 avril 1898, le moteur tournait et actionnait un compresseur d'air François. M. Greiner rend hommage dans son rapport à l'initiative et au talent de MM. Delamare-Deboutteville et Malandin, qui ont réussi à surmonter toutes les difficultés.
Les gaz, arrivant des conduites du haut fourneau, passent à travers trois paires de scrubbers à coke de 1°,500 de diamètre et 6 mètres de hauteur : le coke est lavé par un courant d'eau, lancé par des pulvérisateurs Kœrting. Le gaz est emmagasiné dans une cloche de 12 mètres de diamètre et 3 mètres de course, cubant 300 mètres : le gaz y est foulé par un ventilateur mû électriquement.
Le moteur Simplex a 800 ""/" de diamètre, 1 mètre de course et il tourne à la vitesse de 100 tours par minute ; le volant a 4 mètres de diamètre et il pèse 15 tonnes ; Tarbre est connecté directement avec celui du compresseur.
La marche de cette machine est parfaite et nous dirons plus loin les remarquables résultats obtenus. M. Greiner songe déjà à commander ses machines soufflantes et ses laminoirs par des moteurs de 500 chevaux.
A Hœrde, en Westphalie, on a aussi débuté par un petit moteur, puis on a construit deux moteurs von Œchelhaeuser de 300 chevaux, de 480 millimètres de diamètre, 0",800 de course, 135 tours, à double piston; la composition du gaz de haut ioumeau utilisé est à peu près celle qui ressort des calculs de M. Hubert.
CO» 8 à 9 9é
CO 81 à 88
Son pouvoir calorifique moyen est de 960 calories par mètre cube : le moteur en consomme près de 5.000 litres par cheval-heure au frein. On a dit (nous empruntons ce renseignement à M. Lencauchez) que Ton a été un peu déçu sur la puissance développée par les moteurs : les encrassements produits par les poussières entraînées, ont aussi donné quelques déboires au début, mais cette difficulté à été surmontée sans peine. Un nouveau moteur plus puissant a été mis
en route ces jours derniers et nous avons appris que les espérances des constructeurs n'ont pas été trompées. 11 faut reconnaître d'ailleurs que le type du moteur von Œchelhaeuser parait convenir spécialement à cette application.
Des moteurs à combustion conviendraient mieux encore.
En somme, l'utilisation des gaz de hauts fourneaux ouvre aux moteurs à gaz une nouvelle et très brillante voie, dans laquelle ils auront Toccasion de démontrer la supériorité de leur rendement thermique, dont personne ne pouvait plus douter, et leurs qualités dynamiques et cinématiques, dont la preuve n'avait pas sans doute été faite assez victorieusement pour échapper aux critiques de leurs détracteurs.
Gaz acétylène.
On a beaucoup parlé en ces dernières années du gaz acétylène; doué d'un grand pouvoir calorifique, ce gaz convient excellemment à réclairage, et il semble a priori qu'il doit pouvoir être appliqué avec non moins de succès à la production de la force motrice. Par malheur, l'acétylène a la réaction brutale et il faudra le dompter avant de l'utiliser dans le cyUndre d'un moteur ; d'autre part, c'est un endothermique, donc un explosif, d'une puissance considérable, dont le maniement n'est pas sans danger, l'expérience l'a prouvé. Mais ce sont là des difficultés qu'on surmonte et nous croyons que ce sera plus tôt qu'aucuns ne le pensent.
Nous devions par suite une mention particulière à ce gaz.
M. Berthelot avait depuis longtemps fait ressortir l'importance de l'acétylène, mais on ne savait produire ce gaz qu'en faible quantité et par des moyens très coûteux, de telle sorte que ce produit était resté une curiosité de laboratoire. Les travaux de M. Moissan, en France, et de M. Wilson, en Amérique et les recherches de M. Bullier, modifièrent, tout d'un coup, cet état de choses ; sur la fin de 1892, ces savants et habiles chimistes ayant découvert le moyen de réduire
l'oxyde de calcium par le charbon dans le four électrique et de produire en grand du carbure de calcium, la fabrication industrielle de l'acétylène devint possible, attendu qu'il suffit de mettre le carbure au contact de l'eau pour donner naissance au gaz. La réaction est la suivante :
Ca C^ X 8 HO = CaO,HO + C^H» (1)
D'après cette formule,' 1 kilogramme de carbure de calcium décompose 562 grammes d'eau et il se dégage 406 grammes d'acétylène, dont le volume à 0** et 760 millimètres de pression, à l'état sec, est de 340 litres.
Comme le carbure dû commerce n'est jamais absolument pur, le volume de gaz engendré n'atteint pas sa valeur théorique ; pour les carbures des meiUeures marques, on compte sur un rendement moyen de 300 litres au plus. L'acétylène formé est mêlé de gaz ammoniaque, d'hydrogène phosphore et sulfuré, d'oxyde de carbone, d'azote, etc., dans une proportion totale d'au plus 2 7o; un simple barbotage dans l'eau retient la majeure partie de ces impuretés.
M. Raoul Pictet emploie des épurateurs à trois chambres renfermant du chlorure de calcium refroidi, de l'acide sulfurique et une dissolution de sels de plomb. Ce procédé, qui exige des appareils spéciaux et une main-d'œuvre coûteuse, ne peut être employé que dans les cas où il faut un gaz très pur.
L'acétylène est un gaz incolore; à Tétat de pureté, il possède une odeur éthérée, assez agréable, qui est masquée généralement par une odeur alliacée déplaisante, due aux impuretés qui l'accompagnent : il brûle sans aucune odeur, mais à condition que la combustion soit complète.
Sa densité est égale à 0,91 ; son poids spécifique est par suite de 0,91x1,293 = 1,169. Un kilogramme de ce gaz représente donc environ 855 litres.
11 se liquéfie aisément par la pression et le froid ; à 0% il faut une pression de 27 kilogrammes environ; à —85% la tension du liquide formé est celle de l'atmosphère. M. Villard a indiqué sa température critique k-^SV; la tension est alors de 70 kilogrammes.
(1) Lw formalM atomiques, sont : CaC* + 2H*0 » GaO, H*0 + C«Ht.
A 0% la densité du liquide est de 0,451.
L'acétylène gazeux est peu soluble dans Teau (1 volume), plus soluble dans Talcool et l'acétone, tout à fait insoluble dans l'eau saturée de chlorure de sodium.
Brûlé dans un eudiomètre, Tacétylène donne deux fois son volume d'acide carbonique et de la vapeur d'eau; la réaction se formule ainsi :
Il forme des mélanges tonnants avec l'air ; un mélange de 1 volume d'air avec 1,35 d'acétylène commence à être explosif; la force explosive s'accroit avec la dilution et elle atteint son maximum quand il y a 12 volumes d'air pour 1 volume de gaz. Le mélange cesse au contraire d'exploser, quand il y a 30 volumes d'air.
D'après M. Le Chàtelier, la vitesse de propagation de la flamme de ce gaz est de 0",18 par seconde pour un mélange de 2,9 Vo d'air. Pour 87o9 la vitesse est de 5 mètres, et àl07o> elle est de 6 mètres, dépassant de beaucoup celle donnée par un mélange de 10 volumes de gaz de houille pour 100 d'air.
La température d'inflammation est voisine de 480""; elle est donc beaucoup plus basse que celle des autres gaz combustibles qui pour la plupart s'enflamment à 600°. On enflamme très facilement des mélanges explosifs d'acétylène enfermés dans des tubes de verre en chauffant quelques instants ces tubes sur une lampe à alcool; l'explosion se produit bien avant le ramollissement du verre.
La température de combustion est beaucoup plus élevée que celle des autres gaz; brûlé avec son volume d'oxygène, l'acétylène donnerait une température d'environ 4.000^, soit 1.000"^ de plus que la flamme du mélange oxhydrique.
L'acétylène présente donc une grande vitesse de propagation de la flamme, une température très basse d'inflammation, et une température réellement élevée de la combustion.
Il possède ainsi une énergie considérable dans ses explosions, en vertu même de la chaleur rendue disponible dans la réaction.
Son pouvoir calorifique est de 14.340 calories par mètre cube, à 0"" et 76 millimètres, et de 12.200 calories par kilogramme.
Ce gaz peut exploser sans avoir le contact de l'air, car il est endo-
thermique, c'est-à-dire formé avec absorption de chaleur. Toutefois, sous de faibles pressions, la décomposition provoquée en un point ne se propage pas; MM. Berthelot et Vieille ont démontré que ni rétincelle électrique, ni la présence d'un point en ignition, ni même une amorce au fulminate n'exercent d'action au delà du voisinage de la région soumise directement à réchauffement ou à la pression brusque, lorsque la pression du gaz n'est guère supérieure à celle de l'atmosphère.
11 en est tout autrement dès que la condensation du gaz s'accroît et, sous des pressions supérieures à deux atmosphères, Tacétylène n'a besoin d'aucun comburant pour présenter les propriétés des mélanges tonnants.
Si Ton excite une décomposition locale par im point en ignition ou par une étincelle, cette décomposition se propage dans toute la masse, intantanément et sans affaiblissement.
Cette explosibilité augmente et atteint son maximum avec l'acétylène liquide, dont les propriétés tonnantes sont comparables à celles du coton-poudre.
Dans une bombe d'acier de 47 centimètres cubes de capacité, chargée avec 18 grammes d'acétylène liquide, on a obtenu l'énorme pression de 5.564 kilogrammes lors de l'explosion ; il a suffi pour cela de faire rougir un fil de platine dans le récipient.
L'explosion ne semble pas devoir être produite par un choc, mais elle peut résulterd*une compression brusque; il fautdonc surveiller l'opération du chargement des réservoirs, ainsi que les phénomènes de compression adiabatique qui accompagnent quelquefois l'ouverture brusque d'un récipient sur un détendeur ou sur un réservoir de petite capacité. On a vu en effet que Touverture brusque d'un robinet d'acide carbonique, muni d'un détendeur, y déterminait une élévation de température susceptible de carboniser des copeaux de bois. Avec un récipient d'acétylène, il résulterait une explosion de cette ouverture brusque; le fait s'est produit et il y a eu mort d'hommes dans des circonstances dont les détails sont peu connus, les témoins ayant disparu, mais qui doivent être une leçon et qui inspireront une sage défiance des réservoirs chargés d'acétylène liquéfié.
L'acétylène comprimé est peut être moins dangereux, mais il faut aussi le traiter avec précaution. La Société Centrale des Produits
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chimiques à Paris, vend des récipients en acier, timbrés à 20 kilogrammes et chargés de 2S0 litres de gaz acétylène comprimé à 10 kilogrammes par centimètre carré, dont on commence à faire usage.
L'emmagasinement de l'acétylène a été facilité par la découverte de MM. Claude et Hess, qui ont réussi à en dissoudre 300 volumes dans un volume d'acétone, sous une pression de 12 kilos environ; à la température de 15° et sous )a pression ordinaire, ce liquide n'en dissout que 25 volumes. Dans ces conditions Tutilisation du gaz est simple ; en effet, il suffit d'ouvrir progressivement un robinet placé à la partie supérieure du récipient contenant la dissolution sous pression et communiquant avec les appareils à alimenter pour que le gaz se dégage jusqu'à concurrence des 26 litres correspondant à la pression atmosphérique. Le liquide épuiséde la sorte est alors renvoyé à l'usine de chargement. La dissolution à 12 kilogrammes présente un volume égal à une fois et demi celui du dissolvant.
11 est à remarquer que la solubilité de l'acétylène dans l'acétone diminue de moitié environ, quand la température passe de 15° à 50"*; il en résulte que la pression d'un récipient chargé de solution ne fait que doubler pour une élévation de température de 35°. L'acétylène liquéfié de M.Pictet passe au contraire de 24 à 70 kilogrammes de pression, lorsque la température monte de 18°. L'avantage de l'emploi de la solution ressort de ce chiffre; au lieu d'employer de véritables obus à parois épaisses et résistantes, on peut utiliser au contraire des vases métalliques à parois minces, peu dangereux en cas de rupture, fort légers, permettant par suite d'emmagasiner beaucoup plus de gaz par unité de poids. Ajoutons que la faible dilatation de la solution permet de rempUr les tubes beaucoup plus complètement.
La solution, quoi qu'encore endothermique, ne parait pas explosible sous l'action de la chaleur, quand sa tension n'est pas grande ; MM. Claude et Hess y ont maintenu indéfiniment un fil de platine rougi par le passage d'un courant, sans qu'une détonation se soit produite.
Ces expériences ont été reprises par MM. Berthelot et Vieille (2),
(1) L'acétone, qui se prodait eo grand dans la fabrication de l'aniline, est on liquide incolore, d'une odeur élbérée, de densité 0,81, bouillant à 56*, brûlant arec une flamme bleue : U est soluble dans l'eau et l'alcool.
(2) CompteB rendiiit de l'Académie des Sciences, 10 mai 1897.
et ces savants ont démontré que la dissolution dans Tacétone diminuait réellement les risques encourus par ceux qui emploient Tacétylène. Voici le résumé de leurs conclusions. L'acétone étant saturé sous une pression de 8 kilogrammes (1.170 grammes d'acétylène dans 7 litres d'acétone), un fil de platine rougi ne peut développer aucune explosion, qu'il soit placé dans la dissolution même ou dans l'atmosphère gazeuse qui la surmonte. Par contre, sous des tensions supérieures à 20 kilogrammes, il se développe des pressions explosives qui peuvent atteindre 5.000 kilogrammes et auxquelles aucun récipient industriel ne saurait résister. 11 importe donc de ne pas dépasser les 8 kilogrammes de tension dont Tinnocuité a été démontrée par MM. Berthelot et Vieille, et il faut éviter toute élévation de température capable de développer une tension supérieure. Sous cette prudente réserve, la dissolution dans l'acétone donne d'excellents résultats, attendu que ce procédé si simple permet d'emmagasiner cinquante fois plus d'acétylène dans un récipient, sans s'exposer à aucun accident.
La solution peut être utilisée aussi bien quand elle imprègne un corps poreux, tel que l'amiante, la pierre ponce, etc. ; il en résulte des facilités remarquables d'emploi.
Ces résultats feront oublier les essais d'atténuation qui ont été tentés l'année dernière pour éviter les explosions, dont on paraissait menacé par l'emploi du gaz acétylène pur : les additions de gaz inertes (acide carbonique ou azote) étaient assurément efficaces, mais elles augmentaient considérablement le volume du gaz combustible sans ôter tout danger et elles donnaient lieu à une manutention laborieuse, que la dissolution dans l'acétone évite absolument.
L'application du gaz acétylène à la production de la force motrice est évidemment subordonnée à la solution des problèmes que nous venons d'étudier, car il faut avant tout que Temmagasinement et l'approvisionnement du produit soit sans danger.
Peu de travaux ont été faits jusqu'ici sur l'emploi de l'acétylène dans les moteurs : la question est évidemment à l'ordre du jour de bien des chercheurs, mais nous sommes encore dans la période de méditation, et il faudra attendre quelque temps pour recueillir les fruits de cette laborieuse incubation.
Le D' Franck, de Charlottenbourg, a publié, dans le Journal fur
Gasbeleuchtung^ un article sur la puissance motrice de Tacétylènequi a bien fait ressortir les grands avantages que pourrait procurer remploi de ce gaz : il a établi une comparaison entre les machines à vapeur, utilisant l'énergie potentielle de la houille, et les moteurs à gaz alimentés d'acétylène, obtenu par le carbure de calcium.
En se plaçant dans les meilleures conditions de marche et de fonctionnement, on estime qu'une machine à vapeur de 1.000 chevaux consommerait en 2Sjours(pour développer 600.000 chevaux-heure), à raison de 700 grammes par cheval-heure, 420 tonnes de houille occupant un espace d'au moins 420 mètres cubes; en admettant d'autre part que le carbure du commerce produise 90 % du gaz théoriquement calculé, on serait autorisé à croire qu'il faudrait 180 grammes d'acétylène par cheval-heure, soit en tout 296 tonnes de carbure, occupant un volume d'environ 130 mètres cubes ; en tenant compte de ce que le carbure devrait être renfermé dans des boites en métal bien closes, on arriverait donc à évaluer l'encombrement à 150 mètres cubes. Si, bravant toute inquiétude, l'on entrait dans les idées de M. Pictet, on emmagasinerait l'acétylène à l'état liquide dans des tubes en acier; les 180 grammes par unité donneraient 108 tonnes pour 600.000 chevauxheure; à la température moyenne de la coque d'un navire transatlantique, que M. Franck prend égale à 36^, la densité de l'acétylène liquide serait de 0,364, et le volume du liquide atteindrait 280 mètres cubes, tubes non compris. Ces résultats sont curieux, mais ils ne séduiront pour le moment aucun capitaine au long cours (1).
M. Cuinat s'est aussi proposé de dompter l'acétylène et d'utiliser son énergie dans des moteurs ; ses essais ont porté sur une machine de 6 chevaux, dans laquelle on avait le moyen de doseràjvolonté les proportions de combustible et de comburant et qui détendait fortement les gaz brûlés après l'explosion. Un dispositif particulier permettait de marcher tour à tour au gaz de ville ou au gaz acétylène, afin de mieux comparer les résultats obtenus et de faire une analyse plus fructueuse des phénomènes observés. Ces intéressantes expér riences ont été faites à Compiègne, par M. Cuinat, avec l'assistance de M. Thomas.
(1) Voir Journal du Gaz et de VÉleetrieité, 15 mai 1896.
On commença par une série d'essais au gaz de ville; on releva les consommations ci-dessous :
Marche à vide, consommation totale .... 1380 litres A demi-chaige (3 chev.), consommation par che-
val-henre effectif 876
A pleine charge (6 chev.)» consommation par
cheval-henre effectif 516
Le moteur soumis à cette épreuve peut donc être considéré comme un moteur économique. On comprimait à 6^2; la pression explosive atteignait 17^,2.
On procéda ensuite aux essais avec racétylène, en ayant soin de réduire au minimum la levée de la soupape d'introduction du gaz ; mais l'appréhension qu'on avait des explosions brisantes que donne Tacétylène amena les expérimentateurs à réduire outre mesure la richesse du mélange, qui se trouva ne plus être explosif. Il fallut donc admettre plus de gaz. Les explosions furent d'abord irrégulières; à des explosions brutales, qui faisaient vibrer toute la masse du moteur, succédaient des ratés, qui amenaient un ralentissement de la marche; mais c'était une question de réglage. On obtint enfin une marche sans à-coup en formant un mélange de 1 gaz acétylène pour 20 d'air.
Les consommations furent les suivantes :
Maiche à vide, consommation totale 470 litres
A demi-^chargcy consom. par cheval-heure effectif . 302 A pleine charge — — — 175
La consommation d'acétylène parait donc être trois fois moindre que celle du gaz de ville.
La compression fut de 8 kilogrammes environ» alors qu'elle n'était que de 6,2 avec le gaz de houille; ilfaudrait une étude complète du fonctionnement du moteur pour expliquer cette anomalie, que M. Cuinat attribue, nous ne savons pourquoi, a la plus haute température des parois. La pression explosive atteignit 29 kilogrammes, et pourtant, la pression finale à la fin de la détente était moindre dans la marche à Tacétylène que dans la marche au gaz : ce fait est encore paradoxal et devra être l'objet de nouvelles expériences.
Il fut impossible de dépasser la puissance de 6 chevaux obtenue par le gaz; à cet égard, il n'y a donc aucun avantage à employer l'acétylène.
Le rendement thermique augmenta sans doute un peu, car S16 litres de gaz de ville à S.S50 calories par mètre cube donnent plus de calories que 178 litres d'acétylène à 14.340 calories; dans le premier cas on a 2.709 calories, contre 2.510 dans le second. Toutefois ce calcul peut être contesté, car M. Cuinat a négligé de déterminer le pouvoir calorifique du gaz de ville employé.
Mais comme, avec du carbure même à 400 francs, le mètre cube d'acétylène coûte au moins 4fr.,40 on voit que remploi de l'acétylène revient à consommer du gaz à 47 centimes ; son usage est donc loin d'être économique dans les moteurs.
Les expériences Cuinat ont établi du moins que Ton peut se servir d'acétylène et cette démonstration est pleine d'intérêt : elle n'avait pas été faite antérieurement.
M. Ravel, qu'on trouve toujours à l'avant-garde des expérimentateurs, a aussi étudié cette question dès le mois de juin 1896; j'ai réservé son travail pour conclure cet exposé, alors même qu'il soit possible que les travaux de M. Ravel soient antérieurs à ceux dont je viens de parler.
M. Ravel s'est servi d'un générateur Fournier, dans lequel l'eau atteint le carbure par le bas ; le dégagement de gaz y fait monter la cloche d'un gazomètre, et ce mouvement arrête l'afflux d'eau aussitôt que la cloche a atteint une certaine hauteur. La pression du gaz était de 165 millimètres d'eau à la sortie du gazomètre; le moteur employé était du type Ravel, construction Houpied, à deux temps, avec allumage électrique. Les essais ont porté alternativement sur l'acétylène, le gaz de ville ordinaire et l'air carburé par de l'essence de pétrole ; la comparaison des eifets obtenus se faisait ainsi avec une grande facilité et l'on éliminait toutes les causes d'erreur, qui auraient pu fausser le jugement de l'expérimentateur.
M. Ravel avoue qu'il a été d'abord très frappé des détonations violentes produites dans son moteur ; on le serait à moins ! 11 commença, comme la prudence le conseillait, par vérifier les joints, par serrer les écrous et les boulons et par s'assurer que tout était en bon ordre. Au premier diagramme relevé, le levier de l'indicateur
fut brisé par la violence du choc. Les ingénieurs qui ont fait des essais avec l'acétylène trouveront dans le récit vivant et imagé de M. Bavel, l'histoire de leurs tentatives et de leurs émotions.
Il constata que le graissage habituel du cylindre, tel qu'on le pratique quand on emploie le gaz de ville, doit au moins être doublé avec Tacétylène. D'autre part, le degré du reiroidissement du cylindre influe beaucoup plus sur le travail qu'avec l'emploi du gaz de houille et autres. Ce sont des indications précieuses, dont on devra tenir compte dans les essais postérieurs.
Afin d'obtenir des résultats mieux comparables, l'expérimentateur a adopté pour base de ses calculs le nombre de kilogrammètres indiqués produit par un litre d'acétylène consommé par heure.
Nous donnons maintenant la parole à M. Ravel et reproduisons le texte même de son rapport communiqué au Congrès technique du gaz.
Tableau des essais faits avec Vaeétylène.
