CHAPITRE V iwsKnea ùts wtamatktm oaoABa ms MACHmiiâ

A VAPBUR

§ l.-~ AHîiOM i|Qî dim&eoit k la maddiie à yapetnr la proptîété de marcher d'elle-même et sans le secofors d'aucun ouvrier.

Les premières madanes de Newcomen exigeaient la présence constante d'une personne qui ouvrit ou fermât à propos alternativement divers robinets , tantôt pour introduire la vapeur aqueuse dans le corps de pompe , tantôt pour y amener Teau destinée à la condenser. La tradition attribue à un enfant, nommé Hurophry Potter, la première invention du mécanisme à Taide duquel la machine eUe-méme tourne les robinets à Tinstant convenable. On raconte que Potter, contrané un jour de ne pouvoir pas aller jouer avec ses camarades, imagina d'attacher les extrémités de quelques ficelles aux manivelles des deux robinets qu'il devait ouvrir et fermer ; les antres extrémités ayant été liées au balancier, les tractions que celui-ci occasionnait en montant ou en descendant, remplaçaient les efforts de ia main. L'ingénieur Beighton perfectionna beaucoup cette première idée , en fixant verticalement au balancier une tringle de bois , nommée

en anglais plug-frame. Cette tringle était année de différentes chevilles qui venaient presser, aux moments convenables déterminés par les excursions du balancier, les tiges des différentes soupapes. Le mécanisme de Beighton fut adopté par Watt avec quelques modifications avantageuses. Maintenant, la distribution de la vapeur dans les diverses parties du corps de pompe, s'opère par un moyen plus simple et qui a permis de renoncer entièrement au plug-frame^ du moins dans les machines dont la force n'est pas excessive et qui sont destinées à faire tourner un axe. Ce moyen, dont je n'essaierai pas de donner ici une description qui, sans figures, serait peut-être inintelligible, s'appelle un tiroir ou g lissoir. Une roue excentrique attachée à l'arbre que la machine doit faire tourner, imprime aux tiroirs deux mouvements opposés pendant chacune de ses révolutions ; ces deux mouvements suffisent pour amener successivement la vapeur de la chaudière au-dessus et au-dessous du piston , et pour fournir à celle qui a déjà agi, un écoulement convenable vers le condenseur.

Le mécanisme du tiroir et de son excentrique a été imaginé par M. Murray, de Leeds, en 1801.

Dans les machines à forte pression et à double effet , la vapeur se rend successivement dans le haut et dans le bas du corps de pompe, et lorsqu'elle a produit son effet, elle s'écoule dans l'atmosphère. Tout cela n'exige qu'un quart de tour d'un seul et même robinet , désigné par le nom de robinet à quatre voies ou à quatre fins. Cet appa* reil, extrêmement ingénieux, est également employé de nos jours dans toutes les grandes machines à colonne

d'eau exécutées en Allemagne. C'est à Papin qu'on en doit rinv^ition : on le voit dans la machine à haute pression de ce mécanicien dont Leupold nous a conservé la figure, et dans celle que Leupold lui-même a proposée plus tard» c'est-à-dire en 172â,

§ 2. — Maniyelles et volants.

ML Keane Fitzgerald publia dans les Transactions phi-^ losophiques, en 1758, p, 727 et suiv., la description d'un procédé propre à transformer le mouvement rectiligne de va-et-vient qu'éprouve le piston d'une machine à feu, en un mouvement de rotation continu. 11 se servait pour cela d'un système assez compliqué de roues dentées, parmi lesquelles plusieurs devaient être à rochet. Jusquelà, la méthode de cet ingénieur rentre dans celle de Papin; mais il avait imaginé, de plus, de joindre à son mécanisme un volant : c'est un moyen précieux de régulariser le mouvement des machines à feu qui, de nos jours , est généralement employé , et dont il est juste de faire honneur à M. Keane Fitzgerald.

Tant que le mouvement oscillatoire du balancier d'une machine à feu ne se transmettait à un axe de rotation que par l'intermédiaire de roues dentées , on était exposé à des ruptures, très - fâcheuses en elles-mêmes et plus encore à cause des interruptions de travail qu'elles occasionnaient. En 1778, M. Washbrough, de Bristol, proposa d'opérer cette communication à l'aide d'une manivelle coudée faisant corps avec l'axe tournant : c'était i comme on voit , se servir du moyen qui se trouve dans

tous les roaets des fîleuses, dans toutes les roues des rémouleurs. Néanmoins use patente avait été prise , un privilège avait été concàié , et on artifiœ que tout le monde aurait pu employer quand le moteur était le pied d'un homme ou un courant d'eau, se trouvait interdit à Tingénieur dont la machine marchait à Taide de la vapeur. Âfm de se soustraire à la redevance qu'il aurait dû payer à M. Washbrough pour chacune de ses machines, Watt se servit, jusqu'à l'expiration du brevet dont ce dernier était en possession , d*une ccxnmulûcation de mooveromt un peu différente; chez lui tout s'opérait à l'aide d'une roue dentée liée à Taxe tournant, qu'il appelait la roue solaire, parce que son centre demeurait fixe, et d'une autre roue également dentée, attachée à l'extrémité de la ïÂeUe du balancier, et que par oi^MMâtion il nommait la roue planétaire. Il serait inutile de décrire ce mécanisme plus particulièrement, puisque Watt lui -même revint à la manivelle simple dès qu'il le put*

9 a. — Moyenfi de diriger Tertieatement la tige du piston

et de la lier au balancier.

Dans la machine à simple effet de Newcomen ou de Watt , le balancier se terminait par un arc de cercle , et une chatne flexible, attachée à Fextrémité de cet arc la plus éloignée du piston , était le seul moyen de communication de ces deux parties de Tappareil. Quand le piston descendait par la pression de l'atmosphère, il tirait le t>alancier; quand le piston remontait par faction d^un contre- poids placé à l'extrémité opposée, c'était le balancier qui tirait le piston» Or, une chatne, située entre deux

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points» qndque flexible qu'elle soit, est toujours un excellent moyen d'opârer une traction.; son emploi , dans la machine à simple effet, ne pouvait donc donner lieu à aucune difiKculté.

Il n'en est pas ainsi de la machine à double effet. Dans son excursion descendante , le piston tire bien le balancier ; mais dans le inouvemeoi suivant, ou quand le balancier remonte» il doit être poussé de bas en haut : or, une chaîne fleiiUe ne peut jamais sm^vir à pousser. L'ancien mécanisme exigeait donc m une modification.

La première qu'on ait employée consistait à denter la pcMtion de la tige du piston qui reste toujours en deiiors du corps de pompe, à en foro^r une véritable crémaiUère et à la faire engrener dans un arc circulaire également denté, fixé à l'extrémité du balancier. C'était ce que Papiu avait pr(q>osé en 1605.

Plus tard, Watt imagina une méthode de beaucoup {véfârable, et qui maintenant est généralement adoptée partout où l'eqpace ne manque pas ; c'est celle qu'on appelle méthode du parallélogramme ou du mouvement parallèle. Il me serait bien difficile d'en donner sans figures une description complète. Je me contenterai de dire qu'un parallélogramme aux quatre angles duquel se trouvent quatre tourillons , et qui , conséquemment , peut prendre toutes sortes de formes sans cesser d'être parallélogramme , est fixé par ses deux angles supérieurs au balancier de la machine ; que la tige du piston est attaefaée à l'un des angles inférieurs, et que le quatrième angle est lié à une verge rigide, inextensible, et mobile aatoor d'un cenitt. fixe. Quelle que puisse être la position

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de ce centre, il suffit que le levier qui en part ait une longueur invariable, pour que le parallélogramme se déforme inévitablement durant les oscillations du balancier, pour qu'il soit tantôt rectangle et tantôt obliquangle. Mais, quand le centre auquel le levier aboutit est convenablement choisi (c'est en cela que la découverte de Watt consiste ) , Tangle du parallélogramme mobile et de forme variable auquel la tige du piston est attachée , ne quitte pas sensiblement la verticale pendant les oscillations du balancier. La tige du piston se trouve ainsi parfaitement dirigée , et sa communication avec le balancier ayant lieu par l'intermédiaire d'un système rigide, elle peut tout aussi bien tirer le balancier de haut en bas durant le mouvement descendant du piston, que le pousser de bas en haut quand le piston remonte.

Le parallélogramme articulé excite au plus haut degré Tatlention des personnes qui voient pour la première fois marcher une machine à vapeur. Aux yeux du mécanicien exercé, il se présente comme un appareil d'une exécution facile, entièrement exempt de secousses, et susceptible d'une durée indéfinie. C'est incontestablement une des plus ingénieuses inventions de Watt. La patente dans laquelle elle se trouve décrite est du mois d'avril 178Ô.

§ 4. — Régulateur à force centrifuge,

Le tuyau qui, dans les machines de Watt, amène la vapeur de la chaudière dans le corps de pompe, renfermé une plaque mince ou soupape semblable aux plaques qu'on adapte aux tuyaux de nos poêles. Dans une certaine

position, Id plaque laisse Touverture du tuyau presque entièrement libre; dans une autre, le tuyau est tout à fait fermé; pour les positions intermédiaires, Touverture a des dimensions plus ou moins grandes suivant qu^on s'approche davantage des deux limites dont je viens de parler. Les mouvements de la plaque peuvent s'opérer à Faide d'un axe qui se prolonge jusqu'à l'extérieur du tuyau*

Si la soupape est entièrement ouverte, la vapeur remplit le corps de pompe très-rapidement ; si elle est presque fermée , il faut , au contraire , un temps assez long pour opérer l'écoulement de la même quantité de vapeur. Or, le nombre de secondes que les oscillations du piston exigent dépend évidemment de la rapidité avec laquelle la vapeur va le presser sur l'une ou l'autre de ses faces. La soupape tournante du tuyau donne donc, jusqu'à un certain point, le moyen de régulariser cette vitesse. Si l'axe qui la porte est terminé par un coude de manière à fonner à l'exté* rieur une manivelle, il suffira de la faire tourner dans un sens ou dans le sens contraire pour accélérer ou retarder les oscillations du piston. Il faudra , par exemple , que la manivelle monte si le piston va trop vite et qu'on veuille le retarder; qu'elle descende , au contraire, quand il va trop lentement. En adaptant à la machine une pièce qui doive nécessairement monter quand son mouvement s'accélère, et nécessairement descendre dès qu'il se ralentit, le problème se trouvera résolu , car il suffira de lier cette pièce d'une manière quelconque à la manivelle de la soupape. Tel est l'objet du mécanisme que Walt appelait le gouverneur {gov€rnor)j et qu'on nomme plus généralement

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aujourd'hui régulateur à force centrifuge. Cet appareil est formé d'un axe vertical que la machine fait tourner plus ou moins rapidement ^ suivant qu'elle marche ellemême plus ou moins vite. Sur l'extrémité sopérirare de cet axe se trouve implanté un tourillon horizontal auquel deux tringles métalliques sont suspendues par des collets un peu titanes, de manière qu'elles puissent s'écarter plus ou moins de la verticale. Chaque tringle porte dans le bas une grosse boute métallique. Quand Taxe vertical est mis en mouvement par la machine , les boule» qui tournent avec lui s'en écartent jmqu'à une certaine limite, par Teffet de leur force centrifuge. Si te mouvement s'accélère, l'écartement devient plus fort ; it diminue dès que le mouvement 'se ralentit. Les boules montent donc dans le premier cas , et eUes descendent dans le second. Ces oscillations ascendantes et descendantes se commoniquent par des leviers à la manivelle de la soupape tournante du tuyau qui fournit la vapeur, et tout diangement trop considérable dans la vitesse de* la machine se trouve ainâ prévenu»

Cet appareil, composé de tringles mobiles portant des boules, ce pendule* conique (c'est le nom qu'on lui donnait autrefois) avait été employé fort anciennement comme régulateur dans les moulins à farine.. On s'en, était également servi pour régler l'ouverture de la vanne que traverse le liquide destiné à mettre une roue à augets. en mouvement Cette dernière application était exactement semblable , pour le but et pour les moyens, à celle que Watt en a faite à la machine à vapeur dans l'année

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§ 5. — Soupape de sàreté.

Le fea placé sous les chaudières des grandes machines n'est jamais réglé avec assez d'uniformité pour qu'on puisse éviter de donner, de temps en temps, à la vapeur dont ces chaudières sont à moitié remplies , une force âastique supérieure à celle que la résistance de leurs parois surmonterait. Prévenir cet inconvénient et les dangereuses explosions qui en seraient la suite , tel est le but du petit appareil qu'on nomme avec raison une soupape de sûreté.

La soupape de sûreté a été inventée par Papin. Elle forme une partie essentielle de son digesteur, et l'on en trouve la description aux pages 6, 7, 8, 9 et 10 d'un petit ouvrage imprimé à Paris en 1682 sous le titre de La Manière d'amollir les os^ etc., etc. ^. Le mécanisme de Papin est précisément celui des soupapes de sûreté le

1. On trouve dans VBiMiokre de la machine à feu à» Robls9B, édition commentée i>ar VITatt, p. /ii8, le paragraphe que voici : a Le docteur Papin, Français, inventa vers ce temps-là (vers 1699), un laojeo de dissoudre les es dans Teau et autres matières amrmales soUdes, en les renfermant dans des vases parfaitement dos qu'il appelait digesteurs. Ces matières acquéraient ainsi un grand degré de cfaalear. Je dois ol)senrer ici que Hooke, le plus subtil expérimentatear d*un siècle à fécond en recherches ingénieuses, avait trouvé longtemps auparavuit, c^est4t-dire en 168Â, que Teau ne peut acquérir au delà d'une certaine température quand on la chauffe en plein afr, et qu^aussitôt qu^elle commence à bouillir, elle marque toqjours le même degré. » Pour que ce passage fût exact, il faiir drait que La Manière (T amollir les os n'eût pas été publiée en 1682 ; mais comme 1682 est bien la véritable date de Touvrage de Papin , fl faudra traoalormer le longtemps auparavant du docteur Robiaon, en quelque temps après. Les arguments empruntés à Tarithmétique sont irrésistibles.

plus généralement en usage aujourd'hui. Son principe d'ailleurs est très-simple.

On veut éviter qu'une chaudière éprouve jamais intérieurement des pressions trop fortes. Pour cela faire , on découpe circulairement une très-petite partie de sa paroi, et Ton couvre le trou qui en résulte avec une plaque bien dressée et mobile de dedans en dehors : c'est comme si la portion correspondante de la chaudière était devenue mobile elle-même. Supposons que le trou ait, par exemple, un centimètre carré de surface. Papin calcule alors ce qu'un centimètre carré de la chaudière éprouvera de pression quand l'élasticité de la vapeur y aura atteint la limite convenue ; on trouve ainsi de quel poids le bouchon doit être chargé, pour qu'il ne soit pas soulevé dans toutes les pressions inférieures à cette limite, et pour qu'il se soulève, au contraire, et donne un libre passage à la vapeur, dès que la limite en question est dépassée. Ce moyen présenterait quelques inconvénients si la soupape ayant une grande ouverture, la pression devait être un peu forte : les poids dont il faudrait alors la charger seraient très -considérables et d'un ajustement difficile ; aussi Papin préféra -t- il agir sur la plaque mobile par l'intermédiaire d'un levier. Un poids médiocre suffit alors pour contre -balancer les plus fortes pressions. Ce poids, suspendu successivement sur des entailles pratiquées le long du levier, à diverses distances du centre de rotation, comme le poids d'une romaine , procure des pressions variables et graduées parmi lesquelles le mécanicien adopte journellement celle qui convient le mieux au genre de travail qu'il veut exécuter.

Je suis entré dans tous ces détails concernant la sou* pape de sûreté de Papin , parce que ce petit appareil est (Tune extrême importance ; parce qu'il prévient en trèsgrande partie les accidents désastreux auxquels les explosions des chaudières donnaient inévitablement lieu avant son adoption ; porce qu'enfin j'ai trouvé ainsi une nouvelle occasion de rendre à notre compatriote une justice qu'on lui a trop longtemps refusée *.

A l'époque où des explosions de marmites autoclaves montrèrent qu'une soupape de sûreté ordinaire ne peut pas être confiée sans danger à des mains inexpérimentées, on songea à munir ces ustensiles d'une pièce qui dût agir inévitablement d'elle-même dès que la température serait devenue trop élevée. On fit choix pour cela de l'alliage connu des chimistes sous le nom de métal fusible, et qui est composé de bismuth , d'étain et de plomb. Une portion de cet alliage ajustée sur un trou fait à la marmite , se fondait et laissait le trou libre dès que la vapeur acquérait une élasticité, ou, ce qui est la même chose, une température trop forte. Depuis , ces plaques fusibles sont appliquées en France à toutes les chaudières des machines à haute pression : l'autorité en a imposé l'obligation. Le degré de fusibilité de la plaque, variable avec la propor-

i. PartingtOD affirme, dans son intéressant ouvrage» que les premières machines de Savery avaient déjà une soupape de sûreté; mais c^est une erreur : la figure insérée dans le tome XXI des Transactions philosophiques n'en offre aucune trace. Au demeurant, cela serait vrai , que Papin n'en resterait pas moins le véritable inventeur, puisque sa description imprimée est de 1682, que la patente de Sarery ne remonte qu'à 1698 et que le premier essai de sa machine devant la Société royale est de 1699. (rrans.y tome XXI, p. 288.)

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tion des divers métdax qui entrent dans sa formation, est toujours réglé d'avance par l'élasticité sous laquelle le constructeur annonce que sa machine marchera.