CHAPITRE XII

HÉCESSITi DBS SOUPAPES DE SBBETi; SOCPAPES DE PAPIN; LECBS DÉFADTS; ACCIDENTS QU'ELLES PEUVEKT PRÉVEKIR

Flurence RivauH, SaJoinon de Caus, le marquis de Worcester, avaient déjà remarqué en 1605, en 1615 et en 1663, ainsi qu'on a pu le voir dans ma NoUce historique sur l'invention de la machine à vapeur (p. 106), qu'un vase contenant de l'eau, quelque fortes que fussent ses

parois» se brisait indubitablement en éclats quand on le laissait un temps sufiKsant sur un feu bien vif» à moins qu'une certaine ouverture ne donnât passage à la vapeur à mesure qu'elle était engendrée. La malheureuse expérience de M. Steel » à Lyon , a du reste trop bien montré la vérité de cette opinion (voir p. 12â).

La température qui amène ainsi la rupture d'un vase d^pead de la forme et des dimensions qu'on lui a données» de la ténacité et de l'épaisseur de ses parois. Si dans chaque circonstance on était certain de ne pas dépasser un degré de chaleur fixé d'avance, toute autre précaution deviendrait inutile ; mais dès qu'on a vu une seule fois comment se charge un grand fourneau ordinaire, dès qu'on a remarqué à quel point la combustion dépend» je ne dis pas seulement de la nature du charbon» mais encore de son morcellement, de sa répartition plus ou moins uniforme sur la grille» voire même des circon* stances atmo^faériques , on renonce bien vite à l'idée de pinser dans le foyer des moyens de sécurité contre les explosions.

Nous devons donc partir de la supposition qu'une chaudière complètement fermée, dont l'épaisseur ne serait pas énorme ( et il y aurait des inconvénients de plus d'un genre à dépasser, sous ce rapport , certaines limites) » renfermera de temps à autre une vapeur d'une élasticité supérieure à celle que la résistance de ses parois pourrait vaincre. Éviter que cela n'arrive est cependant le seul moyen d'empêcher les explosions.

La soupape imaginée par Papm , semble couper court à toute difficulté.

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Cette soupape, je l'ai déjà expliqué (p. 75), se compose d'un trou de 1 centimètre carré, par exemple, pratiqué à la paroi supérieure de la chaudière, et sur lequel on a déposé une plaque métallique chargée d'un certain poids. N'est-il pas évident que le trou restera fermé tant qu'intérieurement la pression de la vapeur sur 1 centimètre carré, sera inférieure au poids de la soupape augmenté de celui de l'atmosphère, et qu'aussitôt qu'elle deviendra plus forte, la plaque devra se soulever et donner un libre passage à la vapeur ?

Cherchons maintenant comment il peut arriver qu^un moyen si rationnel, si simple, d'une exécution si facile, ne soit pas infaillible.

La plaque de la soupape se soulève au moment où le poids dont elle est chargée devient inférieur à la pression de la vapeur ; mais pour empêcher toute augmentation de tension dans la chaudière, cela ne suflBt pas : il faut en outre que la fuite par la soupape égale au moins l'excès de production. La perte de vapeur dépend du diamètre de l'ouverture ; or, celle qui ordinairement satisfait à tous les besoins peut être beaucoup trop petite lorsque des circonstances rares amènent la transformation presque subite d'une grande quantité d'eau en vapeur. Dans ce cas, la soupape diminue le mal , mais elle ne le prévient pas ; elle est, qu'on me passe la comparaison , comme le lit de ce torrent qui suffit à l'écoulement des eaux dans les temps ordinaires, tandis qu'à la suite d'un orage, ses rives se trouvent beaucoup trop resserrées. Si des difficultés d'ajustement et l'énormité des poids dont il faudrait alors faire usage, ne forçaient pas de se renfermer dans certaines

limites^ il y aurait donc tout avantage à employer des soupapes à trèa-larges ouvertures. Sans pousser les choses àrextréme» on pourrait, je crois, admettre qu'on s'en est tenu jusqu'ici à de trop petites dimensions. La justesse de cette assertion ne sera pas contestée par ceux-là surtout qui voudront bien se rappeler les curieux phénomènes récemment découverts dans Técoulement des fluides par dé petites ouvertures. On a trouvé, en elfet, en présentant perpendiculairement une plaque libre, très-légère, à un courant de vapeur sortant par un petit trou pratiqué dans la paroi d'une chaudière à très -haute pression, qu'elle n*est pas toujours repoussée. Parvenue à une faible distance de ce trou , la plaque se trouve sollicitée à la fois par la vapeur, qui tend à l'éloigner, et par la pression atmosphérique dont l'action s'exerce en sens contraire : or, ces deux forces se faisant équilibre, la plaque est comme suspendue en l'air, dans une complète immobilité. Je ne puis pas examiner ici comment il arrive que la vapeur perde, dans l'acte de son écoulement, une si énorme partie de sa force que la seule pression atmosphérique suffise pour contre-balancer ce qui en reste ; je me contente de dire, comme un fait, que la plaque libre s'écarte très-peu du trou ; que la même chose arrivera à la plaque de la soupape, et qu'ainsi au moment où elle se soulèvera, il sortira beaucoup moins de vapeur qu'on ne l'avait espéré quand on comptait sur un jet d'une largeur égale à celle de l'ouverture que cette plaque recouvrait.

M. Clément, qui a étudié ces phénomènes avec un ^"^in tout particulier, y a vu la condamnation en dernier

ressort dôs soupapes à plaque mobile. L'arrêt peut parattre trop absolu ; mais toujours est-il que le soulèvement partiel de la plaque est une difficulté de plus offerte aux méditations des constructeurs, et qu'il peut entrer pour une petite part dans les causes d'explosion, quand Ja soupape est mal construite.

Passons à des difficultés d'une autre espèce.

En France, d'après la législation en vigueur, toute chaudière en fonte , avant d'être estampillée, doit avoir supporté une pression intérieure cinq fois plus forte que celle qu'elle subira quand elle sera en action ; cette pression d'épreuve est réduite du quintuple au triple pour les chaudières en cuivre et en fer laminé ou battu. Ces limites semblent bien larges et excitent même souvait les réclamations des constructeurs ; nous allons voir cependant qu'elles sont loin d'offrir une garantie complète.

Tout le monde sait comment les épreuves se font; il me suffira de rappeler ici qu'on opère à la température ordinaire. Or, à cette température, les métaux ont plus de ténacité qu'à chaud. Quand on approche du terme de l'incandescence, la diminution est énorme. Des expériences de M. Trémery ont prouvé, par exemple, que la ténacité du fer forgé chauffé jusqu'au rouge sombre, n'est que la sixième partie de celle du fer froid. Si donc , par malheur, une certaine portion de la chaudière passait .au rouge, on se trouverait très-près des limites de rupture, sans que la soupape s'ouvrît, efquoique, d'après les expériences faites à froid , on eût le droit de s'en croire trèséloigné.

Mais pourquoi , dira-t-on, ne pas faire une expérience

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cûDiplétonent décisive? pourquoi ne pas placer la chaudière dans les conditions sous lesquelles elle doit travailler? pourquoi , en un mot , ne pas substituer la vapeur à Teau dans la production des pressions d'épreuve ? On répondra d'abord qu'à Taide d'une pompe rexpérience peut se faire en tout lieu, dans Tatelier même de Fouvrier, avec très* peu d'appareil et de dépense; que l'épreuve à la vapeur, au contraire, exigerait pour chaque chaudière la construction d'un fourneau , un assez grand local , et que l'industrie est paralysée partout où on l'entoure de semblables entraves. Ajoutons que les spectateurs de l'épreuve à la pompe ne courent presque aucun danger,, lors même que la chaudière éclate , mais qu'il n'en serait pas de même si, au lieu d'eau, elle renfermait de la vapeur. Les précautions qu'il faudrait prendre, dans ce dernier cas, pour garantir les expérimentateurs, ajouteraient beaucoup aux difficultés de ces essais préparatoires et à la dépense qu'ils entraînent Ainsi , suivant toute apparence , les épreuves à l'eau, malgré les défauts que j'ai déjà signalés, malgré ceux dont il me reste à parler, continueront à prévaloir.

Lorsqu'on agit sur les parois d'une chaudière avec une pompe foulante , la pression intérieure s'accroît progrèsàv^nent et par des degrés presque insensibles. On n'ap<prend donc rien , en opérant ainsi , sur les efforts que surmonteraient ces parois dans le cas d'un changement considérable et brusque ; or, de tels changements peuvent avoir lieu quand la chaudière est en action.

Faut- il, enfin, remarquer que l'épreuve faite daiis Tatelier de l'artiste, sur une chaudière neuve, montre fieulement ce qu'elle vaut alors, et non ce qu'elle sera

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après quelques semaines, après quelques mois de travail, lorsque des inégalités de température auront tiraillé le métal en tout sens et désuni ses fibres, lorsque la rouille l'aura altéré, etc., etc.?

On voit en résumé que , malgré la bonne construction et le bon état des soupapes de sûreté, il n'est pas impos- 3ible qu'une chaudière fasse explosion :

!• Parce que l'ouverture de la soupape peut ne pas être assez large pour donner passage à la vapeur qui se serait engendrée subitement et en grande abondance ;

2* Parce que la chaudière a été essayée à froid, et qu'à chaiid , surtout qu^nd les parois parviennent à une température très-èlevée, la ténacité du métal est fort amoindrie ;

â" Parce qu'une augmentation brusque dans l'élasticité de la vapeur peut occasionner des ruptures là où une pression plus grande, mais produite graduellement, n'avait été accompagnée d- aucune circonstance fâcheuse;

4* Et enfin , parce que la chaudière se détériore assez promptement au feu , et qu'après un certain nombre de mois de travail sa ténacité est souvent fort afiaiblie.

Les soupapes de sûreté, quelque bonnes qu'elles soient, ne doivent donc pas dispenser l'ingénieur d'éprouver sa chaudière de temps à autre ; de prévenir, par tous les moyens en son pouvoir, des changements brusques dans l'élasticité de la vapeur, et enfin d'empêcher que jamais aucune partie des parois n'acquière une trop haute température.

J'ai supposé jusqu'ici la soupape en bon état; et, en effet, au premier coup d'œil il semble diffieile qu'un appa-

ràl aussi simple se dérange ; mais si l*on remarque qae la plaque mobile se rouille souvent, qu*elle contracte par Vky et surtout durant le repos, une forte adhérence avec la paroi métallique fixe sur laquelle elle s'ajuste, on concevra qu'elle puisse ne pas bouger sous des pressions bien supérieures à celle que Tingénieur avait fixée d'avance comme devant amener la fuite de la vapeur. M. Maudslay, dont rhabileté et la haute expérience sont bien connues, disait qu'une soupape de sûreté ne mérite plus ce nom dès qu'on l'a laissée une seule semaine sans la faire jouer ; aussi voyait-on à côté de quelques-unes de ses chaudières un cordon placé à portée du chauffeur, et qui servait à soulever la soupape de temps en temps. On a mêmis été jusqu'à produire ce mouvement à Taijle de plusieurs leviers dépendants de la machine ; mais quand la chaudière en est un peu éloignée, ce moyen n'est guère praticable.

L'opération du chauffage est ordinairement confiée à de simples ouvriers, dépourvus de toute prudence, et qui, trop souvent, surchargent les soupapes, soit pour accélérer le travail quand des plaintes leur sont adressées , soit assez ordinairement pour faire parade de leur courage. On se met à l'abri de ce danger, le plus grand peut-être qu'on doive redouter, en adaptant toujours deux soupapes à chaque chaudière : l'une, entièrement libre, sert au chauffeur toutes les fois que la vapeur doit être évacuée ; l'autre est renfermée sous un treillage dont il importe que l'ingénieur ou le propriétaire de la machine conserve seul la clef. L'emploi de la double soupape a été recommandé , presque unanimement , par les nombreux

ingénieurs que la chambre des communes appela devant elle dans Tenquête de 1817 ; en France, une ordonnance royale en fait une condition de rigueur. Peut*étre pourrait-on exiger aussi que chaque chaudière se trouvât munie d'un mécanisme simple et commodéni»t placé, à Taide duquel le chauffeur pût reconnaître de temps en temps que la soupape n'a pas contracté d'adhérence : ceux qui ont un peu visité les ateliers des usines où rhomme manie même les agents les plus dangereux, savent bien , en effet , que les ouvriers s'astreignent difficilement à faire avec régularité les opérations dont il ne doit pas rest^ de trace, si elles donnent un peu de peine. Un tableau analogue à ceux dont les navigateurs font usage et dans lequel le chauffeur serait tenu d'inscrire chaque jour à quelles heures les vérifications prescrites auraient été faites, préviendrait, je crois, bien des oublis, et par suite beaucoup d'accidents.