CHAPITRE XVII

EXPLICATION DES EXPLOSIONS QUI SONT PKÈÇtDtvSTm VOfJWEKTVK^ fie LA SOUPAPE DE SÛRETÉ OU d'UN AFrAIBLISSEMElfT DANS LE USSOKT DB LA VAPEUR

§ 1. -Comment arrive-t-il qu'une chandière éclate à l'instant même où l^noarre la soupape de sûreté? Gomment se fait-H> ea .outre ^ que cet accident ait été presque toujours précédé d'un a£Eaibllssemeut apparat dans le ressort de la yapeor?

Telles sont les deux importantes questions^ pour ainsi dire paradoxales, que provoquent les faits consignés dans les chapitres vi, vu et viii (p. 126 à 131), IVL Perkîns i a répondu , ce me semble , avec assez de succès ; au r<^, Je lecteur va en juger, car c'est la théorie de cet ingénieur que je vais développer.

Dans une chaudière ordinaire, lorsque la flamme ne ^^éièvepas le long des parois au-dessus du niveau de Teau, cette eau et la vapeur qui en provient sont exactement à tmême température. Mais il n*en est plus ainsi quand i'eaa étant peu abondante, la flamme monte très- haut; akis quelquoB-unes des parties de la chaudière peuvent l^^r au rouge ; alors la vapeur en contact avec le métal

incandescent s'échauffe énormément sans acquérir pour cela une grande tension , soit parce qu'elle n'est point saturée, soit par une autre raison que je donnerai plus bas.

Prenons la chaudière dans cet état. L'eau y est peu abondante, et une partie de la vapeur qui la presse a une température extrêmement élevée, mais une élasticité médiocre. Supposons que la soupape de sûreté vienne à s'ouvrir complètement ; une prompte fuite de vapeur en sera la conséquence. L'eau , déchargée du poids qui la pressait , s'élancera en écume dans toute la capacité de la chaudière : ce sera le phénomène qu'offre le vin de Champagne au moment où la bouteille est débouchée; mais ici l'eau projetée par gouttelettes dans un gaz presque incandescent, se transformera subitement en une vapeur trè^-élastique, et la soupape, quoique entièrement ouverte, ne fournissant plus une issue suffisante, les parois de la chaudière devront se déchirer.

Il y a trois hypothèses dans cette explication. L'auteur suppose d'abord qu'à partir de la hauteur où elles ne sont plus baignées par l'eau, les parois de la chaudière peuvent acquérir une température très- élevée et la communiquer à la vapeur qu'elles enveloppent, sans que l'eau sur laquelle cette vapeur repose se ressente beaucoup de cet échauffement. Il admet ensuite que l'eau en ébullition est projetée de bas en haut , jusqu'à une certaine hauteur, sous la forme de mousse, dès que l'on supprime ou même dès que l'on diminue seulement beaucoup l'atmosphère élastique qui la pressait, pourvu que le changement se fasse subitement; il imagine enfin que l'eau

ainà disséminée dans une masse de vapeur surchargée de calorique, se transforme elle-même subitement en vapeur.

Je pense que personne ne refusera d'accorder le premier point. Quand un vase métallique placé sur un brasier ardent ne rougit pas , c*est que Teau enlève continuellement la chaleur dont ses parois s'imprègnent et empêche qu'elle ne s'y accumule. La vapeur ne saurait évidem* ment produire cet effet au même degré. Si la flamme du foyer atteint la chaudière dans une partie située au-dessus du niveau de l'eau, cette partie pourra acquérir la chaleur ronge et la communiquer à la couche de vapeur voisine qoi, à son tour, la disséminera aussitôt dans toute l'étendue de la chaudière où elle circulera en montant , c'està-dire dans l'espace non rempli d'eau, qu'on appelle la chambre à vapeur. Voici des exemples de ces effets : H. Moyle découvrit une fois, en visitant ses machines de Comouailles, qu'une d'entre elles était si bien dans toutes les conditions dont je viens de parler, qu'une échelle en bois qui reposait par son pied sur le sommet de la chaudière avait pris feu. Un semblable événement arriva dans Pun des paquebots qui font la traversée de Liverpool à Dublin : une planche de sapin qu'on avait jetée accidentellement sur le couvercle de la chaudière, s'était enflammée. J'ai déjà rapporté l'événement de Pittsburg ( ch. x, p, 132) : ici, comme on peut se le rappeler, l'ingénieur depuis assez longtemps avait vu qu'une des chaudières devenait rouge. Voici enfin, sur le même objet, une expérience directe de M. Perkins.

Une chaudière cylindrique de 1™.22 de long et de 0^.30 de diamètre, ayant été placée verticalement sur un

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fourneau, la base fut entourée de feu qui a' élevait au tie» de la hauteur de la chaudière, tandis que Teau, plus basse , ne baignait que le sixième de cette même hauteur. Il résultait de cet arrangement que deux sixièmes dé la surface du vase recevaient immédiatement Taction du feu. L'un de ces sixièmes était au-dessus de Teau, l'autre au-dessous. La soupape de sûreté^ chargée d'en* viron une atmosphère, se trouvait sur le côté de la chaudière, à la moitié de sa hauteur. On.remplaçait Peau transformée en vapeur que cette, soupape laissait échapper au fur et à mesure de sa fuite.

Un thermomètre plongé dans Teau et descendant jusqu'au fond du vase, marquait 10/i.'' centigrades. Telle était aussi la température de la couche de vapeur placée à la surface de l'eau ; mais au milieu de la hauteur de la chaudière , le thermomètre accusait 260** et le couvercle était rojuge. .

Ge premier point éclairci , je passe au second. .

11 est.des liquides. qui, pendant leur ébuUition , éprouvent quelquefois d'assez violents soubresauts. L'acide sulfUrique, par exemple, est dans ce cas. Le. lait est sujet au même accident, mais à un moindre degré. En examinant avec attention de l'eau qui bout vivement, on aperçoit de temps à autre de petites gouttelettes qui sont projetées- assez haut. Tout cela dépend évidemment de la viscosité du liquide et de la difficulté qu'éprouvent les bulles de vapeur à se frayer un passage dans la masse qu'elles doivent traverser. Lorsque ces bulles emprisonr nées sont très-nombreuses et qu'une forte pression exercée à la surface du liquide empêche seule leur ascension , on

conçoit que si la pression cesse tout à coup , le dégagenaent, au lieu d'être graduel comme dans les drconstances ordinaires, soit tumultueux ; que le liquide mousse comme les eaux gazeuses, quUl devienne tout entier une espèice d'écume, mi-partie composée d'eau et de vapeur, et que par là son volume s'ëtant prodigieusement accru , il se répande dans toute la capacité do la chaudière. Une expé* rience directe , faite dans un vase transparent , montre*rail bientôt entre quelles limites toutes ces déductions sont exactes ; mais, en attendant» on voit que l'analogie nous autorise à admettre, comme M. Perkins le fait, qu'en cas d'une subite diminution dans l'élasticité de la vapeur, l'eau peut sortir de son niveau et aller remplir toute la capacité de la chaudière.

Occupons -nous enfm de la troisième hypothèse de Tii^énieur américain : je veux direde la brusque transformation de Peau en fluide élastique* Ibi des expériences directes nous serviront de guide.

H. Perkins ayant rempli d'eau un de ces cylindres loétalliques quMl appelle des générateurs , porta sa tem* pérature à 260* centigrades.. Ai côté de ce cylindre existait un récipient dans lequel il n'y avait point d'eau et qui reofermait seulement de la vapeur très -peu dense ; sa température était de 650* environ. Ces deux vases pouvaient communiquer par un tube intermédiaire qu'une soupape suffisamment chargée fermait ordinairement.

Cela posé, il est évident que lorsqu'à l'aide d'une pompe foulante on injectait un certain volume d'eau froide par l'un des bouts du générateur, la soupape de communication devait s'ouvrir à l'autre bout et donner

passage & un égal volume d'eau chaude qui pénétruit tout à coup dans le récipient pour s'y transformer en vapeur ; or une soupape particulière dont ce récipient lui-même était armé, donnait le moyen de reconnaître si cette transformation s'opérait subitement.

M. Perkins affirme qu'en effet elle était instantanée; qu'à peine la pompe foulante d'injection avait agi , que la soupape de sûreté du récipient accusait des élasticités de quarante à cent atmosphères: quarante pour une médiocre injection, et cent dans le cas d'une injection abondante.

L'expérience que je viens de rapporter ne donnerait lieu à aucune difficulté, elle compléterait la théorie de M. Perkins, elle présenterait l'image fidèle de ce qui peut se passer dans une chaudière ordinaire , si elle avait été faite avec de l'eau à 100 ou 120 degrés centigrades. Au reste , comme 260*, température de l'eau employée, sont bien loin de correspondre à une élasticité de 100 atmosphères, il demeure toujours établi qu'une partie de cette eau est devenue instantanément de la vapeur ; or c'est là, pour le moment , tout ce qui nous était nécessaire.

Observons, toutefois, qu'il ne résulte en aucune manière de l'expérience en question , que ce soit par l'influence de la vapeur rare, mais portée à la température du fer rouge, que l'eau devienne subitement de la vapeur très-élastique. Cette partie de l'opinion de M. Perkins, comme Dulong en a fait la remarque, se concilierait difficilement avec ce qu'on sait de la chaleur spécifique de la vapeur d'eau. Tout porte donc à croire que l'ingénieur américain a eu tort de nier l'action directe que les

parois incandescentes exercent sur le phénomène dont il s'est occupé.

Voyons^ à présent, si, en partant de la production subite de vapeur comme d'un fait , on peut donner une explication satisfaisante de Fensemble des événements extraordinaires que j'ai précédemment cités.

Quant à Texplosion de la chaudière de M. Gensoul (chap. VII, p. 128), elle se rattache si bien aux idées de ï. Perkins, qu'elle semble être arrivée tout exprès pour les confinner. On peut dire , en effet , qu'au moment de Fouverlure du robinet, l'eau déchargée tout à coup d'une grande partie de la pression qu'elle supportait, put s'élever jusqu'au couvercle, et qu'en traversant un vase à parois probablement très-échauffées, semblable en cela aux générateurs de M. Perkins , elle se transforma si brusquement en vapeur que le robinet n'offrit plus une ouverture suffisante.

Le même raisonnement s'appliquera à l'expérience de MM. Tabareau et Rey (p. 129), car leur chaudière étant fort petite et placée à nu sur un brasier de charbon, pouvait, comme je m'en suis assuré, être enveloppée par la flamme dans la portion que l'eau ne remplissait pas. Si nous n'avons pas trouvé, Dulong et moi, qu'une augmentation de pression suivit l'ouverture de la soupape , c'est que notre chambre à vapeur étant assez grande , et le trou de la soupape très-petit, il ne pouvait y avoir qu'une détente insensible et graduelle dans le ressort de la vapeur intérieure, et qu'en tout cas notre chaudière, établie avec soin sur un fourneau de maçonnerie, était exposée au feu dans la seule partie que l'eau remplissait.

Le ralentissement dans la marche de la machine, observé quelque temps avant l'explosion, soit à Essonnes, £oit à Paris, soit en Amérique, me paraît également une conséquence de la théorie de M. Perkins. On a vu, en effet, que, d'après cette théorie, lorsqu'une explosion arrive, le niveau de l'eau doit avoir beaucoup baissé dans la chaudière, soit que la pompe alimentaire se trouve mal en ordre ou que le tuyau noumcier ait été engorgé; or, la quantité de vapeur produite dans un temps donné, étant en général proportionnelle à l'étendue de la surface métallique en contact avec le liquide, si tout se trouvait •primitivement calculé de manière à fournir juste à la consommation, après la diminution de surface de chauffe^ comme disent les constructeurs, il ne doit plus y avoir assez de vapeur pour donner aux appareils leur allure habituelle. Peut-être imaginera-t-on qu!à l'aide de l'excès de température que la vapeur produite va puiser sur les parois très-chaudes du couvercle de la chaudière, il y aura compensation ; mais une considération très-simple prouvera qu'on aurait tort de compter sur cet effet. Dans un vase déterminé, la vapeur doit évidemment avoir partout la même élasticité. La couche inférieure, celle qui est en contact avec l'eau , a une tension déterminée par la température du liquide ; la tension des couches supérieures, échauffées par les parois rouges dont elles sont entourées, ne pourra donc jamais surpasser celle de la couche basse. Ainsi, au total, la chaxidière contiendra de la vapeur d'une densité inférieure à celle de la vapeur saturée do même élasticité, mais voilà tout.

Dans les idées de M. Perkins , au nioment qui précède

Pexplosion, c'est-à-dire au moment où la soupape s'ouvre, Ib vapeur se trouvait avoir atteint la tension limite sous laquelle la machine était destinée à agir; mais alors même le mouvement du piston devait être peu rapide , car de ht vapeur plus chaude que les parois du corps de pompe, perd par voie de refroidissement une grande partie de son ressort.

Caserait, je crois, une prétention bien vaine, que de vouloir déduire de l'explication précédente ou de toute autre théorie , la forme des lignes le long desquelles une diaudière se déchirera, le nombre et la grosseur des fragments, les directions dans lesquelles ils seront projetés, etc. , etc. Tout cela , en effet , peut être modifié de mille manières par des circonstances qu'on aurait de la peine à saisir, alors même que le phénomène se développerait lentement sous nos yeux. Mais il arrive trop souvent que la ligne de rupture est régulière et horizontale, pour qu'il ne soit pas naturel de supposer qu'elle marquait la hauteur de Feau sur les parois de la chaudière , et dès lors il devient curieux de rechercher comment , malgré les inégalités d'épaisseur qu'on y remarque souvent, cette ligne de niveau , par cela seul que le liquide en dessine le fontour, semble devenir la ligne de moindre résistance. Si je ne me trompe, cette particularité pourrait être expliquée ainsi qu'il suit.

Dans l'instant indivisible qui précède l'explosion, la tennon de la vapeur est considérablement et subitement affaiblie. A. cela doit correspondre un mouvement de flexion de la chaudière de dehors en dedans ; mais comme ce mouvement se fait d'une manière brusque, la partie

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pleine réprouvera à peine, à cause de l'inertie du liquide, qui, évidemment, ne saurait être surmontée dans un temps extrêmement court.

Cette flexion de dehors en dedans se fera donc autour de la ligne de niveau du liquide intérieur comme charnière ; mais on a vu qu'un subit développement de vapeur très-élastique succède à l'ouverture de la soupape; ainsi, après s'être contractée, la chaudière s'étendra tout à coup. Or, lors même qu'on admettrait qu'elle éprouvera simultanément ce second effet dans toutes ses parties, toujours est- il que le mouvement rétrograde sera trèsfaible au- dessous du niveau primitif de l'eau , par cela seul que le mouvement direct y avait été insensible. Le plan de ce niveau primitif tracera ainsi sur les parois de la chaudière la ligne où la première fois la flexion de dehors en dedans avait cessé de se faire sentir, comme aussi la seule ligne où dans l'oscillation rétrograde les parties contiguës du métal n'auront pas des mouvements pareils. Or il suflit d'avoir vu une seule fois avec quelle facilité les ouvriers brisent des lames des métaux les plus malléables, quand ils leur font éprouver subitement deux flexions contraires le long d'une certaine ligne, pour comprendre que la courbe où le niveau du liquide s'élève dans une chaudière, en tant qu'elle est aussi la charnière autour de laquelle les deux mouvements de flexion se sont opérés, doit être le plus ordinairement la ligne de rupture, quoique par l'épaisseur du métal, comme à Lyon, elle ne soit pas sur tous ses points la ligne de moindre résistance. Cette même ligne, au demeurant, et la remarque ne doit pas être omise , est celle où le métal , com-

mençant à s'échauffer plus que Teau, partage la chaudière en deux zones de ténacités très- différentes.

J'ai insisté précédeiîiment surla rupture presque simultanée de plusieurs chaudières employées conjointement à l'alimentation d'une même machine à feu, comme sur un fait très-digne d'attention et dont il importerait de chercher la cause. Mais serait-il bien difficile de la trouver, si l'on admet, avec M. Perkins, qu'une explosion a presque toujours pour origine un grand abaissement du niveau de l'eau, et un échauffement extraordinaire des parois de la chaudière ? Ne pourrait-on pas dire qu'ordinairement ces conditions doivent se rencontrer à la fois dans les diverses chaudières? car, d'une part, c'est la même pompe qui les alimente , et , de l'autre , dès qu'un ralentissement se manifeste dans la marche de la machine, il est bien naturel que les ouvriers poussent vivement le feu dans chaque fourneau. Cela posé, supposons qu'une première chaudière éclate à la suite de l'ouverture de sa soupape. Le tube par lequel passait la vapeur de cette chaudière pour se rendre au corps de pompe , a dès cet instant son embouchure dans l'atmosphère ; or, chaque chaudière est surmontée d'un pareil tube, et tous aboutissent à un seul et même tuyau métallique. Par ce tuyau, la deuxième, la troisième, etc., chaudières, se trouvent ainsi en libre œmmunication avec l'air; la vapeur, qui les remplissait, suit rapidement cette large voie pour s'échapper, et, dans un temps inappréciable, les conditions d'effraction se rencontrent là comme dans la chaudière déjà brisée, sans qu'on ait besoin d'admettre que toutes les soupapes s'étaient ouvertes presque en même temps.