TECHNIQUE

PACIFIC 231 , l'origine de son moteur

informations techniques :

En l'an 120 avant JC , les Grecs s'intéressent à des problèmes de pression , et Héron décrit dans son livre : " pneumatica " , plusieurs appareils dont un servant à ouvrir automatiquement les portes du temple . Il invente aussi une autre machine appelée : " éolipyle " , chaudière munie de tubes laissant sortir de la vapeur d'eau
qui permet de faire tourner une sphère .

En 1626, Toricelli réfléchit aux problèmes de pression atmosphérique . Il retourne un tube remplit de mercure dans un bain de mercure , et le mercure dans le tube se
stabilise à 76 cm au dessus du niveau de la cuve : il vient d'inventer le baromètre . La même expérience faite avec de l'eau montre que l'eau se stabilise à 10 m
39 , soit à une hauteur 14 fois plus haute que celle du mercure . Question : quelle est la densité du mercure ?

Otto von Guericke : Physicien allemand né à Hambourg , bourgmestre de Magdebourg : 1602 1686 .
En 1650 , il invente la première pompe pneumatique pour faire le vide. Il acquiert les premières notions sur l'élasticité de l'air . En électricité , il découvre les
effets de la répulsion et de la conduction . Il invente la première machine électrostatique .

Denis Papin : 1647 1714
Né à Blois , il travaille avec Huygens et Boyle et invente ou améliore des machines telles que pompes à vide , fusil à air ... Mais sa plus grande découverte est la réalisation d'un vide parfait dans un cylindre à piston : Ayant d'abord fait l'expérience avec de la poudre , il s'aperçoit qu'après explosion , un résidu d'air ne permet pas au piston de redescendre complètement au fond du cylindre . Il décide donc d'utiliser de l'eau qu'il introduit à la base du cylindre , puis il chauffe le cylindre . L'eau se transforme en vapeur et fait monter le piston . Il faut attendre le refroidissement complet du cylindre pour que le piston redescende . Pour cela , il bloque le piston vers le haut au moyen d'une soupape de sûreté . Sa découverte date de 1690. A partir de 1704 , il construit le premier bateau à vapeur . En fait , sa découverte est de comprendre que la vapeur a une force élastique supérieure de 1,6 fois de celle de l'air à , mais cette force disparaît si l'on refroidit
la vapeur qui redevient de l'eau et que l'on peut évacuer . Les inventeurs qui suivront ne penseront dès lors qu'à améliorer le système . C'est le cas de:

Thomas Savery : 1650 1715
Il fait breveter sa première machine à vapeur d'eau utilisée pour pomper l'eau dans les mines de charbon . Sa machine était dangereuse et risquait d'exploser . C'était d'ailleurs plus une pompe à eau qu'un moteur à piston . Il s'associe également à Thomas Newcomen en 1712 .
Sa machine est la suivante : elle possède deux vases communicant par un tuyau . Le premier vase est chauffé pour produire de la vapeur d'eau qui passe sans le second vase et pousse l'eau du second vase qui repousse ensuite l'eau d'un autre tuyau . Une fois une partie de l'eau évacuée , on ferme une valve , il se crée un vide qui permet à un dernier tuyau située vers le bas de pomper l'eau d'un puits par l'intermédiaire évidemment de la pression atmosphérique . Voir le schéma : des machines de Papin et Savery :
visite.artsetmetiers.free.fr
Thomas Newcomen : 1664 1729
Il est considéré comme le père de la civilisation industrielle . En 1712 , il construit donc un moteur atmosphérique en collaboration avec Savery . Il travaille aussi
avec un inventeur : John Cawley.
Plutôt que de chauffer l'eau directement dans le cylindre , il sépare la production de vapeur et donc envoie la vapeur d'eau directement dans le cylindre , mais ce n'est pas tout : cette vapeur est à basse pression et donc incapable de soulever le piston . C'est le poids de l'autre partie de la machine qui tire le piston vers le haut . . Lorsque le piston arrive en haut de sa course , la valve du tuyau amenant la vapeur d'eau est fermée ; et par l'intermédiaire d'une pompe auxiliaire ,on injecte de l'eau dans le cylindre , qui refroidit la vapeur d'eau qui se condense , et tout ceci provoque un vide . Le piston redescend alors aussitôt , et c'est donc la pression atmosphérique extérieure qui a fait redescendre le piston grâce au vide fait à l'intérieur du cylindre . ( et non le contraire comme dans la machine de Papin . ) D'où le nom de sa machine : machine atmosphérique .
L'autre partie de la machine qui est une pompe à eau est reliée à un balancier lui-même relié au piston . Question que l'on se pose , quel contrepoids est nécessaire
pour que le piston soit tiré vers le haut ? le schéma de la machine se trouve sur internet :keveney.com
ou bien :visite.artsetmetiers.free.fr

James Watt: 1736 1819
Ingénieur écossais : en réparant en 1763 la machine de Newcomen , il remarque un gaspillage d'énergie et donc y apporte des inventions remarquables :
Dans le moteur de Newcomen , l'eau était injectée directement dans le cylindre pour refroidir la vapeur . Ainsi James Watt remarque que l'eau refroidissait aussi le cylindre causant une perte d'énergie . Il décide donc d'enfermer le piston dans le cylindre en ajoutant un tiroir d'admission de vapeur : grâce à une pièce mobile dans le tiroir , la vapeur d'eau est distribuée de manière alternative , en bas et en haut du cylindre , ce qui permet au piston d'être poussé non plus une fois comme dans la machine de Newcomen , mais deux fois . La vapeur d'eau est évacuée dans un condenseur situé sous le cylindre . Ce condenseur baigne dans de l'eau froide . Cette eau est recyclée lorsqu'elle devient trop chaude par une pompe . Il y a bien sûr une injection d'eau froide dans le condenseur pour refroidir la vapeur d'eau et ainsi créé un vide qui si l'on peut dire , aspirera le piston .
Il adjoint encore un volant pour emmagasiner de l'énergie cinétique ' et la restituer mais il a encore besoin d'un régulateur mécanique de vitesse pour réguler
justement cette énergie lorsqu'elle devient trop importante , mais aussi dans le cas contraire . Le régulateur est relié à une valve d'admission de la vapeur qui
s'ouvre ou se ferme plus ou moins selon la vitesse et ainsi régule la machine .
Au niveau du balancier , il invente encore un parallélogramme articulé pour que le mouvement de la tige du piston relié au balancier , soit bien rectiligne .

Toutes ces améliorations donnent évidemment un moteur plus performant . Ce moteur est basé sur le même principe que celui de Newcomen dit : machine atmosphérique . Ce moteur est en fait limité d'un point de vue technique par la valeur de la pression atmosphérique elle-même , mais aussi par le point d'évaporation de l'eau : 100
degré celcius .
Les prochains ingénieurs vont donc s'intéresser à produire des sources de haute pression , donc supérieures à la pression atmosphérique . L'on invente alors la vapeur pressurisée , soit des sortes de cocottes minutes . Ces machines sont dangereuses et certaines explosent . L'on invente alors une valve de sécurité pour diminuer
la pression .
Pour finir , il faut retenir qu'un brusque refroidissement de la vapeur d'eau ou condensation crée un vide partiel . Ce principe n'explique-t-il pas les tempêtes et
cyclone en météorologie ?
De plus amples détails : www.answers.com/topic/steam-engine
le moteur en action : keveney.com
le shéma du moteur : visite.artsetmetiers.free.fr/watt.htlm
13 Février 1804 : la première locomotive roule dans le Pays de Galles . Elle est réalisée par Richard Trevithick . Mais elle rencontre un problème d'adhérence .

1811 1812 : Blenkinsop résout le problème en inventant des roues à crémaillères : une roue dentée s'accroche sur une crémaillère parallèle à la voie , mais aussi
extérieure à la voie .

William Hedley tente de résoudre également le problème d'adhérence et réalise la " Puffing Billy " .

1813 : William Brunton réalise un " steam horse " : une surprenante machine qui marche comme un robot grâce à deux béquilles qui touchent alternativement le sol .
En 1814 Georges Stephenson réalise une locomotive appelée : " Blucher " Elle est mise en service dans une mine de charbon au " Wilam colliery " près de Newcastle .

En 1820 est né le puddlage : c'est la transformation de la fonte en fer . C'est une étape importante pour la réalisation des rails .

En 1825 la première ligne de transport de voyageurs est créée entre Stockton et Darlington . La locomotive est aussi de Stephenson et s'appelle : " locomotion " . L'ingénieur Timothy Hackworth perfectionne l'injection de la vapeur dans la cheminée . Stephenson réalise encore la " Rocket " qu'il destine à une compétition d'un />prix de 500 pounds , et il gagne face à deux autres locomotives : la " sans pareil " et la " Novelty "

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