Petite histoire d'une invention

Notice!

Les Informations reprises sur ces pages sont issues de diverses sources reprises à la fin de ce petit historique (Bibliographie ).

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Les débuts!

La première trace connue d'utilisation d'une machine mue par la vapeur remonte au temps des égyptiens.  Bien qu'on n'en connaisse pas l'usage réel, l'ALEOLIPILE d'un certain "Hero d'Alexandrie" est bien une machine mue par la vapeur.  D'autres mécanismes ont également été retrouvés comme par exemple ce système d'ouverture de portes utilisant le poids de l'eau pour commander l'ouverture.

L'Aleolipile du grec Héron d'Alexandrie (env. 50 ).

Dans les grandes lignes, l'Aleolipile se composait d'un chaudron avec couvercle étanche duquel s'élevaient deux bras creux.  Entre ces bras et au dessus du chaudron, était placé une sphère dont l'axe de rotation, également creux, était relié aux bras.  Deux petits tubes incurvés étaient fixés à la périphérie de la sphère et en opposition.  Lorsque l'eau du chaudron était portée à ébullition, la vapeur produite ne pouvait s'échapper que par les bras, la sphère et ensuite les deux tubes.  La forme et l'arrangement des tubes provoquaient un effet de 'jet' qui permettait à la sphère de se mettre en rotation. 

Voir L'aleolipile

Les portes du temple

Une autre utilisation de la chaleur et de l'eau pour fournir une force motrice (bien que la vapeur ne soit pas encore le vecteur de cette force!)
Le principe de base utilise la chaleur d'un feu pour augmenter le volume de l'air présent dans le socle de ce feu. L'air en surpression est dirigé vers la boule, préalablement remplie à moitié d'eau. L'augmentation de pression pousse cette eau via le siphon vers le bac qui va descendre en provoquant l'ouverture des portes. A l'extinction du feu, l'air du socle se refroidit, la pression diminue et l'eau retourne dans la sphère. Le contrepoids peut refermer les portes du temple.

Voir Les portes du temple

Les débuts.

Il reste difficile encore aujourd'hui de nommer l'inventeur de la première machine à vapeur. On peut simplement affirmer que celle-ci est plus le résultat d'un ensemble de petites découvertes et inventions qui, à terme, ont contribué à l'émergence de cette fabuleuse source de puissance qui marque le début de notre ère technologique.

Les premiers inventeurs sont français et anglais avec messieurs Salomon de Caux, Papin, Cugnot, Leupold, Evans, Murdoch, Symington et Savery.
Et bien d'autres par apres.

Denis Papin (1647 - 1712 )

Commençons par la France et Denis Papin qui réalisa vers 1690 un premier prototype d'une machine capable de déplacer un piston de bas en haut et retour en utilisant l'expansion de la vapeur. Cette machine devait encore être appelée 'atmosphérique' car c'était bien la pression de l'air qui fournissait la puissance à la machine.

Thomas Savery (1650 - 1715 )

Thomas Savery alla plus loin, puisqu'il utilisa la force de la vapeur pour assécher les mines. Le principe constituait à utiliser le vide laissé par la condensation de la vapeur dans un cylindre pour aspirer l'eau du puits puis à refouler celle-ci à nouveau avec de la vapeur. Mais il n'y avait pas encore de mécanisme mû par la vapeur, simplement des déplacements de fluides.
Voir sa machine

Les perfectionnements

Après ces premiers pas, on compris vite l'intérêt de cette nouvelle forme de puissance motrice et de nouveaux perfectionnements apparaissent. T.Newcomen, J.Watt.

Thomas Newcomen (1663 - 1729 )

Il construisit sa machine sur le même principe que D. Papin. La vapeur étant utilisée pour créer un vide dans le piston que la force atmosphérique va déplacer. Mais il fût gêné dans ses travaux par une patent de Savery pour toutes machines basées sur le feu. ce n'est qu'en s'associant à celui-ci qu'il put réellement développer son invention. Mais on en est toujours à des machines fixes.
Voir sa machine
Voir un modèle de musée
Le principe de la machine de Newcomen est l'utilisation de la différence de pression entre l'atmosphère et le vide laissé par la condensation de la vapeur dans un cylindre.
Voir le schéma
Lors de l'ouverture de la vanne S, la vapeur est introduite dans le cylindre C et, avec l'aide du contre-poids V fait basculer le bras autour du pivot B. L'ouverture de la vanne située en bas du réservoir N permet d'introduire un peu d'eau froide dans le cylindre C. La vapeur se condense à ce contact et génère un vide en dessous du piston. La pression atmosphérique devenant plus grande, elle pousse le piston vers le bas et actionne ainsi la pompe. C'est donc bien la pression ambiante qui actionne le moteur.

James Watt (1736 - 1819 ) Voir Mr Watt

Il apporta de réelles améliorations aux machines de ses prédécesseurs et plus particulièrement celle de Newcomen. On lui doit également le régulateur qui porte son nom, mais surtout, il réalisa un moteur ou la vapeur agissait sur les deux faces du pistons puis était évacuée pour permettre un mouvement alternatif. Sa machine réalisée en 1764 et capable de faire tourner une roue fût le véritable départ de cette nouvelle force motrice.

Oliver Evans (1755 - 1819)

Il fut le pionnier des machines à hautes pression.

Les premiers essais sur route

Les premiers véhicules à vapeur circulèrent sur route (enfin sur chemin de terre ) mais l'évolution fût stoppée par l'arrivée du rail.

Joseph Cugnot (1725 - 1804)

Il réalisa le premier véhicule routier utilisant la vapeur pour se déplacer (1769 ). Le fardier de Cugnot utilisait un système de deux cylindres actionnant alternativement une roue directrice.
Voir Une vue d'artiste
Voir schéma du moteur
Voir Une vue du moteur

Julius Griffith

Il proposa une voiture à vapeur (1822 ) qui n'eut, malheureusement, pas beaucoup de succès.

Gurney Goldsworthy

Il réalisa une diligence à vapeur (1827 ) qui réussit une pointe à '25 Km/h' (ouah ).

Ensuite on trouva des voitures à vapeur du type Hancock mais le chemin de fer ...

William Symington ( )

Il semble être le premier à avoir utilisé la force de la vapeur pour propulser un navire env. 1788).
Voir Un modèle de bateau à vapeur
Voir Une autre réalisation
Voir Un schéma de son moteur

Les premiers essais de locomotives

Les techniques de base sont prètes. Les essais sur rails peuvent débuter.

Richard Trévithick (1771 - 1833 )

Il imagina une machine circulant sur des rails en fonte qui desservit une petite ligne de transport de fonte près de Swansea dans le pays de Galles. Elle était capable de remorquer une charge de 25T à la vitesse de 6,5Km/h, à vide, elle faisait du 25 Km/h.

William Hedley (1779 - 1843)

Il construisit une locomotive (la 'Puffing Billy' - 1813) pour les houillères Blacket à Wylam près de Newcastle et capable d'atteindre la vitesse de 8 à 10 Km/h. Elle resta en activité jusqu'en 1862.
Voir Puffing Billy
Voir L'original de Puffing Billy

Georges Stephenson (1803 - 1859)

Il construisit une locomotive pour le transport de houille entre Killingworth et Hetton (1814 ). Il est également le constructeur de la première locomotive pour train de voyageur (1825 ). L'ère du chemin de fer commercial commença vraiment avec sa machine victorieuse d'un concours organisé par la compagnie du chemin de fer de Liverpool à Manchester: La fusée ou 'The rockett' (1829 ).
Voir The rockett

A suivre ... (to be continued )

Mais la machine à vapeur, comment ça marche ?

Cette page donne une description simple d'une machine à vapeur ferroviaire. Les éléments qui la constituent, les personnes qui ont contribué à son développement ...
La machine à vapeur expliquée

Bibliographie

Quelques étapes de l’évolution de la machine a vapeur, [Hors ligne]. Adresse URL : http://home.nordnet.fr/~oklaba/541.html

Early steam engines - 1690 - 1840 -, [Hors ligne]. Adresse URL : http://www.geocities.com/Athens/Acropolis/6914/index.htm

Le site 'ATALANTE', [Hors ligne]. Adresse URL : http://www.atalante-models.com/prehistoire/preh.htm

Musée des arts et métiers, [Hors ligne]. Adresse URL : http://web.cnam.fr/museum/f/editions/cdrom/albumcdrom/fardier.html

Pioneers of Steam Locomotion, [Hors ligne]. Adresse URL : http://www.powerweb.freeserve.co.uk/pioneer/Pioneers.html

BIOGRAPHY of WILLIAM SYMINGTON, Civil Engineer. By J &WT Rankine. 1862, [Hors ligne]. Adresse URL : http://www.crawford-john.freeserve.co.uk/symintn.htm

Treasures of Science Museum, [Hors ligne]. Adresse URL : http://www.nmsi.ac.uk/on-line/treasure/objects/1857-52.html

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