Anatole Mallet

“ Le poids de vapeur présent au cylindre à la fin de la compression étant à peu près dans la même proportion par rapport au poids entré pendant l'admission sous forme de vapeur, on voit que la compression économise à peu près ce qu'elle coûte, de sorte que ses avantages calorifiques et mécaniques peuvent être considérés comme gratuits. Elle a, il est vrai, l'inconvénient de réduire le travail absolu disponible, mais, comme, lorsqu'on marche à grande détente dans les locomotives, on n'a pas besoin de produire de grands efforts, cet inconvénient est peu sérieux. ”

“ A côté des opinions peu encourageantes que nous venons de combattre, on doit également signaler les idées fausses qui ont, dès l'origine des locomotives, été répandues, et depuis entretenues comme à plaisir sur ces machines, en tant que machines à vapeur. On voit à chaque instant professée dans les traités cette opinion, par exemple, que la puissance
des machines locomotives ne s'estime pas comme celle des machines à vapeur ordinaires, c'est-à-dire en chevaux, qu'on l'estime par la charge remorquée dans certaines conditions de profil et de vitesse ”

“ Il est d'autant plus singulier qu'on soit resté si longtemps à employer des lois de détente à courbes surbaissées, que depuis longtemps les expériences de Gooch et de Clark avaient signalé la variation des équivalents d'eau avec l'expansion, comme on l'a vu plus haut, mais ces expériences indiquent également comme celles de Bauschinger que la loi de détente varie suivant la valeur même des expansions et que par conséquent il ne peut pas y avoir de loi de détente ni unique ni simple. ”

“ Les prétendues théories, que M. Hirn a baptisées du nom de théories génériques, peuvent à peine suffire aux savants pour des recherches spéculatives; appliquées imprudemment aux machines, elles conduisent inévitablement l'ingénieur à des résultats qui sont en contradiction formelle avec les faits observés, ou qui du moins, pour y correspondre, exigent l'emploi de coefficients dépassant toute limite raisonnable. Elles ont malheureusement été propagées par des personnalités éminentes, surtout à l'étranger, et ont par là répandu les idées les plus inexactes sur la question des machines à vapeur ”

“ Une loi plus naturelle serait la loi qui régit les rapports des volumes des vapeurs saturées avec les pressions. Mais comme la vapeur à une pression supérieure contient plus de chaleur totale que celle qui correspond à la pression inférieure, l'excédant de la chaleur demeurant disponible, il y aurait, si les parois du récipient sont imperméables à la chaleur et s'il n'y a pas de travail fait, production du phénomène qui a été surtout étudié par M. Hirn, et appelé par lui surchauffe spontanée. ”

“ Depuis quelques années les machines fixes, et plus récemment les machines marines, ont reçu d'immenses perfectionnements qui ont au moins doublé l'utilisation du combustible ; le mode d'action de la vapeur dans les locomotives est, au contraire, resté absolument le même depuis un peu plus de trente ans, c'est-à-dire depuis l'emploi devenu général de la distribution avec détente variable au moyen des coulisses de divers genres, dérivées de la coulisse primitive dite de Stephenson1. ”

“ La cause la plus désastreuse de perte de chaleur dans les machines à vapeur, c'est l'évaporation instantanée de l'eau qui reste le long des parois des cylindres à la fin de la détente et au moment où se fait l'échappement au condenseur. ”

“ Il y a un élément dont la présence a une action très-importante sur le phénomène qui nous occupe et qu'il est impossible de négliger, c'est l'eau qui existe toujours à l'état liquide dans le cylindre, quelle que soit sa provenance, et qui, une fois introduite dans ce récipient, ne peut plus en être chassée; au contraire, sa quantité augmente toujours par la force même des choses jusqu'à ce que l'excès, mais non la totalité, soit expulsé naturellement par l'échappement ou autrement par les robinets ou soupapes de purge. ”

“ On peut remarquer d'abord que, moins la vapeur s'est détendue, moins elle s'est refroidie, et que par conséquent elle peut, pendant l'échappement, céder de la chaleur; mais il y a une considération bien plus importante, c'est que si on admet que le refroidissement interne est une constante pour un cylindre de dimensions données et pour une même chute de température, la perte de vapeur absolue pourra bien être la même, quelle que soit la détente, mais la perte relative sera d'autant plus grande qu'on introduira moins de vapeur au cylindre, et par conséquent qu'on détendra davantage. ”

“ On sera peut-être surpris d'apprendre qu'alors que ce genre de machines, dont il existe actuellement, d'après certaines statistiques, 50 à 60,000 exemplaires dans le monde entier, a été minutieusement étudié jusque dans les plus petits détails de construction, du train, de la chaudière et du mécanisme, le mode d'action de la vapeur dans la machine considérée exclusivement comme moteur, est au contraire relativement peu connu, et les travaux cependant bien remarquables faits sur ce point intéressant trop généralement ignorés. ”

“ La force est en outre différente à différentes vitesses, puisque ces circonstances varient avec celles-ci. Il n'y a donc, pour évaluer la force d'une locomotive aucun autre moyen rigoureux que de déduire cette force du travail que peut accomplir la machine. ”

“ Dans une locomotive ayant des cylindres de 0m,420 de diamètre, et 0m,560 de course, la surface intérieure des cylindres sera à peu près de 1,5 mètre carré. La différence de température entre les deux faces des parois, à peu près nulle pendant l'admission, variera pendant la détente et aura son maximum pendant l'échappement, mais dans cette dernière période l'action utile du réchauffage sera insignifiante; toutefois, pour mettre l'enveloppe dans de meilleures conditions et en admettant qu'il se fera alors une accumulation de calorique dans le métal, nous négligerons cette considération. ”

“ L'énorme valeur que peut acquérir le coefficient K' montre quelle erreur énorme on peut commettre en prenant pour dépense réelle de vapeur la dépense apparente au commencement de la détente. En effet, par suite du relèvement de la courbe d'expansion, à cette dépense apparente correspond, par suite de l'addition successive de vapeur que nous avons signalée comme fait caractéristique, un travail bien plus considérable qu'il ne serait sans cette addition, et inversement au travail constaté sur le diagramme, correspond une dépense apparente de vapeur beaucoup plus faible qu'elle ne devrait l'être. ”

“ On a vu précédemment que les condensations intérieures dans les cylindres, qui sont la cause la plus importante de la différence souvent considérable qui existe entre les quantités de vapeur nécessaires théoriquement et pratiquement pour développer l'unité de puissance, différence qui croît généralement avec la valeur de l'expansion, sont proportionnelles à plusieurs facteurs, parmi lesquels figurent l'étendue des surfaces en contact avec la vapeur et la chute de température effectuée dans le cylindre. ”

“ Il ne faudrait pas conclure de ce qui précède, que la présence de
l'eau est sans inconvénients, mais bien qu'il ne faut pas compter sur des moyens de séchage ultérieurs pour la faire disparaître, il faut tâcher d'éviter son entraînement avec la vapeur et on peut toujours y arriver avec de bonnes proportions de surface de niveau d'eau relativement à la surface de chauffe. On se préoccupe, en général, trop peu des surfaces de niveau d'eau dans les chaudières; on cherche à donner la plus grande surface de chauffe possible sans s'inquiéter du dégagement de la vapeur. ”

“ Si on écarte le refroidissement extérieur du cylindre, refroidissement qu'on peut atténuer avec des précautions jusqu'à rendre tout à fait négligeable, sinon sa valeur même, tout au moins l'erreur qu'on fait en le calculant approximativement1, on doit admettre que la seule cause qui modifie la somme de chaleur présente au cylindre d'un moment à l'autre de la détente, est la quantité de chaleur dépensée par le travail effectué. ”

“ Les causes de cette négligence apportée à l'examen d'une question aussi considérable sont multiples; l'une des principales consiste dans la complexité même de l'ensemble qui constitue le problème de la traction par locomotive ; en présence de questions si diverses, englobées
dans cet ensemble, l'ingénieur de chemins de fer et le constructeur de machines ont dû se laisser généralement amener à reléguer dans un arrière plan un élément dont l'influence immédiate sur les résultats à obtenir leur paraissait un peu secondaire. ”

“ Si on peut compter sur une pression égale à celle de la chaudière à l'origine de la course lorsque le piston est en repos, il n'en est plus de même aux environs du milieu de la course où, comme nous venons de le voir, la vitesse peut atteindre 5m ,652. Si alors l'ouverture des lumières est de 1/30 de la section du piston, il faut que la vitesse de la vapeur soit de 169m,56, et si l'ouverture se réduit à 1./100, la vitesse de la vapeur doit atteindre l'énorme valeur de 565 mètres par seconde. ”

“ Il n'est vraiment pas plus logique d'appeler machines de Woolf les appareils de locomotives que nous décrivons plus loin, que de désigner sous la qualification de machine de Watt une machine Corliss, par exemple, sous prétexte qu'elle a un cylindre, un piston, un condenseur et une pompe à air. ”

“ Les axes ont toujours en pratique un jeu dans les coussinets. Entre un bouton de manivelle et une tète de bielle motrice, par exemple, le jeu existe en avant du bouton dans le sens du mouvement, lorsque la bielle pousse, en arrière, lorsqu'elle tire, et si le changement de sens du mouvement a lieu à fin de course, lorsque le bouton de manivelle est en repos, le choc a lieu en vertu du jeu, le piston, la tige et la bielle parcourant sans résistance l'espace égal au jeu. ”

“ Une manière aussi catégorique de poser une question ne semble guère, on en conviendra, de nature à encourager les tentatives d'amélioration de la locomotive en tant que machine à vapeur. Cependant, sans se laisser arrêter à la prétendue impossibilité de la réalisation d'une économie de 25 pour cent sur les consommations actuelles, on * peut se demander si l'obtention de cette économie aurait des conséquences aussi insignifiantes que veulent bien le dire les auteurs des citations que nous venons de faire. ”

“ L'intérêt de l'emploi des puissances brutes pour les comparaisons n'est pas douteux. Quelle que soit la manière dont on utilise le travail d'une machine à vapeur, il n'en est pas moins vrai que celui-ci est produit par la différence entre le nombre de calories possédé par le mélange de vapeur et d'eau qui sort de la chaudière et celui que conserve le mélange à son entrée dans le milieu condensant (atmosphère ou condenseur proprement dit) , défalcation faite de certaines pertes accessoires. ”

“ Or, à moins de supposer que les pressions à la chaudière fussent très-différentes, on est bien obligé d'admettre qu'à vitesse égale, le travail le plus réduit correspondait à la plus grande détente, il en résulte donc que la dépense d'eau par cheval et par heure a été d'autant plus grande que la machine détendait davantage. ”

“ Il ne semble pas nécessaire de
recourir à cette explication; on comprend aisément que la vaporisation de l'eau condensée peut se produire avec quelque irrégularité et par soubresauts, comme celle que l'on détermine sous le piston de la machine pneumatique et celle qui se produit dans le réservoir d'eau chaude des machines dites sans feu 1; il n'y a rien là que de très-admissible surtout dans une machine en mouvement de translation rapide, où l'eau accumulée parfois en masse à la partie inférieure des cylindres se trouve agitée et roulée sur les parois. ”

“ La puissance brute, développée sur les pistons d'une machine à vapeur, se mesure en faisant le produit de la section des pistons par la pression moyenne effective de la vapeur pendant la durée de la course, ce qui donne un effort moyen qui, multiplié par la vitesse des pistons, détermine le travail par seconde en kilogrammètres. ”

“ Nous allons démontrer qu'une réduction absolue de 25 pour cent sur la consommation du combustible est de nature à entraîner d'autres avantages que celui de la réduction immédiate de la dépense de ce chef. ”

“ Bien qu'on doive admettre, ce que confirment d'ailleurs de récentes expériences de la Société industrielle de Mulhouse, que le rendement organique de l'appareil n'est pas tout à fait constant et varie dans certaines limites avec la valeur même du travail, il n'en est pas moins vrai que ces limites sont peu étendues, et que le mode d'évaluation des résistances du mécanisme en fonction du poids de la machine, et surtout du tender, ne peut être considéré comme rationnel. ”

“ On peut donc réaliser une bien meilleure distribution avec les appareils simples généralement usités sur les locomotives, et il est possible de dire que le fonctionnement Compound réunit les avantages physiques de l'enveloppe de vapeur et les avantages géométriques de la distribution à doubles tiroirs sans en avoir les difficultés d'application et les inconvénients pour le genre de machines qui nous occupent. ”

“ Quoiqu'on ait vu dans les machines précédentes que l'avance à l'échappement est peu nuisible, surtout lorsque la détente est poussée à sa limite, il est bon de ne pas négliger la suppression de cette perte, lorsqu'il arrive, comme dans cette distribution, que cela n'entraîne aucune conséquence fâcheuse. ”

“ Ce résultat tient à ce que dans ces machines fonctionnant à des pressions très-faibles et sans détente sensible, les pertes par condensations intérieures étaient à peu près nulles. Il est assez humiliant, on ne saurait le nier, d'être obligé de constater que nos machines modernes, en apparence si perfectionnées, dépensent quelquefois autant que les machines de Stephenson qui fonctionnaient, il y a quarante ans, sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester. ”

“ Dans les machines locomotives du chemin de Biarritz on a obtenu des pressions initiales au petit cylindre de 10 kilogrammes effectifs, même avec une vitesse de rotation assez considérable.
- Il est bien certain, toutefois, qu'il ne faut pas aller trop loin et se fier indéfiniment, comme le font d'autres personnes, aux énormes vitesses que peut prendre la vapeur, d'autant plus que le mélange d'eau avec la vapeur change notablement les conditions d'écoulement admises pour la vapeur sèche. ”

“ Pour des machines transformées, on doit admettre que la réduction du tirage, si elle avait lieu, serait compensée par la diminution de dépense de combustible due au meilleur emploi de la vapeur, et cela d'autant plus que cette réduction du tirage sera elle-même, dans une certaine mesure, favorable à la bonne utilisation du combustible. ”