Sadi Carnot

“ C’est dans cet immense réservoir que nous pouvons puiser la force mouvante nécessaire à nos besoins ; la nature, en nous offrant de toutes parts le combustible, nous a donné la faculté de faire naître en tous temps et en tous lieux la chaleur et la puissance motrice qui en est la suite. Développer cette puissance, l’approprier à notre usage, tel est l’objet des machines à feu. ”

“ La production de la puissance motrice est donc due, dans les machines à vapeur, non à une consommation réelle du calorique, mais à son transport d’un corps chaud à un corps froid, c’est-à-dire à son rétablissement d’équilibre, équilibre supposé rompu par quelque cause que ce soit, par une action chimique, telle que la combustion, ou par toute autre. Nous verrons bientôt que ce principe est applicable à toute machine mise en mouvement par la chaleur. ”

“ Dans de pareilles machines le phénomène se trouve en quelque sorte tronqué, incomplet ; il devient difficile de reconnaître ses principes et d’étudier ses lois.
Pour envisager dans toute sa généralité le principe de la production du mouvement par la chaleur, il faut le concevoir indépendamment d’aucun mécanisme, d’aucun agent particulier ; il faut établir des raisonnemens applicables, non seulement aux machines à vapeur [4] , mais à toute machine à feu imaginable, quelle que soit la substance mise en œuvre et quelle que soit la manière dont on agisse sur elle. ”

“ Le changement de température occasioné dans les gaz par le changement de volume peut être regardé comme l’un des faits les plus importans de la physique, à cause des nombreuses conséquences qu’il entraîne, et en même temps comme l’un des plus difficiles à éclaircir et à mesurer par des expériences décisives. ”

“ D’après une loi due à MM. Clément et Desormes, loi établie par la voie de l’expérience directe, la vapeur d’eau, sous quelque pression qu’elle soit formée, contient toujours, à poids égaux, la même quantité de chaleur, ce qui revient à dire que la vapeur comprimée ou dilatée mécaniquement sans perte de chaleur sera toujours constituée à saturation de l’espace, si elle est primitivement ainsi constituée. La vapeur d’eau ainsi constituée peut donc être regardée comme un gaz permanent ; elle doit en observer toutes les lois. ”

“ La navigation sûre et rapide des bâtimens à vapeur peut être regardée comme un art entièrement nouveau dû aux machines à feu. Déjà cet art a permis l’établissement de communications promptes et régulières sur les bras de mer, sur les grands fleuves de l’ancien et du nouveau continent. Il a permis de parcourir des régions encore sauvages, où naguère on pouvait à peine pénétrer ; il a permis de porter les fruits de la civilisation sur des points du globe où ils eussent été attendus encore bien des années. ”

“ Le refroidissement de la vapeur par le contact du corps réfrigérant est bien plus prompt et bien plus facile que ne peut l’être celui de l’air. À la vérité, on aurait la ressource de rejeter celui-ci dans l’atmosphère, ce qui aurait en outre l’avantage d’éviter l’emploi d’un réfrigérant dont on ne dispose pas toujours, mais il faudrait pour cela que l’extension de volume de l’air ne l’eût pas fait arriver à une pression moindre que la pression atmosphérique. ”

“ Elle s’opérait en exerçant une pression constante sur la vapeur mise en contact avec le corps B de même température qu’elle. Les conditions du maximum se trouvaient donc remplies. À la vérité les choses ne peuvent pas se passer rigoureusement comme nous l’avons supposé. Pour déterminer le passage du calorique d’un corps à l’autre, il faut dans le premier un excès de température ; mais cet excès peut être supposé aussi petit qu’on le voudra ; on peut le regarder comme nul en théorie, sans que pour cela les raisonnemens perdent rien de leur exactitude. ”

“ Si, lorsqu’un gaz s’est élevé de température par l’effet de la compression, l’on veut le ramener à sa température primitive sans faire subir à son volume de nouveaux changemens, il faut lui enlever du calorique. Ce calorique pourrait aussi être enlevé à mesure que la compression s’exécute, de manière à ce que la température du gaz restât constante. De même, si le gaz est raréfié, l’on peut éviter qu’il ne baisse de température en lui fournissant une certaine quantité de calorique. ”

“ Non seulement, en effet, un moteur puissant et commode, que l’on peut se procurer ou transporter partout, se substitue aux moteurs déjà en usage ; mais il fait prendre aux arts où on l’applique une extension rapide, il peut même créer des arts entièrement nouveaux.
Le service le plus signalé que la machine à feu ait rendu à l’Angleterre est sans contredit d’avoir ranimé l’exploitation de ses mines de houille, devenue languissante et qui menaçait de s’éteindre entièrement à cause de la difficulté toujours croissante des épuisemens et de l’extraction du combustible [1] . ”

“ Au lieu d’opérer comme le faisaient MM. Niepce, il nous eût semblé préférable de comprimer l’air par des pompes pneumatiques, de lui faire traverser un foyer parfaitement clos, et dans lequel on eût introduit le combustible en petites portions par un mécanisme facile à concevoir ; de lui faire développer son action dans un cylindre à piston ou dans toute autre capacité extensible ; de le rejeter enfin dans l’atmosphère, ou même de le faire passer sous une chaudière à vapeur, afin d’utiliser la température qui lui serait restée. ”

“ La puissance motrice de la chaleur est-elle immuable en quantité, ou varie-t-elle avec l’agent dont on fait usage pour la réaliser avec la substance intermédiaire, choisie comme sujet d’action de la chaleur ? ”

“ S’il se rencontrait un corps liquide abondant, qui se vaporisât à une température plus élevée que l’eau, dont la vapeur eût sous le même volume une chaleur spécifique moindre, qui n’attaquât pas les métaux employés à la construction des machines, il mériterait sans doute la préférence ; mais la nature ne nous offre pas un pareil corps. ”

“ Dans la chute du calorique, la puissance motrice augmente sans doute avec la différence de température entre le corps chaud et le corps froid ; mais nous ignorons si elle est proportionnelle à cette différence. Nous ignorons, par exemple, si la chute du calorique de 100° à 50° fournit plus ou moins de puissance motrice que la chute de ce même calorique de 50° à 0°. ”

“ D’après ce que l’on vient de voir, c’est la différence qui doit rester constante, et non le rapport. Comme d’ailleurs la chaleur spécifique des gaz, pour un poids donné, varie très-peu avec la densité, il est tout simple que le rapport n’éprouve lui-même que de petits changemens.
Le rapport entre la chaleur spécifique de l’air atmosphérique sous pression constante et sous volume constant est, d’après MM. Gay-Lussac et Welter, 1,3748, nombre à peu près constant pour toutes les pressions et même pour toutes les températures. ”

“ Si quelque jour les perfectionnemens de la machine à feu s’étendent assez loin pour la rendre peu coûteuse en établissement et en combustible, elle réunira toutes les qualités désirables, et fera prendre aux arts industriels un essor dont il serait difficile de prévoir toute l’étendue. ”

“ Les fluides élastiques, gaz ou vapeurs, sont les véritables instrumens appropriés au développement de la puissance motrice de chaleur. Ils réunissent toutes les conditions nécessaires pour bien remplir cet emploi. Ils sont faciles à comprimer, ils jouissent de la faculté de se distendre presque infiniment ; les variations de volume occasionent chez eux de grands changemens de température ”

“ Les mouvemens produits par la dilatation et la compression des corps solides ou liquides ne pourraient être que fort petits ; on se verrait forcé, pour leur donner de l’extension, de faire usage de mécanismes compliqués ; il faudrait employer des matériaux de la plus grande force pour transmettre des pressions énormes ; enfin les opérations successives s’exécuteraient avec beaucoup de lenteur, comparées à celles de la machine à feu ordinaire, de sorte que des appareils de grandes dimensions et d’un prix considérable ne produiraient en somme que de médiocres effets. ”

“ L’économie du combustible n’est qu’une des conditions à remplir par les machines à feu ; dans beaucoup de circonstances, elle n’est que secondaire, elle doit souvent céder le pas à la sûreté, à la solidité, à la durée de la machine, au peu de place qu’il faut lui faire occuper, au peu de frais de son établissement, etc. ”

“ Puisque nous connaissons d’une part la loi suivant laquelle la chaleur se dégage par la compression des gaz, et de l’autre la loi suivant laquelle varie la chaleur spécifique avec le volume, il nous sera facile de calculer les accroissemens de température d’un gaz que l’on comprime sans lui laisser perdre de calorique. ”

“ Les machines qui ne reçoivent pas leur mouvement de la chaleur, celles qui ont pour moteur la force des hommes ou des animaux, une chute d’eau, un courant d’air, etc., peuvent être étudiées jusque dans leurs moindres détails par la théorie mécanique. ”

“ La découverte des machines à feu a dû, comme la plupart des inventions humaines, sa naissance à des essais presque informes, essais qui ont été attribués à diverses personnes et dont on ne connaît pas bien le véritable auteur. C’est au reste moins dans ces premiers essais que consiste la principale découverte, que dans les perfectionnemens successifs qui ont amené les machines à feu à l’état où nous les voyons aujourd’hui. ”

“ Ne sait-on pas d’ailleurs à posteriori que toutes les tentatives faites pour produire le mouvement perpétuel par quelque moyen que ce soit ont été infructueuses ? Que l’on n’est jamais parvenu à produire un mouvement véritablement perpétuel, c’est-à-dire un mouvement qui se continuât toujours sans altération dans les corps mis en œuvre pour le réaliser ? ”

“ La percussion, le frottement des corps ne sont-ils pas en effet des moyens d’élever leur température, de la faire arriver spontanément à un degré plus haut que celui des corps environnans, et par conséquent de produire une rupture d’équilibre dans le calorique, là où existait auparavant cet équilibre ? C’est un fait d’expérience que la température des fluides gazeux s’élève par la compression et s’abaisse par la raréfaction. ”

“ La puissance motrice de la chaleur est indépendante des agens mis en œuvre pour la réaliser ; sa quantité est fixée uniquement par les températures des corps entre lesquels se fait en dernier résultat le transport du calorique. ”

“ Lorsqu’un gaz varie de volume sans changer de température, les quantités de chaleur absorbées ou dégagées par ce gaz sont en progression arithmétique, si les accroissemens ou les réductions de volume se trouvent être en progression géométrique. ”

“ Le fer et le feu sont, comme on sait, les alimens, les soutiens des arts mécaniques. Il n’existe peut-être pas en Angleterre un établissement d’industrie dont l’existence ne soit fondée sur l’usage de ces agens et qui ne les emploie avec profusion. Enlever aujourd’hui à l’Angleterre ses machines à vapeur, ce serait lui ôter à la fois la houille et le fer ”

“ On ne doit pas se flatter de mettre jamais à profit, dans la pratique, toute la puissance motrice des combustibles. Les tentatives que l’on ferait pour approcher de ce résultat seraient même plus nuisibles qu’utiles, si elles faisaient négliger d’autres considérations importantes. ”

“ Le corps A est éloigné, et l’air ne se trouve plus en contact avec aucun corps capable de lui fournir du calorique ; le piston continue cependant à se mouvoir, et passe de la position ef à la position gh. L’air se raréfie sans recevoir de calorique, et sa température s’abaisse. Imaginons qu’elle s’abaisse ainsi jusqu’à devenir égale à celle du corps B : à ce moment le piston s’arrête et occupe la position gh. ”