L’eau, le feu

1. L’eau, le feu • L’homme a toujours connu l’eau (4,5 milliards d’années) • Il découvre le feu, il y a 700 000 à 800 000 ans en Europe (grotte de l'Escale - Durance) Histoire de la vapeur

2. De l’eau à la vapeur • Quand on chauffe de l’eau, elle se transforme en vapeur • Dans le fond du récipient des bulles se forment et remontent vers la surface • L’eau chante Histoire de la vapeur

3. L’ébullition • Différence entre la vaporisation et l’évaporation (surface d’eau à l’air libre) • A 100° l’eau rentre en ébullition et se transforme en vapeur. • A l’air libre, elle reste à cette température pendant toute la durée de l’ébullition. • La chaleur toute entière est occupée à cette opération du passage de l’état liquide à l’état gazeux. Histoire de la vapeur

4. L’influence de la pression • L’eau bout à 100° à la pression atmosphérique de 760 mm demercure. • La température d’ébullition dépend de la pression (84,4° au sommet du Mont Blanc) • Plus on s’élève en altitude plus la pression diminue et plus l’eau bout à une température inférieure à 100° • Dans le vide absolu, l’eau bout à 0° Histoire de la vapeur

5. La force élastique de la vapeur • La tension de la vapeur est toujours égale à la pression extérieure (pression atmosphérique) • La température de l’eau reste constante pendant toute la durée de la vaporisation si la pression extérieure reste constante Histoire de la vapeur

6. Dans un récipient clos • Dans un récipient clos l’eau bout à 100°, se transforme en vapeur et exerce une tension sur les parois du récipient. • Sa température augmente bien au delà de 100° • La tension ou pression exercée est fonction de la température (soupape). Histoire de la vapeur

7. On mesure la tension de la vapeur Histoire de la vapeur

8. Héron d’Alexandrie • 120 Av. JC Héron d’Alexandrie fabrique l’éolipyle Lampe à éoplipyle sur chariot (fin 18ème siècle) rAts & Métiers Histoire de la vapeur

9. Du Moyen Age à la Renaissance • La force de la vapeur était connue, mais les biographes et historiens ne la mentionnent pas • 1125 en l’église de Reims l’horloge de Gerbert et l’orgue fonctionnaient à l’air sortant d’un vase Histoire de la vapeur

10. La Renaissance • Milieu du XVIème S. Jérôme Cardan invente le tournebroche mu par la vapeur • En 1571 Mathésius parle du « formidable effet que peut produire l’action volcanique d’une petite quantité d’eau confinée » • Jacob Besson (Orléans 1569) décrit « la production de la vapeur par échauffement de l’eau, et ses propriétés particulières » Histoire de la vapeur

11. La Renaissance • Agostino Ramelli écrit un livre à Paris en 1588 sur la vapeur (descriptions de machines et dessins) • Le canon à vapeur de Léonard de Vinci • Blasco de Garay (Espagne 1543) tente de faire fonctionner un vaisseau par le moyen de roues à aubes mues par une machine non décrite • G.B. della Porta décrit l’élévation d’une colonne d’eau par la vapeur et parle du vide créé par la condensation Histoire de la vapeur

12. Worcester et Salomon de Caus • En  1624, Salomon de Caus, architecte et ingénieur du Roy : L’eau montera à l’aide du feu plus haut que son niveau Histoire de la vapeur

13. Denis Papin • En 1681 il invente le digesteur, la soupape se lève sous l’action de la vapeur • En 1690 il crée le vide dans un cylindre par condensation de l’eau Histoire de la vapeur

14. Le Capitaine Th. Savery • En 1698, il présente une machine à élever l’eau des mines au moyen de la vapeur Histoire de la vapeur

15. Newcomen & Cawley • En 1712 Newcomen crée la machine atmosphérique. C’est la pression de l'air extérieur qui est à l'origine de la force motrice du système. • Cette machine portera le nom de « Pompe à feu » Histoire de la vapeur

16. Humphrey Potter • Il était chargé d’ouvrir et de fermer les robinets d’une machine de Newcomen • Il imagina un système de ficelles qui convenablement fixées au balancier ouvraient et fermaient les robinets. La machine de Newcomen donnait ses 15 ou 16 coups de piston par minute de manière automatique. • Humphrey avait inventé la distribution. Histoire de la vapeur

17. La machine de James Watt • Les machines antérieures étaient à simple effet • 1776 Watt crée la machine à double effet et y apporte des améliorations : • le volant • le régulateur à boules • Le tiroir de distribution • Le balancier avec son parallélogramme Histoire de la vapeur

18. La machine de Watt Histoire de la vapeur

19. Le volant • il régule la vitesse de fonctionnement • il accumule une partie de l’énergie • il restitue à la machine son énergie cinétique • mais il ne limite pas la vitesse de la machine qui peut s’emballer Histoire de la vapeur

20. Le régulateur à boules • permet à la machine de régler sa vitesse par elle-même • naissance des systèmes d’asservissement Histoire de la vapeur

21. Le manomètre à Hg • le manomètre à mercure sert à mesurer la tension de la vapeur dans la chaudière et dans le condenseur Histoire de la vapeur

22. Le parallélogramme articulé • permet de transformer le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation • Le moteur universel est inventé Histoire de la vapeur

23. La machine à double effet • créée en 1779 • brevetée en 1882 • la vapeur est utilisée des deux cotés du piston • J. Watt laisse une machine moderne à la veille du 19ème siècle, machine qui continuera à être améliorée Histoire de la vapeur

24. La détente en application • La vapeur produit le maximum de son effet, si au lieu d’établir la communication avec la chaudière pendant toute la durée de la course du piston, on interrompt cette communication lorsque le piston est au tiers de sa course, les deux tiers restants sont animés par la seule détente de la vapeur. Histoire de la vapeur

25. Olivier Evans • L’apprenti charron de Philadelphie après avoir expérimenté la force de l’eau chauffée par le feu, crée la machine haute pression en 1797 (7, 8, 10 fois supérieure à la pression atmosphérique). • Il supprime le condenseur et l’eau froide, la vapeur est libérée dans l’atmosphère après usage. • La tige du piston est reliée à une bielle qui fait tourner une roue (1801). Histoire de la vapeur

26. La machine d’Arthur Woolf • utilise la double expansion • la vapeur est admise dans le cylindre HP puis s’échappe dans le cylindre BP où elle continue sa détente • elle est ensuite libérée dans le condenseur ou dans l’atmosphère 1804 Histoire de la vapeur

27. Chronologie Histoire de la vapeur

28. La chaudière • Un récipient clos et résistant • Il existe des types variés de chaudières Histoire de la vapeur

29. Les éléments constitutifs • Le foyer, la grille, le cendrier • Les carneaux et la cheminée (tirage) • Le(s) bouilleur(s) qui contiennent l’eau (calcul de l’épaisseur des tôles du générateur)e = 3 mm + (1,8 mm * d * p) • Les tubes (d’eau ou à fumée) • Le dôme de prise de vapeur Histoire de la vapeur

30. Les caractéristiques • La surface de chauffe • la surface des parois en contact avec les gaz (flammes ou fumées) • en rapport avec la surface de la grille • Le volume d’eau • Le volume de vapeur • La réserve calorifique croît avec ces volumes Histoire de la vapeur

31. Les accessoires • Les soupapes • Le niveau d’eau • Le manomètre • L’injecteur ou la pompe alimentaire Histoire de la vapeur

32. Le danger : l’explosion • Lorsque la pression de la vapeur est supérieure à la résistance du générateur • Vérifier • le niveau d’eau • la pression (le fonctionnement des soupapes) • les incrustations • La surproduction de vapeur due à la vaporisation instantanée Histoire de la vapeur

33. Différents types de machines • Machines à cylindre oscillant • Machines verticales • Après le double effet, apparaissent les machines horizontales • Machines locomotive • Locomobiles • Machine marine • Machines à vapeur rotatives • Les turbines Histoire de la vapeur

34. La vapeur en navigation • Un siècle entre Newcomen et Fulton • 1695 idée de D. Papin « force de la vapeur à ramer contre le vent » • 1707 D. Papin fait construire un bateau avec une machine à vapeur. Il est détruit par les bateliers. • 1775 bateau des frères Périer sur la Seine • 1778 Jouffroy d’Abbans sur le Doubs • 1807 Fulton construit « Le Clermont » Histoire de la vapeur

35. Les grands inventeurs • Salomon de Caus avait évoqué cette idée dans un ouvrage dédié au roi Louis XIII • Denis Papin • Frères Périer • Jouffroy d’Abbans • François Cavé • Robert Fulton • Charles Dallery Histoire de la vapeur

36. Denis Papin • Médecine à Angers • Travaille avec Huygens, Leibnitz • Calviniste, il part pour Londres, rencontre Robert Boyle (machine à faire le vide) • Dans Actes, il veut substituer la machine à vapeur au travail des galériens • Fait des recherches sur les sous-marins • En 1707, à Marbourg, il construisit un bateau à roues à aubes sur la Fulda. Histoire de la vapeur

37. Le Marquis de Jouffroy d’Abbans • 1778 il construit le Palmipède qui navigue sur le Doubs • En 1783, il expérimente le Pyroscaphe, bateau à vapeur équipé de roues à aubes. • En 1816, il lance sur la Seine le Charles-Philippe, bateau à vapeur • Il a inauguré l'ère de la navigation fluviale à vapeur Histoire de la vapeur

38. Robert Fulton • Artiste peintre • Considéré comme l'inventeur du bateau à vapeur • Il propose au Directoire un sous-marin baptisé Nautilus, 70 ans avant que Jules Verne n'écrive « Vingt mille lieues sous les mers » • Le 9 août 1803, il fait fonctionner le premier bateau à vapeur sur la Seine,   Histoire de la vapeur

39. Charles Dallery • Horloger, facteur d’orgues, bijoutier, mécanicien • Il construit des machines à vapeur qu’il veut appliquer à la locomotion • En 1803, il envisage la construction d’un bateau à vapeur propulsé par une hélice • Devancé par Fulton qui lance son bateau sur la Seine • Il invente le différentiel Histoire de la vapeur

40. L’hélice • Vis d’Archimède (Duquest 1727) • 1768 l’hélicoïde de Paucton • 1803 Dallery deux vis mues par la vapeur • 1838 Smith et Ericson 1858 sur « l’Archimède » Histoire de la vapeur

41. Roues à manivelle entraînées par des hommes, animaux (Chine, Rome Carthagène) En rivière, en mer… Pb d’encombrement pour les bateaux militaires Elle est derrière la pièce d’étambot Propulseur toujours immergé Laisse libre la manœuvre à la voile Laisse de la place aux pièces d’artillerie Roues à aubes ou hélice Roues à aubes Hélice Histoire de la vapeur

42. Le pop-pop • chaudière à vapeur dont la dilatation sert à expulser l'eau d'une conduite et que sa condensation sert à aspirer l'eau, par la dépression créée, dans la même conduite. • Désiré Thomas Piot, (en 1891) • C.J. Mc Hugh en 1924 améliore l'invention, en créant une chambre d'évaporation munie d'une membrane flexible Histoire de la vapeur

43. Sources • Jouffroy d'abbans http://artic.ac-besancon.fr/lycee_jouffroy_d_abbans/abbans1.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Claude_Fran%C3%A7ois_Jouffroy_d'Abbans http://artic.ac-besancon.fr/lycee_jouffroy_d_abbans/jouffroy.html • Denis Papin http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/chimisterie/9703/KAuclair.html http://fr.wikipedia.org/wiki/Denis_Papin http://www.aquadesign.be/news/article-1748.php http://huguenots-france.org/france/celebrites/papin.htm • James Watt http://fr.wikipedia.org/wiki/James_Watt http://visite.artsetmetiers.free.fr/watt.html http://www.infoscience.fr/histoire/biograph/biograph.php3?Ref=114http://216.239.59.104/search?q=cache:TiGq9-VFlawJ:www.n- vandewiele.com/Watt.PDF+james+watt&hl=fr&ct=clnk&cd=8&gl=fr • Th. Savery http://visite.artsetmetiers.free.fr/savery.h http://www.geocities.com/Athens/Acropolis/6914/Saverye.htm • Newcomen http://visite.artsetmetiers.free.fr/newcomen.htm http://gery.flament.free.fr/Fr/3D/Newcomen.htm • H. Potter http://www.history.rochester.edu/steam/carnegie/ch7.html • Arthur Woolf http://fr.wikipedia.org/wiki/Arthur_Woolf • Robert Fulton http://fr.wikipedia.org/wiki/Robert_Fulton Histoire de la vapeur