De mon précédent blog : entrepreneurcleantech.wordpress.com

J’ai beaucoup d’intérêt pour la manière dont les technologies prennent naissance, évoluent, se développent (et parfois meurent).

S’il est une technologie essentielle, pilier de la révolution industrielle, c’est bien la machine à vapeur. Si avant le 18eme siècle, seule l’énergie hydraulique pouvait subvenir aux besoins des usines de l’époque, avec la nécessité de disposer d’un accès à un fleuve et des courants puissants, c’est avec la machine à vapeur que l’industrialisation a peu s’affranchir de cette contrainte.

Je vais tenter de résumer le début de son histoire ci-dessous et je conseille le livre « Britain since 1700 » de RJ Cootes, en particulier pour son histoire des technologies de la révolution industrielle.

Si la possibilité de créer une force par la détente de vapeur est connue depuis l‘antiquité Grecque (avec l’Eolipyle de Heron d’Alexandrie), ce n’est qu’au XVIe siècle que se créent les premières applications.

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En 1690, Denis Papin, conçoit une machine à vapeur en condition atmosphérique. Il s’agit de la première réalisation combinant un cylindre (liée à une chaudière à vapeur) et un piston, guidé dans un sens par la pression de vapeur, et dans l’autre sens par la pression atmosphérique, une fois la vapeur condensée. Un système composé d’une crémaillère et de roues dentées relaie ce mouvement, permettant ainsi d’actionner n’importe quel mécanisme. On inverse ensuite le processus pour ramener le piston en place. Malheureusement, on ne peut recommencer qu’au bout de quelques minutes (le temps de laisser se refroidir le cylindre), alors qu’une véritable machine doit pouvoir fonctionner en continu. La « machine atmosphérique à piston flottant » de Papin n’est donc qu’une ébauche.

En 1698, Thomas Savery, utilise le principe pour construire une machine dont le but est de pomper l’eau des mines inondées. C’est une machine sans piston, qui fonctionne grâce à un jeu de robinets : on amène la vapeur d’eau depuis une chaudière jusqu’à un récipient contenant une partie de l’eau à épuiser, et l’irruption de la vapeur expulse l’eau vers le haut ; puis un jet d’eau froide condense cette vapeur et crée un vide partiel. L’eau située plus bas dans la mine est alors aspirée dans le récipient, et le cycle peut recommencer. Ce qui fait l’originalité de la machine de Savery, par rapport à celle de Papin, c’est la condensation accélérée de la vapeur, par arrosage extérieur du récipient, qui permet de réaliser une pompe foulante et aspirante efficace (quoique sujette à de nombreux accidents, en raison de l’absence de soupapes de sûreté).

En 1705-1706, Thomas Newcomen, améliore le design de Savery ce qui aide à la diffusion de la technologie. La vapeur provenant de la chaudière est introduite via une vanne dans un cylindre ouvert au dessus. Le piston se soulève sous l’effet de l’augmentation de la pression jusqu’à ce qu’un jet d’eau froide extérieur vienne condenser la vapeur, ce qui crée un vide, et l’action de la pression atmosphérique force le piston a redescendre dans le cylindre, actionnant la pompe. Ces premiers modèle étaient inefficaces, en particulier car il n’était pas possible de fabriquer les composants avec précisions (cylindre, piston). Cependant en 1711, une société est créée pour perfectionner les aspects mécaniques et l’invention (toujours une pompe), devient répandue dans les mines de charbon du Nord Est de l’Angleterre. Avec la capacité de pomper de l’eau à de grande profondeur, les pompes de Newcomen permettent de travailler dans des mines plus profondes. Dans les années 1770, une centaines de ces machines étaient installées essentiellement dans les mines de charbon, mais également pour l’approvisionnement en eau.

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En 1763, James Watt travaille sur une machine de Newcomen pour la réparer, et est frappé par son manque d’efficacité, en particulier à vis à vis de l’injection d’eau froide sous le piston pour condenser la vapeur, gaspillant la capacité thermique. Pour cela, Watt invente tout d’abord le condenseur séparé. Watt isole ensuite le cylindre ouvert pour que la vapeur soit introduite alternativement d’un côté, puis de l’autre du piston et expérimente une boite à injection.Une première société fut créée à partir de 1769, mais la production des machines soulève de nombreux problèmes techniques, ce qui mène la société à la faillite. Néanmoins, en 1774, avec de nouveaux partenaires, Watt relance une activité, en s’appuyant sur des compétences fortes en fabrication, et en utilisant les techniques de précision déployées tout récemment pour la réalisation de canons!!. Si l’entreprise devient florissante avec la reconduction des brevets en 1775 et 40 machines construites les 5 années suivantes, l’invention de Watt ne concerne encore à l’époque qu’une pompe.

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C’est le développement du mouvement circulaire en 1781, qui va transformer la pompe de Watt en moteur, en transformant un mouvement de va et bien vertical en mouvement circulaire. L’invention est perfectionnée en utilisant l’invention de William Murdock du réducteur planétaire.

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C’est ainsi que démarre réellement la diffusion de la technologie du moteur rotatif à vapeur. Avec le monopole des brevets sur la technologie de 1775 à 1800, Watts et ses partenaires auront construit près de 300 machines, mettant la technologie du moteur rotatif à l’honneur et remplaçant petit-à-petit les moulins à eau.

Au final, l’invention mettra plus d’un siècle à devenir opérationnelle et sous l’influence de plusieurs personnages et connaitra de nombreuses évolutions et perfectionnement les années et siècles suivants.

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Sources :

– Britain since 1700, RJ Cootes

-http://fr.questmachine.org/wiki/Histoire_de_la_machine_à_vapeur

– Lancelot Hogben, Science for the Citizen: A Self-Educator Based on the Social Background of Scientific Discovery, Illustrated by J. F. Horrabin (London: George Allen and Unwin Ltd., 1938)