le moteur a vapeur

Son histoire

les premiers travaux sur la vapeur d'eau et son utilisation remontent a l'Antiquite : Heron d'Alexandrie concut et construisit au Ier siecle son eolipyle qui, bien que consideree comme un jouet du fait de sa faible puissance, n'en etait pas moins un moteur a vapeur, a reaction. Au XIXe siecle, un archiviste espagnol affirma avoir decouvert des documents qui prouvaient qu'en 1543, dans le port de Barcelone, un navigateur et inventeur espagnol, Blasco de Garay fit sous les yeux de nombreux hauts personnages, dont Charles Quint, la demonstration d'un bateau propulse par la vapeur d'un chaudron et des roues a aubes. Ces declarations furent toutefois discreditees par les autorites espagnoles, les documents n'ayant pu etre retrouves. Il fallut attendre le XVIIe siecle pour que reapparaisse l'idee d'utiliser la puissance de la vapeur d'eau. En 1601, Giambattista della Porta ameliora l'utilisation de la force d'expansion de la vapeur d'eau.[ref. necessaire] En 1606 Jeronimo de Ayanz y Beaumont en Espagne, utilisa la vapeur pour propulser un fluide (l'eau accumulee dans les mines) dans une buse en flots continus puis, en 1615, le Francais Salomon de Caus decrit une pompe capable de chasser l'eau d'un recipient. En 1629, Giovanni Branca suggera l'idee de moulins mus par la vapeur et, l'annee suivante, David Ramseye obtint un brevet pour une pompe mue par un moteur a feu.

Machine a vapeur de James Watt

Ecossais James Watt (1736-1819) repara un moteur Newcomen en 1763 : il cherchait alors des idees d'amelioration pour en augmenter l'efficacite. Ses reflexions deboucherent en 1765 sur l'idee d'une chambre de condensation pour la vapeur, separee par une valve, idee pour laquelle il deposa un brevet en 1769. Il commenca alors a produire des moteurs ameliores avec le financement de Matthew Boulton. En 1765, aux mines d'argent de Barnaoul, le Russe Polzounov imagine de coupler deux cylindres pour exploiter les cycles compression-detente, et munit son moteur d'un regulateur a flotteur pour maintenir constant le niveau d'eau dans le circuit : c'est le premier regulateur d'une machine a vapeur. En 1770, le Francais Cugnot construisit le premier vehicule automobile terrestre, un fardier, destine a la traction de pieces d'artillerie. Ce prototype sans posterite utilisait un moteur de type Newcomen. Les performances du vehicule etaient insuffisantes pour un usage operationnel. Parallelement, Watt continua a chercher des idees pour ameliorer son invention, et, en 1781 il mit au point le systeme mecanique permettant de creer un mouvement de rotation a partir du mouvement rectiligne du piston, ce qui lui permit ensuite de concevoir le cylindre a double action ou la vapeur entraine le piston, lors de sa montee et de sa descente. La puissance de la machine en etait fortement augmentee.

Systeme de mise en marche

Par l'intermediaire d'un systeme de tiroir de distribution, ouvrant et fermant des lumieres, la vapeur d'eau sous pression est envoyee a une extremite d'un cylindre, ou elle pousse un piston. Ce dernier entraine la bielle qui est articulee dessus et fixee sur le volant d'inertie en un point excentre de son axe de rotation. Son mouvement provoque donc une rotation du volant. Tiroir a vapeur Du volant repart une biellette commandant le tiroir d'admission et d'echappement. Quand le piston arrive au bout du cylindre, la biellette repousse le tiroir : Dans le cas du cylindre simple effet, le tiroir referme la lumiere d'entree de la vapeur et du meme cote ouvre une autre lumiere pour laisser s'echapper la vapeur contenue dans le cylindre. Le volant, par l'energie cinetique accumulee, continue de tourner, repoussant ainsi le piston au point de depart. Dans un cylindre a double effet, le tiroir ouvre, en plus, une lumiere d'admission pour la vapeur de l'autre cote, elle repousse le piston qui continue sa poussee sur le volant. Sur ce volant, on place une courroie etablissant une liaison elastique avec la poulie d'entree d'une machine transformant ce mouvement en un travail specifique. Pour etre utilisable industriellement, cette energie doit le plus souvent etre regulee, afin que la vitesse de rotation ne depende ni des aleas de la chauffe, ni surtout de la sollicitation de puissance en sortie. C'est la qu'intervient le regulateur centrifuge mis au point par Watt, qui agit directement sur la vanne par laquelle la vapeur arrive de la chaudiere.

Double action

La double action inventee par Watt devient d'emploi general, elle permet un gros gain de puissance en eliminant la phase ou le piston se comporte comme un frein, celui-ci est alors moteur a l'aller et au retour. Sur les moteurs fonctionnant par l'expansion de la vapeur, il est pousse alternativement par les deux chambres d'expansion qu'il delimite. Le systeme d'alimentation a tiroir a alors pour role de declencher soit l'alimentation, soit l'echappement pour les deux chambres.

Plan de travail

ADRIEN FAURE

NICOLAS GARCIA