De la sueur à la vapeur

Depuis des millénaires, les principales sources d’énergie sont :
la force humaine et animale, l’eau et le vent
Les premières expériences sur la vapeur remontent au premier siècle de notre ère. Il faut attendre les XVIIe et XVIIIe siècles pour en voir les utilisations pratiques.

Au cours de ces deux siècles, la vapeur, le vide et la pression atmosphérique font l’objet d’expériences de la part de savants, chercheurs et inventeurs. Leurs théories permettront de construire des machines utilisant la vapeur. Le principe de ces machines est la transformation de l’énergie thermique de la vapeur en énergie mécanique.
I-II siècles
1629
1672
1673
1679-1690
1698
1712
1769-1771
1769-1788
1800-1804
Héron d’Alexandrie, ingénieur, mécanicien grec conçoit et construit l’éolipyle.
La vapeur d’eau produite dans le chaudron remplit la sphère et s’échappe par deux évents coudés de sens opposés, ce qui la fait tourner.
Éolipyle
Giovanni Branca (1571-1645), ingénieur italien conçoit un appareil qui fait fonctionner des pilons et des tournebroches avec des jets de vapeur.
La Machine
Ferdinand Verbiest (1623-1688) prêtre jésuite, mathématicien belge construit un petit chariot mû par la vapeur, pour l’empereur de Chine. Essayé dans la grande cour du palais de Pékin, il tourna en rond, de manière tout à fait autonome, pour le plus grand amusement de la Cour.
Véhicule à vapeur à roue à aubes
Christian Huygens (1629-1695), astronome, physicien néerlandais. À Paris, Huygens et son jeune assistant Denis Papin, mettent au point un dispositif expérimental à cylindre et piston, dans lequel le vide d’air est créé par la combustion de poudre à canon.
En chauffant le cylindre, ils réussissent à déplacer le piston qui entraîne une charge de 70 kg sur 30 cm. Huygens est le précurseur du « moteur à combustion interne ».
Christian Huygens
Denis Papin (1647-1714), médecin, inventeur français crée en 1679 la fameuse marmite le « digesteur », ancêtre de l’autocuiseur. Papin invente et fixe, sur le couvercle du digesteur, une soupape de sûreté qui constitue l’un des organes les plus importants de la machine à vapeur moderne. En 1690, il construit un appareil expérimental, la première "pompe à piston", avec cette invention, peu spectaculaire, mais capitale, Papin pose toutes les bases des machines à vapeur futures.
Digesteur et sa soupape de sureté
Thomas Savery (1650-1715), inventeur, mécanicien anglais crée une machine à vapeur, « l’Amie du mineur », destinée à pomper l’eau des mines de charbon de Cornouailles. Laissant de côté cylindre et piston, Savery produit la vapeur dans un vase séparé et combine le vide, la condensation et la force élastique de la vapeur pour remonter les eaux d’exhaure des mines.
L'Amie du mineur
Thomas Newcomen (1663-1729), inventeur, mécanicien anglais dépose un brevet en 1712, pour la première machine à vapeur industrielle commerciale : la machine atmosphérique à balancier dite « machine de Newcomen ». 
La partie pompe et la partie motrice sont indépendantes et reliées entre-elles par un balancier.
Machine de Newcomen
Nicolas-Joseph Cugnot (1725-1804), ingénieur, mécanicien français réalise une machine à haute pression à deux cylindres. Il invente un système de transmission totalement nouveau : « la roue à rochet », qui transforme le « mouvement linéaire alternatif » des pistons en « mouvement rotatif continu » de la roue.
Fardier de 1771
James Watt (1736-1819), mathématicien, ingénieur écossais améliore la machine de Newcomen. En 1782, il met au point une machine à double effet en propulsant la vapeur alternativement de chaque côté du piston. Ce système permet le fonctionnement en continu, indépendant de la pression atmosphérique. Il crée en 1784 un « système de transmission » et en 1788 un « régulateur à boules ».
Régulateur à boules
Richard Trevithick (1771-1833), ingénieur, mécanicien anglais, construit la première voiture à vapeur haute pression en 1801. En 1803 sa « locomotive terrestre » circule sur route et transporte des passagers. En 1804, il fait construire la première locomotive à vapeur sur rails qui remorque 10 tonnes de fer et cinq wagons chargés de 70 hommes, sur 15 km à une vitesse proche de 8 km/h. C’est le début du transport terrestre puis ferroviaire à vapeur.

Locomotive sur rail
Les machines à vapeur

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