Thomas Newcomen

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Thomas Newcomen est un mécanicien anglais, né le 24 février 1664 à Dartmouth (Devon, Angleterre), mort le 5 août 1729.

Principe de la machine à vapeur à balancier de Newcomen

La région du Devon était riche en étain et de nombreuses mines y étaient exploitées. L’évacuation des eaux d’infiltration constituait alors un problème majeur, et l’inondation des puits empêchait l’extraction du minerai à partir d’une certaine profondeur. L’apport de Newcomen fut de mettre au point une machine à vapeur utilisable pour l’exhaure.

Une première « machine à foyer »[modifier | modifier le code]

Newcomen développa sa machine à vapeur avec son associé Thomas Savery en 1712. Savery avait proposé une « machine à foyer » fonctionnant comme une sorte de thermosiphon. Le dispositif comprenait un réservoir vide relié par un tuyau à un puisard au fond de la mine. De la vapeur à basse pression était admise dans le réservoir, puis condensée par de l’eau froide pulvérisée, pour produire un vide aspirant le piston de la machine sous l'effet de la pression atmosphérique qui vaut 1kg/cm2 qui agit sur l'autre face du piston. Le balancier actionne le piston d'une pompe qui exhaure l’eau d'un puisard. L’eau retenue dans le réservoir était évacuée, et le processus se répétait. Cette « machine à foyer » n’était pas très efficace, et ne pouvait fonctionner qu’en dessous d’une faible profondeur.

Sur les premières machines le cylindre était un prisme à section carrée[1].La machine à vapeur servait à pomper l'eau dans les mines de charbon.

La « machine à balancier », dite « machine de Newcomen »[modifier | modifier le code]

Machine à vapeur de Newcomen, dans l’encyclopédie Meyers de 1890

Newcomen conçut une machine à balancier, constituée d’une grande poutre de bois se balançant autour d’un pivot central. D’un côté de ce balancier partait une chaîne reliée à une pompe en fond de mine, et de l'autre côté, une chaîne était reliée à la tige d’un piston pouvant se déplacer à l’intérieur d’un cylindre vertical ouvert à son extrémité supérieure. L’étanchéité était assurée par un joint primitif constitué d’une corde de chanvre enroulée autour du piston, dont la circonférence était biseautée. Cette corde, gonflée par l’humidité, était pressée au moyen de poids métalliques.

De la vapeur à basse pression, produite dans le ballon d’une chaudière, était admise dans le cylindre. Un vide était alors créé par une aspersion d’eau condensant la vapeur, et la pression atmosphérique qui s’exerçait sur la face supérieure du piston le faisait descendre. Ce mouvement actionnait les parties mobiles de la pompe, qui revenaient ensuite à leur position initiale par leur propre poids. La vapeur était alors à nouveau admise sous le piston, chassant les condensats par un tuyau de purge, et renouvelant le processus.

Description du fonctionnement[modifier | modifier le code]

La vapeur est produite en A et passe dans le cylindre B par le tuyau C. Dans ce cylindre la vapeur pousse le piston D vers le haut, comme dans la machine de Papin, aidé par le contrepoids K. La liaison entre le piston D et la poutre F (dont les extrémités sont terminées par des arc de cercle) est assurée par la tige fixe E et une chaîne Le contrepoids K est attaché via la chaîne H a l’autre bout de la poutre. La tige de la pompe est fixée à la base du contrepoids. Cette tige est poussée vers le haut et vers le bas par le mouvement correspondant du contrepoids. Quand l’admission de vapeur via le tuyau C est arrêtée par la vanne d’arrêt le contenu du cylindre est confiné. L’eau venant du réservoir L est injectée dans le cylindre via le tuyau P. Cette eau injectée dans le cylindre accélère la condensation de la vapeur dans le cylindre ce qui crée un vide ( relatif). Le piston est dés lors repoussé vers le bas par la pression de l’air externe ( ambiant), le piston entraine aussi la poutre F. Ce mouvement soulève le contrepoids K et aussi le la tige I de la pompe vers le haut (c'est à ce moment que que ce produit le pompage de l'eau depuis le fond du puits, la tige travaille en traction). Le tuyau R évacue l’eau condensée, la partie immergée de ce tuyau , (qui a la forme d’un U) est représentée par la lettre S. et fermant le circuit du cylindre fermement. M est la liaison d’une petite pompe auxiliaire qui remplit le réservoir L au travers du tuyau N. Dans la version d’origine les vanne d’arrêts étaient actionnées manuellement.

Succès et perfectionnements[modifier | modifier le code]

Au début, les vannes d’admission de vapeur et de l’eau d’aspersion étaient manœuvrées manuellement. Il est rapporté qu’en 1713 un garçon nommé Humphrey Potter[2], chargé d’ouvrir et fermer les vannes de la machine, la fit fonctionner sans assistance en plaçant convenablement des cordes et des butées afin d’ouvrir et fermer les vannes. Ce dispositif fut simplifié en 1718 par Henry Beighton, qui suspendit au balancier, une barre agissant sur des tiges qui actionnaient les vannes.

Newcomen fabriqua en 1711 une machine commercialisable, dont la puissance équivalait celle de six chevaux vapeur, soit environ 4500 watts. En 1712, Newcomen et John Calley construisirent leur première machine près d’un puits de mine inondé, et le pompèrent pendant des heures afin de démontrer sa puissance. Elle fut ensuite utilisée la même année par Conygree Coalworks près de Dudley dans les West Midlands, et une réplique fonctionnelle de cette machine peut être vue dans un musée voisin, le Black Country Living Museum. Bientôt, les commandes affluèrent de mines en terrain humide de toute l’Angleterre. Newcomen partagea son brevet avec Savery, en raison de l’usage de son système d’aspersion. La machine de Newcomen fut largement utilisée à l’exhaure des mines du sud-ouest de l’Angleterre, en particulier dans les mines d’étain de Cornwall.

Plaque commémorative du monument O'Kelly de la première machine à vapeur Newcomen installée sur le continent à Jemeppe-sur-Meuse en 1721

À sa mort, Newcomen avait installé plus d’une centaine de ses machines, au sud-ouest de l’Angleterre, dans les Midlands, au nord du Pays de Galles et en Cumbria.

La première machine du continent fut installée en 1721 par l'Irlandais John O'Kelly dans une houillère de Jemeppe-sur-Meuse en Belgique.

En 1725, ces machines étaient couramment en usage dans les houillères, où elles furent exploitées sans grand changement pendant trois-quarts de siècle. John Smeaton, qui construisit de nombreuses machines de ce type vers 1770, l’améliora par de nombreux détails techniques.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Biographie de James Watt par Andrew Carnegie, 1905. Projet Gutenberg.
  2. dito, chap. VIII

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]