John Smeaton

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
John Smeaton
Image dans Infobox.
Biographie
Naissance
Décès
Voir et modifier les données sur Wikidata (à 68 ans)
AusthorpeVoir et modifier les données sur Wikidata
Sépulture
St Mary's Church, Whitkirk (en)Voir et modifier les données sur Wikidata
Nationalité
Formation
Leeds Grammar School (en)Voir et modifier les données sur Wikidata
Activités
Autres informations
Membre de
Distinction
Œuvres principales
Coldstream Bridge (d)Voir et modifier les données sur Wikidata

John Smeaton ( - ) est un ingénieur britannique, souvent surnommé le père du génie civil britannique dans la littérature anglo-saxonne,il est réputé pour sa dextérité et son sens de l'analyse. Il est responsable de la construction de ponts, canaux, ports et de phares. Il est aussi ingénieur en mécanique et physicien. Son nom est associé avec la Lunar Society.

Il naît à Austhorpe près de Leeds. Après avoir étudié à la Leeds Grammar School il travaille dans le cabinet juridique de son père.

Le physicien[modifier | modifier le code]

Il cesse de travailler avec son père pour se lancer dans la fabrication d'instruments scientifiques. Il travaille avec Henry Hindley et développe entre autres un pyromètre, pour étudier l'expansion des matériaux, ainsi qu'un horizon artificiel.

Il est élu membre de la Royal Society en 1753 qui lui décerne la médaille Copley en 1759 pour ses travaux sur les moulins à vent et les norias. Ses papiers explicitent la relation entre la pression et la vitesse des objets se déplaçant dans l'atmosphère.

L'ingénieur[modifier | modifier le code]

Recommandé par la Royal Society, Smeaton construit le troisième phare d'Eddystone (1755-1759) et met au point un mortier hydraulique basé sur un calcaire mêlé d'argile. Les mortiers hydrauliques deviendront le sujet de préoccupation des constructeurs du XIXe siècle, et Smeaton sera alors cité comme un précurseur. Ce phare reste en service jusqu'en 1877 date à laquelle il est démantelé et partiellement reconstruit à Plymouth Hoe.

Smeaton décide de se consacrer à l'ingénierie civile, plus lucrative, et travaille sur une série d'ouvrages d'art incluant :

Son expérience de l'ingénierie lui vaut d'être cité pour témoigner dans un procès sur l'ensablement du port de Wells-next-the-Sea à Norfolk en 1782. Il est considéré comme le premier expert à avoir été appelé à témoigner lors d'un procès dans une cour de justice anglaise.

Le mécanicien[modifier | modifier le code]

Il met au point un système d'irrigation utilisant une vis d'Archimède pour les jardins botaniques royaux de Kew en 1761 et un moulin à eau à Alston en Cumbria. Il améliore la machine à vapeur de Thomas Newcomen et en installe une dans une mine de Cornouailles en 1775.

Le mécanicien des fluides (le fameux Coefficient de Smeaton)[modifier | modifier le code]

La table de Mr. Rouse donnant les efforts sur une plaque dus au vent, citée par Smeaton, 1759

En 1759, John Smeaton publia un texte titré « Une étude expérimentale concernant les pouvoirs naturels de l’eau et de l’air de faire tourner les moulins et autres machines en mouvement circulaire »[1]. George Cayley commente ainsi le texte de Smeaton et surtout la table de Mr. Rouse[2] qu'y cite Smeaton (image ci-contre) : « Le résultat des expériences et observations de Mr Smeaton était qu’une surface plane d’un pied carré rencontre une résistance d’une Livre-force quand elle se déplace dans l’air perpendiculairement à elle-même à une vitesse de 21 pieds par seconde. »[3]

La plupart des auteurs exprimèrent plutôt, cependant, la vitesse de la surface plane en Miles/heure. À cet aune, ils énonçaient que :

  • « Une surface plane d’un pied carré rencontre une résistance de 0,005 Livres-force[4] à la vitesse de 1 Mile/h. »

Les dépendances de cette résistance envers le carré de la vitesse relative de l’air et envers la surface de la plaque étant constatées par Smeaton et beaucoup d’autres, le constat précédent pouvait être étendu à toutes les plaques exposées à toutes les vitesses de vent :

…pourvu que soit exprimé en Livre-force, que la surface de la plaque soit exprimée en pieds carrés et que la vitesse relative de l’air soit exprimée en Miles/heure.


Pendant 150 ans (jusqu'à l’essor des frères Wright) les chercheurs utilisèrent les concepts et mesures de Smeaton ainsi que cette constante de proportionnalité 0,005 (nommée Coefficient de Smeaton)[5] pour quantifier cette notion basique de pression de Smeaton sur les plaques planes[6] sur des plaques se déplaçant frontalement dans l’air, cette pression (ou plutôt cette surpression) variant comme le carré de la vitesse du fluide.

Il est important, à ce stade de la réflexion, de remarquer que ledit Coefficient de Smeaton intègre la Masse volumique de l’air. De même qu’il faut remarquer que l'antique pression de Smeaton qu'on en tirait fut jugée longtemps comme s’appliquant à l’intégralité de la face avant de la plaque plane exposée au mouvement de l’air[7],[8].

Mais la valeur 0,005 de ce fameux Coefficient de Smeaton était erronée. Ce constat inquiéta beaucoup les frères Wright qui s’étaient basés dessus pour concevoir leurs premiers planeurs[9],[10].

La soufflerie des frères Wright.

Cette déception les incita à effectuer eux-mêmes des mesures d’efforts dans une soufflerie de leur construction[11]. Par ce moyen, ils purent corriger l’antique Coefficient de Smeaton et lui donner la valeur exacte de 0,003 (valeur que nous calculons ci-dessous).


Ses legs[modifier | modifier le code]

Il est très estimé par les autres ingénieurs. Il contribue activement à la Lunar Society, une sorte de club de discussion réunissant ingénieurs, scientifiques et industriels. Il invente le terme de civil engineering -- génie civil, pour le distinguer de l'ingénierie militaire et des grands corps de l'état. Il fonde la Society of Civil Engineers en 1771 qui est renommé Smeaton Society après sa mort, société savante ancêtre de l'Institution of Civil Engineers en 1818.

Ses élèves incluent les constructeurs de canaux James Brindley et William Jessop et l'architecte et ingénieur Benjamin Latrobe.

Il meurt d'une attaque tandis qu'il marche dans les jardins familiaux à Austhorpe et est enterré dans la paroisse de Whitkirk.


Bibliographie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Mr J Smeaton, « An Experimental Enquiry concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills, and Other Machines, Depending on a Circular Motion. », Philosophical Transactions of the Royal Society, vol. 51,‎ , p. 100–174 (DOI 10.1098/rstl.1759.0019)
  2. Smeaton présente Mr. Rouse comme son ami et comme « un gentleman ingénieux d’Harborough, dans le Leicestershire, ayant construit un manège d’essais (dispositif à bras tournant) pour la mesure des plaques planes et des voilures de moulin à vent.
  3. The Wind and Beyond: A Documentary Journey into the History of Aerodynamics in America, Volume 1: The Ascent of the Airplane, James R. Hansen, Editor | https://history.nasa.gov/SP-4409%20vol1.pdf
  4. La Livre-force, sur le modèle du Kilogramme-force, est le poids que pèse une Livre sur notre planète, la livre étant une unité de masse et non de force.
  5. Cette constante était nommée « Coefficient de Smeaton » bien qu'elle ait été tirée des mesures d’un certain Mr. Rouse
  6. En fait c'est une surpression, la surpression créée par le mouvement relatif du fluide sur le corps.
  7. On découvrit plus tard que l’air,pour contourner la plaque, est obligé d’accélérer en s’approchant des bords de la plaque, ce qui, en application du l’équation de Bernoulli conduit à une diminution importante de sa surpression spécialement sur les bords de la plaque où elle peut être négative. Les anciens auteurs ignoraient également la dépression existant à l'aval de la plaque, cette dépression augmentant la traînée et venant diminuer l'effet de l'accélération du flux sur la face amont (voir à ce sujet l'image l'image d'Eiffel montrant la répartition des pressions sur une plaque carrée).
  8. Pour ces notions de pression et de surpression, voir l’article Coefficient de pression
  9. Le planeur de 1901 des frères Wright avait été conçu pour soulever son propre poids (100 Livres-force) plus celui d’un pilote (150 Livres-force) quand il était utilisé comme un cerf-volant à 5 degrés d’incidence dans un vent de 15 Miles par heure. Mais il s’avéra que ce planeur pouvait difficilement soulever son propre poids dans un tel vent de 15 M/h et encore avec une incidence plus forte.
  10. Smeaton Coefficient, Glenn Research Center, https://wright.nasa.gov/airplane/smeaton.html
  11. Ce fut sans doute la deuxième soufflerie des États-unis, mise en service quelques mois après celle de Zham. Si la soufflerie de frère Wright mesurait 1,8 m de long et sa section d'essais carrée 40 cm , celle de Zham, mesurait cependant 12,2 m de long et sa section d’essais carrée 1,8 m (Zham fut plus tard l’un des fondateurs du NACA, ancêtre de la NASA).
  12. Nous utilisons l’expression traînée exacte pour signifier la traînée que calculerait, en première intention, un ingénieur moderne.
  13. 1,225 est la Masse volumique de l'air sec au niveau de la mer sous une pression de 1 013,25 hPa. Voir à ce sujet l'article Masse volumique de l'air. Bien sûr ce calcul peut être fait avec d'autres valeurs pour la Masse volumique de l'air.
  14. Le d’une plaque plane exposée frontalement n’évolue pas beaucoup lorsque son rapport longueur / largeur varie : Le de la plaque carrée vaut 1,18 alors que celui d’un plaque de rapport longueur/largeur = 5 vaut 1,2 ; cette relativement faible variation rendait assez réaliste l’assimilation par Smeaton et ses successeurs de toutes les plaques planes à une plaque plane moyenne.

Liens externes[modifier | modifier le code]