Faire le vide avec la vapeur
Le capitaine Savery (1698)
Selon une anecdote rapportée par Figuier, Thomas Savery aurait jeté au feu un flacon de vin presque vide ; voyant la vapeur en sortir, il l’aurait plongé, goulot en bas, dans une bassine d’eau froide : l’eau s’y précipita aussitôt. La vapeur, en se condensant, venait de faire le vide.
L’ami du mineur
En 1698, Thomas Savery, ingénieur militaire anglais, dépose un brevet pour « élever l’eau par la force du feu ». Il le présente en 1702 dans un petit livre, The Miner’s Friend, « l’ami du mineur » : il s’agit de vider les mines inondées.
Sa machine n’a ni piston ni balancier. La vapeur remplit un réservoir ; on l’arrose d’eau froide, la vapeur se condense et fait le vide : la pression de l’air pousse alors l’eau du puits dans le réservoir. Puis la vapeur, sous pression, la chasse plus haut. Mais l’aspiration ne dépasse pas quelques mètres, la vapeur sous forte pression fait éclater les réservoirs, et la machine dévore le charbon.
Son brevet, très large, couvre pourtant tout procédé élevant l’eau « par le feu » : Newcomen devra s’associer avec lui pour exploiter sa propre machine.
Faire le vide avec la vapeur
L’expérience de la canette
Comment faire le vide par condensation ?
Refaisons l’expérience de Savery avec une simple canette. On y verse un peu d’eau, puis on la chauffe : l’eau bout, et sa vapeur, qui occupe plus de mille fois plus de place que l’eau liquide, chasse l’air hors de la canette.
On la retourne alors dans l’eau froide. La vapeur se condense d’un coup : il ne reste presque plus rien dans la canette, c’est un vide. Rien ne s’oppose plus à l’air extérieur, qui appuie sur ses parois de tout son poids, environ 1 kg sur chaque centimètre carré.
À vous d’essayer
Faire le vide avec la vapeur
L’idée de Papin (1690)
Médecin né près de Blois, Denis Papin a travaillé à Paris avec Huygens, puis à Londres avec Boyle, pour qui il invente son « digesteur », l’ancêtre de l’autocuiseur. En 1690, professeur à Marbourg, en Allemagne, il publie l’idée d’un cylindre à piston mû par la vapeur.
« Il arriva heureusement qu’un certain traité françois, petit de volume, mais très ingénieux me fut remis par M. Papin, qui avoit joint ses efforts à ceux de l’éminent Huygens pour faire lesdites expériences. »
Robert Boyle (1682).
Le cylindre de Papin
La machine de Newcomen
Un forgeron de Dartmouth
Thomas Newcomen (1664-1729) est quincaillier et forgeron à Dartmouth, dans le Devon. Il fournit en outils les mines d’étain de Cornouailles, envahies par l’eau à mesure qu’on creuse. Avec son associé John Calley, il cherche pendant des années une machine capable de les assécher.
Il réunit les idées de ses prédécesseurs : le vide par condensation de Savery et le cylindre à piston de Papin. La vapeur n’y sert pas à pousser : elle remplit le cylindre, puis, refroidie par un jet d’eau froide, y fait le vide. C’est la pression de l’air qui pousse le piston ; un grand balancier transmet l’effort aux pompes du puits.
En 1712, la première machine est installée près du château de Dudley, dans les Midlands. Le brevet de Savery l’oblige à s’associer avec lui. À sa mort, plus d’une centaine de ses machines fonctionnent en Angleterre et au pays de Galles.
On ne connaît aucun portrait authentique de Thomas Newcomen.
La machine atmosphérique
La machine de Newcomen
La machine pas à pas
Faites fonctionner la machine en ouvrant les robinets dans l’ordre : 1 la vapeur, 2 l’eau froide, 3 la purge. La vapeur ne pousse pas le piston : elle sert à faire le vide, et c’est la pression de l’air qui fait le travail. D’où son nom de machine atmosphérique.
Cliquez sur les robinets du dessin ou sur les boutons. Le cylindre est dessiné en coupe.
La machine de Newcomen
La machine automatique (1713)
En 1713, un enfant chargé de l’ouverture et de la fermeture des robinets, Humphrey Potter, aurait eu l’idée de les relier par des ficelles au balancier. Grâce à cette innovation, en pivotant, le balancier commande lui-même les robinets au moment nécessaire.
Soixante ans de règne
L’histoire de Humphrey Potter, « le paresseux de génie », est sans doute une légende. Ce qui est sûr, c’est que vers 1718 l’ingénieur Henry Beighton remplace les ficelles par une tige à taquets suspendue au balancier : à chaque coup, ses taquets ouvrent et ferment les robinets. La machine devient automatique et bat une douzaine de coups par minute, jour et nuit.
La machine de Newcomen restera pendant soixante ans la meilleure machine pour élever l’eau dans les mines anglaises.
