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Thomas Newcomen

Biographie

Naissance	24 fevrier 1663 Dartmouth
Deces	5 aout 1729 (a 66 ans) Londres
Sepulture	Cimetiere de Bunhill Fields
Activites	Inventeur , quincailler, mecanicien

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Thomas Newcomen est un pasteur baptiste et mecanicien anglais, il est l'un des inventeurs de la premiere machine a vapeur . Il est ne le 24 fevrier 1663 a Dartmouth ( Devon , Angleterre ) et mort le 5 aout 1729 a Londres .

Biographie [ modifier | modifier le code ]

Thomas Newcomen etait un predicateur laic et un enseignant dans une eglise baptiste de Dartmouth ^{[ 1 ]} . En 1710, il est devenu pasteur baptiste d'un groupe local .

Premiere ≪ machine a foyer ≫ [ modifier | modifier le code ]

La region du Devon etait riche en etain et de nombreuses mines y etaient exploitees. L’evacuation des eaux d’infiltration constituait alors un probleme majeur, et l’inondation des puits empechait l’extraction du minerai a partir d'une certaine profondeur. L’apport de Newcomen fut de mettre au point une machine a vapeur utilisable pour l’ exhaure et qui remplacera par la suite toutes les machines traditionnellement dependantes de la force d'un cours d'eau.

Newcomen developpa sa machine a vapeur avec son associe Thomas Savery en 1712. Savery avait propose une ≪ machine a foyer ≫ fonctionnant comme une sorte de thermosiphon . Le dispositif comprenait un reservoir vide relie par un tuyau a un puisard au fond de la mine. De la vapeur a basse pression etait admise dans le reservoir, puis condensee par de l’eau froide pulverisee, pour produire un vide relatif aspirant le piston de la machine sous l'effet de la pression atmospherique qui vaut environ 1 kg/cm ² qui agit sur l'autre face du piston (face externe). Le balancier actionne le piston d'une pompe qui exhaure l’eau d'un puisard. L’eau retenue dans le reservoir etait evacuee, et le processus se repetait. Cette ≪ machine a foyer ≫ n’etait pas tres efficace, et ne pouvait fonctionner qu’en dessous d’une faible profondeur.

Sur les premieres machines le cylindre etait un prisme a section carree ^{[ 2 ]} . La machine a vapeur servait a pomper l'eau dans les mines de charbon.

La ≪ machine a balancier ≫, dite ≪ Moteur atmospherique ≫ [ modifier | modifier le code ]

Newcomen concut une machine a balancier , constituee d’une grande poutre de bois se balancant autour d’un pivot central. D'un cote de ce balancier partait une chaine reliee a une pompe en fond de mine, et de l'autre cote, une chaine etait reliee a la tige d’un piston pouvant se deplacer a l'interieur d'un cylindre vertical ouvert a son extremite superieure. L' etancheite etait assuree par un joint primitif constitue d’une corde de chanvre enroulee autour du piston, dont la circonference etait biseautee. Cette corde, gonflee par l'humidite, etait pressee au moyen de poids metalliques.

De la vapeur a basse pression, produite dans le ballon d'une chaudiere, etait admise dans le cylindre. Un vide etait alors cree par une aspersion d’eau condensant la vapeur, et la pression atmospherique qui s'exercait sur la face superieure du piston le faisait descendre. Ce mouvement actionnait les parties mobiles de la pompe, qui revenaient ensuite a leur position initiale par leur propre poids. La vapeur etait alors a 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 , aide par le contrepoids K . La liaison entre le piston D et la poutre F (dont les extremites sont terminees par des arcs de cercle ) est assuree par la tige fixe E et une chaine. Le contrepoids K est attache via la chaine H a l’autre bout de la poutre. La tige de la pompe est fixee a la base du contrepoids. Cette tige est poussee vers le haut et vers le bas par le mouvement correspondant du contrepoids. Quand l'admission de vapeur via le tuyau C est arretee par la vanne d’arret le contenu du cylindre est confine. L’eau venant du reservoir L est injectee dans le cylindre via le tuyau P . Cette eau injectee dans le cylindre accelere la condensation de la vapeur dans le cylindre ce qui cree un vide (relatif). Le piston est des lors repousse vers le bas par la pression de l’air externe (ambiant), le piston entraine aussi la poutre F . Ce mouvement souleve le contrepoids K et aussi la tige I de la pompe vers le haut (c'est a ce moment que se produit le pompage de l'eau depuis le fond du puits, la tige travaille en traction ). Le tuyau R evacue l’eau condensee, la partie immergee de ce tuyau, (qui a la forme d’un U) est representee par la lettre S . et fermant le circuit du cylindre fermement. M est la liaison d’une petite pompe auxiliaire qui remplit le reservoir L au travers du tuyau N . Dans la version d’origine les vannes d’arrets etaient actionnees manuellement.

Soupape ≪ reniflante ≫ ^{[ 3 ]}  : Newcomen constate qu'apres plusieurs cycles, la machine s'arrete. Cela vient de l'air dissous dans l'eau (de la chaudiere et du jet de condensation) qui s'accumule dans le cylindre avec le temps. Une soupape est ajoutee en bas du cylindre pour evacuer cet air. Cette soupape est chargee avec du plomb pour qu'elle ne s'ouvre que quand la pression est maximale. Quand le piston est en bas et que le cylindre est mis en communication avec la chaudiere, la soupape ≪ reniflante ≫ s'ouvre et laisse echapper l'air et un peu de vapeur. Elle se referme quand le piston, en remontant, decouvre le cylindre froid, ce qui fait baisser legerement la pression dans le cylindre. Son nom vient du bruit qu'elle produit.

Succes et perfectionnements [ modifier | modifier le code ]

Au debut, les vannes d’admission de vapeur et de l’eau d’aspersion etaient manœuvrees manuellement. Il est rapporte qu’en 1713 un garcon nomme Humphrey Potter ^{[ 4 ]} , charge d’ouvrir et fermer les vannes de la machine, la fit fonctionner sans assistance en placant convenablement des cordes et des butees afin d’ouvrir et fermer les vannes. Ce dispositif fut simplifie 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 equivalait celle de six chevaux vapeur, soit environ 4 500  watts . En 1712, Newcomen et John Calley construisirent leur premiere machine pres d’un puits de mine inonde, et le pomperent pendant des heures afin de demontrer sa puissance. Elle fut ensuite utilisee la meme annee par Conygree Coalworks pres de Dudley dans les West Midlands, et une replique fonctionnelle de cette machine peut etre vue dans un musee voisin, le Black Country Living Museum . Bientot, les commandes affluerent de mines en terrain humide de toute l'Angleterre. Newcomen partagea son brevet avec Savery, en raison de l'usage de son systeme d'aspersion. La machine de Newcomen fut largement utilisee a l’exhaure des mines du sud-ouest de l’Angleterre, en particulier dans les mines d’etain de Cornouailles .

A sa mort, Newcomen avait installe 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 . Les machines de Newcomen et leurs engine house , hautes de plus de 10 metres surmontees par une cheminee se multiplient et dominent litteralement le paysage des bassins industriels pour en devenir un element caracteristique ^{[ 5 ]} .

La premiere machine du continent fut installee en 1721 par l'Irlandais John O'Kelly dans une houillere de Jemeppe-sur-Meuse en Belgique .

En 1725 , ces machines etaient couramment en usage dans les houilleres, ou elles furent exploitees sans grand changement pendant trois-quarts de siecle. John Smeaton , qui construisit de nombreuses machines de ce type vers 1770 , l'ameliora par de nombreux details techniques.

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Annexes [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Machine a vapeur
• Pompe a feu

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

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