TEXTES ET DOCUMENTS POUR LA CLASSE

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Pleins feux sur... la machine à vapeur

Physique-chimie - histoire-géographie - français / collège

Par les professeurs-relais du musée des Arts et Métiers : Isabelle Forlorou, professeur de lettres, Fanny Hermon-Duc, professeur d’histoire-géographie, et Xavier Marliangeas, professeur de physique-chimie

DOCUMENTS

Une genèse en cinq étapes

DOC A La machine à vapeur de Watt (1763).

Le premier navire à vapeur de la Marine royale

DOC B La machine à vapeur du navire Le Sphinx (1830).

Une locomotive dans les champs

DOC C La locomobile, machine à vapeur agricole.

Figuier, l’un des premiers vulgarisateurs scientifiques

DOC D Louis Figuier, « La machine à vapeur », in Les Merveilles de la Science, vol. I, 1867.

Peindre la révolution industrielle

DOC E Claude Monet, Le Pont de l’Europe, gare Saint-Lazare, 1877.

Quand la machine broie les hommes

DOC F Émile Zola, La Bête humaine, 1893.

ANALYSES DES DOCUMENTS

Une genèse en cinq étapes

En 1679, Denis Papin (1647-1714) invente le « digesteur », le premier autocuiseur. C’est un cylindre de fonte sur lequel un couvercle est maintenu en pression grâce à des vis, et dans lequel on verse un peu d’eau avant de le placer sur le feu. L’eau se change en vapeur, puis la pression et la température montent jusqu’à atteindre la valeur de la pression fixée par la soupape de sûreté. Celle-ci, installée sur le couvercle, permet d’éviter une explosion. C’est donc un appareil qui possède les attributs principaux de la chaudière, au sens moderne de ce mot, car au XVIIe siècle il désignait seulement une sorte de marmite.

En 1698, le mécanicien britannique Thomas Savery (1650-1715) dépose un brevet pour une pompe fonctionnant à la vapeur, destinée à l’exploitation minière : il s’agit de la première machine à vapeur qui ait réellement fonctionné. Son refroidissement pour la condenser est assuré par de l’eau froide à l’extérieur du cylindre. Beaucoup de chaleur est donc évacuée vers le milieu extérieur.

Une animation de cette machine peut être visualisée à l’adresse suivante :
http://library.thinkquest.org/C006011/english/jsites/steam_thomas_savery.php3?v=2

En 1707, inspiré par ce dispositif, Papin invente une machine à pomper l’eau par la « force du feu ». Son dispositif manque cependant d’efficacité. En effet, la vapeur est refroidie par l’air ambiant, ce qui demande un certain temps. C’est la pression de l’air atmosphérique qui agit, et celle-ci n’est, somme toute, que d’un bar environ…

En 1712, Thomas Newcomen (1663-1729) développe sa machine à vapeur avec son associé Thomas Savery. Ce dernier 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 l’eau du puisard. L’eau retenue dans le réservoir était évacuée, et le processus répété. Cette « machine à foyer » n’était pas très efficace et ne pouvait fonctionner qu’en dessous d’une faible profondeur.

L’animation expliquant la machine de Newcomen est visible sur http://gery.flament.free.fr/Fr/3D/Newcomen.htm

Enfin, l’ingénieur britannique James Watt (1736-1819) adapte sur la machine qui porte aujourd’hui son nom (doc A) le régulateur à boules – déjà utilisé dans les moulins à vent et à eau – afin d’en assurer la régulation de la vitesse. Il invente la jonction à mouvement parallèle (le parallélogramme de Watt), qui convertit un mouvement circulaire en mouvement vertical, et le diagramme indicateur de vapeur pour mesurer la pression de la vapeur dans le cylindre pendant le cycle de fonctionnement de la machine, et donc l’efficacité de celle-ci.

Watt a grandement contribué à la transformation de la machine à vapeur embryonnaire en un moyen de production d’énergie fiable et économique. Il s’est aperçu que la machine à vapeur de Newcomen gâchait presque les trois quarts de l’énergie de la vapeur en chauffant le piston et la chambre. Il a donc développé une chambre de condensation séparée, ce qui a augmenté significativement l’efficacité. Des améliorations supplémentaires (l’isolation du cylindre de vapeur, l’adjonction d’une machine à double action, d’un compteur, d’un indicateur et d’une valve de commande de puissance) ont fait de la machine à vapeur l’œuvre de sa vie.

Watt était opposé à l’utilisation de vapeur à haute pression, et certains considèrent qu’il a freiné le développement technique de la machine à vapeur par d’autres ingénieurs jusqu’à ce que ses brevets expirent, en 1800. En particulier, l’interdiction faite à son employé William Murdoch de travailler avec de la vapeur à haute pression pour ses expérimentations sur la locomotive à vapeur a retardé le développement et l’application de cette invention. Avec l’aide de son associé Matthew Boulton (cofondateur de l’entreprise Boulton & Watt), il s’est battu contre des ingénieurs rivaux comme Jonathan Hornblower, qui a essayé de développer des machines qui échapperaient à ses brevets généraux. Boulton s’est avéré un excellent homme d’affaires, et les deux hommes ont fini par faire fortune.

Le premier navire à vapeur de la Marine royale

Construit à l’arsenal de Rochefort en 1829 et propulsé par deux roues à aubes, Le Sphinx est muni d’une machine à vapeur de 160 chevaux, fabriquée à Liverpool, chez Fawcett, qui donna entière satisfaction. Il participe en juillet 1830 au débarquement d’Alger, et est aussitôt envoyé à Toulon pour annoncer la prise de la ville.

En 1832, il remorque d’Alexandrie à Toulon le Luxor, navire de charge sur lequel on avait embarqué l’un des obélisques de Louxor donné à la France par le pacha d’Égypte Méhemet Ali. Le 13 août 1833, il fait escale à Cherbourg avant de continuer sa route vers Rouen, remorquant toujours l’allège qui contient l’obélisque de Ramsès le Grand, qui sera érigé place de la Concorde à Paris.

Il s’échouera le 6 juillet 1845, par temps de brume, au cap Matifou lors d’une de ses missions de transport entre la France et l’Algérie.

Une locomotive dans les champs

Machine à vapeur montée sur des roues non motrices, la locomobile était utilisée notamment dans les campagnes pour activer des batteuses.

Elle est composée de trois parties : le moteur, la chaudière et le châssis.

La cheminée se plie pour permettre de déplacer la locomobile sans l’endommager (ou sans endommager d’éventuels tunnels ou ponts).

Une vidéo montrant le fonctionnement d’une locomobile peut être visualisée à l’adresse suivante : http://www.dailymotion.com/video/x6gtff_locomobile-merlin_auto

Figuier, l’un des premiers vulgarisateurs scientifiques

Guillaume-Louis Figuier, né à Montpellier le 15 février 1819, et mort le 8 novembre 1894 à Paris, est un écrivain et vulgarisateur scientifique français.

Docteur en médecine en 1841, Figuier est nommé, en 1846, professeur à l’école de pharmacie de Montpellier, puis à celle de Paris. C’est là qu’il entreprend une série d’expériences physiologiques en vue de démontrer que, contrairement aux idées de Claude Bernard, le foie a pour rôle de condenser le sucre qui existe dans le sang. Cette lutte scientifique tourne à son désavantage, et Figuier abandonne pour toujours l’expérimentation.

Déjà connu des savants par de nombreux mémoires publiés de 1847 à 1854 dans les Annales des sciences, au Journal de pharmacie, Figuier se rend surtout populaire par des écrits de vulgarisation scientifique et historique. Il tente aussi de créer un genre nouveau, le « théâtre scientifique », une série de pièces ayant pour héros les grands inventeurs ou les grands savants ; cette tentative obtient peu de succès. En 1855, Figuier remplace Victor Meunier comme rédacteur du feuilleton scientifique de La Presse. Ses articles, publiés chaque semaine depuis 1856 jusqu’à sa mort, sont réunis chaque année dans un volume intitulé L’Année scientifique et industrielle ou Exposé annuel des travaux qui forme un inventaire exact des productions scientifiques de l’année. Il est également rédacteur en chef de La Science illustrée, revue hebdomadaire de vulgarisation scientifique créée par Adolphe Bitard et à laquelle participent aussi Jules Verne, Louis-Henri Boussenard et Camille Flammarion.

Peindre la révolution industrielle

Des peintres tels que William Turner ou Gustave Caillebotte, admirateurs de l’architecture métallique et des machines à vapeur, se saisissent très vite du motif du train. Objet technique qui ouvre un monde nouveau, celui-ci est un symbole de la modernité.

Juste après la Commune, tout au début de la IIIe République, les artistes plantent leur chevalet autour de la gare Saint-Lazare, tant appréciée pour ses départs vers la Normandie.

Claude Monet est, de tous les impressionnistes, celui qui s’est le plus attaché à peindre la modernité industrielle, celle d’un Paris en pleine transformation depuis les travaux du baron Haussmann, celle des ponts métalliques et des gares. En janvier 1877, Claude Monet, désireux de s’atteler à un sujet résolument moderne et urbain, obtient du directeur des Chemins de fer de l’Ouest l’autorisation officielle de dresser son chevalet à l’intérieur de la gare saint-Lazare.

Pour Monet, c’est d’abord l’originalité de la composition de l’image qui importe. Collectionneur d’estampes japonaises, que l’on peut admirer à Giverny, il applique l’art de la construction à partir de l’oblique dans sa façon de placer le pont de l’Europe. Puis, à l’extrême gauche, coupée comme les personnages japonais d’un bleu marqué par les lignes de cuivre, il peint la locomotive. Ce sont alors fumées et brouillards, qui estompent les formes environnantes. L’œuvre s’apprécie dans le cheminement intérieur de l’artiste : entre la recherche des brouillards, de ceux du matin à la limite de la capacité de perception des yeux, entre la détermination des gris de la neige ou des bleutés de la Seine, au moment où se devinent ce que Proust nomme « peindre ce qu’on ne voit pas »… et jouer « de la défaillance de l’œil ».

On imagine que la machine à vapeur fait beaucoup de bruit, et la vapeur qui s’en dégage donne une impression d’effervescence. Monet représente ainsi l’activité fourmillante du lieu. Le peintre saisit sur le vif l’atmosphère bouillonnante qui, tour à tour, estompe ou souligne la charpente métallique et la verrière de la marquise, le tracé des voies, les façades des immeubles, les silhouettes. Par une palette riche et une touche variée, le peintre fixe les « impressions » que lui inspirent les jeux multiples de lumière et de couleurs entre le soleil et la vapeur.

Monet nous invite également à découvrir le nouveau quartier de l’Europe, conçu par le baron Haussmann en 1858 et réalisé à partir de 1860 : ses larges artères, ses immeubles de rapport et le pont, qui remplace, en 1867, l’ancienne place de l’Europe et ses tunnels.

Quand la machine broie les hommes

Ce passage est extrait du dernier chapitre de La Bête humaine, dix-septième tome de la série des Rougon-Macquart, qui en compte vingt.

Fasciné lui aussi par la modernité, Zola fait de la locomotive, un personnage à part entière. Elle porte d’ailleurs un prénom, et un prénom de femme. Ici comme dans plusieurs de ses romans (comme Germinal), on voit l’écrivain naturaliste s’emparer du réel le plus prosaïque, a priori le moins poétique, pour lui conférer un statut quasi mythologique. Animalisé ou humanisé, comme ici, l’objet prend vie et se met à dominer les hommes. En ce sens, Zola a très vite vu les menaces potentielles que la révolution industrielle faisait peser sur les hommes, en les asservissant et en les dévorant. La Lison est ici comme un monstre à la gueule de feu, une sorte de dragon,  qu’il faut en permanence nourrir (de charbon).

Ce qui frappe dans cet extrait, c’est l’imbrication entre le combat humain et la machine emportée à toute vitesse. Les deux se font écho, produisant cette impression de chaos, de violence et de fatalité : rien ne semble pouvoir arrêter la machine, ni les pulsions des hommes qui les mènent pourtant à leur perte.