LA PROPULSION A VAPEUR SUR LES NAVIRES
OU COMMENT
RECONNAITRE LES CHAUDIERES ET LES MACHINES

Steamer

Généralités :

La propulsion à vapeur sur les navires se compose de trois ensembles :

- Un appareil évaporatoire (chaudières et accessoires

- Un appareil moteur, la machine et ses accessoires

- Un appareil propulseur, hélice ou roues à aubes

Les chaudieres :

Il existe deux types de chaudières :

1. Les chaudières à tubes de fumée ou chaudières tubulaires : dans celles-ci, l’eau entoure les tubes qui servent au passage de la flamme. Elles se divisent en deux types, les chaudières tubulaies à retour de flamme (figure de gauche) et les chaudières à flammes directes (figure de droite)

tubes de fumée1

tube de fumée2

Chaudière tubulaire à retour de flamme

Chaudière à flammes directes

2. Les chaudières à tubes d’eau ou aquatubulaires : dans ces dernières l’eau est renfermée dans des tubes autour desquels circulent librement les gaz caloriques. On les divise en deux classes : a) les chaudières à gros tubes, droits ou peu inclinés de 80 à 100 mm de diamètre (chaudières Belleville ou Niclausse par ex). b) les chaudières à petits tubes, ces derniers étant sinueux et presque verticaux de 30 mm environ de diamètre (chaudières Du Temple, Thornycroft ou Normand par ex)..

Tubes à eau

La vapeur formée dans le générateur est amenée par le tuyau collecteur à l'appareil moteur.
On désigne ainsi l’appareil dans lequel la force élastique de la vapeur détermine un mouvement que des organes mécaniques transmettent, modifié ou non au propulseur.
Dans les machines, il est rectiligne alternatif ou circulaire uniforme.

Mode d’action de la vapeur.
Le mouvement déterminé par la vapeur est rectiligne lorsque cette vapeur, admise dans un corps de pompe, ou cylindre, y fait aller et venir un piston mobile en pressant alternativement sur l’une et l’autre de ses faces. Ce mouvement rectiligne a besoin d’être transformé en mouvement de rotation pour actionner le propulseur.
Les machines à corps de pompe et à piston, sont les plus répandues. Autrefois, elles étaient dites à basse, moyenne ou haute pression selon qu’elles utilisaient la vapeur fournie par un générateur lui-même à basse, moyenne ou haute pression, et elles fonctionnaient le plus souvent, sans détente ou à détente simple.
Sans détente, lorsque la vapeur affluait dans le corps de pompe pendant toute la course du piston puis était expulsée.
A détente simple, lorsque la vapeur, introduite dans le cylindre pendant une partie seulement de la course du piston, continuait son action sur lui en se détendant - c’est-à-dire en augmentant de volume - pour être évacuée en fin de course.
Les plus récentes machines fonctionnent à haute pression et à détentes successives ou expansions multiples.

Le principe des machines modernes est le suivant.
On fournit de la vapeur à un premier cylindre dit admetteur; quand celle vapeur y a travaillé en se détendant faiblement, elle passe dans un autre cylindre dit détendeur où la force expansive qu’elle contient encore développe un nouveau travail. Quand la vapeur sort de ce second cylindre, ayant utilisé toute sa tension, elle évacue.
Dans les machines où, au contraire, la vapeur sort du second cylindre avec encore quelque tension, on peut la faire passer dans un troisième corps de pompe où une troisième expansion, produit un troisième travail.
Il importe, pour la bonne marche de la machine, que le travail soit sensiblement équivalent dans chacun des cylindres, aussi l'admetteur, qui reçoit la vapeur à une forte pression, est-il de petit volume et les détendeurs d'autant plus grands que la vapeur y arrive avec une pression plus faible.
On a ainsi des machines à double ou à triple expansion qui, réalisant la presque complète utilisation de leur vapeur, ont cet autre résultat d’amener une grande économie de combustible. Ces machines, dont les dispositifs ne manquent pas d’être compliqués, ont conservé leur nom anglais de compound qui signifie composé.

double compound

Triple

C. 2 cylindres

T. 3 cylindres

Les différents types de machines :

1. Machines à balancier : Ce sont les machines les plus anciennes. Elles existent sur quelques bateaux à roues. Un balancier, mobile autour d’un axe, est relié par une de ses extrémités à la tige du piston et par l'autre à une bielle articulée sur la manivelle de l’arbre moteur. Le va et vient du piston fait osciller le balancier qui détermine, par la bielle et la manivelle, la rotation de l’arbre moteur.

Balancier

2. Machines à cylindre oscillant : Ce sont les secondes en date, elles existent sur des machines de servitude commes les treuils et très peu sur les navires. Le cylindre oscille autour de deux tourillons soutenus par des bâtis La tige du piston s'articule directement sur la manivelle de l'arbre moteur. Les tourillons sont creux et la vapeur pénètre par l’un d’eux et s’échappe par l’autre.Les machines oscillantes sont très ingénieuses, mais la lige du piston et son presse-étoupes subissent des frottements qui occasionnent des fuites de vapeur.

Oscillant

3. Machines à fourreau : Anciennes également, elles n'existent que sur des machines du XIXème. Le piston y est muni d’un tube ovalisé appelé fourreau qui traverse le couvercle du cylindre à frottement étanche. La bielle s’articule directement sur le piston et oscille à l'intérieur du fourreau au commandement de la manivelle.

fourreauPaddle steamer

4. Machines à bielle en retour : Le piston porte deux tiges parallèles qui embrassent l’arbre de couche. Ces deux liges sont réunies par une traverse mobile entre deux glissières. La bielle s'articule au milieu de cette traverse et revient vers le cylindre. Ce type de machine, qui se fait ordinairement horizontale, est demeuré assez longtemps en usage dans la flotte française du XIXeme, puis abandonné tout au moins comme machine motrice.

Bielle en retour

5. Machine à bielle directe : Les machines les plus employées à partir de la fin du XIXeme sont à bielle directe. Dans ce système la tige du piston est guidée par une traverse qui coulisse entre deux glissières. La bielle s'articule d'un bout à celle traverse et de l'autre à la manivelle de l'arbre. Les machines à bielle directe sont horizontales ou verticales (dites à pilon).

Bielle directe

Cette dernière disposition dite à pilon est à partir du début du XXeme, la seule adoptée dans la navigation commerciale. Elle donne de bons résultats car elle réduit de beaucoup les frottements des pistons dans les cylindres et réalise ainsi une étanchéité bien plus satisfaisante. C'est par l’accouplement de deux ou trois unités de ces dispositifs verticaux (de diamètres inégaux), que sont composées toutes nos machines à double, à triple expansion et à quadruple expansion.

types de machines

C2cyl

T. 3 cyl

Compound 2 cylindres
North Eastern Marine Engineering Company, Sunderland

Triple expansion 3 cylindres

Les machines à mouvement circulaire :

La vapeur assure directement la rotation du propulseur lorsque son énergie communique un mouvement circulaire à l'arbre de couche en agissant sur les nombreuses ailettes fixées sur la partie latérale de cet arbre logée dans un cylindre.
Avec de semblables appareils, qui ont reçu le noms de turbines ou de turbo-moteurs, la chambre des machines prend un aspect inaccoutumé; plus d’organes mécaniques compliqués de distribution et de transformation du mouvement, seulement plusieurs longs cylindres en métal placés très bas à la hauteur du moyeu du propulseur et les organes de condensation, d'alimentation et d’épuisement indispensables à tout moteur marin.
Les turbines à vapeur peuvent se classer en deux groupes, les turbines à action et les turbines à réaction. Dans les premières, la vapeur se détend complètement dans le distributeur et c’est uniquement par sa vitesse qu'elle agit sur les aubes. Dans les secondes, la vapeur, qui ne se détend que partiellement dans le distributeur, agit sur les aubes à la lois par vitesse et par pression. Les turbines Laval sont à action, les turbines Parsons sont à réaction.

a). Turbine Laval :
L’appareil se compose d’un tambour sur lequel des aubes sont fixées suivant une projection courbe. Un cercle d'acier entoure les aubes et les consolide. Tout le système tourne dans un cylindre fermé à ses deux extrémités par des faces planes donnant accès aux ouvertures d'introduction et d’évacuation. La vapeur, complètement détendue, est amenée par plusieurs tubulures coniques ou ajutages sur les aubes auxquelles elle communique une vitesse en rapport avec la sienne. Elle sort sur la face opposée tout à fait ralentie et évacue au condenseur. Les turbines Laval donnent jusqu’à 15.000 tours par minute. Un propulseur s'accommodant mal d’une rotation aussi rapide, on a recours à un arbre auxiliaire qui engrène avec l’arbre moteur pour ramener l’hélice à une vitesse rationnelle.

b). Turbine parsons :
Le turbo-moteur Parsons se compose d’un cylindre étanche ou enveloppe dans l’axe duquel est ménagé l’arbre moteur. Des ailettes incurvées sont solidement encastrées : les unes dans les parois internes de cette enveloppe et les autres autour d'un tambour calé sur l’arbre. De la sorte elles sont sériées en couronnes alternativement fixes et mobiles; les premières dirigeant la vapeur sur les secondes.
La vapeur admise sous pression dans l’enveloppe rencontre d’abord la première couronne d'ailettes fixes qui la dirigent, sous un angle convenable, sur les ailes de la première couronne mobile. Cette couronne mobile s'anime alors d’un mouvement de rotation qui impulse l’arbre moteur. La vapeur traverse ensuite la seconde série d'ailettes fixes pour arriver sur la série d'ailettes mobiles et ainsi, de proche en proche, visite et anime tout le système. La vapeur, agissant dans les turbo-moteurs Parsons, autant par détente que par force vive, augmente de volume en passant d’une couronne à la suivante. Il devient donc nécessaire, si l’on veut utiliser complètement sa détente, d'agrandir progressivement l'espace qu’on lui destine. C'est pourquoi les appareils Parsons sont tous formés de trois turbines de diamètres croissants dans lequelles la vapeur agit successivement à haute, moyenne et basse pression. Ces tùrbo-moteurs marchent à environ mille tours à la minute.

Turbine Laval

Turbine Parsons

 Turbine Laval

Turbine Parsons  

Dans nos fiches navires, nous nous efforçons d'indiquer :
- le type de machine : C. 2 cyl. - T. 3 cyl. - Q. 4 cyl. - ST turbine
- le diamètre en pouces des pistons (exemple (22", 36" & 60" suivi de leur course -39")
- le nom du constructeur de la machine et son lieu de production (exemple Ateliers et Chantiers de France, Dunkerque)

Vous pouvez également trouver sur la chaudière une médaille en cuivre, appellée Timbre qui est obligatoire et fixé sur un endroit bien apparent. Ce timbre indique la pression maximun de service (ici ne pas dépasser 10 kilogrammes par cm2) et la date de la dernière épreuve (qui en France a lieu tous les quatre ans) (ici 17 septembre 1907).

Timbre de chaudière
Timbre de chaudière

L'idéal est de trouver la plaque moteur. Si hélas vous l'enlevez, prenez au moins soin de bien relever la position de l'épave sur laquelle vous l'avez trouvée car c'est le temoignage de l'idendification certaine de cette épave. Quelques plaques trouvées sur un site de vente aux enchères.

plaque moteur

plaque moteur

plaque moteur

Sources

"Machines Marines et Moteurs", P. Angrand, Ed. A. Challamel, Paris, 1913 ; "Manuel du matelot mécanicien", Marine Nationale, 1921 ;

Logo

78, Hent Menez Land- 29170 Fouesnant

Copyright 2015