La mécanique à l'exposition de 1900

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- - LA
  - MÉCANIQUE
  - A l’Exposition de I90J0
  - Publiée sous le Patronage et la Direction technique d’un Comité de Rédaction
  - COMPOSE DE MM.
  - HATON DE LA GOUPILLIÈRE j G. 0. Membre de l’Institut Inspecteur général des Mines, Président
  - BARBET, ingénieur des arts et manufactures.
  - BIEN AYMÉ, C. #, inspecteur général du génie maritime.
  - BOURDON (Édouard), 0. constructeur mécanicien, président de la chambre syndicale des mécaniciens.
  - BRULL,#, ingénieur, ancien élève de l’École polytechnique, ancien président de la Société des-Ingénieurs civils.
  - COLLIGNON (Ed.), 0. inspecteur général des ponts et chaussées en retraite.
  - FLAMANT, 0. #, inspecteur général des ponts et chaussées.
  - Secrétaire de la Rédaction : Gusïate
  - I MBS, professeur au Conservatoire des arts et métiers et à l’Ecole centrale des arts et manufactures.
  - LINDER, C. inspecteur général des mines en retraite.
  - RATEAU, ingénieur des mines.
  - ROZÉ, #, répétiteur d'astronomie et conservateur des collections de mécanique à l’École polytechnique.
  - SAUVAGE, 0. % , ingénieur en chef des mines, professeur à l’École des mines et au Conservatoire des arts et métiers.
  - WALCKENAER, 0. #, ingénieur en chef des mines, professeur à l’École des ponts et chaussées.
  - RICHARD, 44, rue de Rennes.
  - 13e LIVRAISON
  - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - PAR
  - M. G. RICHARD
  - INGÉNIEUR CIVIL DES MINES
  - PARIS. VI
  - V™ CH. DUNOD, ÉDITEUR
  - 49, QUAI DES GRANDS-AUGCSTISS, 49
  - TÉLÉPHONE 147.92
  - 1902
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- - TABLE DES MATIÈRES
  - Introduction: prédominance des machines à ammoniaque................................................... 4
  - Machine à acide carbonique Escher-Wyss................................................................. 4
  - Purification de la glace............................................................................... 8
  - Compresseurs à ammoniaque Fixary, Triupli, Lederer et Porges, Danubius................................. 9
  - Machines Douane au chlorure de méthyle................................................................. H
  - Applications des machines frigorifiques.................................................................. 12
  - Fonçage des puits de mines par congélation : procédé Pœlsli. Fonçage de la mine d Auhouc............... 12
  - Liquéfaction de l’air
  - Machines de Linde........................................................................................ 26
  - Machine de Tripler . .................................................................................. 30
  - Machine de Hampson..................................................................................... 31
  - Machine d’Ostergren et Burger.......................................................................... 35
  - Machines de Dewar...................................................................................... 38
  - Applications de l’air liquide............................................................................ 39
  - Fabrication de l’oxygène............................................................................... 40
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - Les machines frigorifiques exposées en 1900 étaient loin de présenter, comme importance et comme nouveauté — exception faite des machines à liquéfier l’air, — l’intérêt de celles exposées en 1889; ce n’était, pour la plupart, que la reproduction de types bien connus, déjà décrits dans nos publications h
  - La situation générale reste la même qu’en 1889, caractérisée par la prédominance très nette des machines à ammoniaque à compresseur, en lutte avec les machines à acide carbonique; les types à absorption sont, ainsi que les machines à détente d’air, presque abandonnés; les raisons de ces faits ne sont plus à redire; elles sont bien connues de tous ceux qui s’occupent de machines frigorifiques, et dérivent directement des propriétés physiques même de l’ammoniaque: son innocuité, son bon marché, sa liquéfaction facile aux températures ordinaires des eaux de refroidissement et sa grande chaleur de vaporisation, qui en fait un réfrigérateur des plus énergiques ; la chaleur latente de vaporisation de l’ammoniaque est, en effet, de 300 calories environ (292,4d’après Strombeck),tandis que celle de l’acide carbonique n’est que de 35 calories environ. Cette infériorité n’empêche pas que l’acide carbonique permette de réaliser des machines frigorifiques moins encombrantes que les machines à ammoniaque, grâce au travail considérable de sa détente entre les très hautes pressions de leur fonctionnement. En outre, l’acide carbonique présente l'inconvénient d’un point critique très bas : 31°, et, dès qu’on s’en rapproche, le rendement en frigories utilisables par chevalau compresseur diminue rapidement; ce rendement baisse rapidement aussià mesure que la température s’élève dans le tuyau de refoulement immédiatement au sortir du compresseur. Aussi, les machines à acide carbonique ne paraissent-elles présenter, sur les machines à ammoniaque, d’autres avantages bien constatés que ceux d’un plus faible encombrement et de pouvoir descendre à des températures plus basses, assez rarement exigées d’ailleurs dans l'industrie.
  - La maison Escher Wyss, de Zurich, exposait une machine à acide carbonique de 500 kg de glace à l’heure, avec compresseur horizontal à double effet commandé [fig. 1 à 7)2, directement parle moteur à vapeur h. Le bac à glace m était desservi par un pont roulant d, enlevant les blocs de 25 kg par huit à la fois. Cette glace provenait d’eau distillée dans un appareil représenté schématiquement par les figures, et qui est remarquable par sa disposition rationnelle; la distillation se fait (fig. 7) dans un appareil à quadruple effet I, II, Iïï, IV, dont l’eau va subir dans la chaudière e, chauffée par un serpentin de vapeur, une ébullition qui la débarrasse de son air, puis cette eau, privée d’air, est refroidie dans l’appareil à contre-courant 30, qui communique avec la rampe de remplissage des moulots; ce remplissage se fait par le bas des moulots, au moyen de tubes à clapets empêchant les rentrées d'air par leur fermeture automatique au sortir des moulots ; l’eau qui a servi au refroidissement en 30 sert à l’alimentation des chaudières.
  - La question de la purification des eaux destinées à la fabrication de la glace alimentaire
  - 1- G. Richard, les Machines frigorifiques à l’Exposition de 1889. In-8°, 218 p., 160 fig. Paris, Bernard et Revue de mécanique, janvier, mars, mai 1897, août 1899.
  - 2. Dingler, 15 décembre 1900.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
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- - r
  - Fig. 3. — Machine à acide carbonique Escher-Wyss, coupe CD {fig. 1). a, condenseur; 6. liquéfacteur ; c, bouilleur; d, tunnel; g, eau; h, vapeur; i, séparateur; R, moteur; l, compresseur; m, bac à glace; n eau tiède ; q, pompe d alimcnlation.
  - Fig. 6. — Coupe IK {fig. 1).
  - ’qjbiuJüjaTO
  - Fig. 4. —Bac à glace. Coupe EF {fig. 1).
  - Commande du treuil d. Coupe G {fig. 1). .
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - est des plus importantes, car on sait que les microbes pathogènes résistent parfaitement à la température des réfrigérants les plus énergiques. On ne doit employer, pour la fabrication de cette glace, que de l’eau très saine, telle que de l’eau distillée, et cette distillation peut se faire très économiquement au moyen d’appareils à effets multiples, dont l’im des meilleurs est celui de Yarryan; le premier effet de cet appareil est chauffé par de la vapeur de la chaudière déten-
  - ----- ^
  - Fig. 7. — Machine à acide carbonique Escher-Wyss. Appareil à distiller.
  - (1), conduite de vapeur; (2), conduite de vapeur condensée ; (3), conduite d'eau de réfrig-ération ; (4), conduite d’eau d’alimentation; (5), échappement de l’air; (fi), sortie de l’eau de réfrigération ; (7), condenseur; 7 (bis), amenée de l’eau de réfrigération ; (8), boucheur; (9), vapeur vive; (10), conduite de vapeur condensée; (11) (16), séparateurs à flotteurs; (12), vapeur vive: (13), conduite de vapeur; (14), vapeur; (15), eau d’alimentation; (17), eau d’alimentation ; (18), vapeur condensée; (19), conduite d’eau d’alimentation; (20), (21), conduites d’eau de réfrigération; (22), conduite de vapeur condensée; (23), eau d'alimentation; (24), séparateur; (25. 26, 27), vapeur condensée; (28), eau distillée; (29), amenée de l’eau de réfrigération; (30), réfrigérant; (31), sortie de l'eau de réfrigération; (32), eau distillée; (33), réservoir d’eau chaude; (34), pompe alimentaire ; (35), réservoir d’air; (36), conduite d’eau d’alimentation; (37), cellules pour la glace.
  - due à la pression de 1,5 kg. environ, et le dernier effet s’échappe dans un condenseur à la pression atmosphérique; l’eau à distiller traverse d’abord un réchauffeur par l’échappement de la machine à vapeur, disposé entre cette machine et son condenseur, de manière à être amenée très chaude au premier effet du Yarryan. On obtient ainsi, avec des appareils moins encombrants, de l’eau distillée aussi économiquement qu’en employant l'échappement même des machines à chauffer le Yarrian, sans compter l’avantage d’une marche indépendante de celle de
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  - l’appareil moteur, et l’on arrive à distiller, par kilogramme de vapeur, environ 3 kg d’eau avec un appareil à quadruple effet, et 4,okg avec un sextuple effet '.
  - Fig. 8 et 9. — Compresseur Fixary horizontal à double effet.
  - Détail du fond, côté de la garniture. Coupes orthogonales AV.
  - La figure 9 représente la partie la plus intéressante d’un compresseur Fixary horizontal à double effet, et la figure 10 l'installation générale du système. On y remarquera la facile accessibilité des soupapes d’aspiration A et de refoulement R, à faible esnace nuisible et pistons formant retenue et dash-pot, ainsi que le joint a circulation d’huile ABC, avec refroidissement en E par une détente d’ammoniac assurant l’étanchéité des garnitures B’B2 par un moindre serrage et conlribuant à maintenir le régime de saturation par le refroidissement de la tige D. L’ammoniac refoulé (fifl. 10) au condenseur B par le tuyau 3 traverse, avant d’y pénétrer, un égoutteur D, à tôles perforées en chicanes, où le gaz se sépare de la majorité de son huile, qui descend par b, mélangé d'ammoniac, au rectificateur F, chauffé à 50° par un courant.de vapeur. L’huile, ainsi débarrassée de son ammoniac, est renvoyée par une pompe P à la circulation ABD, et l’ammoniac dégagé de l'huile se joint par d à la circulation du condenseur. Quant à l’ammoniac du condenseur, il passe, par 4, au liquéfacteur E, qui l’amène au réfrigérant c, par le tuyau 1, pourvu d’une dérivation 5, pour le joint du compresseur, et d’un robinet détendeur a, d’où il revient par 2 à l’aspiration du compresseur.
  - Les compresseurs des machines à ammoniaque sont presque tous, en Europe, horizontaux et à double effet ; nous nous contenterons, comme exemple, de rappeler ceux de Fixary, construits
  - Fig. 10. —Ensemble d’une installation Fixary.
  - et exposés iftg. 8 à 10) par la Compagnie française des constructions mécaniques et des moteurs à gaz. Aux États-Unis, on reste, à quelques exceptions près [fig. 11 à 14), fidèle aux machines à
  - 1. Voir à ce sujet l’intéressante communication de M. II. M illiams, The production of distilled Water for Ice Making Plants (The Engineer, 28 décembre 1900, p. 647} et l’ouvrage de N. Selfe, Machinery for Réfrigération, p. 253.
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  - cylindres verticaux à simple ou à double effet, plus coûteuses, mais dont les cylindres ne s’ova-
  - Fig. 11. — Machine frigorifique horizontale à ammoniaque américaine Triumph.
  - lisent pas; c’est un avantage auquel les Américains n’hésitent pas h mettre un certain prix, et rien ne dit qu'ils n’ont pas raison 1.
  - Fici. 12. — Compulseur Triumph avec soupape d’aspiration auxiliaire médiane assurant le décollage des soupapes principales sous une pression constante.
  - La construction américaine n’était guère représentée, à l’Exposition, que très imparfaite-
  - 1. Exemples les types de Frick, Lavergne, Artic, Case, York, Boyle, Challoner, Selfe, Berne de mécanique, janvier 1897.
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  - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - ment par une petite machine genre Hercule ', exposée par Lederer et Pages, de Brunn, à deux cylindres verticaux A, A {fig. 15), à simple effet, commandée par un balancier se mouvant dans une chambre à huile B, dont les slufïing box sont les seuls joints extérieurs de la machine. L’ammoniaque est, dans celte machine, refoulé par bb au réservoir C, au bas duquel elle dépose son huile, puis il se rend au liquéfacteur h par le serpentin d du condensateur D, et, delà, au bac à glace, au travers {fig. 17) d’un détendeur à membrane soumise à la pression de l’aspiration -, du bac à glace, l’ammoniaque revient aux compresseurs par le serpentin i de D et la chambre E.
  - B
  - Fig. 13. — Soupape d’aspiration Trhunpk en acier, avec garde A fixée au bas de ia tige B et empêchant la soupape de tomber dans le compresseur en cas de rupture de la tige. Il suffit d’enlever le chapeau G pour pouvoir observer le mouvement de la soupape.
  - Fig. 14. — Soupape de refoulement Triumph.
  - La société Danubius, de Buda-Pesth, exposait une petite machine à glace {fig. 18) avec compresseur à simple effet, à soupape d’aspiration d et de refoulement i au condenseur C, puis au liquéfacteur D, constitué par une bouteille qui peut servir au transport de l’ammoniaque après la fermeture des deux pointeaux m et n ; le serpentin b du bac à glace A en est {fig. 22) séparé par une cloison o, avec ventilateur c pour la circulation du liquide incongelable ; l’avant du compresseur B est pourvu d’une chambre à huile h alimentée du réservoir fi; la production est de 7 kg par heure.
  - Nous signalerons encore, dans le domaine des petites machines domestiques, celles de M. Douane, au chlorure de méthyle, dont les principales particularités sont suffisamment expliquées par les figures 24 à 27 et leur légende ; ces machines donnent, avec I /2 cheval environ, 2 kg de glace par heure; M. Douane en construit fonctionnant à la main, qui ne pèsent que 60 kg environ, démontables en pièces qui ne pèsent au plus que 30 kg, et qui donnent environ 300 gr de glace en un quart d’heure. x
  - 1. Revue de mécanique, janvier 1897, p. 67.
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  - Les applications des machines frigorifiques s’étendent et se multiplient de plus en plus ; mais elle ne figurent, en général, que pour mémoire aux Expositions ; je ne ferai que rappeler les plus importantes d’entre elles : aux industries chimiques, notamment aux brasseries, à la fabrication de l’air froid, notamment pour la conservation et l’entreposition des viandes, au moyen de frigorifères tels que ceux de Fixary' et de Linde1 2, par des circulations de chlorure de calcium ou des gaz frigorifiques détendus, comme dans le système bien connu de Lanveyne, système qui présente inutilement l’inconvénient de s’exposer à des fuites de gaz3.
  - La fabrication de la glace que l’on parvient.à produire aujourd’hui, dans les installations
  - Fig. 17.
  - Détendeur Leclerer et Porges.
  - Fig. 15 et lft — Machine Lederer et Porges.
  - importantes, avec une grande économie (45 chevaux environ pour une production de 1.000 kg à l’heure avec de l’eau de condensation prise à 10°).
  - Je n’insisterai, ici, que sur une application très intéressante des machines frigorifiques, qui débutait presque chez nous, en 1889, et qui a pris, depuis, une extension considérable : le fonçage des puits de mines en terrains aquifères par congélation, le plus souvent au moyen du procédé Poetsh{.
  - Le procédé de fonçage par congélation permet presque toujours d’exécuter des puits en
  - 1. Crefeld, Falk, Bruxelles (G. Richaud, les Machines frigorifiques à l'Exposition de 1889 et Revue industrielle, 16 mars 1901. Cologne {Revue de mécanique, août 1899, p. 160).
  - 2. Abattoirs de Dusseldorf (Génie, civil, 30 novembre 1901, p. 75).
  - 3. Richaud, les Machines frigorifiques à l’Exposition de 1889, p. loi. Voir aussi, dans la Revue de mécanique d'août 1899, la description de quelques entrepôts anglais et américains.
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  - terrains aquifères avec plus de rapidité, de sûreté et d’économie que les procédés classiques tels que ceux par le cuvelage Kind-Cliaudron et par épuisement au moyen de pompes d’avaleresses ; et dans bien des cas, il rend possible des fonçages inexécutables par ces derniers procédés. Nous ne pouvons étudier ici d’une façon complète les procédés de fonçage par congélation, qui mériteraient une longue monographie ; nous nous bornerons à quelques détails empruntés au mémoire publié, par M. Dcmbiné, dans les Annales des Mines de novembre 1900, sur le fonçage du puits numéro 1 de la mine de fer d’Auboué (Meurthe-et-Moselle), en terrains durs, fissurés avec veines
  - Fig. 18 à 21. — Machine Danubius,
  - d’eau d’importance croissante avec la profondeur, condition qui rendait, sinon impossible, du moins très difficile l’application du procédé Chaudron.
  - Le procédé de fonçage par congélation consiste à créer autour du puits à creuser un rempart de terrains congelés, qui s’oppose à la venue, par les parois, des eaux renfermées dans les terrains environnants.
  - L’idée de congeler les terrains est très ancienne; mais elle n’a pu être rendue pratique que depuis la création de machines à glace assez puissantes pour fournir la quantité de froid nécessaire. Il s’agit en effet d’amener, de la température ordinaire à 0°, tous les terrains compris dans un certain rayon autour du puits, puis de congeler l’eau renfermée dans ces terrains et d’abaisser la température du bloc congelé à un degré suffisant pour que les multiples causes de réchauffement du terrain n’amènent pas une décongélation partielle pouvant compromettre le succès du fonçage.
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  - La transmission du froid aux terrains se fait à l’aide d’un liquide incongelable aux plus basses températures atteintes.
  - Ce liquide circule dans l’intérieur de tubes-circuits, placés dans des trous de sonde répartis régulièrement autour de la périphérie du puits à creuser. Chaque tube-circuit est composé d’une colonne de tuyaux fermée à sa base, dans laquelle on introduit une deuxième colonne de tuyaux plus petits, ouverte à la partie inférieure. Le liquide descend par la colonne intérieure et circule en remontant dans l’espace annulaire, tout en se réchauffant au contact des terrains auxquels il emprunte leur chaleur.
  - Fig. 22 à 23. — Bac à glace Danubius.
  - Pendant que l'on commençait la construction de divers bâtiments et l’aménagement du carreau de la mine, on creusa un avant-puits jusqu’au niveau de la rivière. Cet avant-puits atteignit la profondeur de 10,50 m.
  - On établit au-dessus de l’avant-puits une baraque devant servir de chevalement pour l’exécution des sondages de congélation et pour le fonçage du puits. Elle est représentée par la figure 28.
  - Pour le fonçage du puits à un diamètre utile de 5 m, le diamètre du creusement aux trousses fut fixé à 5,65 m, et, pour assurer la congélation des terrains, on projeta vingt sondages de 140 m de profondeur, répartis sur une circonférence de 6,50 m de diamètre. L’exécution en fut confiée à MM. Lefèvre père et fils, entrepreneurs à Rombies (Nord).
  - Les sondages devaient être exécutés à l’aide de deux appareils fonctionnant simultanément. Le premier fut foré sur toute sa hauteur au diamètre de 220 mm et arrêté à la profondeur de 139,60 m. Des échantillons furent prélevés sur toute la hauteur de la formation ferrugineuse pour vérifier l’exactitude des renseignements fournis par l’étude géologique delà concession.
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
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  - Les aulres sondages furent exécutés ensuite, comme l’indique le tableau des pages 410 et suivantes. On rencontra de grandes difficultés pour obtenir des sondages suffisamment verticaux. La faible
  - Fig. 24 à 27. — Machine frigorifique Douane.
  - Le gaz liquéfié réfrigérant passe, suivant le détendeur 107 10G 100 108, dans un espace annulaire très étroit autour de 101, qui renferme l'eau à congeler ; pour détacher le bloc de glace, on fait passer dans cet, espace de l’eau chaude. En fig 25, le gaz réfrigérant passe suivant L12 113 dans 100, au travers des tôles perforées 111, où il s’étale et s’échappe en vapeur par 114; la glace se forme sur'les parois de 109. En fig. 2(3, le gaz liquéfié passe de 122 à 123 par 119 121 autour des capsules 117, fixées à une plaque 116, par exemple pour frapper du champagne. Le compresseur 2 (fig. 27) refoule en 4 le gaz par le serpentin 29 et 31 au détendeur 34, d’où il revient par Le réfrigérant 33 et 36 à l’aspiration 3. L’arbre moteur tourne dans un bain liquide 1, rempli par 27 et formant joint hydraulique.
  - distance existant entre le sondage et la paroi de creusement exigeait, en effet, que l’on obtînt une verticalité presque parfaite.
  - On chercha donc les moyens de vérifier la verticalité des sondages et de mesurer leurs déviations.
  - Jusqu’alors on ne connaissait, dans ce but, aucune méthode précise, et on devait généralement s’en rapporter à l’expérience du sondeur qui, lui, se basait sur les indications grossières et trompeuses du fonctionnement de la sonde.
  - On imagina alors, à Auboué, le procédé suivant, qui fut appliqué, pour la première fois, au sondage n° 4, et dont nous allons donner la description.
  - On prend un point de suspension P {fig. 29), situé dans la charpente à l'aplomb de l’axe du sondage. En réalité, ce point de suspension est constitué par une petite
  - poulie sur laquelle passe un fil d’acier ou de laiton qui s’enroule, d’une part, sur le treuil T et dont l’autre extrémité s’attache à un tampon C en bois, lesté, ayant un diamètre un peu plus faible que le trou de sonde. A l’orifice, sur le plancher de l’avant-puits, on cloue deux réglettes r, parallèles aux
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  - LA MECANIQUE A L'EXPOSITION
  - axes du puits. Quand le tampon C est à l’orifice du sondage, on mesure les coordonnées a et 6 par rapport aux réglettes. Lorsque le tampon sera dans la position indiquée par la figure, Taxe du sondage en ce point sera 02 ; il sera dévié d’une quantité x = 002 (méthode directe, fig. 2 en plan).
  - 11 s’agit de mesurer cette déviation et, en second lieu, d'en déterminer exactement le sens. Le tampon étant en C, avec son centre en 02, l’intersection du fil avec le plancher est en O, ; on mesure les coordonnées a1 et 6* de 0, par rapport aux réglettes.
  - Méthode directe
  - i
  - t|æjO.
  - P’ du àe sispsaîii de; RI
  - !d\[0 \ Nivi eau, dupkncher
  - Fig. 30.
  - La déviation 00,, au niveau du sol, est :
  - cl = 00, — \/(fli — «)2 + (6, — b f ;
  - on construit, en outre, sur le plan des sondages, la direction 00,, à l’aide des coordonnées de 0 et 0,, ce qui détermine le sens de la déviation.
  - L’amplitude de la déviation x — 002 se déduit de la considération des triangles semblables POO, et P0202, dans lesquels :
  - x h „ , cm
  - d~ h ’ d°U h ’
  - il n’y a plus alors qu’à porter sur le plan suivant la direction 00, la longueur déduite de ce calcul. Les mêmes opérations étaient répétées à différentes profondeurs dans chaque trou de sonde.
  - Pour l’application de cette méthode, il n’est besoin d’aucune installation particulière; les réglettes sont clouées sur le plancher; la poulie est fixée à la charpente, et le tampon suspendu à un fil, qui
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES 18-17
  - vient s’enrouler sur un tambour. Les tampons doivent être d’un diamètre légèrement inférieur à celui du trou de sonde.
  - OnfLce « o Tieàdes Sondages servant à la congélation Cnflce © O ïieddes Sondages abandonnés elrébouchés Orifice ':< des Sondagesnon exécutés dontlemplacement a étémodilie.
  - Fig. 31.
  - ondages dans lesquels les tubes sons ronrons
  - Fig. 32.
  - Disposition exacte destubes congélateurs à 103^00 Machine d extraction
  - Disposition emplogèepjur cuivrelarn arche delà ccngelatlon. et des terrains Machine d'extraction
  - nacccrdement O Orifice des Sondages O A Sertie dclaliqucur de chlorure de calcium
  - O B Entrée____I—û'____________d‘_______
  - a,b,d,e,f,gH A,y, Trous déterré à mine dansleterxam àccngd
  - Haccd démenti e Orifice dos Sondages tubes
  - O Posiücaqnrésumèe des Sondages' déduite des essais de verticalité par lamethode datampon lesté.
  - • Tosiùon -exacte des tubes congélateurs â i03™00 de profondeur
  - Fig. 33.
  - Fig. 34.
  - Mais, dans le cas d’un sondage à forte déviation et à coudes brusques, où le fil de suspension vient buter contre la paroi du sondage, les lectures faites au jour donnent des résultats inexacts, en opérant comme il vient d’être dit.
  - 2
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- - 13-18 LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - En pareille circonstance, on reconnaît aisément si le fil peut toucher la paroi, parce que les lectures faites à diverses profondeurs restent invariables. Cependant, comme les coordonnées restent également les mêmes à la surface, lorsque l’inclinaison du sondage est uniforme et de même sens, il faut, dans chaque cas, d’après les mesures précédemment faites dans le même trou, établir une épure préliminaire donnant la coupe du trou dans le plan vertical passant par le fil. Cette épure permet de reconnaître si le fil touche ou non la paroi. S’il la touche, on applique la méthode suivante, dite méthode indirecte ou par déviation, qui consiste à changer le point de suspension de manière à donner au fil une obliquité initiale, connue à l’avance.
  - A cet effet, connaissant le sens de la déviation 002 (fig. 30), d’après les premières lectures, on choisit sur cette direction un point P' tel que le fil suspendu en ce point ne touche plus la paroi. La position de ce point P'est déterminée à priori d’après l’épure préliminaire.
  - On mesure alors la déviation initiale d^ du point de suspension P' par rapport au centre de l'orifice du sondage ; on fait les autres lectures comme précédemment, et on a :
  - x —j— dj U d~ = h ’
  - d’où
  - dR
  - h
  - d.
  - On peut faire varier le point de suspension P' aussi souvent qu’il est nécessaire. A l’aide de ces deux méthodes, on arrive à déterminer la déviation de tous les sondages, comme amplitude et comme direction.
  - Nous verrons que, dans le cours du fonçage, les résultats obtenus par ces méthodes ont été vérifiés par la rencontre des tubes à 102 m de profondeur et reconnus exacts, sauf pour un sondage dont la déviation devait se faire par coudes très brusques. Dans ce cas particulier, la méthode par déviation elle-même ne peut donner des résultats exacts, mais simplement une approximation de la direction du sondage.
  - Nous avons représenté sur les figures 31 et 33, les résultats obtenus par ce procédé de vérification.
  - On peut remarquer sur ce tracé que les déviations se produisaient généralement suivant une même direction, qui est sensiblement celle du pandage des couches à traverser. Cela peut s’expliquer par ce fait que, les terrains étant composés d’assises calcaires dures alternant avec des assises marneuses tendres, la sonde, en attaquant les bancs durs, subit une sorte de glissement sur la face supérieure de leurs assises, inclinées sur l’horizontale, et donne ainsi au sondage une direction qui s’écarte de la verticale.
  - Quelle que soit la raison de ce fait, il en résultait que, pour la partie à l’aval-pandage du puits, les pieds des sondages s’éloignaient de la paroi de creusage. L’inconvénient était donc nul de ce côté; mais à l’amont-pendage, où la déviation ramenait forcément le sondage à l’intérieur du fonçage, il y avait un inconvénient de premier ordre.
  - On fut amené, par suite, pour la demi-circonférence à l’est du puits, à reporter l’orifice des sondages sur un cercle de 7 m de diamètre au lieu de 6,50 m. Malgré cela, il y eut encore des déviations importantes ramenant le pied de quelques sondages à l’intérieur de la circonférence de creusement.
  - On avait également remarqué que des sondages déplus grand diamètre donnaient lieu à des déviations moindres ; et, pour réduire l’importance de celles-ci dans les derniers sondages, on les fora avec une sonde de 300 mm dans la traversée des terrains calcaires durs où se manifestaient surtout les déviations (fig. 331a vérification des résultats obtenus par ces méthodes).
  - Il a été fait, sur le pourtour du puits, trente et un sondages.
  - Vingt-quatre ont été reconnus bons etont servi pour la congélation ; sept ont été abandonnés en raison de leurs fortes déviations.
  - Enfin, un sondage a été fait au centre du puits projeté jusqu’aux marnes supérieures à la formation. Il a été muni de tubes en tôle perforée. Son but était, d’une part, de permettre une empris pour la dislocation des bancs de roches pendant le fonçage ; il devait, en outre, jouer auparavant le rôle de canal de remontée pour les eaux refoulées vers l’intérieur du puits parla pression résultant de la congélation.
  - Les sondages abandonnés ont été rebouchés pour qu’ils ne créassent pas de communication entre les nappes aquifères des bancs supérieurs et les terrains perméables situés au-dessous des marnes micacées. Le rebouchage a été fait à la partie inférieure, avec du béton très riche en ciment; puis, à la partie médiane, en béton ordinaire ; enfin, à la partie supérieure, avec des pierres et de l’argile.
  - Installation des appareils frigorifiques. — Une machine à froid, du type de celles qu’on a employées à Auboué, comprend, en premier lieu, un compresseur, qui sert à comprimer l’ammoniaque gazeux à la pression de 8 à 10 kg (fig. 35), et qui envoie le gaz chaud dans le serpentin d’un réfrigérant
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES 13-19
  - à eau froide. Sous la double influence de la pression et du refroidissement, le gaz se liquéfie et s’accumule dans des réservoirs à la base des serpentins.
  - Des robinets à orifices étranglés, dits robinets de détente, mettent ces réservoirs en communication avec une autre série de serpentins baignant dans une solution de chlorure de calcium, qui ne se congèle qu’à des températùres beaucoup plus basses que la température nécessaire pour la congélation des terrains.
  - L’ammoniaque liquide passant par ces robinets se détend, et, par un phénomène connu, à la fois cause et conséquence du changement d’élat, il emprunte de la chaleur au liquide ambiant dont la température s’abaisse. Cet ammoniaque, redevenu gazeux, est aspiré par le compresseur, puis de nouveau comprimé et refoulé au réfrigérant, accomplissant ainsi un cycle complet.
  - Pour congeler les terrains autour d’un puits à foncer, la dissolution de chlorure de calcium, refroidie autour des serpentins de détente, est mise pour ainsi dire en contact avec ces terrains par sa circulation dans les tubes-circuit, dont nous avons parlé au début du présent chapitre.
  - Àmmomac qazeuxcomprirCs ^
  - Ammoniac gaisui détendu.
  - p liobmçt de détente.
  - d ammoniaque. -P Tompepourlodrcuntdc liqueur froide T ïiibe £ ccmcautiiqpe s pcm QTcdaüoncbhquçur froid'’, dans "les smd?.qe s du terrain.
  - C Compresseur àammomaqus D Hdrigérant'condenseur darmmemiague
  - . R Réservoir axcimcmiague liquide
  - Fig. 33.
  - Les tubes intérieurs aboutissent, à leur partie supérieure, à une couronne collectrice recevant La dissolution de chlorure de calcium venant des réfrigérants. Les espaces annulaires existant entre les deux tubes concentriques sont reliés à la partie supérieure par une deuxième couronne collectrice, canalisant la liqueur salée au retour. Une pompe, intercalée sur le parcours de la liqueur, prend, à la hase des cuves réfrigérantes, le liquide refroidi, le refoule dans les tubes intérieurs et l’oblige à remonter par les espaces annulaires.
  - La liqueur froide se réchauffe au contact des terrains, puis vient à nouveau se verser dans le réservoir autour des serpentins de .détente, accomplissant, elle aussi, un cycle complet.
  - L’ammoniaque est donc l’agent producteur de froid, tandis que la solution de chlorure de calcium est le véhicule qui le distribue.
  - Le matériel frigorifique, destiné à congeler les terrains du puits d’Auboué, se composait de deux machines Fixary, pouvantproduire chacune 1.000 kg de glace à l’heure (fig. 36).
  - Ces deux machines étaient absolument indépendantes l’une de l’autre et pouvaient fonctionner séparément. Elles avaient été installées pour fonctionner simultanément pendant la période de congélation proprement dite ; l’une d’elles devant ensuite suffire seule à maintenir la température dans les limites convenables pendant la durée de fonçage.
  - Les compresseurs étaient actionnés par deux machines à vapeur Weyher et Richemond de 80 chevaux chacune, destinées à actionner plus tard, l’une, le ventilateur d’aérage général, l'autre, une génératrice d’électricité.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - La vapeur nécessaire provenait de trois chaudières faisant partie du groupe de générateurs destinés à l’alimentation des divers services de puits.
  - La circulation de la liqueur de chlorure de calcium était assurée par une pompe Worthington, débitant 20 litres par coup et marchant à raison de 15 à 35 coups par minute.
  - Les tubes employés à Auboué avaient les dimensions suivantes :
  - Colonne de gros tubes : diamètre extérieur : 120 mm; — épaisseur : 5 mm et demi;
  - Colonne de petits tubes : diamètre extérieur: 42 mm; épaisseur: 4 mm et demi.
  - Ces tubes étaient en acier sans soudures.
  - Au fur et à mesure de leur descente dans les trous de sonde, ces tubes étaient essayés à la presse hydraulique à des pressions décroissantes, à mesure que la profondeur dans le sondage diminuait. Cet essai avait pour but de s’assurer de l’étanchéité absolue du système, car il faut éviter l’introduction du chlorure de calcium dans le terrain à congeler, ce qui augmenterait les difficultés de la congélation et pourrait même la rendre impossible, puisque la solution de chlorure de calcium ne se solidifie qu’à très basse température.
  - CoupeLiorizontale dulPuitsTN^l lie •• V&o
  - Refoulement
  - .cblajompe
  - le.-plancher
  - Fig. 3o bis.
  - Pour parfaire l’étanchéité du joint de deux tubes assemblés avec un manchon, on plaçait, sur les derniers filets du pas de vis, une tresse de chanvre imbibée de minium, qui se trouvait serrée entre le tube et le manchon.
  - Les deux tiers des tubes employés dans les sondages étaient neufs; l’autre tiers avait déjà servi à un fonçage. Il en est résulté que ces vieux tubes ont donné lieu à de nombreuses ruptures. Il y a donc intérêt à n’employer que des tubes neufs, soigneusement éprouvés.
  - Au sujet des manchons d’assemblage des tubes congélateurs, il faut remarquer que leur disposition à l’intérieur des gros tubes et à l’extérieur des petits tubes peut gêner le mouvement de descente et surtout de remontée de la colonne intérieure. Il conviendrait de leur donner une forme ovoïde.
  - Chaque colonne de tubes était reliée à une couronne collectrice. Ces couronnes étaient formées de tubes en acier et se raccordaient aux tubes congélateurs par des tuyaux en plomb, munis de robinets qui permettaient d’isoler chaque colonne en cas de besoin. Elles étaient placées au fond de l’avant-puils (fig. 35 et 35 bis), et le liquide réfrigérant y était amené par deux conduites verticales.
  - Les robinets employés à Auboué étaient du type ordinaire à soupape. L’emploi de ces robinets présente l’inconvénient de ne pas se prêter facilement à la visite des tubulures des couronnes collectrices. Il faut, en effet, démonter le robinet si l’on veut sonder l’intérieur d’un tube de raccord; il se produit toujours, dans cé cas, une perte de chlorure, et le travail de réparation ou de visite devient très pénible. Il serait donc préférable d’employer des robinets à boisseau, que l’on peut déboucher par l’emploi d’une tringle, sans être assujetti à les démonter.
  - Au bout d’un certain temps, la température de l’atmosphère extérieure étant descendue en dessous de 0°, il devint très difficile de s’assurer si le liquide continuait à circuler dans les tubes. Habituellement on s’aperçoit d’un arrêt de circulation lorsque la tête du tube correspondant ne givre plus. Mais,
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  - quand la température de l’atmosphère est assez basse, tous les tubes se recouvrent de givre, même si le chlorure ne circule plus dans quelques-uns. Ainsi, à la profondeur de 102 m, on a rencontré des tubes dans lesquels il n’existait plus aucune circulation, bien que, dans l’avant-puits, la tête de ces tubes fût givrée. Après démontage de la colonne de petits tubes et nettoyage, la circulation fut rétablie; mais le givre ne reparut au fond, sur le tube, que trois jours après la remise en route, ce qui prouve que les terrains, au voisinage, étaient bien réchauffés, par suite d’un arrêt déjà ancien de la circulation de chlorure dans ce tube.
  - Il y aurait donc, croyons-nous, un sérieux avantage à avoir, pour chaque sondage, un retour distinct venant se déverser dans la cuve à chlorure; ceci permettrait, en outre, de régler uniformément le débit des tubes, ce qui est impossible avec deux couronnes collectrices.
  - Marche de la congélation à Auboué.— Poursuivre la marche de la congélation dans les terrains on opérait de la manière suivante :
  - Des thermomètres à mercure étaient placés sur les conduites du liquide réfrigérant, et donnaient, au dixième de degré, la température de la dissolution saline à l’entrée et à la sortie des tubes congélateurs. Ces températures étaient notées toutes les trois heures. On relevait également, aux mêmes intervalles, la vitesse de la pompe à chlorure, dont le débit était de 20 litres par coup; soit : n, le nombre de coups de piston de la pompe par minute, le débit par vingt-quatre heures sera :
  - n X 20 X 24 X 60 = 28.800 n.
  - La chaleur spécifique de la liqueur de chlorure étant 0,68, sa densité 1,2, — si cl est la différence moyenne de température à l’entrée et à la sortie, le rendement en frigories sera :
  - 28.800 X 0,68 X 1,2 X n X d = 23.498 nd,
  - formule simple servant de base aux calculs journaliers.
  - Le suintement ou la source apparaissent généralement plus bas que le point rompu. Quand un suintement se manifeste sur la paroi/ on isole des couronnes collectrices les tubes soupçonnés en face de la zone d’émergence, et on démonte les têtes de tubes. Puis, au moyen d’un flotteur suspendu à un fil, on recherche le tube rompu.
  - Lorsque l’on eut remarqué que les tubes se rompaient à un raccord, on figura, sur un développement de la paroi du creusage, la position des joints de chaque colonne de gros tubes. Un suintement était-il remarqué, on relevait exactement le niveau du point précité ; puis ce niveau permettait d’observer à quelle distance au-dessous on rencontrerait le premier joint de gros tubes, représentant le point de rupture. Un trou de barre à mine, fait ensuite dans la paroi, en face du joint soupçonné, venait, généralement confirmer les prévisions. Il fallait alors procéder à une réparation.
  - Comme on ne pouvait songer à descendre une colonne de secours dans chaque tube rompu, on n’hésita pas, en raison de la solidité du terrain, à aller rechercher le tube rompu au moyen d’une excavation faite dans la paroi du puits.
  - Une fois le point de rupture dégagé, on plaçait autour du tube un collier de fer, en deux parties, enchâssant les deux tronçons avec interposition d’un collier de plomb. Le tout, fortement serré et maté, donnait une étanchéité parfaite.
  - La figure 31 indique les sondages dans lesquels les tubes congélateurs se sont rompus.
  - Dans certains cas, il n’était pas possible de réparer les tubes par le procédé qui vient d’être décrit.
  - Lorsque les tubes étaient rompus dans un point inaccessible, on était obligé de faire usage de colonnes de secours. Ces colonnes de secours étaient composées de tubes sans soudure de 70 mm de diamètre intérieur, et de 80 mm de diamètre extérieur.
  - Elles étaient essayées à la presse hydraulique comme les autres, mais en ayant soin de les remplir avec du chlorure de calcium pour éviter que, pendant la mise en place dans un milieu à très basse température, et avant leur mise en service, le liquide d’essai puisse se congeler et entraîner la perte de la colonne.
  - Il est toujours bon d’avoir en réserve quelques-unes de ces colonnes de secours.
  - Nous insisterons, en particulier, sur la réparation qui a été effectuée au tube p. 11, lors de sa troisième rupture.
  - Ce tube avait déjà été réparé deux fois, le 12 et le 15 août, dans la partie supérieure du puits.
  - Le 9 novembre, après avoir cherché longuement l’origine d’un suintement qui se manifestait en face du tube p. 13, on reconnut que le p. 11 était de nouveau rompu, beaucoup plus haut que le fond du creusage.
  - Le suintement se manifestait sous la trousse de base de la première retraite; en outre, le chlorure
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - passait par un joint vertical d’un des anneaux de cette première retraile. La rupture était donc située derrière la partie cuvelée, et il était impossible d’aller répai’er le tube de la manière ordinaire.
  - En présence de ce suintement, qui pouvait nuire à la solidité du rempart de glace, on décida de descendre une colonne de secours à l'intérieur du tube rompu et de poser immédiatement une deuxième retraite de cuvelage, dont la trousse de base serait à la profondeur de 65,182 m.
  - On commença à poser cette deuxième retraite, le 10 novembre, en même temps qu’on descendait la colonne de tubes de 80 mm formant la partie extérieure de la colonne de secours. Mais ce travail de descente fut rendu momentanément impossible, parce que, comme on le reconnut ensuite, les deux parties du tube rompu étaient déplacées l’une par rapport à l’autre. A 50 m de profondeur, la colonne rencontra un obstacle qui s’opposait à la descente; on remonta cette colonne, et, pour reconnaître la nature de l’obstacle, on prit des empreintes au moyen d’un bout de tube portant une motte de terre glaise à sa partie inférieure. A 28 m de l'orifice, ce tube d’essai rencontra un obstacle dont les empreintes semblèrent confirmer que les deux parties de l’ancienne colonne, rompues par cisaillement, s’étaient déplacées; la partie inférieure de la colonne, comprise entre les niveaux 50 m et 28 m, s’était couchée contre la paroi du sondage, parce qu’elle avait été rendue libre par la fusion delà glace en dessous du point de rupture.
  - On descendit alors une tige pointue qui devait pouvoir pénétrer dans la partie inférieure de la colonne et permettre de descendre la colonne de secours; mais cette tige fut elle-même arrêtée à 50 m de profondeur par l’obstacle qui, la veille, avait arrêté la colonne de secours.
  - Comme la tige qu’on venait de descendre n’avait pas assez de poids pour ramener les deux tubes de l’ancienne colonne à leur position primitive, on fît emmancher à chaud, à l’extrémité du culot de la colonne de secours, une partie conique à pointe désaxée qui devait pénétrer dans l’espace commun aux deux sections de tubes et, par suite de son poids, ramener les deux portions de tubes rompus à leur position primitive. Ce deuxième essai fut sans succès également.
  - Pendant toute cette période de tâtonnements, la pose du cuvelage n’avait pas été interrompue, et on en était au deuxième anneau de la deuxième retraite, quand on se décida à employer le moyen suivant pour sauver ce sondage :
  - Pour suivre l’avancement de la congélation dans les terrains, on mesurait, chaque jour, la température du sol dans des trous de barre à mine, placés à l’intérieur et à l’extérieur de la circonférence du puits à creuser (fig. 6, PL XVI). On mesurait également celle de l’eau du sondage central.
  - Le tracé graphique (fig. 37), résume toutes ces lectures, dont les résultats ont été reportés dans les deux tableaux suivants.
  - L’installation du matériel frigorifique fut terminée le 27 mars, ainsi que les essais des compresseurs.
  - La période de congélation commença le 29 mars 1899, avec deux compresseurs en marche.
  - Pendant les premiers jours, les lectures de température furent faites d’une manière irrégulière. On éprouvait, d’ailleurs, de grandes difficultés à obtenir une marche satisfaisante des compresseurs. Dans le premier des deux tableaux ci-dessus, nous avons admis, comme rendement frigorifique moyen pendant cette période, le chiffre de 1 400 000 frigories par jour, soit)r8 400 000 frigories pour les six premiers jours.
  - A partir du septième jour de marche, on a pu calculer, chaque jour, le rendement de la journée à l’aide des chiffres relevés. Au début, le degré de concentration du liquide réfrigérant était faible (16° Baumé seulement). On l’augmenta progressivement jusqu’à ce qu’il eût atteint 24° Baumé. La chaleur spécifique de la dissolution saline était alors de 0,68 à 0,82 par litre.
  - Le rendement total pour la période de congélation, qui a duré cent jours, a été de 362 519 215 frigories.
  - Le maximum fut atteint, le 18 avril 1899, avec 4 379 375 frigories par vingt-quatre heures.
  - Pendant cette période de cent jours, les arrêts dans la marche des appareils furent relativement peu nombreux.
  - Divers arrêts aux compresseurs furent causés par des réparations urgentes à faire aux joints, aux clapets ou aux moteurs, ainsi que pour le rechargement en ammoniaque. Mais, comme on disposait de deux compresseurs, on pouvait, en général, en conserver un en marche, ce qui ne donnait lieu qu’à un simple ralentissement de la congélation.
  - La marche de la pompe à chlorure dut également être interrompue à plusieurs reprises par des réparations. Comme au début, on ne disposait que d’une pompe ; son arrêt entraînait celui de toute l’installation; aussi, au bout de quelques jours de marche, ajouta-t-on une deuxième pompe.
  - L’alimentation en eau des condenseurs était assurée par une pompe centrifuge, placée près de l’Orne, à une grande distance du puits, pour ne pas favoriser l’existence de courants souterrains au voisinage des tubes congélateurs. Cette installation accessoire fut également cause de plusieurs arrêts pour réparations, soit au moteur, soit à la pompe.
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  - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - Quoi qu’il en soit, sur une durée totale de deux mille cent soixante-seize heures pour toute la période de congélation avant fonçage, il n’y eut que quatre-vingt-trois heures d’arrêt, soit 3,5 0/0.
  - L’écart de température entre l’entrée et la sortie du liquide froid, fut, dès le début, d’environ 4°. Il atteignit son maximum de 5,35, le 21 mai, et se tint ordinairement à une moyenne de 4°,5.
  - La température du liquide à l’entrée des tubes diminua progressivement jusqu'à une valeur voisine de — 17°. La valeur moyenne de la température à la sortie varia de — 12° à— 13°.
  - Quant à la propagation du froid dans le terrain, on l’observait, comme nous l’avons dit, dans des trous verticaux de barre amine ; la plupart de ceux-ci étaient répartis, comme l’indique la figure 34, sur une circonférence de 3,70 m de diamètre : trois se trouvaient à l’extérieur du puits, sur une circonférence de 7,50 m de diamètre. Un tableau donné plus haut (p. 429 à 434) résume les résultats des observations journalières.
  - Fonçage du Puits d'Auboué Térlode de conqélKtion âesterradns Datés de 2g -période 200 jours
  - i J; i
  - t—
  - (TEatajL dsi frltj-ories abéQrbées^arJÀstdraMispfaidajrÆlà'Péritodd : 362.519.215
  - Fig. 37.
  - Des points d’observations étaient, en outre, choisis dans les communications avec les puits, de la galerie d’écoulement des eaux, qui seront plus tard refoulées par les pompes.
  - L’examen des renseignements réunis dans le tableau rappelé, donne lieu à diverses observations intéressantes.
  - Le terrain en x (fig. 34) fut congelé au bout de trente-six jours ; en y, il ne le fut que sept jours plus tard; cette différence tient à ce que le sondage 8 ter ne fut givré que longtemps après la mise en marche.
  - Le sondage 7 ne givre que le vingt-cinquième jour ; le sondage 9 après vingt-sept jours; et le sondage 8 après quarante-quatre jours seulement.
  - En a, le terrain se gèle après trente-neuf jours; en b, après cinquante-trois jours; en f, après soixante jours; et, enfin, en h, g, e, d, après soixante-deux jours seulement.
  - Ces irrégularités dans la répartition du froid s’expliquent, d’une part, par la disposition irrégu-gulière des sondages, et, d’autre part, par ce fait que plusieurs tubes restèrent inactifs pendant longtemps au début de la période. Les débuts de la congélation furent particulièrement difficiles, car on n’obtint pas tout d’abord une circulation régulière du liquide dans les tubes congélateurs, et, après vingt et un jours de marche, seize sondages seulement sur vingt-quatre étaient recouverts de givre, indice de leur fonctionnement.
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  - LA MECANIQUE A L’EXPOSITION
  - "Réparation. diitdbeP.ii rompu àsmsnelfî cuvelacje
  - Tracé dÊlaposiÜon dso dsuxpkrti.es delacolcnr.r d'après
  - les empreintes relevées
  - La cause de cette irrégularité était l’obstruction de certains tubes, qu’il fallut démonter pour les visiter et rétablir la circulation. On peut l’attribuer aussi à la présence, sur les raccords des tubes avec les couronnes collectrices, de coudes assez prononcés où, à la mise en marche, avaient pu se pi’odutie
  - des cantonnements d’air.
  - Enfin, la section de la conduite d’amenée du liquide froid n’était que de 100 mm de diamètre, soit 2,6 fois plus petite que la section totale des vingt-quatre tubes centraux, ce qui ne favorisait pas une égale répartition du liquide, malgré les tentatives de réglage faites en ouvrant plus ou moins les robinets placés sur les conduites d’entrée.
  - Quoi qu’il en soit, le terrain était congelé d’une manière suffisante, le 6 juin, c’est-à-dire après soixante et un jours de marche, puisque, dans tous les trous de barre à mine, on rencontrait de la glace, et que l’eau du sondage central commençait à geler au fond de ce sondage.
  - Les variations du niveau de l’eau dans ce sondage central indiquent d’ailleurs bien que la congélation se développait activement vers le centre du puits.
  - Le tableau précédent nous montre, en outre, que, à partir de lin mai, soit au bout d’un peu plus de soixante jours de marche, tous les trous dans lesquels on faisait des observations journalières étaient gelés.
  - L’eau du sondage central ayant commencé à se solidifier, le 6 juin, on doit en conclure que, bien avant le 1er juin, on aurait pu commencer le fonçage du puits en toute sécurité. Mais, l’installation de la recette provisoire n’étant pas terminée, la période de congélation avant fonçage dut être prolongée au-delà des prévisions.
  - Les températures que l’on releva alors dans les trous refaits à la barre à mine dans là glace montrèrent que la congélation s’avançait surtout en f et que la muraille de glace atteignait, à la partie supérieure du puits, 1,80 m à 2 mètres.
  - En même temps l’eau du sondage central continua à geler, et le niveau de la glace s’y trouvait à 14 m au-dessous du fond de l’avant puits, le o juillet, centième jour de marche de l’installation frigorifique.
  - Comme cette congélation excessive du centre du puits ne pouvai-que nuire à la vitesse du fonçage, on ralentit, sur la fin de la période, la marche de la congélation; le débit journalier de l’installation frigorifique tomba à 1 800 000 frigories en moyenne pendant le dernier mois de la période de congélation des terrains.
  - On remarquera que les conclusions précédentes sur la forme du rempart de glace se trouvent mises en défaut par la congélation très rapide du fonds du puits. Ce fait est peut-être la conséquence des irrégularités de la répartition des sondages autour du puits, et de celles de la marche de l’installation au début; peut-être aussi faut-il l’attribuer à la nature des terrains à congeler, qui étaient formés d’assises tout à fait hétérogènes.
  - Incidents divers et particularités. — Accidents aux tubes congélateurs. — Nous avons vu qu’au début de la période de fonçage on avait constaté de nombreuses ruptures de tubes congélateurs.
  - Ces ruptures avaient d’abord été attribuées à l’ébranlement produit par l’explosion de la dynamite, ou à des coups de mine mal dirigés. La fréquence de ces ruptures, même lorsque la dynamite ne pouvait plus être mise en cause, puisqu’elle n’était plus employée, et que les coups de mine furent faits moins près des parois, amena à reconnaître qu’il fallait en chercher ailleurs la cause.
  - Vraisemblablement la rupture des tubes congélateurs doit être attribuée aux tensions exagérées que subit le métal par suite du retrait et à la diminution de résistance produite par le froid.
  - Lorsque la température passe de -f- 15° à — 15° environ, une colonne de tubes de 130 m de longueur doit subir un retrait de 5 à 6 cm. Ce retrait ne se produit pas brusquement, mais graduellement. Si, en raison des différences de conductibilité des diverses assises du terrain ou en raison des différences de proportion d’eau, il se forme de la glace en certains points plus tôt qu’en d’autres, le tube se
  - Fig. 38.
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
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  - trouve emprisonné en ces points dans de véritables étaux qui s’opposent à tout déplacement longitudinal. Les zones intermédiaires restant libres sont soumises à des efforts de traction considérables, qui arrivent à dépasser la limite d’élasticité du métal, déjà réduite en raison de la basse température auquel il est soumis ; d’où rupture.
  - Les bris de tubes se produisent toujours en section droite et aux manchons de raccord, dans bipartie filetée présentant un point faible.
  - Lorsqu’un tube est rompu, le chlorure de calcium se répand dans les terrains, en décongelant de proche en proche la glace contenue dans les fissures du terrain et en suivant les lignes de plus grande perméabilité. Le chlorure peut venir jusqu’aux parois du puits, où l’on aperçoit un suintement, soit une source nettement déterminée qui détruit le givre formé sur la paroi.
  - A la profondeur de 40 m, on ouvrit une niche pour aller rencontrer le tube rompu; une fois que ce tube fut dégagé, on descendit, par la partie supérieure, un fil à plomb dans l’ancienne colonne. Ce fil à plomb fut aperçu dans la niche en dehors de la colonne; il y avait donc bien une rupture avec déplacement des deux portions de tubes. On opéra alors sur la partie inférieure du tube une traction dans le sens contraire de ce déplacement, et on put facilement introduire la colonne de secours au milieu du tube rompu (Voir fig. 38).
  - Le tube de ce sondage p. 11 était remis en ordre et marchait normalement, le 20 novembre, après onze jours d’arrêt.
  - La cause principale d’un aussi grand nombre de ruptures a été l’emploi de tubes ayant déjà servi à un autre fonçage; toujours ces ruptures se sont produites soit au joint d’un tube neuf avec un tube vieux, ce dernier ayant cédé, soit au point de jonction de deux vieux tubes.
  - Il faut donc en conclure que, pour un fonçage nécessitant l’emploi de la congélation pendant une période aussi longue, on doit, de toute nécessité, n’employer que des tubes neufs essayés avec beaucoup de soin à la presse hydraulique '.
  - 1. Consulter sur les fonçages par congélation : Annales des mines, août 1885, Mémoire de M. Lebp.etox; — Bulletin de l’industrie minérale 1894, 1895, 1897 et 1839, Mémoires de MM. François, Schmidt, Saclier et Weymel ; — Oest. Zeitschr. fiir Berg et Hutlenwesen, avril et mai 1990, Mémoire de M. Poetsh.
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- - LIQUÉFACTION DE L’AIR
  - Le principe de la très remarquable machine de M. Linde, qui a, le premier, résolu d’une façon véritablement industrielle, en 1894, la fabrication de l’air liquide, se comprendra facilement au moyen du schéma ftg. 39.
  - Fig. 39. — Schéma d’une machine Linde à liquéfier l’air.
  - L’air aspiré dans l’atmosphère par un premier cylindre b est comprimé dans ce cylindre à une pression d’une vingtaine d’atmosphères, puis refoulé, au travers d’un serpentin qui en absorbe la chaleur de compression, dans un petit cylindre c, qui le comprime à 220 atmosphères environ dans le récipient d, où il abandonne la majorité de son eau ; de ce récipient, l’air passe
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
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  - au serpentin séparateur f, à chaux sodée, où il se sépare de son acide carbonique, et d’où il va se débarrasser de ses traces d’humidité dans le serpentine, entouré d’un mélange réfrigérant de glace et de sel. Cet air, ainsi refroidi et purifié, est amené, par le tuyau p', à un serpentin relié au liquéfacteur O par un robinet-pointeau m. Ce serpentin est entouré de deux serpentins concentriques ; du premier de ces serpentins, le pointeau m laisse passer la majorité de cet air dans le serpentin moyen, celui qui entoure immédiatement p', en l’y détendant, sans qu'il n'accomplisse aucun travail extérieur, de 220 à 20 atmosphères, ou de 200 atmosphères ; cette détente, grâce à la viscosité de l’air, produit un refroidissement considérable du serpentin p\ et cet air revient, parpv, au compresseur c, qui le renvoie à pf. De m, une partie de l’air de p', 1/5 environ, passe au liquéfacteur o, en tombant de la pression de 20 à celle d’une atmosphère; en marche courante, le quart environ de cet air se liquéfie et le reste s’évacue dans l’atmosphère par le serpentin extérieur et le tuyau p'". Une machine de ce type, avec cylindres b et c de 40 et 75 X 50 mm. de course, et exigeant une puissance de 35 chevaux, donne environ 1 litre d’air liquide par heure. Le refroidissement intérieur du compresseur b s’obtient au moyen d’une admission d’eau goutte à goutte en a.
  - On voit que, dans cette machine, l’air qui revient enp' etc, après s’être détendu de 200 atmosphères dans le serpentin moyen de l’échangeur de températures, retourne en p' plus froid après chaque détente, et l’on comprend qu’ainsi, par refroidissements successifs, sa température devienne assez basse pour que la seconde détente, en n, la fasse tomber au-dessous du point critique de l’air, qui est de — 191° à la pression atmosphérique, et que, dès lors, commence la liquéfaction de l’air.
  - Cette liquéfaction s’opère, en effet, au bout d’une période de mise en train plus ou moins longue : deux heures environ pour un appareil de laboratoire, comme celui de la figure 40.
  - Le fonctionnement de la machine de Linde est donc fondé sur l’accumulation des abaissements de températures produits par des détentes successives d’une même masse d’air (au renouvellement près de la partie liquéfiée et de celle passant en p'"), détentes produites dans un serpentin à contre-courant de celui de l’air comprimé enp'. Le froid produit par chacune de ces détentes, qui s’opèrent, comme on l’a vu, sans travail externe, provient du travail interne de l’air, dont il est l’équivalent, travail qui tient à ce que l’air n’est pas un gaz parfait, c’est-à-dire dont les molécules ne sont maintenues que par la résistance de l’enceinte qui les renferme, et n’éprouvent aucune résistance à se séparer dans le vide.
  - Cette résistance, due à une sorte de viscosité de l’air, est très faible et n’a été reconnue, puis déterminée qu’en 1854, par une méthode très ingénieuse, due à MM. Thomson et Joule1, et dont le principe consiste à mesurer les variations de la température des gaz de part et d’autre d’un diaphragme poreux traversé par ces gaz sous une différence de pression p — p', variation qui devrait être nulle avec des gaz parfaits.
  - L’abaissement de la température d’un gaz se détendant de p' à p atmosphère est donné par la formule :
  - Fig. 40. — Petite machine Linde du type fig. 39, produisant 1 litre d’air liquide par heure, puissance 3rll,5.
  - , , , /273\2
  - 0 = 0,276 (p' - p) (-yj
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - T étant la température absolue t -f- 273° du gaz à p; de sorte que, en prenant ce gaz, par exemple, à 0°, on a T = 273°, et, le détendant jusqu’à la pression atmosphérique, ou hp = i, il faudrait le comprimer jusqu'à p = 750 atmosphères environ pour que la température descendît aux environs du point critique de l’air sous la pression atmosphérique.
  - Mais comme, d’après la formule précédente, l’abaissement de température ne dépend pas de la valeur absolue des pressions p' et p, mais seulement de leur différence p' — p, tandis que le travail de compression du gaz dépend du rapport p’/p de ces pressions, on voit que l'on a tout
  - Fig. 41. — Machine Linde exposée en 1900.
  - intérêt à diminuer le plus possible ce rapport et à augmenter la différence p' — p, comme le fait M. Linde, en prenant, au cas particulier de la machine [fig. 40), p! — 220 atmosphères et p = 20, au lieu de 1 atmosphère, c'est-à-dire p’/p = 11 au lieu de 200.
  - La machine exposée par M. Linde, en 1900, différait de la précédente parce quelle avait [fig. 41 et 42) trois cylindres compresseurs A au lieu de deux, et que son refroidisseur DE, venant à la suite du séparateur d'acide carbonique C, à chlorure de calcium, se composait de deux serpentins parcourus l’un, D, par l’air en retour de l’échangeur F au compresseur, et l’autre, E, par une circulation d’ammoniaque liquéfié par un petit compresseur L dans le réfrigérant M ; on reconnaît, en G et H, les détendeurs successifs allant de F au contre-courant réfrigérant, au serpentin extérieur et au collecteur ou liquéfacteur i.
  - Le premier des cylindres A aspirait, par heure, 19 m3 d'air humidifié, comme dans la machine précédente, et les refoulait à 7 kgs dans le second cylindre, qui les passait à 50 legs au second, puis le troisième les refoulait, à 200 kgs, au sécheur ou séparateur d’eau B, d’où il
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  - passaient au dessiccateur à chlorure de calcium C et au serpentin centrai du réfrigérant D, refroidi par l’air non liquéfié, qui fait retour au compresseur, suivant FDA, sous une pression de 50 kilog. De D, l’air passe au second réfrigérant E, refroidi par une détente de gaz ammoniaque liquéfié par la petite machine L au liquéfacteur M, et qui revient sans cesse en L suivant les flèches; et, de E, l'air ainsi refroidi passe à l’échangeur F, analogue à celui de l’appareil précédent, avec robinets de détentes successives G et H et liquéfacteur i ; en G, l’air se détend de 200 à 50 kgs environ, en se refroidissant à environ 130°, et la majorité de cet air revient, comme nous l’avons dit, au compresseur, en contre-courant de l’air arrivant de F en E ; le restant de l’air qui franchit le second détendeur H tombe à la pression atmosphérique, en subissant un second refroidissement, qui en liquéfie le tiers environ, le reste s’échappant dans l’atmosphère en traversant le serpentin extérieur de F.
  - Fig. 42. — Schéma de la machine Lmde, exposée en 1900.
  - Le troisième cylindre de compresseur A débite par heure 1,9 m3 d'air à 50 kgs : de ces 1,9 m3, il y a environ 0,40 m3, qui traversent les deux détendeurs G et H, et le reste retourne au compresseur, sous la pression de 50 kgs, pour y être recomprimé de 50 à 2C0 kgs, ce qui exige un travail théorique d'environ 4 chevaux; en outre, pour remplacer la perte des 0,40 m3 à 50 kgs passés au liquéfacteur et dans l'atmosphère, le compresseur doit reprendre à l’atmosphère 0,40 m3 X 50, ou 2 mètres cubes d’air, et les recomprimer à 200 kgs, ce qui exige un second travail d’environ 4 chevaux ; en réalité, le compresseur absorbe environ 12 chevaux, de sorte que son rendement et d’environ 8/12, ou de 60 0/0. La machine à ammoniac L (fig. 42) absorbe, de son côté, environ 3 chevaux, ce qui porte à 15 chevaux la puissance totale exigée par cette machine pour produire 8 litres d’air liquide par heure, soit 0,530 litre d’air par cheval-heure.
  - Le rendement de ces machines augmente avec leur importance ; c’est ainsi qu’une machine produisant 50 kgs d’air liquide par heure n’exige que 100 chevaux, soit 2 chevaux par kilogramme d’air, et M. Lin de espère abaisser cette dépense à 1,5 kg, peut-être môme à 1 cheval, ce qui correspondrait à un rendement total de 30 0/0.
  - Sur le diagramme entropâque fig. 43 bis, dans lequel on porte en ordonnées les températures *
  - absolues T et en abscisses les entropies S =
  - Faire ABED représente la chaleur spécifique
  - d’environ 50 calories par kilogramme d’air, et l’aire BCEF la chaleur latente, environ 60 calories, qu’il faut enlever au kilogrammed’air pour le liquéfier. En prenant pour température d’admission de l’air -j- 20°, correspondant à une température absolue T' de 273 -}- 20°, ou de 293°, et, pour elle
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - de l’air liquide 273° — 191°, ou 82°, l’aire ABCG, qui représente le travail mécanique de cette liquéfaction, équivaut à environ 190 calories, ou à 0,3 cheval par heure et par kilogramme d’air liquéfié, ce qui donnerait pour la machine capable de liquéfier ce kilogramme d’air par heure avec une dépense de 2 chevaux, un rendement total de 15 0/0 L
  - M. Tripler, de New-York, avait exposé une machine à liquéfier l’air, composée [fi,g. 43) d’un compresseur à trois étages AB et C, avec refroidisseur à circulation d’eau D, entre A et B et B et C, refoulant l’air à 170 atmosphères dans le réfrigérant E; de là, cet air passe dans deux accumulateurs GG, puis dans deux refroidisseurs liquéfacteurs H et L, parcourus à contre-courant de I en H par la partie de l’air non liquéfiée qui, à l’inverse de ce qui se passe dans l’appareil de Linde, ne revient pas en partie au compresseur; de là, une diminution notable du rendement,
  - d. Note'de M. Linde (Z. Vereines Deutscher Ingenieure, 20 janvier 1900.)
  - On peut calculer ce rendement théorique de deux manières : 1° En partant du diagramme entropique (fîg. 43 bis) (Desvignes).
  - La variation St — S2 de l’entropie en passant de Tt à Tj sur la courbe AB est donnée par l’équation bien connue :
  - s, — s2.= cl^
  - G
  - G étant la chaleur spécifique 0,238 à pression constante — supposée invariable de T, à T2 — et L le signe du logarithme népérien.
  - Pour :
  - C = 0,238 avec = 293° et T2 = 83°
  - il vient :
  - S, — S2 = AG — BC = 0,300
  - or on a :
  - Aire ABED = C(T, — T2) = 0,238 X 210° = 50 calories Aire BGEF = chaleur latente = 60 calories
  - Aire BCEF 60 CB= % =83=0’'23
  - S.
  - Aire ABCG = AG (T, — Taj + T2 (S, — S2) — J'idS
  - S 2
  - = AG (T, - T2) - C [(T, - T2) - T2 l|*]
  - =z (0,300 + 0,723) 210° — 0,238 [(210° — 83 X 1,262)] = 215 — 23 = 190
  - d’où, pour le rendement théorique :
  - p
  - aire ABCFD aire ABCG
  - )<J0 - °>58-
  - Une puissance d’un cheval-heure, équivalent à 637 calories, devrait, dans ce cas, produire — ~ 3,33 kgs d’air
  - liquide; elle en produit au plus 0,5 kg, ce qui correspond à un rendement pratique de 0,5 : 3,35, ou de 15 0/0. 2° En partant du diagramme pv ordinaire (Mathias).
  - Le kilogramme d’air pris à -f 20° doit être comprimé à une pression p telle que, par sa détente de p à
  - p° = 1 atmosphère sans vitesse sensible, sa température tombe à — 191°, ou de 211°. La pression/) est donnée
  - par l’équation 211° = 0,2-6 (p — 1) ; d’où p — 813 atmosphères.
  - Pour comprimer en isothermique le kilogramme d’air à 813 atmosphères, il faut dépenser un travail de
  - 10332 b
  - — X 2,3 log. 813 = 53,123 kilogrammètres, équivalent à 125 calories, la chaleur de vaporisation r de ce kilo-1,3
  - gramme d’air est, d’autre part, de 60 calories, de sorte que le travail théorique nécessaire pour sa liquéfaction, équivalent à 125 -+- 60 185 calories, est de 0,3 chevaux.
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  - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - telle que la machine de 1 Exposition ne produisait guère que 0,18 litre d’air liquide par cheval-heure au lieu des 0,4 lit., de la machine de Linde '.
  - O O
  - Fig. 43. — Schéma de la machine Tripler, exposée en 1900.
  - Fig. 43 bis.
  - Parmi les appareils à liquéfier l’air qui ne figuraient p^s à l’Exposition, je citerai ceux de Hampson, d' Ostergreen et deDewar.
  - Fig. 44 et 4o. — Liquéfacleur de gaz Hampson. Ensemble de l’appareil.
  - Dans l’appareil Hampson de 1895, représenté par les figures 44 et 45 et destiné à la liqué-
  - 1. Pour plus de détails sur celte machine, voir l'Engineering News du 14 avril 1898, le brevet français Tripler, n° 291276 du 29 juillet 1899, et le Caster’s Magazine de juin 1899, p. 29.
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- - 13-32 LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - faction de l’oxygène, ce gaz, comprimé à 120 atmosphères et à la température ordinaire, arrive par le petit tuyau, représenté à droite, au haut de la figure, dans un serpentin qui débouche en
  - Détail du récipient.
  - A (/îg. 45) par un ajutage D, sur un bouchon C, d’où il revient, détendu par B, et autour du serpentin qu’il refroidit, dans le compresseur, qui le refoule de nouveau, mais de plus en plus
  - froid, au serpentin. L’oxygène finit par atteindre ainsi, en D, son point de liquéfaction à la pression atmosphérique —180°, de sorte que l’on peut, paraît-il, avec un de ces appareils de 750 mm de haut sur 180 de diamètre, fabriquer de l'oxygène liquide au taux de 7 centimètres cubes par minute b
  - Dans l’appareil de 1889, construit par la Briris Oxygen C0, de Londres, le serpentin de l’échangeur de température est [fig. 46) le plus serré possible, de manière à réduire au minimum les pertes par rayonnement, tout en présentant une grande surface de contact à l’air aspiré; ce serpentin est formé de deux tubes a et £, de 4 millimètres de diamètre extérieur, écartés de 0,5 mm : diamètre de^ l’échangeur 300 mm à l’extérieur, diamètre intérieur 70 mm. La détente se fait presque jusqu’à la pression atmosphérique dans le récipient en verre 1 [fig. 47)
  - Liquéfacteur llampson. Introduction de l’acide carbonique.
  - 1. Bulletin de la Société d'encouragement pour l'Industrie nationale, avril 1896, p. 622.
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES 12-33
  - avec enveloppe de vide entourée de trois ou quatre cylindres de verre sur joints en caoutchouc 6, 7 et 8, assurant une étanchéité parfaite sans crainte d’accidents pour le serrage.
  - liquéfier
  - Separator
  - Aftercooler
  - Boi/ers
  - Fig.‘49. — Liquéfaction de l’air, procédé Ostergren et Burger. Schéma de l’installation.
  - Ueansed
  - Fig. 50. — Laveur (Cleaner, fig. 49).
  - YJataj\
  - .--X—
  - ..?4 ••
  - •Jo Vacuum • Pump
  - Fig. 51. — Séparateur.
  - Pour permettre l’introduction, près du détendeur, d’acide carbonique presque à la température de cet acide solide sans risquer de l'encombrer, on fait arriver de l’acide carbonique liquide
  - 3
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - par un détendeur auxiliaire 1 ( fig. 48) entouré en 2 d’air comprimé un peu moins froid, qui empêche
  - Fig. 52,
  - Refroidisseur,
  - Fig. 53. — Liquéfacteur. Détail de la partie supérieure.
  - Yacuum
  - Pump
  - Coiis cf\ Copper Pipe
  - - Expansion Vaivé-,
  - ..-Réservoir Vaive
  - Liquéfacteur. Détail du collecteur d’air liquide et d’une soupape de détente.
  - Fig. 54.
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  - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - juste la formation de la neige carbonique en 1, puis le mélange, détendu en 3, est filtré de sa neige sur les toiles métalliques 4, d’où il passe, par 3, 6, 7, 8, au retour du détendeur liquéfac-teur d’air. Grâce au refroidissement initial ainsi produit, la liquéfaction de l’air s’effectue très vite : 2 litres paraît-il en quelques minutes, et automatiquement, dans un appareil fort simple, peu encombrant, et facile à transporter par un homme L
  - La machine d'Ostergren et Burger de 1899, employée par la General Liquid Air C°, de New-York, est représentée schématiquement par les figures 491 2.
  - L’installation comprend (fig. 49) trois chaudières verticales de 75 chevaux chacune, qui fournissent la vapeur à deux compresseurs compound Sergeant : le compresseur de droite aspire l’air de l’atmosphère au travers d’un laveur (fig. 50), dans un cylindre de 460 X 465, qui le refoule à la pression d’une atmosphère, et, au travers d’un premier refroi-disseur (intercooler), dans le second cylindre du compresseur, de 300 X 460, lequel refoule l’air à 4 atmosphères, et au travers du deuxième refroi-disseur, dans le premier cylindre, de 600 X 195,. dü deuxième compresseur. Ce dernier refoule l’air au travers d’un troisième refroidisseur, et à 21 kgs, au quatrième cylindre compresseur, de 600 X 173, qui le comprime à 84 kg, dans le dernier refroidisseur (aftercooler), constitué, comme les autres; par un serpentin à circulation d’eau.
  - De ce dernier refroidisseur, l’air passe au séparateur (fig. 51), qui en enlève les poussières, l’huile et l’humidité : c’est une longue colonne de 3,75 m de haut, où l’air traverse d’abord de l’eau, puis une série de déflecteurs en tôle inclinées et ondulées, d’où il s’échappe par une soupape régulatrice et, sous une pression constante, au refroidisseur (fig. 52) (Brine Tank de la fig. 49). Une dérivation de cet air passe au régulateur -du compresseur de gauche, dont la marche est ainsi réglée par sa pression. Le refroidisseur se compose de deux serpentins entourés d’une circulation de liquide incongelable.. Le premier de ces serpentins reçoit l’air comprimé en X; cet air y arrive par un tube intérieur d’un diamètre assez faible pour qu’il y prenne une grande vitesse, et qui se termine par un ajutage avec déflecteur qui la débarrasse de son humidité, puis il passe de là au liquéfacteur. Le second serpentin, enroulé en sens contraire du premier, reçoit en E l’air refroidi et détendu revenant du liquéfacteur, qui en sort par X à la pression de 21 kgs pour revenir (fig. 49) au troisième refroidisseur, dans lequel il est repris par le dernier cylindre compresseur.
  - L’air comprimé passe de X (fig. 52) au liquéfacteur, dans lequel il pénètre par le haut du tuyau de droite (fig. 53), sous une pression de 84 kgs, dans un premier serpentin de cuivre qui l’amène par la soupape de détente indiquée en figure 5 et avec une chute de pression de 53 kgs, au tube central intérieur (Inner Heacler, fig. 53), d’où il passe au second serpentin, concentrique et inverse du premier, d’où il passe au premier cylindre compresseur (Vacuum Pump). C’est donc toujours le même air qui circule dans l’appareil — sauf les fuites récupérées par l’air aspiré de l’atmosphère au travers du laveur (fig. 50) — et .qui, par l’accumulation du froid due aux détentes successives qu’il subit au sortir du premier serpentin du liquéfacteur, finit par se liquéfier. Dès que cette liquéfaction se manifeste, on ouvre le pointeau du bas du liquéfacteur (fig. 54), qui laisse cet air tomber dans le collecteur d’air liquide, où il commence par se volatiliser en soulevant le lourd couvercle de ce collecteur, chargé à 0,4 kg, pour repasser en grande partie au premier compresseur (Vacuum Pump). Une faible partie seule-
  - 1. Bulletin de la Société d'encouragement pour l'Industrie nationale, avril 1899, p. 618; voir aussi TheEngi-neer, 12 mai 1899, p 470, et les brevets anglais 10.165 de 1895, 7.773 de 1898.
  - 2. Bulletin de la Société d’encouragement pour l'Industrie nationale, juin 1899, p. 912.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - ment de cet air resté liquide passe par le siphon du collecteur au petit serpentin, sans cesse refroidi par cette volatilisation, et qui l’amène liquéfié, et même en partie solidifié, au récipient (fig. 55), en cuivre, entouré d’un second réservoir à enveloppe isolante, avec, entre eux, un espace ou une soupape chargée à 0,4 kg laisse de temps en temps pénétrer de l’air liquide, qui en conserve le froid.
  - Cet intéressant appareil vient d’être installé; il est actuellement soumis à des essais qui en ont constaté le bon fonctionnement, et dont nous rendrons compte quand ils seront publiés. Ces essais auraient constaté la presque inutilité du refroidisseur (fig. 52) interposé entre le liquéfacteur et le séparateur.
  - On a souvent proposé et essayé, mais jusqu'à présent sans succès, d'utiliser, pour le refroidissement de l'air et sa liquéfaction, le travail de détente dynamique de l'air comprimé 1, contre le principe desquelles les partisans de la méthode de Linde élèvent des critiques en apparence bien fondées 2.
  - L’appareil de Bewar de 1897 comprend (fig. 56) deux bouteilles en acier renfermant l’une de l’acide carbonique liquide et l’autre de l'air ou de l’oxygène à 150 atmosphères. L'air traverse (fig. 57) un long serpentin en cuivre, dans lequel il est refroidi d’abord par la détente de l’acide carbonique, avant d’arriver au détendeur ITampson, d’où l’on voit tomber l’air liquide au bout de quelques minutes.
  - 1. Solvay, Claude et, tout dernièrement Ostergren, Bulletin de la Société d'encouragement pour l'Industrie nationale, janvier 1902, p. 107.
  - 2. Voici celles de M. Desvigxes :
  - 1° Si dans une machine à froid à air comprimé on appelle :
  - T0, la température absolue de l’air à la sortie du cylindre de détente.
  - Tb — — à l’entrée de ce cylindre de détente.
  - T.>, — — à l’entrée du cylindre de compression.
  - T:;, — — à la sortie du cylindre de compression.
  - Q, le froid produit, en calories négatives ou frigories.
  - L, le travail dépensé, en kilogrammètres.
  - A, l'inverse de l’équivalent mécanique de la chaleur, soit 1/424.
  - Pi-, Pu Pu Pi, les pressions correspondant aux températures affectées des mêmes indices.
  - On a :
  - T, _ T, _ //lA0,201 _ /pA 0,291 T3 — T0 _ [pj ~ \PoJ
  - Rendement économique :
  - Q : AL = (ï2 - T0) : [(T3 - Ts) - (Tt - „)]
  - 2° D’autre part, dans un échangeur parfait, à contre-courant, on a :
  - PC (Tf - T,) = pc (T0' - T0) où :
  - Tf, T„ P, etC,
  - représentent la température d’entrée, la température de sortie, le poids et la chaleur spécifique du fluide chaud
  - T0, T0\ p, et c,
  - id. du fluide froid.
  - Les machines à travail extérieur n’ayant donné encore aucun résultat pratique et les constantes physiques de l'air étant trop incomplètes pour pouvoir analyser le cycle de sa liquéfaction dans de telles conditions, il faut nous borner à considérer seulement son refroidissement jusqu’à la température de liquéfaction, où T0 = 83° (soit environ —190°).
  - Supposons d’abord une machine sans échangeur, se composant seulement d’un compresseur, d’un refroidisseur et d'un cylindre de détente; la température de Pair aspiré sera -j-20° et le refroidisseur ramènera à cette température de -j- 20° l’air comprimé et surchauffé. On aura alors :
  - pour : on aura :
  - T0 = 83°, Ti = T, = 293* T3 = 1034“ Q : AL = 210 : (741 — 210) = 0,396
  - P 2 = Po = 1 atm.
  - p3 — p, 76,6 atm.
  - Si nous ajoutons un échangeur parfait, c'est-à-dire sans déperditions et de surface infiniment grande, à la machine ci-dessus, et si nous admettons que 80 0/0 de l'air détendu échappe à la liquéfaction et retourne dans
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- - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - 13-37
  - Le refroidisseur Dewar pour laboratoires se compose d'un serpentin B [fig. 58) plongé dans un tube à vide et enroulé sur une ampoule vide; le gaz comprimé sort par le bas du serpentin, et se détend dans l’espace annulaire entre l'ampoule et le tube, dont le vide empêche le rayonnement du serpentin. Pour liquéfier l’hydrogène, ce gaz, comprimé en A [fig. 61), traverse un serpentin B, refroidi par de la neige d’acide carbonique, un second G, refroidi par de
  - l'atmosphère après avoir traversé l’échangeur, l’air comprimé et ramené à 233°, température à laquelle il entre dans cet appareil, le quittera à 125". En posant :
  - on a bien : puisque, pour : on doit avoir : On aura alors
  - pour :
  - G = c et p = 0,8 P 293 — 125 = 0,8 (293 — 83) — 168
  - PG > pc
  - Tf = T,;.
  - T0 = 83°, Tt = 125", To = 293», T3 — 441» Q : AL = (0.2 x 210) : (148 — 42) = 0,396
  - p., z= p0 — { atm.
  - on aura :
  - p3 — pl— 4.10 atm.
  - On voit que l’échangeur n’apporte aucun changement au rendement économique Q : AL, mais qu’il permet d’abaisser considérablement la pression p3, px.
  - Voyons maintenant quel est l’effet utile, c’est-à-dire le rapport du rendement économique pratique au rendement économique théorique d’une machine à froid à air comprimé.
  - Nous trouvons dans Schroeter, Unlersuchungen cm Kaeltemaschinen verschiedener Système, erster Bericht, Munich, 1887, page 150, les résultats des essais qu’il a faits sur une machine, système Bell-Coleman. La moyenne de ses trois essais donne :
  - T0 = 226», Tt = 291», T2 — 292», T3 = 300»,
  - Puissance indiquée au moteur =84,39 chevaux, d’où
  - AL = 84.39 X 636.8 rr 53.740 cal. Q = 30.628 cal.
  - Q : AL = 0,570
  - Théoriquement, on devrait avoir :
  - et
  - T3 = 292 X (291 : 226) = 376» Q : AL — 66 : (84 — 65) = 3,47
  - L’effet utile donné n’a donc été que de 0.570 : 3.47 r= 16.4 0/0.
  - Dans cette machine, l’écart entre la température ambiante (+ 19») et la température la plus basse dans le cylindre de détente (—47») était de 66°, et les déperditions étaient limitées au cylindre de détente très bien isolé et qui, du reste, ne présentait qu’une très faible surface. Dans une machine à liquéfier l’air, il faudra descendre jusqu’à —190“ et avoir un échangeur qui aura une surface de déperditions au moins égale à celle du cylindre de détente; par conséquent, les déperditions seront au moins cinq fois plus fortes que dans la machine essayée par Schroeter; il n’est donc pas exagéré de supposer que l'effet utile sera réduit de plus de la moitié, c'est-à-dire à environ 8 0/0. Dans ces conditions, le rendement économique pratique serait de 0,396 X 0,08 = 0,032.
  - Pour faire une comparaison équitable, il faut envisager la machine de Linde, non pas avec une machine à froid pour améliorer le rendement, mais bien sans réfrigération auxiliaire La machine Linde de l’Exposition, produisait, sans réfrigération auxiliaire, 5 kgs d’air liquide par heure, avec l’équivalent de 13,5 chevaux indiqués au moteur, soit 2,7 chevaux indiqués pour 1 kg d’air liquide; mais, dans les grandes machines prenant une centaine de chevaux, c’est-à-dire de l’importance de celle essayée par Schroeter, on arrive à 0,400 kgs par cheval indiqué. Gomme il faut enlever 110 cal. à 1 kg d’air pris à -f 20° pour le liquéfier, cela fait un rendement économique pratique de :
  - (0,400 X 110) : 636,8 = 0,069
  - Par conséquent, le rendement économique pratique d'une machine de Linde, où on utilise le travail intérieur seulement, serait d’au moins :
  - (0,069 : 0,032) — 1,00 = 116 0/0
  - plus élevé que celui d’une machine à production de travail extérieur, dans laquelle on parviendrait à réduire au minimum les déperditions, ce qui ne paraît pas avoir été réalisé jusqu’à présent.
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - l’éthylène liquide, puis l'échangeur D, à serpentin G, du bas duquel il s’échappe par un pointeau ouvert par F, après avoir parcouru la surface du serpentin G à une température de — 240° environ 1.
  - Air Cxpan&fofl
  - Carbonic Acid Value >
  - Carbonic Acid
  - Air ç-r Oxygen
  - Value
  - Carbom
  - Acid
  - Fig. 56 et 51. — Machine à liquéfier l’air Dewar. — Ensemble et détail des serpentins.
  - Actuellement l’air liquide est en très grande majorité fabriqué par
  - les machines de Linde
  - et de Hampson, et d’après M. Linde, son prix de revient, avec une machine en fabriquant 1.000 kgs par jour, serait de 0,12 fr. environ.
  - 1. Bulletin de la Société, pour l'encouragement de l'Industrie nationale, octobre 1897, p. 1405.
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  - LES MACHINES FRIGORIFIQUES
  - Les applications de l’air liquide aux recherches scientifiques sont très nombreuses, il en a aussi trouvé de très heureuses en médecine ; comme réfrigérant, il ne peut servir utilement que pour les très basses températures, à partir de — 50° environ, pour les températures moyenn.es de réfrigération, jusqu’à — 30° environ il coûterait, à puissance frigorifique égale, et d’après M. Linde lui-même, 40 à 50 fois plus cher que le froid produit par les machines frigorifiques ordinaires.
  - Comme force motrice, l’emploi de l’air liquide n’a guère donné lieu, jusqu’à présent, qu’à des réclames et à des entreprises de mouvement perpétuel, et il paraît difficile qu’il ait jamais d’applications de ce genre véritablement industrielles, par la simple raison qu’il faut dépenser, pour le produire, environ six fois plus de travail mécanique qu’il n’en saurait restituer théoriquement ; l’air liquide ne paraît donc susceptible de servir utilement, comme agent moteur, que dans certaines circonstances où la question du prix de revient n’intervient pas : bateaux sôus-marins, aérostation, torpilles, etc. M. Linde a indiqué, comme un de ces cas, l’application de l’air liquide à la réalisation de moteurs à pétrole très énergiques marchant par injection, dans leurs cylindres, sous une pression très élevée, d’un mélange de pétrole et d’air liquide — à 50 atmosphères, par exemple, — en proportion convenable pour assurer la combustion complète du pétrole; on économiserait ainsi toute la partie du cycle consacrée à la compression dans les moteurs ordinaires.
  - G
  - ~^r-
  - //
  - & .
  - U
  - Fig. 60.
  - K)0 90 60 70 60 50. 40 30 EO K) 0
  - Porcentaqe af Liquid remasning
  - Fig. 61.
  - Fig. 62.
  - On a aussi proposé l’utilisation de l’air liquide comme explosif en le mélangeant avec du pétrole et du kieselguhr, ou terre siliceuse très poreuse, usitée pour la dynamite ; on obtient ainsi un explosif puissant, qui détone par une capsule de fulminate de mercure, et qui présente l’avantage de devenir inotfensif après un quart d’heure environ, par l’évaporation de l’air liquide ; c’est un avantage au point de vue de la sécurité après un raté, mais un sérieux inconvénient de manipulation. La puissance de cet air liquide est inférieure à celle de la dynamite, mais on peut obtenir un explosif au moins aussi puissant en remplaçant l’air liquide par un liquide plus riche en oxygène, comme le montrent les courbes de la figure 60. Ces courbes ont été obtenues en faisant détoner, dans un cylindre de 20 litres, 85 grammes de dynamite-gomme (courbe ab), puis un mélange de 17 grammes de pétrole et 62 grammes d’un liquide à 80 0/0 d’oxygène et de 47 grammes de kieselguhr, enfermé dans 9 grammes de papier.
  - L’une des applications les plus intéressantes de l’air liquide consiste dans la fabrication
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  - LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
  - d'oxygène liquide, ou plutôt d’air très enrichi d’oxygène, et ce, en se basant sur ce que l’azote est beaucoup plus volatil que l’air, de sorte que l’air liquide, abandonné à lui-même, laisse son azote s’évaporer plus vite que son oxygène, dont il s’enrichit ainsi par une distillation fractionnée; l’air liquide, qui renferme, au commencement de son évaporation, environ 92 0/0 d’azote (N) et 8 0/0 d’oxygène (O) (fig. 61) s’enrichit en oxygène à mesure qu’il s’évapore, comme le montre la courbe de, les proportions d’azote et d’oxygène devenant successivement N' et O', suivant la courbe c.
  - Le principe de l’appareil à séparer ainsi l’oxygène se comprendra facilement d’après le schéma [fig. 62), qui représente un échangeur de températures analogue à celui delà machine [fig. 39). L’air arrive du compresseur en A et est distribué par lds robinets c et d aux deux serpentins multiples N et O, dont les tubes intérieurs se réunissent en b dans le serpentin du collecteur, serpentin dont il sort liquéfié en r, dans ce collecteur. L’air de ce collecteur se
  - vaporise par la chaleur de liquéfaction de l’air comprimé en B, e* son azote, qui part le premier, est échappé par n, en passant autour du serpentin intérieur de N ; une partie de l’air qui reste liquéfié et riche en oxygène au fond du collecteur passe par r2 en o, autour du serpentin intérieur de O ; on peut ainsi recueillir en O un mètre cube d’air à 50 0/0 d’oxygène par cheval-heure.
  - Ce gaz riche en oxygène pourrait trouver, dans les industries chimiques et métallurgiques, de nombreuses applications, si l’on arrivait à le produire à bon marché : 0,15 fr. le mètre cube, par exemple, pour certaines fabrications, comme celle de l’acide sulfurique et pour la fabrication de gaz combustibles très actifs permettant d’obtenir des températures très élevées. M. Althans a proposé, à cet effet, l’emploi du gazogène représenté par la figure 63, qui se compose d’une cornue dans laquelle on distille du combustible, dont le coke est, au bas de la cornue, brûlé par un mélange de gaz riche en oxygène et de vapeur d’eau surchauffée ; le gaz ainsi produit se môle, après refroidissement, aux gaz de la distillation de la cornue, et ce mélange donne un gaz composé d’oxyde de carbone avec de l’hydrogène et très peu d’azote*.
  - 1. Consulter, outre les sources déjà citées, sur l'air liquide, les suivantes :
  - Bulletin de la Société d'encouragement jiour l'Industrie nationale, mai 1894 : Mémoire de M. Linde, octobre 1893, p. 114 : Machine Limle; mars 1898, p. 339 : Machines Linde;
  - Electrical Engineer, 22 juillet 1897 : E. Thomson, Applications électriques ;
  - The Engineer, 2 janvier 1894 et 17 juin 1892 : Dewar ;
  - Engineering, 21 février 1890 et 11 mars 1898 : Drwaiî; 1er juin 1900 : Rice ; 13 septembre 1901 : Pjctet, Oxygène ;
  - Engineering News, 14 avril 1898, 14 septembre et 13 octobre 1899 : Force motrice et bluffs divers;
  - Engineering Magazine : E. Thomson, Emplois divers;
  - Glaser's Annalen, 13 mars et lor avril 1897 : Linde; •
  - Ice ancl Réfrigération, novembre 1899 et mai 1900 : Linde;
  - Power, mai 1899 : Force motrice:
  - Revue générale des sciences, 1er novembre 1901 : Mathias;
  - Scientific amer iccin Supplément, 24 septembre 1898 : Barker, Historique ; 27 avril 1899 : Peckiiam, Généralités; 1er juillet 1899 : Machine llampson;
  - Société industrielle de l’Est, 7 mars 1900: Conférence de M. Bichat ; 12 décembre 1901 : Conférence de M. Pictet.
  - Z. V. Deutscher Ingenieure, 20 janvier 1900 : Linde;
  - Z. Oesterr. u. Arch. Ver, 2 et 9 mars 1900 : F. Walter, Généralités;
  - Z. Elecktrotechemie, 5 juillet 1897 : Linde;
  - Brevets anglais: Joly, n" 15,311, de 1901, et Thripp, n° 18913, de 1900.
  - Tours. — Imprimerie Deslis Frères, rue Gambetta, 6.
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