chaudière.

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chaudière.
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PRÉSENTATION

chaudière, dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur si l'eau est chauffée au-delà de la pression atmosphérique. Toutes les chaudières se composent de deux compartiments distincts : l'un dans lequel brûle le combustible et un
autre dans lequel l'eau est chauffée.

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HISTORIQUE

C'est au Ier siècle apr. J.-C. qu'apparut pour la première fois l'idée d'utiliser l'énergie de la vapeur à des fins motrices, dans l'ouvrage intitulé Pneumatica de l'inventeur et mathématicien grec Héron d'Alexandrie. Il y décrivit un éolipyle, une turbine à
vapeur se composant d'une chaudière connectée par deux tubes creux aux pôles d'une sphère creuse tournant librement. Cette sphère était munie de deux buses biseautées par lesquelles sortait la vapeur, entraînant la rotation de la sphère. Il en est
également fait mention dans des ouvrages du Moyen Âge et de la Renaissance, mais il semble qu'aucun système pratique n'ait été construit jusqu'à ce que l'architecte et inventeur italien Giovanni Branca conçoive une chaudière dont la vapeur, en
s'échappant, frappait les pales d'une roue, faisant tourner cette dernière.
La première véritable machine à vapeur, construite par l'ingénieur anglais Thomas Savery en 1698, utilisait deux cuves de cuivre remplies alternativement par de la vapeur sortant d'une chaudière. Le moteur de Savery fut plus tard utilisé pour
pomper l'eau présente dans les galeries de mines. L'inventeur Français Denis Papin avait également, dans un mémoire rédigé en 1687, proposé une théorie de la machine à vapeur à piston. La première ne fut construite qu'en 1712 par l'inventeur
britannique Thomas Newcomen.
L'inventeur écossais James Watt améliora le moteur à vapeur de Newcomen en y incorporant le progrès le plus significatif, les cuves sphériques ou cylindriques chauffées par en dessous par un feu ouvert. La chaudière de Watt, construite en 1785, se
composait d'un caisson horizontal encastré dans la brique, avec des conduits pour faire circuler les gaz de combustion chauds sur la chaudière. Watt, qui fut l'un des premiers ingénieurs à parvenir aux propriétés thermodynamiques par approximation
de la vapeur d'eau, utilisa la soupape de sécurité à levier, des manomètres de pression et des robinets pour contrôler le flux d'eau et de vapeur dans ses chaudières.

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CHAUDIÈRE À TUBES DE FUMÉE

Les moteurs de Savery, Watt et Newcomen fonctionnaient tous à des pressions légèrement supérieures à la pression atmosphérique. En 1800, l'inventeur américain Oliver Evans construisit un moteur à vapeur à haute pression utilisant un précurseur
de la chaudière à tubes de fumée. La chaudière d'Evans se composait de deux cuves cylindriques placées l'une dans l'autre ; l'eau circulait entre elles. La grille de feu et le tuyau d'évacuation étaient situés dans le cylindre intérieur, permettant un
accroissement rapide de la pression de vapeur. L'ingénieur Français Marc Seguin (1781-1875) mit au point une chaudière à tubes de fumée, qui équipa en 1827 la fameuse locomotive « Rocket « de George Stephenson. La première amélioration
importante apportée à la chaudière d'Evans fut la chaudière « Lancashire « à tube de fumée brevetée en 1845 par l'ingénieur britannique sir William Fairbairn, dans laquelle les gaz de combustion circulaient à travers des tubes insérés dans le réservoir
d'eau, augmentant la surface à travers laquelle la chaleur pouvait être transmise. Les chaudières à tubes de fumée avaient cependant une capacité et une pression limitées et présentaient parfois des risques d'explosion.

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CHAUDIÈRE À TUBES D'EAU

La première chaudière à tubes d'eau, brevetée en 1867 par les inventeurs américains George Herman Babcock et Stephen Wilcox, autorisa une pression supérieure à celle de la chaudière à tube de fumée. Dans la chaudière à tubes d'eau, l'eau passait
à travers des tubes chauffés depuis l'extérieur par les gaz de combustion et la vapeur était collectée dans un tambour supérieur. Cette disposition utilisait à la fois la chaleur de convection des gaz et la chaleur radiale du feu et des parois de la
chaudière. Au XXe siècle, la chaudière à tubes d'eau trouva de larges applications, grâce à des progrès tels que les alliages d'acier à haute température et les techniques de soudages modernes, qui firent de la chaudière à tubes d'eau le type de
chaudière standard pour toutes les chaudières de grosse capacité.
Les chaudières à tubes d'eau modernes peuvent fonctionner à de très hautes pressions et produisent plus de quatre mille cinq cents tonnes de vapeur par heure. Les températures de combustion pouvant dépasser 1 650 °C, le débit d'eau est
commandé par une circulation naturelle ou forcée. Grâce à ce que l'on appelle des surchauffeurs, que l'on doit à Marc Seguin, les chaudières actuelles parviennent à réaliser des économies de carburant de près de 90 p. 100. Les réchauffeurs d'air
chauffent l'air entrant grâce aux gaz de combustion dégagés dans la cheminée ; les réchauffeurs d'eau utilisent, quant à eux, les gaz du tuyau d'évacuation des fumées pour chauffer l'eau avant qu'elle n'entre dans la chaudière. La commande de
tirage et le traitement chimique de l'eau visant à éviter les dépôts de calamine et la corrosion contribuent également à en rendre le fonctionnement efficace.
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