Steam Engine Puzzle
Une machine à vapeur est une machine thermique qui effectue un travail mécanique en utilisant la vapeur comme fluide de travail.
L’utilisation de l’eau bouillante pour produire un mouvement mécanique remonte à plus de 2 000 ans, mais les premiers appareils n’étaient pas pratiques. L'inventeur espagnol Jerónimo de Ayanz y Beaumont a breveté en 1606 la première machine à vapeur. En 1698, Thomas Savery a breveté une pompe à vapeur utilisant de la vapeur en contact direct avec l'eau pompée. La pompe à vapeur de Savery utilisait de la vapeur condensée pour créer un vide et aspirer de l'eau dans une chambre, puis appliquait de la vapeur sous pression pour pomper davantage l'eau. Le moteur atmosphérique de Thomas Newcomen fut le premier véritable moteur à vapeur commercial utilisant un piston et fut utilisé en 1712 pour le pompage dans une mine.
En 1781, James Watt a breveté une machine à vapeur produisant un mouvement rotatif continu.[1] Les moteurs de dix chevaux de Watt permettaient d'alimenter une large gamme de machines de fabrication. Les moteurs pourraient être installés partout où l'on pouvait obtenir de l'eau, du charbon ou du bois de chauffage. En 1883, des moteurs pouvant fournir 10 000 ch étaient devenus réalisables.[2] Les moteurs à vapeur pourraient également être appliqués à des véhicules tels que les moteurs de traction et les locomotives ferroviaires. La machine à vapeur stationnaire était un élément clé de la révolution industrielle, permettant aux usines de s’implanter là où l’énergie hydraulique n’était pas disponible.
Les moteurs à vapeur sont des moteurs à combustion externe[3], dans lesquels le fluide de travail est séparé des produits de combustion. Des sources de chaleur sans combustion telles que l’énergie solaire, l’énergie nucléaire ou l’énergie géothermique peuvent être utilisées. Le cycle thermodynamique idéal utilisé pour analyser ce processus est appelé cycle de Rankine. Au cours du cycle, l'eau est chauffée et se transforme en vapeur dans une chaudière fonctionnant à haute pression. Lorsqu'il est détendu à travers des pistons ou des turbines, un travail mécanique est effectué. La vapeur sous pression réduite est ensuite condensée et renvoyée dans la chaudière.
Dans l'usage général, le terme machine à vapeur peut faire référence soit aux installations à vapeur intégrées (y compris les chaudières, etc.) telles que les locomotives à vapeur et les moteurs portables, soit aux machines à piston ou à turbine seules, comme dans la machine à poutre et la machine à vapeur stationnaire. Les appareils spécialisés tels que les marteaux à vapeur et les batteurs de pieux à vapeur dépendent de la vapeur fournie par une chaudière séparée. Les moteurs à vapeur à piston alternatif sont restés la source d'énergie dominante jusqu'au début du 20e siècle, lorsque les progrès dans la conception des moteurs électriques et des moteurs à combustion interne ont progressivement entraîné le remplacement des moteurs à vapeur à mouvement alternatif (à piston) dans l'usage commercial et l'ascendant des turbines à vapeur dans la production d'électricité. Étant donné que la grande majorité de la production électrique mondiale est produite par des moteurs à vapeur de type turbine, « l'ère de la vapeur » se poursuit avec des niveaux d'énergie bien supérieurs à ceux du début du 19e siècle.
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