ESSAIS AU HAVRE.--LE NAPOLÉON, GOELETTE À HÉLICE (1).
Note 1: Nous devons la communication des différents dessins qui accompagnent cet article à M. Ernest Charton, du Havre.
La découverte la plus merveilleuse des temps modernes est, sans contredit, l'application de la vapeur à la locomotion soit sur la terre, soit sur l'eau. Cette puissance, inconnue encore il y a peu de temps, est aujourd'hui l'agent le plus actif des relations commerciales ou sociales; aussi toutes les intelligences sont tendues vers l'amélioration de ses moyens d'action. La force est là, mais elle est, comme toutes les forces matérielles, inintelligente et inerte, elle attend que la main de l'homme la dirige et rapplique. Des volumes ne suffiraient pas à enregistrer tous les essais, toutes les inventions auxquels a donné naissance l'étude de cette puissance, la dernière arrivée et qui laisse déjà bien loin derrière elle ses devancières.
L'application de la vapeur aux bâtiments de mer a commencé une ère nouvelle dans l'histoire des peuples. On ne l'a d'abord appliquée qu'aux bâtiments de commerce; c'était beaucoup, mais ce n'était pas tout: et cependant la première machine qui frappa l'eau de sa palette jetait les bases d'un avenir pacifique, en rendant plus fréquentes et plus faciles les communications de peuple à peuple. Aussi le cri des hommes intelligents, de ceux qui voient loin dans l'avenir, à l'aspect de ces étranges navires, qu'un peu d'eau et de charbon poussait contre vent et marée, le cri de ces hommes a été: Si l'on peut appliquer la vapeur à la marine royale, la guerre est désormais impossible. Chose étonnante! plus on perfectionne les moyens de destruction, moins on a à craindre d'avoir à les employer. Plus on se prépare à la guerre, à une guerre meurtrière et inexorable, plus les nations resserrent leurs liens; aussi, le jour où il sera possible de détruire une ville, de renverser des colonnes entières avec un boulet de canon, ce jour-là les portes du temple de Janus seront fermées pour jamais. Si vis pacem, para bellum: c'est le précepte ancien, qui est aujourd'hui plus vrai qu'il ne l'a jamais été.
Ce progrès, appelé par les voeux de tous les hommes politiques, s'est réalisé, et aujourd'hui les bâtiments de l'État ont reçu des machines dont la force varie de 100 à 430 chevaux. Tous, il est vrai, ne sont pas encore munis de ces appareils. En France, on a procédé avec lenteur: on a songé que, pour un matériel nouveau, il fallait une installation nouvelle et des hommes nouveaux, ou au moins une éducation différente. Aussi peu à peu les bâtiments à vapeur se construisent, se forment et se complètent par un personnel en harmonie avec leur destination ultérieure.
Cependant, à peine a-t-on eu fait un pas dans cette voie, que l'on s'est aperçu que, si la navigation à vapeur présentait, dans un grand nombre de cas, d'immenses avantages sur la navigation à la voile, la forme des machines, leur mécanisme, leur approvisionnement, offriraient de graves inconvénients quand on voudrait l'appliquer aux vaisseaux de premier rang; et toutefois, si nous ne voulons pas rester en arrière de nos voisins d'outre-Manche, il faut que la vapeur soit appliquée aux vaisseaux de ligne comme aux frégates, comme aux corvettes.
Le problème à résoudre était donc celui-ci: Trouver une forme de propulseur telle: 1° que la surface que le vaisseau présente à la mer en s'avançant ne fût pas augmentée; 2° que l'on pût se servir avec une égale facilité de la vapeur ou de la voile, ou de tous les deux ensemble; 3º que l'approvisionnement de charbon nécessaire à une machine puissante fût réduit le plus possible; 4° que le propulseur fût mis à l'abri du boulet et put agir par tous les temps et par toutes les mers. Nous omettons plusieurs autres conditions du problème, que l'intelligence du lecteur trouvera facilement en comparant le nouveau mode de propulsion à l'ancien.
Nous ne faisons que désigner ici le premier système, qui est déjà le système ancien, il consiste, comme l'on sait, en deux roues à palettes placées sur les côtés du navire et mises en mouvement par l'arbre d'une ou de deux machines, qui leur communique directement le mouvement de rotation nécessaire pour faire avancer le navire. Il est facile d'apercevoir de suite les inconvénients de ce système, inconvénients qui augmentent dans une proportion rapide avec la dimension et le rang du bâtiment, tellement que, si l'on n'avait que ce moyen d'appliquer la vapeur aux vaisseaux de ligne, il faudrait y renoncer.
Le second système, celui qui, pour la marine royale, est peut-être appelé à remplacer les roues à palettes et leurs énormes tambours, est le propulseur à hélice ou a vis. C'est celui qui est en essai en ce moment en Angleterre sur l'Archimède et la Princesse-Royale, et en France sur le Napoléon.
Disons d'abord que la première idée de l'application de l'hélice à la marche des vaisseaux appartient à des Français.
On pense bien que nous ne parlons pas ici de l'invention de cette vis, qui est connue depuis des siècles sous le nom de vis d'Archimède. Mais déjà en 1699 et en 1713 deux Français, Duquel et Dubost, l'avaient appliquée à faire mouvoir des moulins.
Plus tard, en 1768, un mathématicien français, Paucton, imagina de l'appliquer sur les vaisseaux à divers usages. Qu'on nous permette de citer un fragment de ce que ce savant écrivait à ce sujet:
«La rame est un instrument au moyen duquel on peut faire mouvoir un bateau sur l'eau. C'est un long levier terminé par une extrémité aplatie qui agit par sa pression sur l'eau, comme un coin sur le bois. Le point d'appui de ce levier est la cheville à laquelle il est attaché: la force motrice est le rameur, et le fluide la résistance. Je suis étonné que personne n'ait songé à changer la forme de la raine ordinaire, qui n'est pas évidemment parfaite. En effet, outre que l'action du rameur n'est pas calculée pour faire avancer le vaisseau uniformément, puisque la rame décrit des arcs de cercle dans son mouvement, il est obligé d'employer la moitié de son temps et de sa force à retirer la rame de l'eau et à la porter en avant. Pour remédier à cet inconvénient, il serait nécessaire de substituer à la rame ordinaire un instrument dont l'action fût, si c'est possible, uniforme et continuelle, et je pense qu'on trouvera parfaitement ces propriétés dans le ptérophore (révolution du filet d'une vis autour d'un cylindre). Ou pourrait en placer deux horizontalement et parallèlement à la longueur du navire, un de chaque côté, ou un seulement devant. On immergerait entièrement le plérophore on seulement jusqu'à l'axe. Ses dimensions dépendront de celles du navire, et l'inclinaison de l'hélice de la vitesse avec laquelle on veut ramer.»
Pour qui lira attentive tient ce qui précède, ne sera-t-il pas évident que toute l'invention de l'application de la vis à la navigation est là? Restait à trouver le moyen de faire mouvoir ces propulseurs; c'était à la vapeur à résoudre le problème; aussi, du jour où on l'appliqua à faire tourner les roues d'un bâtiment, on songea à substituer aux roues la rame de Paneton.
Dès l'année 1823, lorsqu'à peine la question de la navigation à vapeur était résolue, le capitaine du génie Delisle avait proposé au ministre de la Marine d'appliquer l'hélice aux bâtiments, et les expériences qu'on fait en Angleterre prouvent avec quelle sagacité et quelle exactitude étaient faits les calculs de cet officier. Malheureusement on ne donna pas suite à son idée, et, sans les Anglais Smith et Ericson, la question, il faut bien l'avouer, serait peut-être restée longtemps encore à l'état de simple théorie.
Arrière du steam-vessel Archimède.
Plus tard, en 1832, un habile, mécanicien, constructeur de navires à Boulogne, M. Sauvage, prit un brevet pour une vis de son invention, qui différait de la vis Delisle en ce qu'elle était pleine au lieu d'être évidée.
Tels sont les deux systèmes de vis actuellement en expérience, nommées par les Anglais vis Ericson et vis Smith, et qu'on devrait bien réellement appeler, pour rendre justice à qui de droit, vis Delisle et vis Sauvage; mais sic vos non vobis!
Une explication préalable est nécessaire pour bien faire comprendre ce qui nous reste à dire sur le propulseur sous-marin, sur son mode d'action et sur ses avantages.
Hélices suivant le système de Rennie.
Les vis de propulsion, de quelque manière qu'elles soient construites, tirent tout leur pouvoir propulsif de filets ou lames fixées sur un axe parallèle à la quille du vaisseau; ces filets forment des segments d'hélice ou de spirale, de telle sorte qu'en faisant tourner l'axe, les filets se fraient un chemin dans l'eau, comme la vis dans une pièce de bois. Il y a cependant cette différence distincte entre la vis à bois et la vis de propulsion, que cette dernière, agissant sur un fluide, ne peut pousser le vaisseau sans déplacer l'eau, tandis que la vis à bois s'avance dans le bois sans occasionner aucun déplacement nuisible.
Si la vis agissait dans un corps solide, elle s'avancerait à chaque révolution, après avoir vaincu la résistance du frottement, de la distance déterminée sur l'axe par un tour de l'hélice, et entraînerait avec elle le bâtiment: dans ce cas, il y aurait avantage à réduire la largeur de l'hélice, de manière à ce qu'elle n'agît sur l'eau que dans la partie qui produit le plus grand effet utile. (Cette partie est à peu près celle dont la ligne de projection forme avec l'axe de la vis un angle de 45°.)
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Arriére du Napoléon.--Hélice. | Hélice du Napoléon vue de différents côtés. |
Mais l'eau étant un corps excessivement mobile, on a été obligé de donner à l'hélice une grande résistance, c'est-à-dire une grande largeur, de telle sorte que les angles formés par les points rapprochés de l'axe avec cet axe différassent extrêmement de ceux formés par les points les plus éloignés. On conçoit, du reste, que les différents points de cette hélice sont doués de vitesses fort différentes, chacun devant décrire, dans le même temps, autour de l'axe, des circonférences d'autant plus grandes qu'ils sont plus éloignés du centre; il s'établit ainsi une moyenne entre les vitesses extrêmes, qui peut se représenter par la vitesse du point situé à égale distance de l'extrémité de l'hélice et de l'axe de rotation. L'eau est frappée ou poussée par l'hélice dans une direction oblique à la marche du navire; il y a donc là une perte de force qui varie suivant l'angle que fait l'élément propulseur avec l'axe. Nous avons dit plus haut que cet angle variait pour chaque élément de l'hélice; et pour bien comprendre la nature de cette perte, cherchons ce qui se passe dans deux positions extrêmes de la surface poussée par l'eau, par rapport à l'axe.
Si l'eau ou la force agit sur un disque placé à l'extrémité de l'axe, et dans le sens de cet axe, aucune partie de la force ne sera perdue, et l'axe sera déplacé dans cette direction d'une quantité représentée par l'intensité de la force, abstraction faite du frottement.
Si, au contraire, la force agit perpendiculairement à l'axe, cet axe ne pourrait avoir qu'un mouvement de déplacement parallèlement à lui-même; le mouvement en avant serait tout a fait nul.
C'est donc entre ces deux manières d'appliquer la force de propulsion qu'il faut chercher celle qui donnera le plus grand effet utile, c'est-à-dire celle dont l'action sera le plus grande possible dans le sens de l'avancement, et la moindre possible dans le sens du déplacement latéral. Il est inutile d'ajouter que le propulseur sous-marin étant invariablement lié au bâtiment, ne peut qu'avancer et faire avancer la quille avec lui et jamais se déplacer latéralement. Il y a donc toujours une perte de force dans l'action du propulseur, et c'est à diminuer le plus possible cette perte que se sont appliqués ceux qui ont imaginé diverses modifications de la vis.
Nous ne pousserons pas plus loin ces explications, dans l'impossibilité où nous serions de les continuer sans appeler à notre aide le calcul: qu'il nous suffise de dire que l'effet utile, c'est-à-dire la partie de la force qui sert à faire avancer le bâtiment, dépend de la surface de la vis, qui est déterminée par son diamètre et par sa longueur, de l'angle d'inclinaison de l'hélice et de la hauteur de son pas. (Cette hauteur est la distance qui, sur la même arête du cylindre, autour duquel s'enroule la vis, sépare deux filets de cette vis.)
Les deux seuls systèmes en expérience maintenant sont le système Delisle et le système Sauvage. Le système Delisle est construit de la manière suivante: Sur un arbre qui pénètre dans le navire, sont fixées à angle droit trois branches en tôle très-épaisses, et tordues comme le serait cette partie de la vis elle-même, si elle était prolongée jusqu'à l'axe. Un cercle boulonné sur ces branches reçoit six segments hélicoïdes, qui forment ensemble presque un tour entier de la vis. L'angle milieu est de 45°. Le but du capitaine Delisle, en évidant sa vis, était de supprimer la partie la plus rapprochée, de l'axe, parce que c'est celle qui déplace l'eau le plus latéralement, et que dans ce cas, comme nous l'avons dit plus haut, l'effet était nul ou à peu près nul pour faire avancer le navire.
M. Ericson a pris en Angleterre un brevet pour une vis identiquement semblable à celle de M. Delisle, mais les expériences n'ont pas donné des résultats très-avantageux.
Le système Sauvage, établi par M. Smith à bord de l'Archimède et de la Princesse-Royale, se compose de deux segments hélicoïdes, formant ensemble un tour entier dont l'angle milieu d'inclinaison est de 45° Ces hélices reposent sur l'arbre lui-même, et, par conséquent, la vis est entièrement pleine.
Des expériences faites sur l'Archimède, il semble qu'on peut conclure:
1º Que la surface de la vis doit être dans un rapport donné avec la force de la machine, quel que soit d'ailleurs l'angle d'inclinaison de l'hélice;
2° Que l'angle milieu ne doit pas, dans les circonstances ordinaires, excéder 45º.
M. Rennie, observateur attentif des formes que la nature a données aux animaux qui se meuvent dans l'eau, et notamment à ceux qui s'y meuvent le plus vite, a imaginé un système de vis dont nous donnons le dessin. Il avait remarqué que la queue des poissons, qui est leur véritable propulseur, prenait un accroissement rapide vers la partie postérieure, et que les arêtes de la queue rayonnaient à peu près du même point, loi qu'il a suivie en composant son hélice d'un plan incliné enroulé autour d'un cône, et en disposant les arêtes guidantes de son propulseur de telle sorte qu'elles soient tangentes de toutes parts à la surface intérieure du cône. La pratique n'est pas encore venue démontrer la bonté de ce système ingénieux, mais il sera prochainement installé sur un bâtiment de l'amirauté.
Plan du Napoléon.--A. Mât de beaupré.--B. Poulaine.--C. Guindeau.--D. Capot du logement de l'équipage.--E. Petite forge.--F. Mât de misaine.--G. Capot de la chambre des passagers de l'avant.--H. Claire-voie de ladite chambre.--1. Prison.--J. Cuisine.--K. Cheminée de la mécanique.--L. Grand mât.--M. Recouvrement de la mécanique.--N. Escalier de la mécanique.--O. Recouvrement de la grande roue.--P. Claire-voie de la chambre du chef mécanicien.--Q. Claire-voie du logement des officiers et passagers de l'arriére.--R. Mât d'artimon.--S. Escalier du logement des officiers et passagers de l'arrière.--T. Claire-voie de la chambre du commandant.--U. Dunette.--1. Bossoirs.--2. Porte-haubans.--3. Puits aux chaînes.--4. Soutes à charbon de terre.--5. Pompe alimentaire.--6. Gouvernail.--7. Pistolets de porte-manteau.
Coupe du Napoléon.--A. Mal de beaupré.--B. Poulaine.--C. Logement de l'équipage.--D. Logement des maîtres.--E. Mât de misaine.--F. Escalier de la chambre des passagers de l'avant.--G. Ladite chamhre.--H. Prison.--I. Cheminée de la mécanique.--J. Chaudière de la mécanique.--K. Grand mât.--L. Mécanique.--M. Escalier de la mécanique.--N Roues qui font tourner l'arbre de l'hélice.--O. Chambre du chef mécanicien.--P. Logements des officiers et passagers de l'arriére.--R. Escaliers desdits logements.--S. Chambre du commandant.--T. Calles et soutes.--1. Bossoir.--2. Guindeau.--3. Petite forge.--Sabords.--5. Pistolets de porte-manteau.--6. Gouvernail.--7. L'hélice.--8. Arbre de l'hélice.
Les effets produits par la vis, comparés à ceux qu'ont donnés les roues à palettes pour la vitesse des bâtiments, donnent un désavantage de 10 à 12 pour 100 au premier de ces deux systèmes. Ainsi il a été démontré par les expériences que sur une mer calme et par une brise faible, un bateau à roues gagnait de 12 pour 100 sur un bateau à hélice. Tel est, du reste, le seul inconvénient de ce système.
Quant aux avantages, ils sont immenses:
1º La vis est à l'abri du boulet et des avaries qui peuvent résulter des abordages; la machine peut être entièrement placée au-dessous de la flottaison, dans les vaisseaux de ligne.
2° On peut établir des batteries dans toute la longueur du bâtiment.
3° Les bâtiments à vis ayant environ deux cinquièmes de moins de largeur que les bâtiments à roues, peuvent pénétrer dans les bassins et docks qui ne sauraient recevoir ces derniers.
4º La vis étant toujours immergée, quelle que soit l'inclinaison du navire, les mouvements de roulis et de tangage l'emportent de beaucoup sur le système à roues: en effet, souvent les roues sont émergées, et la machine acquiert, dans ce cas, une si grande vitesse, qu'on est obligé, pour préserver le bâtis, de fermer les registres de la vapeur, tandis que la vis fonctionne avec la même régularité.
5° Cette immersion constante permet de faire de la toile par le vent du travers et au plus près; ce qui donne la faculté de gréer les bâtiments à vis à peu près comme les bâtiments à voiles.
6° Le navire pouvant marcher à la voile, la machine peut être plus puissante et l'approvisionnement de charbon moins considérable.
7º Quel que soit le chargement du bâtiment, la marche est régulière, tandis que les bâtiments à roues perdent une partie de leur marche par suite de la trop grande immersion des roues, au moment du départ, lorsque le chargement de charbon est complet,
8º Enfin par un bon vent, lorsqu'on peut se servir de la voile, ou peut désembrayer la machine, et le bâtiment peut marcher comme les bâtiments à voiles ordinaires, sur lesquels il n'aura qu'une infériorité de vitesse d'un vingt-cinquième, par l'effet du propulseur que le navire traîne en ce cas; mais si on soustrait entièrement la vis à l'action de l'eau, ce qui est possible en la remontant à bord, il n'y a plus de différence dans la vitesse de la marche.
Tout ce que nous venons de dire sur les divers systèmes de vis et sur leurs avantages nous dispensera d'entrer dans de longs détails sur les essais qu'on tente en ce moment au Havre sur la goélette à hélice Napoléon, dont nous donnons le plan, la coupe et l'élévation. Rien dans sa construction n'indique un bateau à vapeur; l'oeil glisse d'une extrémité à l'autre le long de ses courbes élégantes, sans être arrêté par ces lourds tambours qui coupent si gracieusement les lignes de carène. Il a toute la grâce du bâtiment fin voilier et toute la puissance du bâtiment à vapeur. Le système de propulsion consiste en une vis placée à l'arrière et qui tourne avec une grande vitesse. Cette vis, fixée à un axe, mise en communication avec la machine par une série d'engrenages, est adaptée entre deux étambots qui supportent les extrémités de l'axe et sont séparés seulement par l'épaisseur de l'instrument. Cette installation de l'arrière, invisible quand le navire flotte, est la seule, disposition qui révèle à l'extérieur les moyens de propulsion.
La longueur du Napoléon de tête à tête est de 17 m. 50.
Sa plus grande largeur, de 8 m. 50.
Son tirant d'eau, quand il est chargé, de 3 m. 60.
La force de ses machines est de 120 chevaux.
Le diamètre de l'hélice, de 2 m. 29.
Sa longueur, de 1 m. 07.
L'hélice, qui aujourd'hui est en fonte et sort des ateliers de M. Niblus, sera construite en cuivre pour éviter l'action corrodante des sels de la mer. Dans les essais, on a expérimenté plusieurs systèmes de vis dans lesquelles on a fait varier le diamètre, l'inclinaison de l'hélice et la hauteur du pas. Celle de M. Sauvage n'a pas pu être soumise aux expériences, à cause de sa longueur qui dépasse les dimensions de la cage destinée à recevoir le propulseur.
Ces essais ont d'ailleurs été très-satisfaisants: le navire, qui d'ailleurs ne filait que 9 noeuds 3 dixièmes, a obtenu bientôt une marche de 10 noeuds, soit 12 miles anglais; l'Archimède n'a pas dépassé 9 milles 1 dixième. Au plus près du vent, le Napoléon a filé 10 noeuds et demi; en plein vent, 12 et demi. La machine seule a obtenu 11 noeuds, et, les voiles agissant en même temps que la machine, 13 noeuds et demi.
C'est avec grand plaisir que nous enregistrons ces résultat remarquables, car nous y découvrons une nouvelle ère. La vapeur, qui, depuis son application à la locomotion, a déjà produit tant de merveilleux rapprochements, va contribuer encore à resserrer les liens des peuples en activant leurs relations et en confondant leurs intérêts. Déjà nous apprenons que le constructeur du le Napoléon termine en ce moment un magnifique bateau à hélice, destiné à faire un service régulier entre Saint-Malo et le Havre.
le Napoléon, goélette à hélice.