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.
[Illustration: 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.
[Illustration: 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°.)
[Illustration: (Arriére du Napoléon.--Hélice.)]
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.
[Illustration: (Hélice du _Napoléon_ vue de différents côtés.)]
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.
[Illustration: 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.]
[Illustration: 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.
[Illustration: _le Napoléon_, goélette à hélice.]