Machine à vapeur : Les améliorations de James Watt

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Après avoir analysé la machine à vapeur de Thomas Newcomen, qui a été mise au point en 1712, James Watt dépose, en 1769, un premier brevet pour la perfectionner. Dans les machines précédentes, c'est la pression atmosphérique, du fait de la condensation de la vapeur, qui repousse le piston. Dans les machines de Watt et celles de ses successeurs, c'est la vapeur elle-même qui crée la force motrice sur les deux faces du piston, d'où le nom de machines à vapeur à haute pression. Dans les années 1770 et 1780, James Watt apporte quatre innovations majeures qui permettent d'augmenter considérablement le rendement de la machine à vapeur.
La première d'entre elles est le condenseur séparé, qui permet de maintenir le cylindre constamment chaud.
La deuxième innovation est le principe du double effet, qui permet de pousser le piston alternativement sur les deux faces, créant un circuit fermé à flux continu. Cette innovation n'aurait pu se produire sans l'amélioration du balancier.
En effet, les chaînes utilisées jusqu'alors permettent uniquement de tirer le balancier mais pas de le pousser. Pour cela, James Watt met au point un système plus rigide : le parallélogramme articulé. L'une des difficultés consiste à passer du mouvement rectiligne du piston au mouvement circulaire du balancier. Le parallélogramme de Watt, sa troisième innovation majeure, est une solution élégante pour réaliser un guidage linéaire en faisant appel uniquement à des articulations. Un grand volant d'inertie permet de régulariser le mouvement de la machine à vapeur.
Pour éviter que la machine ne s'emballe, Watt met au point le régulateur à boules qui, lorsque la vitesse de la machine augmente, diminue automatiquement l'arrivée de la vapeur, provoquant ainsi une réduction de vitesse. Cette dernière innovation représente le premier système de régulation par boucle de rétroaction.
James Watt s'associe avec l'industriel Matthew Boulton pour construire et commercialiser ses machines. Celles-ci joueront un rôle prépondérant dans le développement de la révolution industrielle, en fournissant un moteur pour toutes sortes d'utilisation. Ce moteur est, à la différence des moulins, indépendant des variations climatiques.
Auteurs : Olivier Lavoisy et Bruno Jacomy