Thomas Newcomen
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Thomas Newcomen, baptisé le 24 février 1664 à Dartmouth (Devon, Angleterre), décédé le 5 août 1729, était forgeron, plombier, et étameur par tradition, et pasteur baptiste par vocation.
La région du Devon était riche en étain et de nombreuses mines y étaient exploitées. L’évacuation des eaux d’infiltration constituait alors un problème majeur, et l’inondation des puits empêchait l’extraction du minerai à partir d’une certaine profondeur. L’apport de Newcomen fut de mettre au point une machine à vapeur utilisable pour l’exhaure.
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[modifier] Une première « machine à foyer »
Newcomen développa sa machine à vapeur avec son associé Thomas Savery en 1712. Savery avait proposé une « machine à foyer » fonctionnant comme une sorte de thermosiphon. Le dispositif comprenait un réservoir vide relié par un tuyau à un puisard au fond de la mine. De la vapeur à basse pression était admise dans le réservoir, puis condensée (par de l’eau froide pulvérisée) pour produire un vide aspirant l’eau du puisard. L’eau retenue dans le réservoir était évacuée, avant de répéter le processus. Cette « machine à foyer » n’était pas très efficace, et ne pouvait fonctionner qu’en dessous d’une faible profondeur.
[modifier] La « machine à balancier », dite « machine de Newcomen »
Newcomen conçut une machine à balancier, constituée d’une grande poutre de bois se balançant autour d’un pivot central. D’un côté de ce balancier part une chaîne reliée à une pompe en fond de mine, et de l'autre côté, une chaîne est reliée à la tige d’un piston pouvant se déplacer à l’intérieur d’un cyclindre vertical ouvert à son extrémité supérieure. L’étanchéité est assurée par un joint primitif constitué d’une corde de chanvre enroulée autour du piston, dont la circonférence est biseautée. Cette corde, gonflée par l’humidité, est pressée au moyen de poids métalliques.
De la vapeur à basse pression, produite dans le ballon d’une chaudière, est admise dans le cylindre. Un vide est alors créé par une aspersion d’eau condensant la vapeur, et la pression atmosphérique qui s’exerce sur la face supérieure du piston le fait descendre. Ce mouvement actionne les parties mobiles de la pompe, qui reviennent ensuite à leur position initiale par leur propre poids. La vapeur est alors à nouveau admise sous le piston, chassant les condensats par un tuyau de purge, et renouvellant le processus.
[modifier] Succès et perfectionnements
Au début, les vannes d’admission de vapeur et de l’eau d’aspersion étaient manœuvrées manuellement. Il est rapporté qu’en 1713 un garçon nommé Humphrey Potter, chargé d’ouvrir et fermer les vannes de la machine, la fit fonctionner sans assistance en plaçant convenablement des cordes et des butées afin d’ouvrir et fermer les vannes. Ce dispositif fut simplifié en 1718 par Henry Beighton, qui suspendit au balancier, une barre agissant sur des tiges qui actionnaient les vannes.
Newcomen fabriqua en 1711 une machine commercialisable dont la puissance équivalait celle de 500 chevaux. En 1712, Newcomen et John Calley construisirent leur première machine près d’un puits de mine inondé, et le pompèrent pendant des heures afin de démontrer sa puissance. Elle fut ensuite utilisée la même année par Conygree Coalworks près de Dudley dans les West Midlands, et une réplique fonctionnelle de cette machine peut être vue dans un musée voisin, le Black Country Living Museum. Bientôt, les commandes affluèrent de mines en terrain humide de toute l’Angleterre. Newcomen partagea son brevet avec Savery, en raison de l’usage de son système d’aspersion. La machine de Newcomen sera largement utilisée à l’exhaure des mines du sud-ouest de l’Angleterre, en particulier dans les mines d’étain de Cornwall.
À sa mort, Newcomen avait installé plus d’une centaine de ses machines, au sud-ouest de l’Angleterre, dans les Midlands, au nord du Pays de Galles et en Cumbrie.
En 1725, ces machines étaient couramment en usage dans les houillères, où elles furent exploitées sans grand changement pendant trois-quarts de siècle. John Smeaton, qui construisit de nombreuses machines de ce type vers 1770, l’améliora par de nombreux détails techniques.
