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les ouvriers et assure le dépouillement complet du gîte. RAPPORT ADRESSÉ À LA COMPAGNIE DES CHEMINS DE FER DU NORD DE L'ESPAGNE, SUR LES TRAVAUX DE PERCEMENT DU MONT CENIS, Par M. NOBLE MAIRE, ingénieur des mines. Dans cette laborieuse entreprise de percement des Alpes, la période de discussion et d'essais est aujourd'hui passée; il ne s'agit plus de savoir si les appareils marcheront, mais d'examiner dans quelles limites ces procédés rapides, mais coûteux, sont applicables dans la pratique courante des chemins de fer. Les appareils en eux-mêmes sont encore assez peu connus pour qu'un examen de ce genre doive être nécessairement précédé de leur description détaillée. Le mouvement est donné aux machines perforantes par l'air comprimé à l'extérieur du tunnel. Trois choses sont donc à considérer dans l'ensemble du système : Les compresseurs d'air; Les conduits d'air comprimé; Les percuteurs. Les machines n'ayant encore fonctionné qu'à Bardonecchio (entrée piémontaise du souterrain), tout ce qui suit se rapporte à ce point. J'indiquerai ensuite les modifications apportées aux appareils actuellement en montage à Modane (entrée Nord). 1) Extrait, sur l'autorisation de l'auteur, des mémoires de la Société des ingénieurs civils. La force motrice a été empruntée au torrent de Melezet, le seul abondant qui ne gèle pas pendant l'hiver. Un canal de 3 kilomètres de développement peut amener 1500 litres d'eau par seconde à une hauteur de 45 mètres au-dessus du niveau de l'écoulement; on a donc, à la rigueur, à sa disposition, une force motrice de 900 chevaux, plus que suffisante dans tous les cas; on est loin, du reste, de remployer aujourd'hui. Le bassin utile n'est qu'à 26 mètres au-dessus de la vidange; le canal n'amène d'ailleurs que 600 litres par seconde, on se contente donc d'une force encore surabondante de 208 chevaux. Compresseur. Disposition. — Pour comprendre le jeu d'un compresseur, il est nécessaire de se reporter PL.-VIII, FIG. 6; A est la soupape d'admission d'eau dans l'appareil; B, la soupape d'échappement de cette eau une fois qu'elle a agi; C, la soupape d'admission d'air comprimé dans les réservoirs. La disposition particulière de ces soupapes sera indiquée ultérieurement.
seul abondant qui ne gèle pas pendant l'hiver. Un canal de 3 kilomètres de développement peut amener 1500 litres d'eau par seconde à une hauteur de 45 mètres au-dessus du niveau de l'écoulement; on a donc, à la rigueur, à sa disposition, une force motrice de 900 chevaux, plus que suffisante dans tous les cas; on est loin, du reste, de remployer aujourd'hui. Le bassin utile n'est qu'à 26 mètres au-dessus de la vidange; le canal n'amène d'ailleurs que 600 litres par seconde, on se contente donc d'une force encore surabondante de 208 chevaux. Compresseur. Disposition. — Pour comprendre le jeu d'un compresseur, il est nécessaire de se reporter PL.-VIII, FIG. 6; A est la soupape d'admission d'eau dans l'appareil; B, la soupape d'échappement de cette eau une fois qu'elle a agi; C, la soupape d'admission d'air comprimé dans les réservoirs. La disposition particulière de ces soupapes sera indiquée ultérieurement. Mode d'action. — Supposons que la soupape d'admission A soit fermée, celle d'échappement B ouverte; la soupape C étant naturellement fermée par la pression (5 atmosphères) de l'air dans le réservoir D, l'eau du bassin supérieur remplit le tuyau X (dont l'ouverture supérieure est à 3 mètres au-dessous du niveau de l'eau) et le tuyau Y jusqu'au niveau de la soupape d'échappement B; l'air qui s'est introduit par les quatre petites soupapes le remplit à cette colonne verticale, depuis ce niveau jusqu'à la soupape C, sur 4 m, 30 de hauteur; il y occupe un volume de 11,290 environ. Si maintenant l'on ferme la soupape d'échappement B et qu'on ouvre l'admission A, l'eau afflue brusquement dans la colonne Z. Il ne s'y produit pas seulement un équilibre de pression entre l'eau et l'air, qui ne serait de cette manière comprimé qu'à 2 atmosphères environ; mais l'eau arrivant dans le tuyau Z avec sa force vive, y fait bélier et y amène l'air à une pression de 6 atmosphères accusée par le manomètre; à cette pression, il soulève la soupape C et passe dans le réservoir D, où il est maintenu à la pression constante de 5 atmosphères. On ferme alors
de l'eau) et le tuyau Y jusqu'au niveau de la soupape d'échappement B; l'air qui s'est introduit par les quatre petites soupapes le remplit à cette colonne verticale, depuis ce niveau jusqu'à la soupape C, sur 4 m, 30 de hauteur; il y occupe un volume de 11,290 environ. Si maintenant l'on ferme la soupape d'échappement B et qu'on ouvre l'admission A, l'eau afflue brusquement dans la colonne Z. Il ne s'y produit pas seulement un équilibre de pression entre l'eau et l'air, qui ne serait de cette manière comprimé qu'à 2 atmosphères environ; mais l'eau arrivant dans le tuyau Z avec sa force vive, y fait bélier et y amène l'air à une pression de 6 atmosphères accusée par le manomètre; à cette pression, il soulève la soupape C et passe dans le réservoir D, où il est maintenu à la pression constante de 5 atmosphères. On ferme alors l'admission A, on ouvre l'échappement B, et l'on revient dans l'état initial. La position de la soupape C dans la colonne Z, c'est-à-dire la hauteur de la colonne d'air à y admettre, a été calculée d'abord, puis établie expérimentalement en faisant varier dans plusieurs compresseurs la hauteur de cette colonne, de manière que, dans le coup de bélier, l'eau montant exactement jusqu'à la soupape C, tout l'air comprimé soit exactement refoulé dans le réservoir D. Il n'est même pas mauvais qu'un peu d'eau passe par la soupape; on est sûr alors que tout l'air a été refoulé. Cette eau tombe dans l'appendice E, muni d'un tube indicateur par lequel on peut la faire écouler. Disposition et jeu des soupapes. — Les FIG. 7 et 8, représentant l'admission et l'échappement dans leurs chapelles, peuvent donner une idée de la forme et du jeu des soupapes. Elles se composent de deux cylindres en bronze glissant l'un sur l'autre. Le cylindre extérieur est percé de larges ouvertures pour le passage de l'eau. Suivant que le cylindre intérieur à surface pleine les masque ou les démasque, la communication entre l'intérieur et l'extérieur est fermée ou établie, et le mouvement de l'eau rendu possible ou
de manière que, dans le coup de bélier, l'eau montant exactement jusqu'à la soupape C, tout l'air comprimé soit exactement refoulé dans le réservoir D. Il n'est même pas mauvais qu'un peu d'eau passe par la soupape; on est sûr alors que tout l'air a été refoulé. Cette eau tombe dans l'appendice E, muni d'un tube indicateur par lequel on peut la faire écouler. Disposition et jeu des soupapes. — Les FIG. 7 et 8, représentant l'admission et l'échappement dans leurs chapelles, peuvent donner une idée de la forme et du jeu des soupapes. Elles se composent de deux cylindres en bronze glissant l'un sur l'autre. Le cylindre extérieur est percé de larges ouvertures pour le passage de l'eau. Suivant que le cylindre intérieur à surface pleine les masque ou les démasque, la communication entre l'intérieur et l'extérieur est fermée ou établie, et le mouvement de l'eau rendu possible ou impossible. Un arbre horizontal (FIG. 6), mouvé par quatre petites machines de 8 chevaux fonctionnant à l'air comprimé, porte des cames qui produisent le mouvement des deux soupapes d'admission et d'échappement. Dans la première, l'eau ne passe que quand le cylindre intérieur est abaissé; ce mouvement d'abaissement, qui doit être aussi vif que possible, est produit par l'action d'un piston f, de 0,73 m. de diamètre, pressé de haut en bas par de l'air à 5 atmosphères venant des réservoirs, et soumis de ce côté à une pression de 700 kil. Appareil de sûreté. Il est indispensable pour le bon fonctionnement de l'appareil, que la soupape d'admission ne s'ouvre que quand celle d'échappement est entièrement fermée. Pour cela, l'extrémité d du balancier qui manœuvre la soupape d'admission est arrêtée par une griffe g (FIG. 14). Quand la soupape d'échappement arrive à l'extrémité inférieure de sa course, un taquet fixé sur sa tige rencontre le levier coudé l et fait frapper le marteau m sur la partie inférieure de la griffe g qui abandonne alors le balancier. La soupape d'admission peut se baisser pour donner passage à l'eau; lorsqu'elle est relevée par l'action de la came, la griffe g, poussée par
aussi vif que possible, est produit par l'action d'un piston f, de 0,73 m. de diamètre, pressé de haut en bas par de l'air à 5 atmosphères venant des réservoirs, et soumis de ce côté à une pression de 700 kil. Appareil de sûreté. Il est indispensable pour le bon fonctionnement de l'appareil, que la soupape d'admission ne s'ouvre que quand celle d'échappement est entièrement fermée. Pour cela, l'extrémité d du balancier qui manœuvre la soupape d'admission est arrêtée par une griffe g (FIG. 14). Quand la soupape d'échappement arrive à l'extrémité inférieure de sa course, un taquet fixé sur sa tige rencontre le levier coudé l et fait frapper le marteau m sur la partie inférieure de la griffe g qui abandonne alors le balancier. La soupape d'admission peut se baisser pour donner passage à l'eau; lorsqu'elle est relevée par l'action de la came, la griffe g, poussée par le ressort t, ressaisit l'extrémité du balancier. Quant à la soupape d'admission d'air C (FIG. 6), c'est un simple plateau en bronze renflé au milieu, doublé d'une feuille de caoutchouc, et prenant un mouvement vertical le long de 6 guides, disposés à cet effet. Dérangements. — La marche de ces compresseurs est extrêmement régulière avec des eaux claires, ou même avec des eaux n'ayant en suspension que des boues ou des sables fins. Il en est autrement quand elles amènent avec elles, dans les crues, des matières ligneuses ou filamenteuses très ténues (racines, mousses). Qu'arrive-t-il alors? Le jeu de la soupape d'admission n'est plus aussi net qu'il devrait l'être. Si elle s'arrête, même un moment très court, en ne démasquant que partiellement les ouvertures, l'eau n'arrive pas avec assez de vitesse pour comprimer dans le tuyau Z l'air à 6 atmosphères; ne pouvant soulever la soupape C, il réagit à son tour sur l'eau qu'il refoule vers la soupape d'admission et, des chocs qui se produisent alors, résulte presque toujours une rupture dans cette partie de l'appareil. Réservoirs d'air. Les réservoirs d'air sont des chaudières en tôle à fonds hémisphériques, de 10 mètres de longueur environ et de 17 m8
compresseurs est extrêmement régulière avec des eaux claires, ou même avec des eaux n'ayant en suspension que des boues ou des sables fins. Il en est autrement quand elles amènent avec elles, dans les crues, des matières ligneuses ou filamenteuses très ténues (racines, mousses). Qu'arrive-t-il alors? Le jeu de la soupape d'admission n'est plus aussi net qu'il devrait l'être. Si elle s'arrête, même un moment très court, en ne démasquant que partiellement les ouvertures, l'eau n'arrive pas avec assez de vitesse pour comprimer dans le tuyau Z l'air à 6 atmosphères; ne pouvant soulever la soupape C, il réagit à son tour sur l'eau qu'il refoule vers la soupape d'admission et, des chocs qui se produisent alors, résulte presque toujours une rupture dans cette partie de l'appareil. Réservoirs d'air. Les réservoirs d'air sont des chaudières en tôle à fonds hémisphériques, de 10 mètres de longueur environ et de 17 m8 de capacité ; un lustrage soigné, à l'intérieur et à l'extérieur, répété deux fois, les rend étanches au point que, dans une expérience de 72 heures, un de ces réservoirs de 17 m3 n'a perdu que 30 litres d'air. Constance de la pression. — J'ai dit plus haut que la pression était constamment de 5 atmosphères dans ces réservoirs; on y arrive en les faisant communiquer, par un tuyau inférieur V (FIG. 6), avec un petit chafaud à 50 mètres au-dessus d'eux : à mesure que l'air sort des réservoirs, l'eau y rentre, ce qui donne le moyen de connaître, avec un indicateur en verre convenablement gradué, toujours le volume d'air disponible. On laisse constamment, dans la marche, environ 0,10 d'eau dans ces chaudières pour être sûr qu'on n'y refoule pas trop d'air qui s'échapperait alors par le bassin supérieur. Effet utile des compresseurs. — Nous pouvons maintenant calculer l'effet utile de ces machines et, par suite, la force qu'il faut avoir à sa disposition pour la bonne marche du travail. Nous avons vu que chaque coup de bélier comprime et refoule dans les réservoirs 1,290 d'air libre; avec trois coups de bélier à la minute, on comprime donc à
pression était constamment de 5 atmosphères dans ces réservoirs; on y arrive en les faisant communiquer, par un tuyau inférieur V (FIG. 6), avec un petit chafaud à 50 mètres au-dessus d'eux : à mesure que l'air sort des réservoirs, l'eau y rentre, ce qui donne le moyen de connaître, avec un indicateur en verre convenablement gradué, toujours le volume d'air disponible. On laisse constamment, dans la marche, environ 0,10 d'eau dans ces chaudières pour être sûr qu'on n'y refoule pas trop d'air qui s'échapperait alors par le bassin supérieur. Effet utile des compresseurs. — Nous pouvons maintenant calculer l'effet utile de ces machines et, par suite, la force qu'il faut avoir à sa disposition pour la bonne marche du travail. Nous avons vu que chaque coup de bélier comprime et refoule dans les réservoirs 1,290 d'air libre; avec trois coups de bélier à la minute, on comprime donc à 5 atmosphères (ou plutôt à 6, puisque telle est la pression momentanément accusée par le manomètre du tuyau Z) par minute 3 m3,870 par seconde 0 m3,0645 d'air libre. On peut négliger, dans un calcul de ce genre, les effets calorifiques de la compression, et supposer que les gaz obéissent à la seule loi de Mariotte. Dans ces conditions, on sait que pour amener de la pression Po à celle supérieure P2, un volume V de gaz, le travail théorique nécessaire est donné par la formule : W = 2,3026 x 10,330 x 0,0645 log. 6 = 1177 kilogrammètres, c'est-à-dire 15,7 chevaux. Le volume d'eau dépensé par un compresseur, s'il n'y avait aucune perte d'eau par les soupapes A et B, aucun entraînement avec l'air comprimé par la soupape C, etc., serait précisément égal au volume d'air libre, c'est-à-dire 0,0645 par seconde, qui représente, avec une chute de 26 mètres, un travail de 22,36 chevaux. Le rendement maximum de ces compresseurs est donc de 70 p. "/_(. En réalité, il faut, je crois, pour tenir compte des pertes de toute espèce, évaluer à 0 m3,080 la dépense d'eau par seconde; avec la chute de 26 mètres, cela représente une dépense
à la seule loi de Mariotte. Dans ces conditions, on sait que pour amener de la pression Po à celle supérieure P2, un volume V de gaz, le travail théorique nécessaire est donné par la formule : W = 2,3026 x 10,330 x 0,0645 log. 6 = 1177 kilogrammètres, c'est-à-dire 15,7 chevaux. Le volume d'eau dépensé par un compresseur, s'il n'y avait aucune perte d'eau par les soupapes A et B, aucun entraînement avec l'air comprimé par la soupape C, etc., serait précisément égal au volume d'air libre, c'est-à-dire 0,0645 par seconde, qui représente, avec une chute de 26 mètres, un travail de 22,36 chevaux. Le rendement maximum de ces compresseurs est donc de 70 p. "/_(. En réalité, il faut, je crois, pour tenir compte des pertes de toute espèce, évaluer à 0 m3,080 la dépense d'eau par seconde; avec la chute de 26 mètres, cela représente une dépense de travail de 27,72 chevaux et un rendement de 56 p. '/_. Calcul de la force motrice dont on doit disposer. — Pour évaluer la force motrice qu'on doit avoir à sa disposition, il faut connaître la quantité totale d'air nécessaire soit aux machines, soit à l'aérage. 1° Machines : Une machine dépense environ 0,11 m3,80 d'air comprimé par minute ; elle marche 14 à 15 heures sur 24 ; cela représente donc pour les huit machines une dépense totale, par 24 heures, de 1250 m3,13 d'air comprimé ou 6250 m3 d'air libre. 2° Aérage : Il faut pour un homme et sa lampe 6 m3 par heure, qui représentent, pour 15 hommes, une dépense d'air de 2160 m3 par 24 heures. L'explosion de la poudre produit des gaz irrespirables qu'il est nécessaire de noyer dans une grande quantité d'air. 20 kilogrammes de poudre seront à peu près brûlés en 24 heures ; il faudra pour les diluer au plus 4000 m3 d'air libre. On voit donc que l'échappement des machines peut fournir et a fourni en effet jusqu'ici, pour 800 mètres de galerie: tout l'air nécessaire à l'aérage. Il en sera autrement quand la galerie sera plus longue; le
Une machine dépense environ 0,11 m3,80 d'air comprimé par minute ; elle marche 14 à 15 heures sur 24 ; cela représente donc pour les huit machines une dépense totale, par 24 heures, de 1250 m3,13 d'air comprimé ou 6250 m3 d'air libre. 2° Aérage : Il faut pour un homme et sa lampe 6 m3 par heure, qui représentent, pour 15 hommes, une dépense d'air de 2160 m3 par 24 heures. L'explosion de la poudre produit des gaz irrespirables qu'il est nécessaire de noyer dans une grande quantité d'air. 20 kilogrammes de poudre seront à peu près brûlés en 24 heures ; il faudra pour les diluer au plus 4000 m3 d'air libre. On voit donc que l'échappement des machines peut fournir et a fourni en effet jusqu'ici, pour 800 mètres de galerie: tout l'air nécessaire à l'aérage. Il en sera autrement quand la galerie sera plus longue; le tirage des mines se faisant pendant que les machines ne fonctionnent pas, il faudra, sans doute, injecter de l'air. Pour les petits souterrains, il n'y aurait pas, à coup sûr, à s'en préoccuper. En somme, on saurait donc besoin que de comprimer par 24 heures 6250 m3 de 1 à 6 atmosphères. En tenant compte des pertes diverses, des injections d'air nécessaires pendant le tirage des mines, il me parait indispensable de comprimer par 24 heures 0,8000 m3 d'air libre, soit 0,092 m3 par seconde; ce qui demande une force théorique de 23 chevaux (1). Conduite d'air. La conduite d'air comprimé est formée de tuyaux en fonte de 0,20 de diamètre intérieur et de 0,01 d'épaisseur; ils s'assemblent au moyen d'écrous serrant fortement dans une gorge tournée, sur l'extrémité de chaque tuyau (FIG. 17), une cordelette de caoutchouc de 0,5 m, 0 t de diamètre. Il n'est pas facile, avec les moyens actuels, de connaître ni l'étanchéité de cette conduite, ni la perte de charge de l'air dans cette longueur de 1600 mètres. On ne dispose à Bardonnèche que de manomètres Desbordes, complètement insuffisants (1) Il ne faudrait pas, en partant de la comparaison de ces chiffres avec ceux, qui
6 atmosphères. En tenant compte des pertes diverses, des injections d'air nécessaires pendant le tirage des mines, il me parait indispensable de comprimer par 24 heures 0,8000 m3 d'air libre, soit 0,092 m3 par seconde; ce qui demande une force théorique de 23 chevaux (1). Conduite d'air. La conduite d'air comprimé est formée de tuyaux en fonte de 0,20 de diamètre intérieur et de 0,01 d'épaisseur; ils s'assemblent au moyen d'écrous serrant fortement dans une gorge tournée, sur l'extrémité de chaque tuyau (FIG. 17), une cordelette de caoutchouc de 0,5 m, 0 t de diamètre. Il n'est pas facile, avec les moyens actuels, de connaître ni l'étanchéité de cette conduite, ni la perte de charge de l'air dans cette longueur de 1600 mètres. On ne dispose à Bardonnèche que de manomètres Desbordes, complètement insuffisants (1) Il ne faudrait pas, en partant de la comparaison de ces chiffres avec ceux, qui semblent résulter de la pratique, conclure à une fausse évaluation de l'étanchéité des conduites et réservoirs. Un seul compresseur donne, en 14 heures, 1114 m3,560 d'air comprimé = 5570 m3 d'air libre. Les trois compresseurs qui fonctionnent aujourd'hui à la fois peuvent donc fournir 167 m3 d'air libre, au lieu de 8000 reconnus nécessaires. Ils ne les donnent pas en réalité, parce qu'ils ne fonctionnent pas d'une manière continue, mais seulement au fur et à mesure des besoins indiqués par le niveau de l'eau dans l'intérieur des réservoirs. Ces mêmes chiffres montrent combien on est en mesure, à Bardonnèche, de parer à toutes les éventualités. La quantité d'air à comprimer, en 24 heures, a été évaluée à 8000 m3; et la force théorique nécessaire, à 23 chevaux, représentée par une dépense réelle de force de 41 chevaux. En ce moment, on dispose d'une force de 200 chevaux, et on peut comprimer, en 24 heures, 167 m3. Au besoin, en se servant de 5 compresseurs, et les faisant marcher à 5 coups par minute, on peut comprimer, par 24 heures, 46400 m3 d'air avec une dépense de force de 234 chevaux. On n'a pas oublié que la puissance motrice dont on
de 8000 reconnus nécessaires. Ils ne les donnent pas en réalité, parce qu'ils ne fonctionnent pas d'une manière continue, mais seulement au fur et à mesure des besoins indiqués par le niveau de l'eau dans l'intérieur des réservoirs. Ces mêmes chiffres montrent combien on est en mesure, à Bardonnèche, de parer à toutes les éventualités. La quantité d'air à comprimer, en 24 heures, a été évaluée à 8000 m3; et la force théorique nécessaire, à 23 chevaux, représentée par une dépense réelle de force de 41 chevaux. En ce moment, on dispose d'une force de 200 chevaux, et on peut comprimer, en 24 heures, 167 m3. Au besoin, en se servant de 5 compresseurs, et les faisant marcher à 5 coups par minute, on peut comprimer, par 24 heures, 46400 m3 d'air avec une dépense de force de 234 chevaux. On n'a pas oublié que la puissance motrice dont on peut disposer est de 900 chevaux. pour des mesures de ce genre. Cependant on a remarqué que la conduite restant fermée, la pression y baisse en 12 heures de 5 atmosphères à 4° 18. Quant à la perte de charge, les manomètres indiquant 5 atm sur les réservoirs, celui placé à l'extrémité de la conduite accuse 4atm,9. Percussion. Les machines perforantes constituent l'invention la plus importante de M. Sommelier, mais aussi la partie la plus compliquée et la plus délicate du système. Je renvoie, pour leur description, aux FIG. 11 et 3. Disposition générale. — Elles se composent essentiellement d'un cylindre, où agit l'air comprimé. La tige du piston en traverse les deux plateaux et porte d'un côté une vis qui fait, suivant les besoins, avancer ou reculer le cylindre et tout son mécanisme le long de ses supports, de l'autre elle se termine par une douille dans laquelle s'emmanche le fleuret. On n'y voit pas, comme dans les machines ordinaires, de bielle, ni d'arbre armé de l'excentrique qui commande la distribution. C'est une autre machine, absolument identique à une machine à vapeur, qui se charge de donner le mouvement au tiroir, idée bizarre au premier abord, mais éminemment ingénieuse.