L'invention de la machine à vapeur est d'une importance capitale dans la révolution industrielle qui bouleverse le monde au cours du xixe siècle : cette nouvelle source d'énergie transforme les manufactures et les réseaux de communication, notamment le chemin de fer.
Cette vapeur entre dans un cylindre et exerce une pression qui fait monter et descendre un piston. Ce piston actionne un balancier qui fait tourner une roue. Cette invention est une révolution technologique. Avant, les machines étaient actionnées par des hommes ou des chevaux.
Parce que les machines industrielles avaient besoin pour fonctionner d'une vitesse constante, Watt a ajouté une vanne de régulation de la vapeur, associée à un régulateur centrifuge qu'il a adapté en s'inspirant de ceux qui étaient utilisés pour contrôler automatiquement la vitesse des moulins à vent ou à eau.
Sa machine permet de créer un mouvement de rotation à partir du mouvement rectiligne du piston. Cela lui permit ensuite de concevoir le cylindre à double action : la vapeur entraîne le piston, lors de sa montée ET de sa descente.
C'est une véritable révolution technique. Elle fonctionne grâce au charbon que l'on extrait des mines et produit une force importante. Grâce à cette invention, les chemins de fer se développent considérablement. Le train remplace les déplacements longs et pénibles souvent effectués à l'aide des animaux.
Débutées en Angleterre au XVIIIème siècle, les révolutions industrielles se propagent dans le reste du monde entraînant à leur suite de profondes transformations économiques et sociales. Cette industrialisation va également développer les investissements de capitaux dans divers secteurs d'activités.
Au lieu d'avoir des paysans qui travaillent chez eux, on les amène à l'usine. Il y a donc une révolution dans l'ordre du travail. Ce changement est dû à la mécanisation ; une machine à vapeur donne de l'énergie aux métiers à tisser, mais elle ne peut fournir de l'énergie qu'aux métiers qui sont tout proches.
Les machines à vapeur se répandent au XIXe siècle, fournissant la force motrice dans les usines. Elles servent également de moteurs pour les locomotives, les bateaux à vapeur et les premières automobiles qui préférèrent rapidement les moteurs à essence, moins encombrants.
La vapeur comme source de chaleur
Le chauffage à vapeur à pression positive est souvent utilisé dans les usines de transformation des aliments, les raffineries, les usines de produits chimiques, etc.
La machine à vapeur est un moteur à combustion externe qui transforme l'énergie thermique de la vapeur d'eau (produite par une ou des chaudières) en énergie mécanique. Les évolutions les plus significatives de cette invention datent du XVIII e siècle.
Économistes et historiens s'accordent pour situer la première révolution industrielle à la fin du XVIIIe siècle au Royaume-Uni, précisément entre 1780 et 1810, avec l'extraction massive du charbon et l'exploitation de la machine à vapeur.
La vapeur pour produire de l'énergie
L' énergie thermique transportée par la vapeur d'eau sous pression lance et entretient le mouvement de rotation du rotor de la turbine. Reliée à un générateur, elle permet de produire de l'électricité.
Quels avantages fournissent les nouvelles machines ? Elles permettent un travail plus rapide et donc une augmentation de la production.
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.
En 1763, alors qu'il répare un moteur, l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819) cherche des idées pour en augmenter l'efficacité.
L'anglais James Watt sera à l'origine d'une autre grande innovation : l'utilisation de vapeur sous pression, qui améliorera considérablement le fonctionnement de la machine. Les brevets de Watt tombé dans le domaine public, de nombreux constructeurs améliorent le rendement et la fabrication.
Ainsi pour transformer, sous la pression atmosphérique, une masse de 1 kg d'eau pris à 20 °C en vapeur, l'énergie à fournir est égale à l'énergie fournie pour passer de 20 °C à 100 °C à l'état liquide soit 334 kJ puis à celle requise lors de la vaporisation à 100 °C soit 2256 kJ donc au total 2590 kJ.
La vapeur d'eau est un gaz qui se forme lorsque l'eau passe de l'état liquide à l'état gazeux.
Le mécanicien anglais, Thomas Newcomen, construit une machine à vapeur en 1712 qui pompe l'eau dans une mine de charbon. L'Écossais James Watt la perfectionne en 1769 : une chaudière contenant de l'eau est chauffée au charbon. La vapeur actionne des pistons et active une machine.
une grosse machine à vapeur ! En effet, la chaleur dégagée par la combustion du charbon sert à produire de la vapeur qui fera tourner une turbine. C'est exactement le même principe qui est utilisé dans une centrale à gaz, à fioul lourd, ou… nucléaire.
C'est une technologie qui convertit l'énergie thermique (chaleur) en énergie mécanique (travail). La chaudière chauffe l'eau pour la transformer en vapeur. La pression générée est ensuite utilisée pour pousser un piston à l'intérieur d'un cylindre.
Notre histoire moderne comprend 4 révolutions industrielles. Ce sont des vagues d'industrialisation qui se succèdent et se propagent de pays en pays. Les deux premières sont liées à l'énergie, la troisième énergie et informatique et la dernière à la gestion de la Data.
L'industrialisation est le résultat d'une interaction entre différents facteurs : la croissance démographique de l'Europe à partir du xviiie siècle, les progrès de l'agriculture grâce à la généralisation des cultures fourragères, qui permettent d'éviter la jachère, l'amélioration des voies de communication (canaux, ...
On distingue en fait deux révolutions industrielles, suivant la source d'énergie utilisée : la première (1770-1850) autour du charbon et marquée par le chemin de fer, la seconde (1850-1914) autour du pétrole, de l'électricité et de l'automobile.