La machine à vapeur de Newcomen

Le récit

Des mines pleines d’eau

Au début du XVIIIe siècle, en Angleterre, on extrayait de plus en plus de charbon. Le bois, qui avait servi pendant des siècles à chauffer les maisons et à faire marcher les forges et les fourneaux, commençait à manquer, parce que les forêts étaient coupées trop vite. Le charbon, abondant dans le sous-sol du pays, le remplaçait. Mais il y avait un gros problème. Quand les mineurs descendaient en profondeur, les galeries se remplissaient d’eau, qui suintait à travers les roches. Pour continuer à creuser, il fallait pomper l’eau sans arrêt.

Pour cela, on utilisait la force des bras des hommes ou celle des chevaux, qui tournaient en rond pour actionner les pompes : un travail lent et très coûteux. Dans beaucoup de mines, il arrivait un moment où l’on ne pouvait plus creuser plus bas, et les gisements restaient inutilisés. Il fallait des machines plus puissantes.

Le forgeron de Dartmouth

Thomas Newcomen était forgeron et marchand de quincaillerie à Dartmouth, un port du Devon, dans le sud de l’Angleterre. Il vendait des outils aux mineurs de Cornouailles, la région voisine, et connaissait bien leurs problèmes. Ce n’était pas un savant et il n’avait pas fait d’études, mais il était habile de ses mains et plein d’idées. Avec un ami plombier, John Calley, il passa plus de dix ans à faire des essais sur une machine qui utiliserait la vapeur.

On connaissait déjà quelques idées : en 1698, un ingénieur militaire, Thomas Savery, avait breveté une pompe à vapeur appelée « l’ami du mineur », mais elle fonctionnait mal et risquait d’exploser. Quelques années plus tôt, le physicien français Denis Papin avait imaginé un cylindre avec un piston poussé par la vapeur. Newcomen réunit ces idées dans une machine beaucoup plus sûre et plus pratique.

Comment elle fonctionnait

La machine de Newcomen avait une grande chaudière, où l’eau bouillait, et un cylindre vertical avec un piston qui pouvait coulisser de haut en bas. La vapeur, à très basse pression, entrait dans le cylindre et poussait le piston vers le haut. Ensuite, un jet d’eau froide faisait se condenser la vapeur, c’est-à-dire qu’il la transformait de nouveau en gouttelettes d’eau : dans le cylindre, il se formait un vide partiel, et la pression de l’air extérieur, comme une main invisible, poussait le piston vers le bas avec une grande force. C’est pourquoi la machine était appelée « atmosphérique ». Le piston était relié par une chaîne à une énorme poutre en bois, le balancier, qui basculait comme une balançoire et actionnait la pompe qui puisait l’eau dans la mine.

1712 : la première machine au travail

La première machine de Newcomen dont nous soyons sûrs fonctionna en 1712 dans une mine de charbon près du château de Dudley, dans les Midlands. Elle faisait environ douze coups par minute, et à chaque coup elle remontait une grande quantité d’eau d’une profondeur d’une cinquantaine de mètres : plus de travail que des dizaines de chevaux, jour et nuit, sans se fatiguer. Elle était énorme et bruyante, une grande construction de briques avec la poutre de bois qui basculait au-dessus du bâtiment, et elle consommait énormément de charbon. Mais dans les mines de charbon, où le combustible ne manquait pas, cela n’avait pas d’importance.

Comme le brevet de Savery, qui couvrait toute machine servant à élever l’eau par le feu, était encore valable, Newcomen dut s’associer à lui et partager les bénéfices, et c’est pourquoi il ne devint pas riche. C’était un homme très religieux, prédicateur laïc dans l’Église baptiste, et il ne sut jamais à quel point son invention allait changer le monde.

Le succès fut rapide. Quand Newcomen mourut, en 1729, plus de cent machines fonctionnaient déjà, en Grande-Bretagne et sur le continent : en France, en Allemagne, en Hongrie, en Suède. Dans la seconde moitié du XVIIIe siècle, on en avait construit des centaines : elles pompaient l’eau des mines de charbon et d’étain et celle des villes, et elles remontaient de l’eau pour faire tourner les roues hydrauliques des usines.