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Qu'est-ce qu'un cheval-vapeur ?


Pablo Mayo Sanz
@pablomayosanz
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En fait, bien qu'il s'agisse d'un sujet que nous avons tous, ou presque tous, étudié en cours de physique au lycée, peu se souviennent, peu après l'examen, de ce que représente l'unité de puissance. Alors comme une petite pause, et à l'occasion d'une re-rencontre avec les concepts de base de la mécanique que nous aurons dans les semaines à venir sous la forme de plusieurs reportages, nous allons vous dire ce que c'est et d'où vient le cheval-vapeur.

Parlons d'abord un peu d'histoire, avec un bref rappel de l'invention du terme "cheval-vapeur".


Si je cite James Watt, vous associerez rapidement dans votre tête l'ingénieur écossais à la machine à vapeur, comme son inventeur original. Mais la réalité historique est tout autre.

Au premier siècle de notre ère, Héron d'Alexandrie a décrit dans certains documents ce qui est considéré comme la première machine actionnée par la vapeur. Il s'appelait Eolipila, et consistait en une petite boule déplacée par réaction par deux jets de vapeur qui sortaient de deux conduits qui y étaient fixés.

L'appareil était une belle pièce d'ingénierie, mais il n'avait aucune application pratique. Trouver des applications pratiques pour les modèles à vapeur prendrait des siècles. Au cours des quinzième, seizième et dix-septième siècles, de nombreuses tentatives ont été faites pour appliquer avec succès la conception de différents types de moteurs à vapeur à des processus mécaniques, mais sans grand résultat.

Il faudra attendre 1698 pour que Thomas Savery mette au point la première grande application pratique d'un moteur à vapeur de sa propre conception. Le but de cette machine était d'aspirer l'eau dans les mines, afin de permettre aux mineurs de travailler confortablement, dans la mesure du possible, dans les tunnels. En fait, Savery baptisera sa machine "l'ami des mineurs".


Moteur à vapeur Savery

Mais la machine de Savery avait de nombreuses limites de conception. Ce sera un autre Thomas, Newcomen, qui le perfectionnera encore, en concevant une machine qui crée un mouvement linéaire dans une tige à partir du vide créé dans un piston. Le moteur de Newcomen a été la première grande machine à vapeur installée dans plusieurs sites industriels.

Et c'est là que James Watt entre en jeu. Watt, comme tant d'autres inventeurs de génie, s'est servi des connaissances existantes sur de nombreux fronts technologiques, absorbant l'"état de l'art" et l'alignant sur sa vision pour perfectionner tout ce qui existait et créer ses propres moteurs à vapeur.

Non seulement Watt va améliorer la conception du moteur de Newcomen, créant le moteur de Wat (qui gère mieux la chaleur générée dans la chambre de combustion, refroidissant et condensant la vapeur pour un meilleur rendement énergétique), mais il fait breveter ses inventions à grande vitesse, des brevets qui atteindront 1 800.Cela rendra Watt célèbre, mais en même temps il est historiquement critiqué, car à cause de ses brevets, on considère qu'il y a eu un ralentissement dans le libre développement de la technologie, ce qui fait que la révolution industrielle, dans laquelle la machine à vapeur jouera un rôle clé, a été retardée de quelques années.

James Watt, dessin de Heny Howard, via Wikipedia CC 2.0

Toute critique mise à part, revenons au sujet qui nous occupe, le cheval à vapeur. James Watt avait besoin de mesurer et de connaître les performances de différentes machines à vapeur. Il en avait besoin pour affiner plus efficacement les améliorations qu'il développait pour ses machines, et il en avait également besoin pour démontrer à ses clients que ses inventions étaient meilleures que celles des autres.


Watt a donc eu l'idée de comparer la puissance de la machine à vapeur à la puissance offerte par un cheval, créant ainsi l'expression "cheval-vapeur" en 1782.

La machine à vapeur de Watt

Mais qu'est-ce que le pouvoir ? Par puissance, on entend la quantité de travail effectuée dans une unité de temps donnée. D'une certaine manière, si vous êtes capable de couper cent carottes en cubes en une heure, et que votre mère en coupe deux cents, votre mère est "deux fois plus puissante", si on avait une mesure pour ça...

Mais dans le monde réel et pratique, nous définissons le travail comme "une force appliquée sur une distance". Allez, pousser une boîte de pêches sur un mètre peut être considéré comme un "travail". Si le fait de tirer la boîte de pêches vous coûte une force de 1 Newton, et que vous la déplacez d'un mètre, vous générez 1 Joule de travail.

Pour arriver à la dénomination classique du pouvoir du système international, nous devons introduire la variable du temps, comme nous l'avons dit plus haut. Ainsi, si vous tirez cette boîte de pêches avec une force de 1 newton, que vous la déplacez d'un mètre et que vous le faites en une seconde, vous aurez généré une puissance moyenne de 1 watt pendant cette seconde.

Mais lorsque James Watt travaillait avec des moteurs à vapeur, il ne se souciait pas des Newtons, Joules et autres unités du système international. Watt voulait comparer les pouvoirs avec des éléments de la vie quotidienne britannique.


Ainsi, la meilleure comparaison possible à laquelle Watt pouvait penser était de comparer la puissance de ses machines et de celles des autres avec la puissance développée par un cheval.

James a défini (ici nous simplifions les unités pour que nous nous comprenions tous) que la puissance d'un cheval lui permettait de monter dans un puits une boîte d'environ 75 kilos à une vitesse d'un mètre par seconde (3,6 kilomètres par heure). En fait, ses mesures étaient faites en "pieds par seconde" pour la vitesse, et en poids en livres. En Europe continentale, nous utiliserions les chiffres que je vous ai donnés, qui donnent une puissance un peu plus faible, puisque "le cheval à vapeur britannique" est 1,038 fois plus puissant que le cheval européen en raison des arrondis dans les conversions vers le système métrique international des poids et des vitesses (cela n'avait aucun sens de définir le cheval à vapeur européen avec un poids de 75 kilos avec 300 grammes et la vitesse de 1,05 mètres par seconde).

Cela a donné lieu à de nombreuses blagues typiquement britanniques, faisant croire que "le cheval britannique, comme tout ce qui est britannique, est meilleur que l'européen, parce qu'il est plus puissant".

Blague à part, c'est l'histoire que Watt a développée pour définir le cheval à vapeur, qu'à partir de ce moment précis, et en vertu du fait que la machine de Watt, couverte par ses brevets, est devenue la norme comparative, tous les Britanniques ont commencé à utiliser cette mesure pour comparer la puissance des machines.

Au fil du temps et avec l'arrivée des trains à vapeur, ils ont continué à mesurer la puissance de leurs moteurs dans ces chiffres, et avec l'arrivée des moteurs à combustion interne, à des fins de comparaison, cette unité de mesure a continué à être utilisée.

Et nous en arrivons à aujourd'hui. Bien que les Français aient beaucoup essayé, le système international n'a pas réussi à s'imposer dans la mesure de la puissance, et à l'exception de l'Australie (où l'on parle de kilowatts pour évoquer la puissance de ses moteurs), le reste de la planète reste ancré dans cette curieuse comparaison de la puissance de nos véhicules par rapport à la capacité d'un cheval britannique du XVIIIe siècle.

Curieusement, avec l'arrivée des moteurs électriques, les choses sont sur le point de changer. Le monde de l'électricité est beaucoup plus influencé par le système métrique international, où il est courant de mesurer la puissance en kW.

En effet, les communiqués de presse des constructeurs commencent à mélanger, de manière alarmante et difficilement compréhensible, les puissances en ch des moteurs à combustion avec les puissances en kW des moteurs électriques.

Les voitures électriques remplaceront-elles définitivement l'ancien système de mesure basé sur la puissance des chevaux ? Peut-être. Mais ce dont nous sommes sûrs, c'est qu'il n'est jamais venu à l'esprit de James Watt, lorsqu'il a inventé son groupe électrogène, qu'il serait si largement utilisé et compris par le public.

Article initialement publié en mars 2014, récupéré pour Pistonudos.
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