La machine à vapeur (1712)

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Première source artificielle d’énergie mécanique, la machine à vapeur sera d’une importance capitale pour la révolution industrielle. En 1712, Newcomen s’appuie sur les inventions de Denis Papin et de Thomas Savery pour concevoir un premier modèle commercial de machine à vapeur. Le principe est le suivant (voir schéma ci-dessus) : on chauffe de l’eau dans un réservoir A jusqu’à produire de la vapeur d’eau envoyée dans le réservoir B. Puis on asperge cette vapeur par de l’eau froide ce qui a pour conséquence de faire condenser la vapeur et de créer un vide dans le réservoir. La différence de pression avec l’extérieur fait que le piston D est tiré vers le bas entraînant une chaîne E. Le mouvement périodique transmis par le balancier à une tige I permet de pomper l’eau d’une mine beaucoup plus rapidement que si on l’écopait à la main.

De 1765 à 1781, James Watt améliore la machine sur trois points essentiels :

  • il ajoute un compartiment dans lequel la vapeur se condense ce qui évite l’échauffement du cylindre principal et du piston. Les phases de refroidissement et d’échauffement de la machine de Newcomen sont ainsi supprimées ce qui permet de doubler son efficacité.
  • il développe un système mécanique permettant de transformer le mouvement rectiligne du piston en mouvement de rotation d’une roue.
  • enfin, il conçoit un cylindre à double action dans lequel la vapeur entraîne le piston à la fois pendant la montée et la descente.
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Machine de Watt. On distingue au centre le régulateur à boules permettant d’obtenir une vitesse constante quelles que soient les conditions de chauffe. Si la vitesse du piston augmente, les boules tournent plus vite et s’écartent de l’axe de rotation par effet centrifuge, ce qui fait descendre la tige à laquelle elles sont reliées. La tige vient alors légèrement obstruer l’admission de vapeur ce qui permet de réduire la vitesse de la machine.

La paratonnerre (1752)

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Benjamin Franklin passionné d’électricité, cherche à prouver, au milieu du XVIIIe siècle, la nature électrique des éclairs. Subissant de nombreuses critiques, il rédige, sous forme de plaisanterie, un protocole à suivre par ses détracteurs. L’expérience consiste à faire voler un cerf-volant au milieu d’un orage et de collecter l’électricité à l’aide d’une clef reliée au fil de l’engin.

Plusieurs scientifiques européens tentèrent de mettre en place le dangereux dispositif avec, pour certains, une issue fatale. Il est probable que Franklin n’ait jamais lui-même tenté l’expérience. Il fait néanmoins une observation cruciale : les conducteurs à bout pointu attirent l’électricité beaucoup plus facilement que ceux à bout rond. Le paratonnerre est né.

La spinning mule (1764)

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Spinning Mule

Les fibres naturelles (lin, coton, laine…) sont courtes et peu résistantes. Pour fabriquer un fil textile, on les tord les unes avec les autres. Ce filage se faisait jusque-là avec un rouet :

Plusieurs inventions vont moderniser le métier.

  • En 1764, Hargreaves construit la spinning jenny qui met en parallèle plusieurs fuseaux ce qui décuple la production de fil.
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Spinning Jenny
  • En 1769, Arkwright fabrique la water frame d’abord mise en rotation par un cheval puis par un moulin à eau, permettant de produire un fil d’une bien meilleure qualité.
  • En 1779, Crompton combine ces deux machines et met au point la spinning mule qui lancera la production industrielle de fil et déplacera le travail du domicile à l’usine.
  • Enfin en 1785, Cartwright étend la mécanisation au processus de tissage avec le métier à tisser mécanique.

L’eau gazeuse (1771)

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Joseph Priestley eut l’idée en 1771 d’injecter du gaz carbonique, qu’il appelait « air fixe », dans des bouteilles dont l’eau avait été préservée de tout contact avec l’air environnant. En agitant le tout pendant 30 minutes, l’eau finissait par absorber tout le gaz et devenir pétillante. La boisson gagnera en popularité le siècle suivant grâce à l’invention du siphon.

Le vaisseau submersible (1775)

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Pendant la guerre d’Indépendance des États-Unis, David Bushnell mit au point une arme secrète pour affronter la marine britannique. Il s’agissait d’un engin sous-marin nommé Turtle destiné à attaquer les vaisseaux anglais au mouillage. La « tortue » avait la forme d’un œuf et était juste assez grande pour accueillir un passager. L’engin comportait des ballasts que l’on remplissait d’eau pour plonger et que l’on vidait à l’aide d’une pompe pour refaire surface. La « tortue » devait déposer sur la cible une charge de poudre équipée d’un retardateur mais, gêné par les courants, l’engin ne put mener à bien la moindre mission.

Le bateau à vapeur (1776)

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En 1772, le turbulent marquis de Jouffroy d’Abbans eut une altercation avec le futur roi Charles X pour les faveurs d’une jeune duchesse. Cela lui valut un séjour de deux ans dans la prison de l’île Sainte-Marguerite. C’est en regardant les navires passer devant sa cellule qu’il se passionna pour l’ingénierie. À sa libération, il étudia la machine à vapeur de Watt et eut l’idée d’en équiper un bateau.

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Un prototype imparfait navigua en 1776 sur le Doubs puis, en 1783, le Pyroscaphe effectua un trajet à contre-courant sur la Saône depuis la cathédrale Saint-Jean à Lyon jusqu’à l’île Barbe ouvrant la voie à l’ère de la navigation fluviale à vapeur.

La montgolfière (1782)

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Les frères Montgolfier s’interrogeaient sur la force qui faisait monter les étincelles et la fumée d’un feu. Ils allumèrent un feu sous l’ouverture d’un sac en soie et constatèrent que le sac monta jusqu’au plafond. Les essais furent réalisés avec des enveloppes de plus en plus vastes jusqu’au 19 septembre 1982 où un mouton, un canard et un coq effectuèrent le premier vol en montgolfière de l’histoire en présence de Louis XVI et de la reine. Le ballon s’éleva à plus de 400 m avant de redescendre 3 km plus loin faute de carburant. Un an plus tard, Jean-François Pilâtre et le marquis d’Arlande effectuèrent le premier vol humain.

L’éclairage au gaz (1792)

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William Murdock s’aperçut en 1792 que le gaz s’échappant du charbon en combustion pouvait s’enflammer et fournir une source de lumière régulière. Inspiré par les travaux de Philippe Lebon, il met au point un dispositif d’éclairage de ville :

  • le gaz de houille est produit par des fourneaux générateurs
  • puis il est purifié par passage à travers un liquide
  • il est ensuite accumulé dans de vastes réservoirs
  • et est enfin dirigé vers les points de combustion.

La lumière produite est plus vive et moins coûteuse que celle issue de dispositifs utilisant de la cire ou de l’huile. Murdock illumina d’abord l’extérieur de son usine pour la plus grande joie des passants puis son invention s’exporta progressivement dans toutes les grandes villes d’Europe.

La vaccination (1796)

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Les Chinois pratiquaient la variolisation depuis le XVIeme siècle. La méthode consistait à inoculer une forme peu virulente de la maladie au patient à immuniser. En pratique, il fallait mettre en contact la personne avec un peu de substance suppurant des vésicules d’un malade de la variole. La technique est importée en Occident au début du XVIIIeme siècle et engendre des débats houleux car elle comporte de nombreux risques comme la transmission de la syphilis.

À la fin du siècle, Jesty, Plett et Jenner trouvent une méthode plus efficace. Jenner se rend compte que les laitières qui contractent la vaccine (une maladie non mortelle) semblent être immunisées contre la variole. Il décide alors de couvrir avec du pus prélevé sur une malade les scarifications pratiquées sur le bras d’un enfant de huit ans. L’enfant développe une vaccine bénigne ce qui prouve, dans un premier temps, que la vaccine est une maladie transmissible entre humains.

Après deux ans d’observation, Jenner inocule la variole à l’enfant qui fut légèrement souffrant mais finit par se rétablir très vite contrairement à ce qui arrivait aux personnes infectées naturellement. La vaccination se répand petit à petit et Napoléon fera vacciner tous ses soldats n’ayant pas contracté la variole.

La pile électrique (1799)

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Galvani avait observé que les pattes d’une grenouille morte tressaillaient lorsqu’on les mettait en contact avec deux métaux différents. Volta s’inspira de cette observation pour agencer un empilement de disques de zinc et de cuivre en alternance séparés par de l’étoffe imbibée d’eau salée. En connectant le premier et le dernier disque à un câble, il observa l’apparition d’un courant électrique. La première pile électrique était née ! Elle donnera naissance à la batterie rechargeable puis à la pile sèche quelques décennies plus tard.