Vestige d'une gloire passée, les machineries à vapeur ont équipé nombre de bateaux : des premiers voiliers mixtes voile-vapeur, à roues ou à hélices, en passant par les bateaux de pêche, les navires de guerre, les remorqueurs, jusqu'aux plus beaux yatchs et paquebots.

Un appareil propulsif à vapeur est un objet récalcitrant, qui se bloque inopinément, et rend parfois l'âme en une explosion grandiose. Il est techniquement pointu et dangereux mais terriblement attrayant et intéressant à réaliser. Construire un bateau à vapeur vous promulguera au rang d'une culture technique et moderniste dans la " révolution de la vapeur ". Vous requérrez un plombier, un ajusteur, un ferrailleur… mais vous verrez vos efforts lentement récompensés et l'objet culturel luira de ses cuivres polis et de ses acajous vernis dans votre demeure, réclamant une approche prudente, attentive et un bon service de renseignements.

Cet article est destiné à vous faire connaître, le monde de la vapeur à l'aide de quelques croquis,. En aucun cas, il n'a pour vocation de fournir des plans de réalisation de tel ou tel ensemble.

Tout d'abord un peu de vocabulaire spécifique à cette technique que vous allez rencontrer dans les descriptions.

L'appareil propulsif est constitué de la chaudière, de la machine et des auxiliaires. Nous parlerons des moyens de chauffe. Comment exploiter cette énergie pour obtenir de la vapeur sous pression au travers d'une chaudière. Le réservoir d'eau qui constitue l'élément principal de la chaudière s'appelle le corps ou le " drum ". Comment transmettre la pression, appelée le timbre, au piston de la machine qui pousse par l'intermédiaire d'une bielle, la soie d'un arbre de manivelle (et non d'un vilebrequin). Cet arbre entraîne la rotation d'une hélice ou des roues à aubes. Il ne vous restera plus qu'à concevoir la coque et là j'ouvre une parenthèse sur les concepts " maquettes " et " modèles réduits ". La maquette est une reproduction à échelle réduite : l'appareil propulsif à vapeur est imposé par le constructeur. Le modèle réduit est une réalisation libre, novatrice et audacieuse : tout vous est permis mais ce sera à vous de résoudre les tenants et les aboutissants pour la bonne marche de votre bateau. Cette liberté est commandée par le rapport vapeur/énergie. Il faut connaître les bases indispensables du timbre produit en fonction de la température et du volume de vapeur nécessaire.

Pour cela, un extrait du tableau de Régnault.

Pression en kg/cm2 ou bar (A)
Température interne de la chaudière en °C (B)
Volume de vapeur à la pression (A) pour 1 cm3 d'eau à la température (B)
1.05
121.1
840
2.10
134.4
572
3.15
144.4
437
4.20
152.8
354
5.60
162.2
282

Les moyens de chauffe et les réservoirs

La chauffe est l'opération qui consiste à produire par combustion ou rayonnement, la chaleur utilisée par une chaudière pour transformer l'eau en vapeur. Les réservoirs seront conditionnés en fonction du combustible et dimensionnés par rapport à l'autonomie nécessaire.

- Alcool ou pétrole

C'est le principe de la lampe à pétrole sauf que la flamme ne sert pas pour l'éclairage mais pour chauffer.

Généralement le réservoir est de conception " maison " avec une rampe de brûleurs à une ou plusieurs mèches.

En guise de bouchon, nous installeront une valve, type valve de chambre à air. L'imprégnation des mèches sera facilitée en injectant une légère pression d'air à l'intérieur du réservoir.

Peu de difficultés à construire et peu onéreux.

Exemple d'un réservoir à alcool et des brûleurs pour une chaudière verticale. Cet équipement se trouve sur la maquette Choupette décrite par Bernard Rétif dans la revue Bateau modèle n° 2 d'avril mai 1995. ----->

- Le gaz

Le plus simple et le plus connu est la bonbonne de camping-gaz (coûteuse) avec un brûleur. C'est la solution légère avec remplacement instantané de la cartouche de gaz. Les réservoirs personnalisés à gaz et rechargeables doivent être équipés d'une valve à clapet de remplissage, un robinet de sortie et une vis pointeau de dégazage utilisée en cours de remplissage. Leurs réalisations réclament beaucoup d'attention. Le brûleur est l'appareil assurant le débit du mélange fluide gazeux/air pour permettre la combustion... Il est impératif de le munir d'une vis de réglage. Nous utiliserons ceux du commerce (torche à gaz propane ou butane, brûleur de petit réchaud). Nous les fabriquerons dans le cas des rampes car elles sont indispensables pour certaines chaudières.

- Le charbon

Il n'est à envisager que pour les grosses chaudières nécessitant de fortes machines. Le foyer et son système d'allumage sont à concevoir. Faire attention que les escarbilles ne risquent pas de se renverser dans la coque de votre bateau ! Il s'ensuivrait un bel incendie… Ce mode de chauffe apporte plus de réalisme en laissant un panache de fumée noirâtre s'échapper de la cheminée.

- Infra-rouge

C'est un " panneau chauffant " qui peut être utilisé horizontalement comme une rampe mais aussi verticalement. C'est une chauffe sans flamme, sans perte de gaz. Ce chauffage ne brûle pas le combustible, il le catalyse. La production de calories est au cœur de la céramique micro-poreuse dans laquelle le gaz se décompose à haute température. Le rendement est étonnant et la consommation très faible. Aucune difficulté de mise en œuvre ni préchauffage. Il en résulte un encombrement moindre, une quantité de combustible plus petite à prévoir et pas de risque de givrage avec des petits réservoirs. Le fait qu'il soit compact et sa faible consommation réduisent le poids de façon non négligeable.

Les chaudières

Ce sont des générateurs de vapeur que nous classerons en deux groupes : les horizontales ou à tubes d'eau et les verticales ou à tubes de fumée. Ne commencez pas à supposer que celle-ci est meilleure que celle-là ! La chaudière à employer dépend du plan pour les maquettes, alors que pour les modèles réduits nous prenons en compte la place disponible dans la coque, le centre de gravité, la machine envisagée et le poids.

Les chaudières sont en cuivre. L'assemblage des pièces se fait par brasure à l'argent (meilleure résistance) et non par soudure à l'étain. Un essai de pression sera exécuté au double du timbre envisagé. Il est possible de remplacer le bouchon et le percement pour remplissage en utilisant une soupape de surpression. Afin d'éviter la dissipation de chaleur, l'isolant préconisé sera de la laine de roche (bannir l'amiante pour votre santé) installée entre le corps et la tôle extérieure. Pour les chaudières verticales, nous pouvons remplacer ce système par un revêtement de lattes de bois exotiques assez efficace et plus esthétique. Enfin, dans la conception de la chaudière, le surchauffeur est conseillé à plusieurs titres : Dans le corps de la chaudière, la surface de l'eau est violemment agitée. Il s'ensuit que la vapeur produite est chargée de fines gouttelettes d'eau. Le surchauffage permet de rendre la vapeur plus sèche et augmente sa température.

Les chaudières verticales

- Chaudière simple

C'est à la fois la plus facile et la plus simple à réaliser. Il s'agit d'un réservoir d'eau qui est chauffé et dont la vapeur est récupérée au sommet. C'est le même principe que la cocotte-minute. Le réservoir est traversé par un gros tube pour évacuer les fumées. La chauffe est généralement assurée par des brûleurs à alcool.

- Chaudière à serpentin

C'est le système par excellence. L'eau pénètre à la base d'un serpentin qui est chauffé et la vapeur sort en bout de ce serpentin et alimente la machine. Seulement, pour bien faire, il faut une alimentation constante en eau. Diverses possibilités sont envisageables mais elles restent encombrantes et pointues à mettre au point.

(suite de la chaudière à serpentin)

L'une d'elle consiste à récupérer la vapeur d'échappement de la machine à l'aide d'un tube que l'on fait passer sous la coque (l'eau du bassin sert de refroidisseur) et circule dans le condenseur grâce à une pompe de circulation. L'eau est ensuite déversée par une entrée haute dans la bâche. L'huile des cylindres reste en surface de cette eau. Un autre tube sort de ce réservoir d'eau par le bas et au moyen d'une pompe va ré-alimenter la base du serpentin.

- Chaudière à tubes-flamme

C'est le modèle de base amélioré. Le réservoir est traversé par des tubes-flamme qui permettent une meilleure chauffe de l'eau. Prévoir l'installation de la prise de vapeur et de la soupape au sommet du corps. Celui-ci est coiffé d'un dôme de récupération des gaz brûlés. La chauffe est assurée par un champignon de gaz. L'inconvénient est que ces tubes diminuent de 50% la quantité d'eau du corps d'où une autonomie plus faible.

- Chaudière mixte

Cette version est une compilation des trois exemples cités plus haut. Le corps est traversé de quatre à six tubes-flamme. Une prise d'eau à sa base alimente un petit serpentin, augmentant ainsi la chauffe, et renvoie la vapeur dans le haut du corps. Cette technique a pour inconvénient de rehausser le centre de gravité.

Tout est question de compromis dans la production de vapeur !

- Chaudière annuaire

Dans ce précepte, nous utilisons la gravité de l'eau qui descend et les lois sur la chaleur qui monte.

Plusieurs tubes collectent l'eau à la base du corps, montent dans un puits central et renvoient la vapeur au sommet du corps.

Cette eau circulant dans les tubes, est chauffée par un champignon à gaz ou par une chauffe à infra-rouge.

Il est à noter que le tube de prise de vapeur passe dans ce puits permettant une surchauffe de la vapeur. Généralement, un tube en verre est installé sur le coté pour indiquer le niveau d'eau restant à l'intérieur du corps.

C'est un système très efficace mais qui demande une certaine dextérité pour sa réalisation.

Les chaudières horizontales

Pour parer à l'inconvénient du centre de gravité haut des chaudières verticales, la solution est de coucher les corps. On obtient donc des réservoirs cylindriques allongés que l'on appelle drum. La chauffe doit se faire sous et sur toute la longueur du drum. Enfin, le tirant (tige centrale) doit être très exactement centré sur les flasques pour que la pression soit équilibrée sur le pourtour de la soudure, sinon c'est la déchirure.

- La " Marine "

Très prisée, elle abaisse au maximum le centre de gravité.

Equipée d'un tube-flamme, son rendement est faible. Son trou central est traversé de 10 tubes bouilleurs qui favorisent le contact de l'eau avec la flamme. Malheureusement, cette chaudière contient peu d'eau et oblige à n'en consommer qu'une partie. En effet, lorsque le tube-flamme émerge, il y a menace de surchauffe et donc d'éclatement.

Pour une machine de 5cm3 de cylindré, votre hélice tournera à 750 tours/minute (environ). Pour un bateau de 10 kg vous aurez une autonomie de 40 minutes. C'est moyen mais pour une conception en " central flux ", c'est suffisant.

A noter que la " marine " ne s'utilise pas pour réaliser de grosses chaudières.

- Les Yarrow

Elles sont très répandues sur de nombreuses maquettes de petite et moyenne taille, du navire de commerce ou de guerre du début du XXème siècle.

Avec n tubes hors chauffe directe, l'eau descend par gravité dans un tube horizontal en forme de U dont le point milieu remonte au " drum ". Le rideau de tubes bouilleurs laisse un grand espace au foyer et la convection est de fort rendement, de 20 à 40 rotations de la masse d'eau par minute soit quatre fois supérieur à une chaudière " marine ".

Les inconvénients du système sont une augmentation du poids et une hausse du centre de gravité non négligeable. Même en utilisant la variante des tubes croisés, qui permet d'abaisser d'environ de 2 centimètres le centre de gravité, l'autonomie pour le même moteur chutera de 30 à 40%. Il est possible de recycler l'eau mais cela suppose un tube refroidisseur de l'échappement sous la coque (le refroidissement est assuré par la température de l 'eau du bassin sur lequel vous faites évoluer votre bateau), un condenseur et une pompe alimentaire réglable. Prévoir aussi un déshuileur… Pour finir de vous décourager, la chauffe doit se faire obligatoirement, par une rampe à gaz de conception " maison " et non pas à l'aide d'une torche standard ou par infra-rouge à céramique micro-cellulaire.

Malgré ses difficultés et la sophistication du groupe vapeur, l'évolution sur l'eau de votre maquette vous situera dans la catégorie haut de gamme.

- Les Scott

C'est le système de chaudière à plusieurs variantes. Le "drum" est le même que pour la Yarrow mais les tubes de chauffe sont des rangées de boucles.

- Avec un "drum" et une rangée de boucle, elle est facile de conception et a une très bonne production de vapeur. Elle réclame une torche de chauffe.

- Avec deux "drums" et les boucles de chacun des " drum " qui s'empeignent d'un tube à l'autre, c'est la même facilité de réalisation, une bonne production de vapeur et une très bonne autonomie. Elle réclame une seule torche de chauffe mais puissante.

- Avec un "drum" et des boucles sur deux rangées, vous accédez aux hautes pressions mais vous diminuez l'autonomie. Elle réclame deux torches de chauffe.

Les Scott descendent le centre de gravité d'environ 30% par rapport aux Yarrow.

Elles se déclinent en trois variantes suivant les besoins mais pour les deux dernières solutions, elles réclament une plus grande largeur de coque.

 

Ci-dessous : détails d'une chaudière Scott à double "drums".

- La chaudière cylindrique dite chaudière écossaise

Vu de l'extérieur, c'est une chaudière cylindrique. Vu de l'intérieur, c'est une chaudière à tubes d'eau assurant une grande surface de chauffe et une grande résistance aux fortes pressions. Elle est équipée de deux, trois ou quatre foyers de chauffe. Généralement des brûleurs à rampe plutôt qu'à torche. Ce type de chaudière peut équiper des machines à triple expansion ou une Compound. De bonne autonomie et de hautes pressions, elle est recommandée pour des bateaux dépassant le mètre de longueur et capables de supporter la charge du groupe d'environ 9 kg. Elle est toute désignée pour les chalutiers à château arrière, les cargos, les remorqueurs ou les paquebots.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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