En 1763, on demande à James Watt de réparer une machine de Newcomen. Il découvre alors comment la rendre plus efficace, et se met à produire sa propre machine. Financé par Matthew Boulton, un homme d'affaire anglais, il fait un série d'améliorarions :
Le condenseur séparé (1765)
Deux ans après avoir réparé une machine de Newcomen, Watt invente enfin le condenseur séparé. Dans la machine atmosphérique, la vapeur était refroidie directement dans le cylindre, en injectant de l'eau froide dans celui-ci. Ce système était à l'origine du principal défaut de toutes les machines à vapeur précédentes, soit l'irrégularité du mouvement. Avec la méthode Newcomen :
- Le recondensement de la vapeur était moins efficace dans un cylindre porté à haute température, ce qui ralentissait la machine, voir la stoppait.
- Au cycle suivant, la vapeur arrivait dans un cylindre refroidi, et avait donc moins de force pour pousser le piston.
- Au cycle suivant, la vapeur arrivait dans un cylindre refroidi, et avait donc moins de force pour pousser le piston.
Le mouvement de la machine était chaotique, car le mouvement ascendant devenait de plus en plus faible, alors que le mouvement descendant, provoqué par le vide, était violent. De plus, la machine s'arrêtait régulièrement. Au bout de quelque cycles, il fallait arrêter le balancier et rechauffer le cylindre.
Avec la méthode de Watt du condenseur séparé, le mouvement se fait toujours par à-coups, mais la machine ne s'arrête plus jamais. La chambre de condensation séparée est brevetée en 1769. Watt le fait adapter sur des machines de Newcomen.
L'engrenage soleil et planète (1781)
Il est imaginé par William Murdoch (1754-1839), un employé de Boulton and Watt, mais est breveté par Watt. Il voulait ainsi contourner le brevet de la bielle-manivelle, ancêtre de l'arbre à came. L'engrenage soleil et planete permet de transformer un mouvement rectiligne (celui de l'axe bleu) en un mouvement rotatif (de la roue verte). Watt réalise le rêve de Savery et de Newcomen en obtenant un mouvement de rotation avec une machine à vapeur. Cette invention ouvre d'énormes perspectives, surtout dans le domaine du transport.
Le système de l'engrenage est abandonné quelques années plus tard au profit d'un balancier. Le balancier tournant autour de l'axe O avait à son extrémité un parallélogramme MNPI articulé aux quatres sommets. Lorsque le balancier oscille, la tige du piston a un mouvement non-rectiligne qui peut entrainer une roue.
Le tiroir de distribution de la vapeur (1782)
La vapeur n'est plus envoyé de la chaudière directement au cylindre, mais passe par un tiroir de distribution. Celui ci se déplace en même temps que le piston : quand celui-ci est en haut du cylindre, la vapeur est injectée au dessus de lui, et vice-versa. Avec ce système, Watt élimine la phase du cycle où le piston se comporte comme un frein, et le piston devient moteur à l'aller et au retour. Il gagne ainsi en efficacité et en régularité de mouvement, puisque l'aller et le retour ont la même intensité. Le régulateur à boule (1788)
Le régulateur est un dispositif permettant à la machine de régler elle-même sa vitesse de rotation. Cet appareil se compose de deux boules de laiton soutenues par deux tiges articulées autour d'un point fixe au sommet de l'appareil. Deux autres tiges relient les boules à un collet. Ce collet peut s'élever ou s'abaisser le long de l'axe vertical.
Quand la machine fonctionne au bon régime, l'écartement des boules laisse la fourchette horizontale.
Si la vitesse de rotation de la machine est trop faible ou trop élevée, les boules s'éloignent de l'axe, entraînant le collet vers le haut. La fourchette pivote et ouvre ou ferme une valve de sécurité. La vitesse de rotation est autorégulée, et la machine devient complètement autonome.
Si la vitesse de rotation de la machine est trop faible ou trop élevée, les boules s'éloignent de l'axe, entraînant le collet vers le haut. La fourchette pivote et ouvre ou ferme une valve de sécurité. La vitesse de rotation est autorégulée, et la machine devient complètement autonome.
En 1765, quand James Watt a l'idée de la chambre de condensation séparée, il compte d'abord l'adapter sur la machine atmosphérique de Newcomen. Pour cela, Watt recherche des financements. Il fait appel à des amis et à des propriétaires de mines de charbon. Il fait breveter le condenseur séparé en 1769. En 1772, son principal financier fait faillite, et Watt se tourne vers Matthew Boulton. Matthew Boulton reconvertit son usine en une fabrique de machines à vapeur à Soho ("Boulton and Watt") en 1774. Watt y construit des machines atmosphériques avec condenseur séparé.
Boulton est un excellent homme d'affaires, et a compris comment faire fortune avec la machine à vapeur. Il s'occupe de promouvoir la nouvelle machine auprès des propriétaires miniers. Au lieu de vendre ses machines, il les installe gratuitement mais demande que, chaque année, lui soit versée la moitié de ce que les acheteurs ont économisé en charbon. Il fait ainsi installer beaucoup plus de machines que s'il les avait vendues, et celles-ci lui rapportent de l'argent chaque année.
La compagnie Boulton and Watt mène une politique très protectionniste. Watt dépose les brevets de la société en son nom, pour éviter que les employés ayant conçu les inventions ne puissent les revendiquer. De même, il a pour habitude de déposer des brevets très vagues, afin d'empêcher ses concurents de travailler dans le domaine de la vapeur. Il interdit à ses employés (notamment William Murdoch) de travailler avec de la vapeur sous haute pression, pretextant la dangerosité de ce système (qui était en fait parfaitement maitrisé). Il souhaitait simplement freiner la recherche dans le domaine de la vapeur afin de conserver plus longtemps le monopole. Pour ce faire, il est allé jusqu'à accuser publiquement ses rivaux, qui essayaient de contourner ses brevets généraux (Jonathan Hornblower par exemple), de mettre des personnes en danger en travaillant avec de la haute pression. Il a même failli faire pendre un autre ingénieur qui avait inventé une machine plus puissante que la sienne. Certains considèrent que l'acharnement de Watt à éliminer sa conccurence, et donc à empêcher le progrès, a pu retarder le développement et l'application de la machine à vapeur.
Boulton est un excellent homme d'affaires, et a compris comment faire fortune avec la machine à vapeur. Il s'occupe de promouvoir la nouvelle machine auprès des propriétaires miniers. Au lieu de vendre ses machines, il les installe gratuitement mais demande que, chaque année, lui soit versée la moitié de ce que les acheteurs ont économisé en charbon. Il fait ainsi installer beaucoup plus de machines que s'il les avait vendues, et celles-ci lui rapportent de l'argent chaque année.
La compagnie Boulton and Watt mène une politique très protectionniste. Watt dépose les brevets de la société en son nom, pour éviter que les employés ayant conçu les inventions ne puissent les revendiquer. De même, il a pour habitude de déposer des brevets très vagues, afin d'empêcher ses concurents de travailler dans le domaine de la vapeur. Il interdit à ses employés (notamment William Murdoch) de travailler avec de la vapeur sous haute pression, pretextant la dangerosité de ce système (qui était en fait parfaitement maitrisé). Il souhaitait simplement freiner la recherche dans le domaine de la vapeur afin de conserver plus longtemps le monopole. Pour ce faire, il est allé jusqu'à accuser publiquement ses rivaux, qui essayaient de contourner ses brevets généraux (Jonathan Hornblower par exemple), de mettre des personnes en danger en travaillant avec de la haute pression. Il a même failli faire pendre un autre ingénieur qui avait inventé une machine plus puissante que la sienne. Certains considèrent que l'acharnement de Watt à éliminer sa conccurence, et donc à empêcher le progrès, a pu retarder le développement et l'application de la machine à vapeur.
http://www.youtube.com/watch?v=vEpF1N-m4nE : cette vidéo permet de voir en 3D les différents éléments spécifiques à la machine de Watt cités plus haut.
