James Watt était le père de la révolution industrielle; un inventeur, un ingénieur et un scientifique. Son rôle crucial dans la transformation de notre monde d’un monde basé sur l’agriculture à un autre basé sur l’ingénierie et la technologie est reconnu dans l’unité de puissance: le watt.
Guide rapide des inventions et découvertes de James Watt
James Watt:
• a radicalement amélioré la machine à vapeur, amorçant la révolution industrielle.
• a continué à produire un flux d’idées et d’inventions nouvelles, ce qui a finalement abouti à un moteur nécessitant 80% de carburant en moins que les moteurs précédents.
• a inventé des moteurs à vapeur haute pression capables de rendements encore plus élevés, mais la technologie de l’époque n’était pas capable de les faire fonctionner en toute sécurité.
• présenté le mot puissance pour décrire la puissance d’un moteur. Nous utilisons maintenant généralement des watts pour mesurer la puissance, bien que la puissance du moteur soit encore souvent évaluée en chevaux.
• a été la première personne à proposer que l’eau soit composée d’hydrogène combiné à de l’oxygène.
• découvert indépendamment le concept scientifique de la chaleur latente.
• inventé le premier copieur au monde, similaire en fonction à un photocopieur, pour faire des copies de correspondance, des pages de livres et des images.
Petite enfance
James Watt est né en 1736 à Greenock, en Écosse, au Royaume-Uni. Il venait d’une famille prospère. Son grand-père, Thomas, enseignait les mathématiques; son père, James, était un charpentier qui construisait des navires.
Sa mère, Agnes Muirhead, était bien éduquée. Elle lui a appris à lire, tandis que son père lui a appris l’arithmétique et l’écriture.
James excellait en mathématiques, en sciences et en ingénierie au lycée, mais ses compétences linguistiques étaient moins impressionnantes. Sa santé était souvent mauvaise et une grande partie de son apprentissage se déroulait à la maison, où il se détendait en regardant les bateaux de pêche rentrer au port et les grands voiliers arriver avec du tabac des Amériques. Un jour, grâce à son esprit inventif, des navires comme ceux-ci seraient propulsés par des moteurs plutôt que par des voiles.
À dix-huit ans, suite à la mort de sa mère, et à un naufrage d’un navire qui a pesé sur son famille, James a renoncé à son projet d’aller à l’université. Au lieu de cela, il s’est formé à Londres en tant que fabricant d’instruments scientifiques, spécialisé dans les instruments mathématiques et nautiques. En l’espace de deux mois, ses compétences étaient supérieures à celles des autres qui étaient en formation depuis deux ans. Ses compétences manuelles exceptionnelles avaient déjà été commentées par des ouvriers du chantier naval de son père à Greenock.
Après un an à Londres, il a trouvé du travail à l’Université de Glasgow en réparant des instruments pour le département d’astronomie.
Université de Glasgow
Se faire des amis, développer des connaissances et développer de nouvelles compétences à Glasgow Université
Le travail d’instruments de Watt était si bon que les professeurs de l’université voulaient qu’il y travaille en permanence, ils l’ont donc invité à monter un atelier à l’université. Ils ont vite réalisé que le jeune homme de l’atelier était remarquablement intelligent. Ils ont commencé à lui demander de discuter de leur travail. Les étudiants en mathématiques et en physique ont découvert que Watt en avait appris plus sur leurs matières qu’eux.
Il a également surmonté ses faibles compétences linguistiques antérieures, apprenant lui-même l’allemand et l’italien afin de lire plus de littérature scientifique.
James Watt dans son atelier
Watt est devenu ami avec Adam Smith, qui a fondé la discipline académique de l’économie et a écrit The Wealth of Nations. Il se lie également d’amitié avec le chimiste Joseph Black, qui découvre le magnésium et, indépendamment de Watt, invente le concept de chaleur latente.
En 1759, quatre ans après son arrivée à Glasgow, James, 23 ans Watt s’est intéressé aux moteurs à vapeur.
Cela s’est produit lorsqu’un autre de ses nouveaux amis à l’université, le professeur John Robinson, a discuté avec lui de la possibilité d’une voiture à vapeur. Bien que leurs idées pour une voiture soient irréalisables, une graine a été semée dans l’esprit fertile de Watt.
Le professeur Robinson n’est pas resté immobile non plus. Il a été le premier à publier une loi du carré inverse des forces électriques, et il a inventé la sirène.
L’arrivée de la vapeur
En 1763, âgé de 27 ans, Watt est entré en contact avec une machine à vapeur en état de marche, le moteur Newcomen. Le professeur John Anderson, qui a fait la démonstration du moteur dans ses cours de physique, avait besoin de le réparer. Watt a fait la réparation, mais a été étonné du peu de travail dont le moteur était capable.
À cette époque, les moteurs Newcomen étaient utilisés en Grande-Bretagne depuis 50 ans et personne n’avait trouvé le moyen de les améliorer.Ils ont travaillé sur le principe qu’un piston dans un cylindre était entraîné dans une direction par un jet de vapeur qui chauffait l’air dans le cylindre, le dilatant; de l’eau froide serait injectée à la place de la vapeur pour refroidir l’air dans le cylindre, créant un vide partiel qui tirait le piston dans l’autre sens, prêt pour que le cycle recommence avec l’injection de vapeur chaude.
Watt a décidé qu’il pouvait fabriquer un meilleur moteur. Il ne pensait à rien d’autre et expérimentait dans son atelier avec de l’eau et de la vapeur dans des récipients en métal.
Après deux ans d’expérimentation et de réflexion, Watt a eu son moment Eureka.
Avec sa compréhension scientifique du comportement de l’eau et du principe de la chaleur latente, il s’est rendu compte que le problème avec la machine à vapeur Newcomen était le suivant: la chaleur était utilisée par le moteur pour générer de la vapeur, mais lorsque le la vapeur avait fait son travail, le cylindre était refroidi avec de l’eau. Le chauffage et le refroidissement du même cylindre pour chaque course de piston étaient très coûteux en termes d’énergie nécessaire pour le faire.
Selon les propres mots de Watt, légèrement modernisés:
L’idée m’est venue à l’esprit que la vapeur était un gaz dans lequel elle se précipiterait un vide, et si je liais le cylindre du moteur à un vaisseau à basse pression, la vapeur s’y précipiterait. La vapeur s’y condenserait et ne refroidirait pas le cylindre du moteur. J’ai alors vu que je devais me débarrasser de la vapeur condensée du cylindre.
La machine à vapeur de James Watt
Watt a redessiné le moteur. Son idée était que la pression de l’air pousserait le piston dans un vide partiel généré lorsque la vapeur se condense en eau liquide. La vapeur s’est transformée en eau dans le condenseur de Watt, qui était entouré d’eau froide.
Le processus a été aidé par une pompe à vide connectée au condenseur qui a pris l’eau chaude produite par la vapeur de condensation et l’a renvoyée, encore chaude, vers la chaudière prête à être transformée en vapeur.
Tout en gardant le condenseur froid, Watt a également réalisé l’importance de garder le piston / cylindre de travail chaud: il les a entourés d’une chemise de vapeur chaude.
À la fin de 1765, un Watt de 29 ans avait construit sa première machine à vapeur à petite échelle, avec une chambre de condensation séparée et une chemise à vapeur. Le début de la révolution industrielle se rapprochait, mais n’avait pas encore commencé.
En 1769, à 33 ans, Watt a breveté son nouveau moteur.
Un moteur Boulton & Watt à Birmingham, en Angleterre, construit du vivant de Watt en 1817. Image de Chris Allen.
Des petits moteurs à la superpuissance industrielle
Watt possédait l’un des brevets les plus importants de l’histoire de l’humanité. Il l’a vendu à John Roebuck, dont l’usine a fait faillite.
Matthew Boulton de Birmingham a acheté les droits de brevet de la machine à vapeur de Watt.
En 1775, Watt a célébré son 39e anniversaire et a commencé un partenariat très fructueux de 25 ans avec Boulton. Ce partenariat était une combinaison parfaite de l’ingéniosité scientifique et technique de Watt et des compétences industrielles et commerciales de Boulton.
Onze ans après que Watt a construit sa première machine à vapeur à petite échelle, ses moteurs ont commencé à être installés pour pomper l’eau des mines. Les frais annuels payés par les propriétaires de la mine pour les machines représentaient un tiers de la valeur des économies de carburant réalisées par les machines.
Les nouvelles des nouveaux moteurs ultra-efficaces se propagent rapidement, et avec l’arrivée de la vapeur de Watt moteurs, la révolution industrielle a commencé.
Le succès de Watt et Boulton a eu quelques ratés en cours de route. En 1791, ils ont dû armer leurs ouvriers contre une émeute de quatre jours dans laquelle les scientifiques et les intellectuels étaient une cible spécifique.
Au fil des années, Boulton & Watt les moteurs ont trouvé leur place dans de plus en plus d’applications, et le Royaume-Uni a été saisi par la révolution industrielle. Boulton et Watt ont commencé à exporter leur nouvelle technologie dans le monde entier.
Les nouvelles industries ont commencé à libérer de plus grandes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère que les actions humaines précédentes. Cette tendance se poursuit aujourd’hui.
James Watt plus tard
La fin, mais pas avant un nouveau design de moteur crucial!
En 1800, âgé de 64 ans et très riche, Watt a pris sa retraite. Son brevet avait expiré et lui et Matthew Boulton ont transmis leur partenariat à leurs fils, James Watt Junior et Matthew Robinson Boulton, qui l’ont poursuivi avec succès.
« James Watt était également distingué en tant que philosophe et chimiste de la nature; ses inventions démontrent sa profonde connaissance de ces sciences et cette caractéristique particulière du génie – le l’union d’entre eux pour une application pratique.»
Watt a poursuivi ses travaux de recherche à sa retraite. Il a breveté sa photocopieuse, le moteur à double action, le moteur rotatif et l’indicateur de pression de vapeur.
Le moteur rotatif était crucial, car il permettait aux moteurs d’entraîner des roues plutôt que le simple mouvement de pompage de haut en bas des machines précédentes.
James Watt est mort en 1819, à l’âge de 83 ans. la puissance mentale n’avait pas décliné. Son esprit était aiguisé jusqu’au bout.