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Principes fondamentaux de l’air comprimé
Le premier compresseur mécanique - le soufflet
Le premier compresseur mécanique, le soufflet actionné à la main, a vu le jour vers le milieu du troisième millénaire avant notre
ère. Les soufflets à pied, beaucoup plus puissants, firent leur apparition vers 1500 av. J. C. Ce progrès fut indispensable pour faire fondre l’alliage de zinc et d’étain servant à fabriquer le bronze. Cette découverte est illustrée sur les fresques qui ornent une ancienne tombe égyptienne. L’air comprimé, tel que nous le comprenons aujourd’hui, était né.
Figure 1.2:
Soufflet actionné au pied dans l’ancienne Egypte
1.1.2
Les premières applications de l’air comprimé
Les propriétés de l’air comprimé sont reconnues
L’orgue à eau
Le stockage et l’atténuation des pulsations
La première utilisation consciente de l’énergie contenue dans l’air nous est transmise par le grec Ktesibios (vers 285 à 222 av.
J. C.). Il construisit une orgue à eau et utilisa l’air comprimé pour
stocker
et réduire les vibrations.
La catapulte
Le stockage de l’énergie
Ktesibios se servit d’une propriété supplémentaire de l’air comprimé, le stockage de l’énergie, pour construire sa catapulte. Grâce à la tension générée avec l’air comprimé dans un cylindre, l’arme de cet inventeur grec était en mesure de lancer des projectiles.
Figure 1.3:
La catapulte de Ktesibios
Figure 1.4:
Les portes de temples de Héron
Les portes de temples
L’expansion et l’exécution du travail
Le mathématicien et mécanicien grec Héron, qui vivait à
Alexandrie au premier siècle de notre ère, découvrit un système permettant d’ouvrir automatiquement les portes d’un temple, à condition que le feu brûlât sur l’autel à l’intérieur du temple. Le secret résidait dans l’expansion de l’air chaud, faisant passer l’eau d’un réservoir dans un autre. Héron reconnu, inconsciemment il est vrai, qu’il était possible d’exécuter un travail en modifiant l’état de l’air.
Figure 1.5 :
L’ar comprimé : un amplificateur de forces
Principes fondamentaux de l’air comprimé
La loi de Blaise Pascal
L’amplification des forces
Ce n’est qu’à partir du XVII
è
siècle qu’un certain nombre de scientifiques se penchèrent sur les lois physiques applicables
à l’air comprimé. En 1663, Blaise Pascal publia les traités de la
Pesanteur de la masse de l’air, dans lesquels il décrivit les
phénomènes d’hydrostatique
s’appliquant également à la technologie de l’air comprimé. Il constata que la pression exercée par une seule personne à l’ouverture d’un réservoir d’eau fermé générait une pression centuplée sur une autre ouverture.
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Figure 1.6 :
L’air comprimé : un moyen de transport
Le transport de corps dans des tuyaux
Le convoyage pneumatique
Poursuivant les travaux de Héron, le physicien français Denis
Papin décrivit en 1667 la possibilité de transporter des objets dans des tuyaux. Il exploitait la faible différence de pression régnant dans un tube. Ce faisant, il constata qu’une force était appliquée sur l’objet contenu dans le tube. Il venait de découvrir que des vitesses de travail élevées pouvaient être obtenues avec de l’air. Papin venait de poser le premier jalon sur la voie des
techniques de convoyage pneumatiques
.
Figure 1.7 :
Train équipé d’un frein pneumatique vers 1870
Le freinage pneumatique
La transmission des forces
Vers 1810, l’air comprimé constituait la force motrice des trains.
Westinghouse présenta le frein à surpression pneumatique en
1869, et le moto-freineur trois ans plus tard. Sur ces deux systèmes, les freins étaient serrés par surpression. C’est-àdire que l’effet de freinage maximum était obtenu grâce à une chute de pression, par éclatement d’un tuyau par exemple.
Ce fut la première utilisation du système de freinage à sécurité intégrée. Un système de freinage basé sur ce principe est aujourd’hui encore utilisé sur les systèmes de freinage des poids-lourds.
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Principes fondamentaux de l’air comprimé
La poste pneumatique
Le convoyage avec de l’air comprimé
L’idée du train entraîné par de l’air comprimé ne fut pas abandonnée. A Londes, Latimer Clark s’associa à l’ingénieur
Rammel en 1863 pour réaliser un système de convoyage. Des petits chariots se déplaçant dans des tubes devaient transporter des sacs postaux et des paquets. Ce système était beaucoup plus souple que les lourds trains atmosphériques de 1810 et conduisit finalement à la création de la poste pneumatique.
Des réseaux de poste pneumatique furent ensuite créés à
Berlin, New York et Paris. Le réseau parisien atteint sa taille maximum en 1934, fort de 437 km. Aujourd’hui encore, la poste pneumatique est répandue dans de nombreuses entreprises industrielles.
Figure 1.8 :
Marteau perforateur pneumatique employé dans la construction des tunnels
Figure1.9 :
Station d’air comprimé à Paris en 1888
Les outils à air comprimé
Le transport de l’énergie
Lors de la construction du tunnel du Mont Cenis en 1857, cette nouvelle technologie servit à entraîner un marteau à air comprimé creusant la roche. A partir de 1861, on utilisa des marteaux à percussion à entraînement pneumatique alimentés en air comprimé par des compresseurs situés aux deux entrées du tunnel. Dans les deux cas, l’air comprimé était transporté sur de longues distances.
Lorsque les deux équipes du tunnel se rencontrèrent en 1871, plus de 7000 m de conduites avaient été posées de part et d’autre. Pour la première fois, la transportabilité de l’énergie
était démontrée et présentée à un large public comme étant un des avantages de l’air comprimé. Des outils pneumatiques de plus en plus performants et polyvalents furent développés à partir de ce moment.
Les réseaux d’air comprimé
La génération centrale de l’air comprimé et la transmission de signaux
Les expériences réalisées sur les réseaux de conduites d’air comprimé et le développement de compresseurs plus puissants permirent la création d’un réseau d’air comprimé dans les
égouts de Paris. En 1888, une station de compresseurs
centrale
développant 1 500 kW fut mise en service. En 1891, la puissance installée atteignait déjà 18 000 kW.
L’invention d’une horloge, dont l’aiguille des minutes était déclenchée toutes les soixante secondes par une impulsion venant de la station de compresseurs, témoignait des succès polyvalents obtenus par l’air comprimé. Il était non seulement possible de transporter l’énergie, mais on pouvait aussi transmettre des signaux sur les grandes distances du réseau
d’air comprimé
.
Le réseau d’air comprimé parisien a conservé son caractère unique jusqu’à ce jour. Il est encore en service.
Figure 1.10 :
Totaliseur à quatre niveaux et éléments de radiation muraux
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Le traitement des signaux
L’air comprimé est utilisé pour transmettre et traiter des signaux
Dans les années 50, le grand débit de l’air comprimé fut utilisé aux USA pour transmettre et traiter des signaux. Les systèmes
pneumatiques basse pression,
également appelés systèmes
fluidiques ou pneumoniques (logique pneumatique),
permettaient d’intégrer des fonctions de commutation logiques sous forme d’éléments fluides dans un espace extrêmement réduit au moyen de pressions de 1,001 à 1,1 bar.
La grande fiabilité des éléments logiques fluides dans des conditions ambiantes extrêmes permettait de les utiliser dans les programmes spatiaux et de défense des USA et de l’URSS.
Leur résistance aux rayonnements électromagnétiques, provoqués par une explosion atomique en particulier, confèraient aux systèmes fluidiques des avantages techniques dans certains domaines sensibles.
Les systèmes électroniques et micro-électroniques ont cependant supplanté peu à peu les systèmes fluidiques dans le domaine du traitement des signaux et de l’informatique.
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