James Watt (Français)

À lâge de 18 ans, sa mère est décédée et la santé de son père a commencé à se détériorer. Watt sest rendu à Londres et a pu suivre une formation de luthier pendant un an (1755/56) , puis rentra en Ecosse, sinstallant dans la grande ville commerciale de Glasgow avec lintention de créer sa propre entreprise de fabrication dinstruments. Il était encore très jeune et nayant pas eu un apprentissage complet na pas eu les relations habituelles via un ancien maître pour sétablir en tant que fabricant dinstruments compagnon.

Watt a été sauvé de cette impasse grâce à larrivée de la Jamaïque dinstruments astronomiques légués par Alexander Macfarlane à lUniversité de Glasgow, instruments qui exigeaient lattention dun expert. Watt les a restaurés à fonctionnement et a été rémunéré. Ces instruments ont finalement été installés dans lobservatoire de Macfarlane. Par la suite, trois professeurs lui ont offert lopportunité de monter un petit atelier au sein de luniversité. Il a été lancé en 1757 et deux des professeurs, le physicien et chimiste Joseph Black ainsi que le célèbre Adam Smith, sont devenus les amis de Watt.

Au début, il a travaillé sur la maintenance et la réparation des instruments scientifiques utilisés dans luniversité, en aidant aux démonstrations et en développant la production de quadrants. Il a fabriqué et réparé des quadrants réfléchissants en laiton, des règles parallèles, des balances, des pièces pour télescopes et des baromètres, entre autres.

Cest parfois faussement indiqué quil a eu du mal à sétablir à Glasgow en raison de lopposition de la maison des métiers, mais ce mythe a été complètement démystifié par lhistorien Lumsden. Les archives de cette période sont perdues, mais on sait quil a pu travailler et commercer complètement normalement en tant que métallurgiste qualifié, lincorporation de Hammermen doit avoir été convaincue quil répondait à leurs conditions dadhésion. On sait également que dautres personnes dans les métiers de la métallurgie ont été poursuivies pour travailler sans être membres de th e Incorporation jusquau XIXe siècle, les règles étaient donc définitivement appliquées lorsque Watt faisait du commerce librement dans toute la ville.

En 1759, il a formé un partenariat avec John Craig, un architecte et homme daffaires, pour fabriquer et vendre une gamme de produits comprenant des instruments de musique et des jouets. Ce partenariat a duré les six années suivantes et a employé jusquà seize travailleurs. Craig mourut en 1765. Un employé, Alex Gardner, reprit finalement lentreprise, qui dura jusquau XXe siècle.

En 1764, Watt épousa sa cousine Margaret (Peggy) Miller, avec qui il eut cinq enfants , dont deux ont vécu jusquà lâge adulte: James Jr. (1769–1848) et Margaret (1767–1796). Sa femme mourut en couches en 1772. En 1777, il se maria de nouveau avec Ann MacGregor, fille dun teinturier de Glasgow, avec qui il eut deux enfants: Gregory (1777-1804), qui devint géologue et minéralogiste, et Janet (1779-1794). Ann est décédée en 1832. Entre 1777 et 1790, il a vécu à Regent Place, Birmingham.

Watt et la bouilloire

Il y a une histoire populaire selon laquelle Watt a été inspiré pour inventer la machine à vapeur par voyant bouillir une bouilloire, la vapeur forçant le couvercle à se lever et montrant ainsi à Watt la puissance de la vapeur. Cette histoire est racontée sous de nombreuses formes; dans certains Watt est un jeune garçon, dans dautres il est plus âgé, parfois cest la bouilloire de sa mère, parfois celle de sa tante. Watt na pas réellement inventé la machine à vapeur, comme le laisse entendre lhistoire, mais a considérablement amélioré lefficacité de le moteur Newcomen existant en ajoutant un condenseur séparé. Ceci est difficile à expliquer à quelquun qui nest pas familier avec les concepts de chaleur et defficacité thermique. Il semble que lhistoire a été créée, peut-être par le fils de Watt, James Watt Jr., et persiste parce quelle est facile à comprendre et à retenir pour les enfants. Dans cette optique, il peut être considéré comme proche de lhistoire dIsaac Newton et de la pomme qui tombe et de sa découverte de la gravité.

Bien quelle soit souvent considérée comme un mythe, lhistoire de Watt et de la bouilloire a un base en fait. En essayant de comprendre la thermodynamique de la chaleur et de la vapeur, James Watt a mené de nombreuses expériences en laboratoire et son journal indique que pour les conduire, il a utilisé une bouilloire comme chaudière pour générer de la vapeur.

Premières expériences avec la vapeur

En 1759, lami de Watt, John Robison, a attiré son attention sur lutilisation de la vapeur comme source de force motrice.La conception du moteur Newcomen, utilisé depuis près de 50 ans pour pomper leau des mines, navait guère changé depuis sa première mise en œuvre. Watt a commencé à expérimenter avec la vapeur, bien quil nait jamais vu une machine à vapeur en marche. Il a essayé de construire un modèle; il na pas fonctionné de manière satisfaisante, mais il a continué ses expériences et a commencé à lire tout ce quil pouvait sur le sujet. Il a pris conscience de limportance de la chaleur latente – lénergie thermique libérée ou absorbée au cours dun processus à température constante – pour comprendre le moteur, ce que, à linsu de Watt, son ami Joseph Black avait déjà découvert quelques années auparavant. La compréhension de la machine à vapeur était dans un état très primitif, car la science de la thermodynamique ne serait pas officialisée avant près de 100 ans.

En 1763, Watt a été chargé de réparer un modèle de moteur Newcomen appartenant à luniversité . Même après réparation, le moteur fonctionnait à peine. Après de nombreuses expériences, Watt a démontré quenviron les trois quarts de lénergie thermique de la vapeur étaient consommés pour chauffer le cylindre du moteur à chaque cycle. Cette énergie a été gaspillée parce que plus tard dans le cycle, de leau froide a été injectée dans le cylindre pour condenser la vapeur et réduire sa pression. Ainsi, en chauffant et en refroidissant le cylindre à plusieurs reprises, le moteur gaspillait la majeure partie de son énergie thermique plutôt que de la convertir en énergie mécanique.

La vision critique de Watt, arrivée en mai 1765, était de provoquer la vapeur à se condensent dans une chambre séparée en dehors du piston, et pour maintenir la température du cylindre à la même température que la vapeur injectée en lentourant dune «chemise de vapeur». Ainsi, très peu dénergie a été absorbée par le cylindre à chaque cycle, faisant plus disponible pour effectuer un travail utile. Watt avait un modèle fonctionnel plus tard la même année.

Malgré une conception potentiellement réalisable, il y avait encore des difficultés importantes à construire un moteur à grande échelle. apital, dont certains venaient de Black. Un soutien plus substantiel est venu de John Roebuck, le fondateur de la célèbre Carron Iron Works près de Falkirk, avec qui il a maintenant formé un partenariat. Roebuck a vécu à Kinneil House à Bo « ness, pendant lequel Watt a travaillé à perfectionner sa machine à vapeur dans un chalet adjacent à la maison. La coque du chalet, et une très grande partie de lun de ses projets, existent toujours à larrière. .

La principale difficulté résidait dans lusinage du piston et du cylindre. Les métallurgistes de lépoque ressemblaient davantage à des forgerons quà des machinistes modernes et étaient incapables de produire les composants avec une précision suffisante. brevet sur linvention de Watt. À court de ressources, Watt a été contraint de prendre un emploi – dabord comme géomètre, puis comme ingénieur civil – pendant huit ans.

Roebuck a fait faillite et Matthew Boulton, propriétaire de la manufacture Soho, travaille près de Birmingham , a acquis ses droits de brevet. Une extension du brevet à 1800 a été obtenue avec succès en 1775.

Grâce à Boulton, Watt a finalement eu accès à certains des meilleurs ouvriers du fer au monde. La difficulté de la fabrication dun grand cylindre avec un piston bien ajusté a été résolue par John Wilkinson, qui avait développé des techniques dalésage de précision pour la fabrication de canons à Bersham, près de Wrexham, au nord du Pays de Galles. Watt et Boulton ont formé un partenariat extrêmement fructueux, Boulton et Watt, qui a duré les vingt-cinq prochaines années.

Premiers moteurs

En 1776, les premiers moteurs ont été installés et fonctionnaient dans des entreprises commerciales. Ces premiers moteurs étaient utilisés pour alimenter des pompes et ne produisaient quun mouvement alternatif pour déplacer les tiges de pompe au bas de larbre. La conception a été un succès commercial, et pendant les cinq années suivantes, Watt a été très occupé à installer plus de moteurs, principalement à Cornwall pour pomper leau des mines.

Ces premiers moteurs nétaient pas fabriqués par Boulton et Watt, mais étaient réalisé par dautres selon des dessins de Watt, qui a occupé le poste dingénieur-conseil. Le montage du moteur et son shakedown ont été supervisés par Watt, dans un premier temps, puis par des hommes à lemploi de lentreprise. Cétaient de grosses machines. Le premier, par exemple, avait un cylindre dun diamètre denviron 50 pouces et un hauteur totale denviron 24 pieds, et a nécessité la construction dun bâtiment dédié pour le loger.Boulton et Watt ont facturé un paiement annuel, égal à un tiers de la valeur du charbon économisé par rapport à un moteur Newcomen effectuant le même travail.

Le champ dapplication de linvention sest considérablement élargi lorsque Boulton a exhorté Watt à convertir le mouvement de va-et-vient du piston pour produire une puissance de rotation pour le meulage, le tissage et le fraisage. Bien quune manivelle semblait la solution évidente à la conversion, Watt et Boulton ont été bloqués par un brevet pour cela, dont le titulaire, James Pickard, et ses associés ont proposé de concéder des licences pour le condenseur externe. Watt sy est fermement opposé et ils ont contourné le brevet par leur engrenage solaire et planétaire en 1781.

Au cours des six années suivantes, il a apporté un certain nombre dautres améliorations et modifications à la machine à vapeur. Un moteur à double effet, dans lequel la vapeur agissait alternativement des deux côtés du piston en était un. Il a décrit des méthodes pour travailler la vapeur « de manière expansive » (cest-à-dire en utilisant de la vapeur à des pressions bien supérieures à la pression atmosphérique). Un moteur composé, qui connectait deux moteurs ou plus, a été décrit. Deux autres brevets ont été accordés pour ceux-ci en 1781 et 1782. De nombreuses autres améliorations qui ont rendu la fabrication et linstallation plus faciles ont été continuellement mises en œuvre. Lun de ceux-ci comprenait lutilisation de lindicateur de vapeur qui a produit un graphique informatif de la pression dans le cylindre par rapport à son volume, quil a gardé comme secret commercial. Une autre invention importante, dont Watt était le plus fier, était le mouvement parallèle qui était essentiel dans les moteurs à double effet car il produisait le mouvement en ligne droite requis pour la tige de cylindre et la pompe, à partir de la poutre à bascule connectée, dont lextrémité se déplace dans un arc de cercle. Cela a été breveté en 1784. Un papillon des gaz pour contrôler la puissance du moteur et un régulateur centrifuge, breveté en 1788, pour lempêcher de «senfuir» étaient très importants. Ces améliorations prises ensemble ont produit un moteur qui était jusquà cinq fois plus efficace dans sa consommation de carburant que le moteur Newcomen.

En raison du risque dexplosion des chaudières, qui étaient à un stade de développement très primitif, et les problèmes persistants de fuites, Watt a limité son utilisation de la vapeur à haute pression – tous ses moteurs utilisaient de la vapeur à une pression proche de la pression atmosphérique.

Essais de brevets

Edward Bull a commencé la construction moteurs pour Boulton et Watt à Cornwall en 1781. En 1792, il avait commencé à fabriquer des moteurs de sa propre conception, mais qui contenaient un condenseur séparé, et ainsi violé les brevets de Watt. Deux frères, Jabez Carter Hornblower et Jonathan Hornblower Jnr ont également commencé à construire des moteurs à peu près au même moment. Dautres ont commencé à modifier les moteurs Newcomen en ajoutant un condenseur, et les propriétaires de la mine de Cornwall ont été convaincus que le brevet de Watt ne pouvait pas être appliqué. Ils ont commencé à retenir les paiements dus à Boulton et Watt, qui en 1795 avaient chuté. Sur le total £ 21 000 £ (soit 2 190 000 £ en 2019) dus, seulement 2 500 £ avaient été reçus. Watt a été contraint de saisir le tribunal pour faire valoir ses prétentions.

Il a poursuivi Bull pour la première fois en 1793. Le jury a jugé Watt , mais la question de savoir si la spécification originale du brevet était valide ou non a été laissée à un autre procès. Entre-temps, des injonctions ont été prononcées contre les contrevenants, les obligeant à verser les redevances sous séquestre. Le procès sur la détermination de la la validité du cahier des charges qui a eu lieu lannée suivante na pas été concluante, mais les injonctions sont restées en vigueur et les contrevenants, à lexception de Jonathan Hornblower, ont tous commencé à régler leur cas. Hornblower a été rapidement traduit en justice et le verdict des quatre juges (en 1799) était résolument en faveur de Watt. Leur ami John Wilkinson, qui avait résolu le problème de lalésage dun cylindre précis, était un cas particulièrement grave. Il avait érigé une vingtaine de moteurs sans la connaissance de Boulton et de Watts. Ils acceptèrent finalement de régler linfraction en 1796. Boulton et Watt ne recouvrèrent jamais tout ce qui leur était dû, mais les différends furent tous réglés directement entre les parties ou par arbitrage. Ces essais ont été extrêmement coûteux en argent et en temps, mais ont finalement été couronnés de succès pour lentreprise.

Photocopieuse

Avant 1780, il ny avait pas de bon méthode de copie de lettres ou de dessins. La seule méthode parfois utilisée était une méthode mécanique utilisant plusieurs stylos liés. Watt a dabord expérimenté lamélioration de cette méthode, mais a rapidement abandonné cette approche car elle était si lourde. Il a plutôt décidé dessayer de transférer physiquement de lencre du recto de loriginal vers le verso dune autre feuille, humidifiée avec un solvant et pressée sur loriginal. La deuxième feuille devait être fine, de sorte que lencre puisse être vue à travers elle lorsque la copie était tenue à la lumière, reproduisant ainsi exactement loriginal.

Watt a commencé à développer le procédé en 1779 et a fait de nombreuses expériences pour formuler lencre, sélectionner le papier fin, concevoir une méthode pour mouiller le papier fin spécial et fabriquer une presse adaptée à lapplication du pression correcte pour effectuer le transfert. Tout cela a nécessité beaucoup dexpérimentation, mais il a rapidement eu suffisamment de succès pour breveter le procédé un an plus tard. Watt a formé un autre partenariat avec Boulton (qui a fourni le financement) et James Keir (pour gérer lentreprise) dans une entreprise appelée James Watt and Co.La perfection de linvention a nécessité beaucoup plus de travail de développement avant de pouvoir être utilisée par dautres, mais cela a été réalisée au cours des prochaines années. Boulton et Watt ont cédé leurs parts à leurs fils en 1794. Il est devenu un succès commercial et a été largement utilisé dans les bureaux jusquau XXe siècle.

Expériences chimiques

Dès le plus jeune âge Watt était très intéressé par la chimie. À la fin de 1786, alors quil était à Paris, il assista à une expérience de Berthollet dans laquelle il fit réagir lacide chlorhydrique avec du dioxyde de manganèse pour produire du chlore. Il avait déjà découvert quune solution aqueuse de chlore pouvait blanchir les textiles et avait publié ses conclusions, qui ont suscité un grand intérêt chez de nombreux concurrents potentiels. Quand Watt est revenu en Grande-Bretagne, il a commencé des expériences dans ce sens dans lespoir de trouver un processus commercialement viable. Il a découvert quun mélange de sel, de dioxyde de manganèse et dacide sulfurique pouvait produire du chlore, ce que Watt croyait être une méthode moins coûteuse. Il a fait passer le chlore dans une faible solution dalcali et a obtenu une solution trouble qui semblait avoir de bonnes propriétés de blanchiment. Il communiqua bientôt ces résultats à James McGrigor, son beau-père, qui était gradin à Glasgow. Sinon, il a essayé de garder sa méthode secrète.

Avec McGrigor et sa femme Annie, il a commencé à intensifier le processus, et en mars 1788, McGrigor a pu blanchir 1500 mètres de tissu à sa satisfaction. Vers cette époque, Berthollet découvrit le procédé du sel et de lacide sulfurique et le publia pour quil devienne public. Beaucoup dautres ont commencé à expérimenter pour améliorer le procédé, qui présentait encore de nombreuses lacunes, dont la moindre nétait pas le problème du transport du produit liquide. Les rivaux de Watt lont rapidement dépassé dans le développement du procédé, et il a abandonné la course. Ce nest quen 1799, lorsque Charles Tennant a breveté un procédé de production de poudre de blanchiment solide (hypochlorite de calcium) quil est devenu un succès commercial.

En 1794 Watt avait été choisi par Thomas Beddoes pour fabriquer des appareils pour produire, nettoyer et stocker des gaz à utiliser dans la nouvelle institution pneumatique à Hotwells à Bristol. Watt a continué à expérimenter avec divers gaz pendant plusieurs années, mais en 1797 les usages médicaux des « airs factices » étaient arrivés à une impasse.

Personnalité

Watt a combiné la connaissance théorique de la science avec la capacité de lappliquer de manière pratique. Humphry Davy a déclaré de lui « Ceux qui ne considèrent James Watt que comme un grand mécanicien pratique se font une idée très erronée de son caractère ; il était également distingué en tant que philosophe naturel et chimiste, et ses inventions démontrent sa profonde connaissance de ces sciences, et cette caractéristique particulière du génie, lunion de celles-ci pour une application pratique « .

Il était très respecté par dautres hommes éminents de la révolution industrielle. Il était un membre important de la Société lunaire, et était un causeur et compagnon très recherché, toujours intéressé à élargir ses horizons. Ses relations personnelles avec ses amis et partenaires étaient toujours agréables et longues -dernier.

Watt était un correspondant prolifique. Pendant ses années à Cornwall, il écrivait de longues lettres à Boulton plusieurs fois par semaine. Il était opposé à la publication de ses résultats, par exemple, dans les Philosophical Transactions of the Cependant, la Royal Society a préféré communiquer ses idées dans les brevets. Cétait un excellent dessinateur.

Cétait un homme daffaires plutôt pauvre, et surtout détestait les négociations et les conditions de négociation avec ceux qui ont cherché à utiliser la machine à vapeur. Dans une lettre adressée à William Small en 1772, Watt avoua qu «il préférerait faire face à un canon chargé plutôt que de régler un compte ou de négocier». Jusquà ce quil prenne sa retraite, il était toujours très préoccupé par ses affaires financières et était quelque peu inquiet. Sa santé était souvent mauvaise et il souffrait fréquemment de maux de tête nerveux et de dépression.

Soho Foundry

Dans un premier temps, le partenariat a fait le dessin et les spécifications des moteurs, et a supervisé les travaux de montage sur la propriété du client. Ils nont produit presque aucune des pièces eux-mêmes. Watt effectuait la majeure partie de son travail chez lui à Harpers Hill à Birmingham, tandis que Boulton travaillait à la manufacture Soho. Peu à peu, les partenaires ont commencé à fabriquer de plus en plus de pièces et, en 1795, ils ont acheté une propriété à environ un mile de là. de la manufacture Soho, sur les rives du canal de Birmingham, pour établir une nouvelle fonderie pour la fabrication des moteurs. La fonderie Soho a officiellement ouvert ses portes en 1796 à une époque où les fils de Watt, Gregory et James Jr. étaient fortement impliqués dans la gestion de lentreprise. En 1800, année de la retraite de Watt, la firme fabriqua un total de 41 moteurs.

Années ultérieures

Watt a pris sa retraite en 1800, la même année que son brevet fondamental et son partenariat avec Boulton expiré. Le célèbre partenariat a été transféré aux fils des hommes, Matthew Robinson Boulton et James Watt Jr. William Murdoch, ingénieur de longue date, a rapidement été nommé associé et la société a prospéré.

Watt a continué à inventer dautres choses avant et pendant sa semi-retraite. Dans sa maison de Handsworth, dans le Staffordshire, Watt a utilisé une mansarde comme atelier, et cest ici quil a travaillé sur plusieurs de ses inventions. Entre autres, il a inventé et construit plusieurs machines à copier des sculptures et des médaillons qui fonctionnaient très bien, mais quil na jamais brevetées. Lune des premières sculptures quil a produites avec la machine était une petite tête de son vieil ami professeur Adam Smith. Il a maintenu son intérêt pour le génie civil et a été consultant sur plusieurs projets importants. Il a proposé, par exemple, une méthode pour construire un tuyau flexible à utiliser pour pomper de leau sous la Clyde à Glasgow.

Lui et sa deuxième femme ont voyagé en France et en Allemagne, et il a acheté un domaine au milieu -Wales à Doldowlod House, un mile au sud de Llanwrthwl, quil a beaucoup amélioré.

En 1816, il a fait un voyage sur le bateau à aubes Comet, un produit de ses inventions, pour revisiter sa ville natale de Greenock .

Il mourut le 25 août 1819 à son domicile « Heathfield Hall » près de Handsworth dans le Staffordshire (maintenant partie de Birmingham) à lâge de 83 ans. Il fut enterré le 2 septembre dans le cimetière de St Mary  » s Church, Handsworth. Léglise a depuis été agrandie et sa tombe se trouve maintenant à lintérieur de léglise.