Une machine à vapeur est un moteur qui utilise de la vapeur pour se propulser. C’est l’un des moteurs les plus anciens, datant d’environ 2,000 ans. Le moteur a joué un rôle important dans la révolution industrielle et, dans le monde moderne, il représente plus de la moitié de l’électricité dans le monde entier.
Une machine à vapeur se compose essentiellement de deux parties : un moteur et un générateur de vapeur. Un moteur peut également inclure des condenseurs pour collecter la vapeur et la renvoyer sous forme d’eau au système, des surchauffeurs pour permettre à la vapeur d’atteindre des températures qu’elle n’atteindrait pas naturellement et des pompes pour fournir un débit d’eau constant. Traditionnellement, la chaleur était fournie en brûlant quelque chose, généralement du bois ou du charbon, dans une boîte à vapeur. Dans les temps modernes, cette chaleur peut plutôt être fournie en captant la chaleur géothermique ou en créant des réactions nucléaires et en capturant la chaleur de ce processus.
Hero of Alexandria a décrit la première machine à vapeur connue au 1er siècle. Ce type n’a été utilisé pour aucune sorte de production d’électricité réelle, mais a plutôt servi de modèle pour découvrir les propriétés de la vapeur elle-même. Certaines des expériences les plus approfondies impliquant la vapeur ont été réalisées par Giovanni Brance au début du XVIIe siècle et Taqi al-Din au milieu du XVIe siècle.
À la fin du XVIIe siècle, Thomas Savery crée la première machine à vapeur vraiment pratique. Il s’en servait pour alimenter des pompes à eau qui, malgré quelques défauts, étaient utilisées de manière limitée dans les opérations minières. En moins de deux décennies, Thomas Newcomen a inventé une version encore plus utile, qui a vu une utilisation beaucoup plus large des mines drainantes. Peu de temps après, James Watt a énormément amélioré l’efficacité du moteur de Newcomen, en créant un qui fonctionnait environ 17% de plus pour la même quantité de charbon.
La machine à vapeur de Watt était une étape énorme dans le progrès de la révolution industrielle. Avant cela, les usines devaient être construites à côté des rivières pour alimenter les roues hydrauliques. L’invention de Watt signifiait que les usines pouvaient être construites n’importe où, de sorte que le cœur de la révolution industrielle pouvait se propager largement et rapidement.
Au 19ème siècle, la machine à vapeur a été considérablement rétrécie et rendue encore plus efficace. Cela signifiait qu’il pouvait en fait être placé sur un véhicule, ce qui a conduit à un transport à vapeur plutôt excentrique pendant une brève période à l’époque victorienne.
La machine à vapeur la plus emblématique est probablement celle d’une locomotive à vapeur. Il s’agit d’un moteur relativement inefficace, car la majeure partie de la chaleur perdue est simplement évacuée dans l’atmosphère et une petite partie de l’eau est récupérée, mais il s’agissait néanmoins d’une utilisation majeure de la puissance de la vapeur pendant de nombreuses années. Dans les temps modernes, les gens sont beaucoup plus susceptibles d’en trouver un dans le cadre d’une centrale électrique. L’énergie est générée, souvent par la combustion du charbon ou une réaction nucléaire, et cette énergie thermique est ensuite transmise à l’eau, qui est transformée en vapeur surchauffée. Cette vapeur fait ensuite tourner des turbines qui produisent de l’électricité. Bien que beaucoup de gens pensent que les moteurs à vapeur appartiennent au passé, ils sont en fait le principal moteur du monde moderne, et beaucoup de travail est consacré au développement de nouvelles avancées et à des améliorations de l’efficacité.