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Cette page est le résultat des recherches d'un groupe d'élèves de l'INSA Lyon. Elle a pour but de retracer la trajectoire d'une invention, ici la machine à vapeur, dans le temps et au sein des sociétés. Cette page cherche à expliquer en quoi la machine à vapeur a déclenché un changement de paradigme au travers des aspects technologique, économique, sociétal et artistique.

Trajectoire de la machine à vapeur

Trajectoire de la machine à vapeur : nombre de machines utilisées en fonction du temps

Les premières inventions, histoire et fonctionnement

Schéma vue en coupe du piston de Papin. Inventé en 1681, il utilise la vapeur pour déplacer de lourdes charges

Schéma vue en coupe d'une machine de Savery.

Schéma vue en coupe d'une machine de Newcomen

Schéma simplifié du fonctionnement d'une machine de Watt

Pour une chronologie plus détaillée, voir Chronologie détaillée de la machine à vapeur

L’histoire de la machine à vapeur remonte au 1^er siècle après J-C lorsqu’un Grec du nom d’Héron d’Alexandrie fabrique l’éolipyle, une sphère qui tourne autour d’elle-même grâce à la production de vapeur. Son invention présente très peu d'utilité à l'époqueet les recherches sur la vapeur ne sont guère allées plus loin avant la fin du XVII^ème siècle.

Le piston de Papin (1681)

En 1681, le médecin français Denis Papin invente une machine semblable à un piston. Le principe de fonctionnement est simple : faire chauffer de l’eau dans un cylindre contenant un piston. La vapeur créée pousse alors le piston vers le haut jusqu’à un loquet qui permet de verrouiller sa position. La vapeur est ensuite refroidie, se condense, générant ainsi une dépression dans le cylindre. Lorsque le loquet est déverrouillé, le piston redescend violemment au fond du cylindre. Cette machine permettait entre autres de soulever de lourdes charges ou de pomper de l’eau.

La machine de Savery (1689)

Peu de temps après, l’ingénieur anglais Thomas Savery crée en 1689 une pompe qu’il nomme « Miners‘ friend ». Celle-ci sert à évacuer l’eau des mines de charbon. La machine fonctionne sans piston : en première phase, la vapeur exerce une pression sur la surface de l'eau pour l'expulser vers le haut. En seconde phase, le récipient contenant la vapeur est refroidi : la dépression créée par la condensation de la vapeur aspire l'eau à pomper qui remplit le récipient. La machine de Savery fonctionne ainsi en 2 temps. Son utilisation reste pourtant limitée à des profondeurs inférieures à 60 mètres car les joints du XVII^ème siècle ne supportaient pas des conditions de pressions plus importantes.

La pompe de Newcomen (1712)

En 1712, Thomas Newcomen s'inspire des travaux de Papin et Savery pour mettre au point une machine dotée d'un piston et d'un balancier permettant de pomper l'eau des mines inondées: la pompe à feu. Le piston a une action motrice uniquement lors du refroidissement. Lorsque le piston est aspiré vers le bas, il actionne le balancier. Celui-ci retourne à sa position initiale grâce à des contrepoids, en même temps que la vapeur remplit le piston. Un mouvement vertical continu est ainsi généré. L'invention connait un succès tel qu'en 1733, 104 de ces pompes étaient installées dans toutes les mines d'Angleterre. La machine a malheureusement un rendement très faible car le piston doit être refroidi à chaque cycle, ce qui entraîne d’importantes pertes thermiques et une grande consommation de charbon.

La machine à vapeur de Watt (1769 - 1800)

En 1764, James Watt, alors qu’il restaure une machine de Newcomen, a l’idée de condenser la vapeur d’eau dans un cylindre différent du piston afin de réduire les pertes d’énergies et d'augmenter le nombre de cycle par minute. Il fait breveter son invention et s’associe avec l’industriel Matthew Boulton en 1769. Il apporte alors de nombreuses modifications à la machine de Watt pour la rendre de plus en plus performante :

• En 1781, il invente et fait breveter l’engrenage épicycloïdal, alternative au système bielle-manivelle alors protégé par un brevet, pour transformer le mouvement rectiligne du piston en mouvement circulaire.
• En 1784 il met au point sur sa machine le piston à « double effet ». La vapeur est injectée alternativement, grâce à un système de soupapes, de part et d’autre du piston afin que sa montée et sa descendante soient toutes les deux motrices. Ainsi Watt double l’efficacité de sa machine. Il crée aussi le « parallélogramme de Watt », un dispositif géométrique permettant de transmettre le mouvement rectiligne du piston au balancier dont le mouvement décrit un arc de cercle.
• En 1788, Watt invente le régulateur à boule. Plus la machine de Watt tourne vite, plus les boules du régulateur s'élèvent et réduisent le débit d'entrée de vapeur dans le piston. Il permet ainsi d’éviter que la machine ne s’emballe et de garder une vitesse de fonctionnement constante.

Entre 1776 et 1800, date à laquelle ses brevets expirent, Watt et son associé Boulton vendent 500 machines et détiennent le monopole dans ce secteur émergeant. Après 1800, de nombreuses entreprises s’inspirent de la machine de Watt et y apportent des améliorations. La machine de Watt est l'étincelle qui déclenche la révolution industrielle, d’abord en Angleterre, puis en Europe et dans le monde entier.

Développement 1806-1880

Si au tout début de son invention la machine à vapeur est principalement utilisée pour pomper l’eau dans les mines, les améliorations apportées par Watt permettent de diversifier son utilisation. En 1800, lorsque son brevet de la machine à vapeur devient public, les différentes améliorations et innovations peuvent se développer et l'utilisation de la machine croît de façon exponentielle (passant de 15 000 machines utilisées au Royaume-Uni en 1830 à 2 millions en 1880).

Les différentes innovations

L’arrivée de la machine à vapeur dans l’industrie va provoquer une explosion de la production par la mécanisation. Des machines comme le métier à tisser, les locomotives et bateaux à vapeur permettent une révolution dans la production et le transport.

On peut regrouper les grandes innovations de l’époque dans quatre domaines : le textile, la sidérurgie, l’agriculture et les transports.

Le textile

Métier à tisser mécanique

Diverses inventions et innovations entre 1733 et 1785 conduisent au premier métier à tisser mécanique et à vapeur par Edmund Cartwright au Royaume-Uni. Rapidement adoptée dans l’industrie textile, cette machine permet à un ouvrier la fin du XVIII^ème siècle de produire « en une journée autant que 400 artisans avec un rouet quarante ans plus tôt ». Le Royaume-Uni fait importer le coton de ses diverses colonies et « l’industrie textile représente alors 8% du PIB début XIX^ème contre 1% un siècle plus tôt ».

La sidérurgie

Si au début de son utilisation la machine à vapeur n’est pas directement utilisée dans la sidérurgie, elle en est néanmoins très dépendante car la plupart des matériaux utilisés pour construire ces machines sont directement issue de cette industrie. Durant le XVIII^ème siècle, de nouveaux métaux sont introduits et leur production explose grâce à de nouveaux procédés comme le puddlage (production d’acier en ajoutant au fer une faible quantité de carbone, inventé par Henry Cort). Rapidement, la production de fer « est multipliée par six entre 1788 et 1815 alors que, dans le même temps, les coûts sont divisés par deux ». Ainsi, la Grande-Bretagne représente 52% de la production de fer en 1840.

L’agriculture

Charrue à vapeur, 1867

Le secteur agricole se mécanise. En 1784, Andrew Meikle invente la batteuse mécanique pour les céréales et l’utilisation des premières charrues à vapeur (tirées par une locomotive) permet d’augmenter les rendements et de diminuer le temps de labourage. Dès 1850, l’utilisation de la machine à vapeur devient indispensable. Ainsi, révolution agricole et révolution industrielle sont liées.

Gravure d'un bateau à vapeur, 1827

Les transports

La machine à vapeur est récupérée pour être utilisée dans quasiment tous les transports. Dans le transport maritime avec les premiers bateaux à vapeur en 1806 par Robert Fulton aux États-Unis ; mais aussi dans les transports terrestres avec les premiers véhicules à vapeur en 1769 par Nicolas-Joseph Cugnot, et surtout la locomotive à vapeur en 1804. Dès 1830, les steamers mettent 10 jours de moins que les voiliers pour réaliser le trajet Londres-New-York.

Zoom sur les transports : exemple du chemin de fer

Un nouveau mode de transport

L'utilisation de la machine à vapeur dans les transports entraîne des changements radicaux en termes de quantités transportées, et surtout en termes de rapidité. Un simple exemple du voyage d'un train de marchandise entre Paris et Lille permet de comprendre l'impact énorme du chemin de fer sur les échanges : une locomotive nécessite 1 tonne de charbon et voyage durant deux à quatre heures. En comparaison il fallait 18 diligences et 450 chevaux pour transporter les mêmes quantités durant deux jours. Les possibilités physiques et la puissance de la locomotive à vapeur sont véritablement une révolution pour l'époque.

C’est avec la locomotive que naît le chemin de fer. Issue d’un pari, la première locomotive à vapeur est mise au point par Richard Trevithick en 1804 au Royaume Uni. A l'origine, on cherche à améliorer le transport des marchandises lourdes mais pas des voyageurs. En effet, la population craint les chaudières à cause de leurs forts risques d'explosion. La vitesse des locomotives fait également peur.

La "fusée", une des premières locomotives à vapeur

La « fusée » de George et Robert Stephenson en 1829 s’impose comme la première locomotive à être utilisée à grande échelle. Bien améliorée, elle roule à 56 km/h, mesure environ 2 mètres de long, et utilise une chaudière tubulaire qui multiplie par quatre la production de vapeur. Elle remporte le concours Rain Hill à l’origine de la première ligne de chemin de fer de Liverpool-Manchester. Cette ligne relie une ville portuaire à une ville industrielle et a donc pour but de faciliter les échanges.

Évolution et création des lignes de chemin de fer en France

Les lignes de chemins de fer permettent de diminuer les coûts de transports de marchandises au détriment des marchandises transportées par voie terrestre (à cheval) ou fluviale. De plus le gain de temps et les intérêts économique et militaire entretiennent le développement des chemins de fer en Europe puis aux États-Unis. Ce dernier étant un pays beaucoup plus grand, l'importance du chemin de fer est primordiale dans l'histoire étatsunienne. Les premiers trains transcontinentaux sont une révolution : ils permettent de relier la côte ouest et la côte est en "six jours au lieu de plusieurs mois" . Ils relient l'ouest plutôt agricole à l'est plus industrialisé. Demandés par le Président Abraham Lincoln en 1862, les Pacific railroad acts lancent la construction du premier train transcontinental de Omaha à Sacramento. En pleine guerre de sécession, l'intérêt est de pouvoir déplacer rapidement les troupes militaires. Le chemin de fer permet aussi aux étatsuniens de mieux apprivoiser leur immense territoire : grâce à la conquête de l'ouest, ce dernier permet la découverte et le désenclavement de certaines régions.

Aux États-Unis comme en Europe, le développement des lignes de chemin de fer dessinent « la géographie économique et sociale des pays » . En effet, puisque le transport est facilité, le développement économique du pays est directement lié au développement du chemin de fer. Le train permet de multiplier par 10 la vitesse des transports et par 100 les charges remorquées alors que le rendement total de la machine n'est que de 5%. Le développement du chemin de fer est concomitant avec celui de la production d'acier qui servait de matière première à tous les équipements du chemin de fer (rails, locomotives, wagons...).

Si la locomotive n’était au début qu'un "nouveau mode de roulement, elle a développé tout un « système de transport » : gares, signalisation, corps de métiers…"

Approche économique

Approche économique du chemin de fer en France entre 1850 et 1870

Approche économique du chemin de fer au Royaume-Uni entre 1850 et 1870

Il est intéressant de faire le parallèle entre le développement du chemin de fer en France et au Royaume-Uni car il est fortement influencé par le système économique du pays. En effet, le libéralisme anglais permet un développement facile et rapide (on compte plus de 75 entreprises de chemin de fer en 1850), l'État ne légifère pas et laisse les entreprises se développer. En parallèle, en France à la même époque, il n'y a que 6 grandes entreprises qui se partagent le territoire. Les voies de chemin de fer sont décidées par l'État qui organise les grands projets de construction (suite à la charte du 11 juillet 1842). Ainsi, le réseau français se construit plus lentement mais est mieux organisé, alors qu'au Royaume-Uni, la prolifération des voies de chemin conduit à un réseau quelque peu désordonné.

Modification des villes

L’espace urbain est redéfini avec l’apparition de la machine à vapeur. Avant celle-ci, la puissance fluviale dominait le monde du transport. Le développement de la machine à vapeur en tant que moteur amovible a considérablement fait progresser le transport terrestre. Les villes ont ainsi pu s’étendre dans les terres et des banlieues sont apparues. En effet, les lieux d’habitation ont été séparés des lieux de travail. Les métiers à tisser, par exemple, ont été réunis dans les usines sur des chaînes de production. Le seuil des 50% de citadins est atteint dans l’ensemble des pays industrialisés entre 1850 et 1940. Les habitations urbaines, bien que médiocres, présentent des loyers très élevés. De nombreuses maladies comme le choléra apparaissent à cause du manque d’hygiène et l’espérance de vie diminue. Les industries se trouvent dans le centre-ville et les travailleurs doivent effectuer le trajet entre la banlieue et la ville deux fois par jour. Ceci lance donc le début de la grande synchronisation des modes de vie.

La grande synchronisation

Une nécessité

Horloge de Greenwhich, utilisée comme horaire de référence

Jusqu’au milieu du XIX^e siècle, la seule heure standard valide est l’heure locale. Chaque ville a sa propre heure et il y a donc plusieurs heures locales non coordonnées entre elles. De plus, la façon de mesurer le temps n'est pas encore universelle (calendrier solaire, temps–horloge...). Avant cette révolution des transports, ces différences ne posent pas de problèmes car les contacts entre population sont très limités et ne néessitent pas de synchronisation. C’est au moment de l’introduction du transport ferroviaire, qui touche un grand nombre de personnes, que « le besoin d’un temps standard uniforme supra-local devient décisif ».  Le chemin de fer impose une synchronisation car  « la ponctualité et l’exactitude du temps »sont nécessaires pour cheminots et voyageurs. Alors que quelques minutes de retard n’avaient aucune influence sur un trajet, à partir de ce moment, cela suffit à rater un train ou un bateau. L’augmentation des voies de communication et donc des échanges permet aux communautés de se rendre compte de leur absence de coordination temporelle et surtout du besoin de se synchroniser. Un exemple de cette synchronisation est l’adoption du méridien de Greenwich pour l’heure de référence. Au Royaume Uni, en « 1840 seulement la compagnie Great Western Railway utilisait le méridien comme référence, alors qu’en 1955, ce sont 98% des horloges publiques de Grande-Bretagne qui l’utilisent. » C’est bien le chemin de fer qui induit cette synchronisation : aux États-Unis (pays beaucoup plus grand que le Royaume-Uni et donc qui a beaucoup plus de mal à se synchroniser) des conventions sont organisées par les compagnies de chemin de fer pour régler les problèmes d’horaires différentes. Naît ainsi l’idée des fuseaux horaires et en « mars 1918, le congrès des États-Unis adopte le Standard time Act ».

Un mode de vie différent

Cette évolution drastique des moyens de transport va donc bouleverser la société. Le rapport de l’Homme au temps et à la vitesse commence à changer à cette époque, en parallèle de la notion de progrès qui aujourd’hui représente « l’idée d’aller toujours plus vite vers un avenir meilleur ». Les activités et les voies de communications se multiplient, les transports et communications s'accélèrent. Aujourd'hui, on peut suivre le trajet d’une marchandise de son site de production à la réception, en passant par tous les lieux par lesquels elle a transité. Quand cette marchandise arrive en gare ou au port, il faut que le livreur soit là pour la réceptionner dans l’heure, sinon toute la chaîne du temps est perturbée. Tout est soumis à l’impérieux contrôle de la chronologie. Il faut arriver à l'heure au travail, réaliser une tâche dans un temps bien défini, être synchronisé avec les médias pour recevoir les informations en temps réel... Ainsi les Hommes ont du standardiser leur horaires et se synchroniser pour échanger et communiquer toujours plus et plus rapidement.

Impact socio-économique

Machinisme agricole de Rousseau

La révolution industrielle

La machine à vapeur est une des inventions au cœur de la première révolution industrielle. Le passage de l’utilisation de la force physique à l’industrialisation permet de décupler les capacités humaines. La machine s'implante dans le secteur de l’industrie avec les métiers à tisser qui remplacent le travail manuel. L’agriculture subit aussi des modifications avec l’apparition de la machine à vapeur : les charrues sont remplacées par des tracteurs à vapeur et la mécanisation progressive réduit de manière importante les besoins en main-d’œuvre dans les zones rurales. Cette mécanisation se fait lentement à cause du coup élevé des machines à vapeur, mais aussi à cause de la maintenance et de l’entretien de ces machines qui nécessitaient un savoir-faire important. Il faut donc attendre un fort exode rural pour avoir accès des terrains plus grands et donc rentabiliser l’utilisation de ces machines qui coûtent cher. L’utilisation de la machine devient indispensable dans l’agriculture à partir de 1850.

L'artisanat disparaît petit à petit au profit de l’industrialisation qui produit à bas prix. Une fois ces différents produits sur le marché, les consommateurs achètent en fonction des prix et les artisans se retrouvent au chômage car ils n’arrivent pas à vendre leurs produits. Des nouvelles techniques de fabrication de l’acier et de la fonte (la métallurgie), ainsi que la mécanisation du métier à tisser dans les usines, créent des emplois pour la maintenance ou la création de ces machines. Le nombre de mineurs augmente fortement pour répondre à la demande grandissante en charbon.

Les conditions de travail

Le nombre d’ouvriers connait une forte augmentation mais leurs conditions de travail sont très difficiles, les salaires maigres et les accidents de travail fréquents. Les journées de travail atteignent les 12 heures en moyenne et les congés n’existent pas. Les ouvriers subissent des gros pics de chômage qui peuvent concerner jusqu’à 25% de la population, comme cela a eu lieu en 1932 en Angleterre. Le travail dans les mines pouvait avoir des conséquences dramatiques, ce qui poussait les femmes et les enfants à travailler dans l’industrie eux aussi. Ils représentaient une main d’œuvre très bon marché. En effet, en 1914, le salaire horaire des femmes était encore égal à la moitié de celui des hommes. Donc on peut dire que l’utilisation des machines dans les usines a permis d’augmenter la production et de diminuer les coûts.

De nombreuses lois discriminatoires pour les ouvriers ont été signées dans le début du XIX^e siècle. En 1803, le livret ouvrier apparaît. Il concentre des informations sur l’emploi et le comportement de l’ouvrier et le suivra tout le long de son parcours salarial. Puis en 1804, le code civil donne raison au patron en cas de désaccord avec son employé. De nombreuses révoltes ouvrières ont lieu pour améliorer leurs conditions de travail mais les lois précédentes ainsi que les livres noirs qui centralisent les noms des ouvriers qui se sont révoltés depuis 1799 permettent aux patrons d’étouffer rapidement les élans de révolte.

L'apparition de grandes révoltes

Chartist meeting, Kennington Common.

Un mouvement de révolte important, le chartisme, est apparu en 1838 au Royaume-Uni pour défendre les classes populaires. Le contexte politique a poussé à la création de ce mouvement politique ouvrier. En effet, 6 ans plus tôt, une réforme électorale a établi un système électoral censitaire (seules les personnes qui payaient des impôts dépassant un certain seuil pouvaient voter). Le chartisme exposait alors 6 revendications majeures dont le suffrage universel masculin à partir de vingt et un ans, l'éligibilité de tous les citoyens, une élection du Parlement annuelle ou encore le scrutin secret. Malheureusement, le mouvement repose sur un prolétariat qui est très différencié par son mode de vie et ses revenus, ce qui va alors nuire à son unité et à sa force. Ainsi, en 1848, une dernière révolte a marqué la fin du chartisme. Leurs revendications ont finalement été satisfaites avant 1914 par une série de réformes successives. Ce mouvement a malgré tout été à l'initiative de l'apparition des syndicats qui existent aujourd'hui encore.

Les organisations de travail

Le travail des hommes en usine va donner naissance à des nouvelles formes d’organisation du travail telles que le taylorisme et le fordisme, qui sont tous deux des OST (Organisation Scientifique du Travail), et qui ont pour objectif d’augmenter la productivité de travailleurs en attribuant à chaque travailleur une tache précise à exécuter et le travail à la chaîne. Bien que réunies dans l’OST, ces deux organisations diffèrent l’une de l’autre, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients.

La création de classes sociales

L’industrie provoque l’apparition de nouvelles classes sociales : la bourgeoisie qui s’enrichit grâce à leurs usines et le prolétariat qui détruit sa santé dans des conditions de travail atroces. Les classes ouvrières après de nombreuses révoltes obtiennent le droit de grève en France en 1864. De nombreux syndicats se forment ensuite pour demander une augmentation des salaires et une baisse des temps de travail. Un nouveau type de grève apparaît : la « grève sur la tas ». Elle correspond à une occupation pacifique des usines et est un moyen très efficace de pression sur le patronat.

Zoom vers aujourd'hui

Au début du XX^ème siècle, avec l’apparition du moteur à combustion et de la turbine à vapeur, une période de croissance est notable et les conditions de travail des ouvriers s'améliorent. Le pouvoir d’achat a ainsi été multiplié par 2 entre 1840 et 1940 en France. Ensuite l’État va, à partir de lois, contribuer à l’amélioration des conditions de vie de l’ouvrier. Ces mesures comprennent la diminution du temps de travail journalier et l’apparition des premières assurances chômages ou vieillesse.

L'Angleterre une surpuissance

L’Angleterre affirmait sa réelle suprématie sur le monde en concentrant de grandes productions internes dans le domaine de la métallurgie ou du textile. Les nombreuses colonies démontraient la surpuissance de ce pays et permettaient aussi de satisfaire les besoins alimentaires de la population européenne grandissante. Les apports correspondaient au départ à des produits de luxe comme le thé, le café ou le cacao puis face à la population toujours en augmentation des produits de consommation primaire ont aussi été importés. Tous ces échanges ont alors permis de créer les premières routes commerciales. L’échange international s'est alors imposé au centre de la société.

La puissance des brevets

Fort de son rayonnement mondial, l'Empire britannique a mis en place une politique tournée vers l'innovation et l'industrialisation. En effet, une politique des brevets a été mise en place. "Même si l'histoire du brevet d'invention s'inscrit dans la longue durée[...],le XIXe siècle s'affirme comme le siècle du brevet. Le modèle britannique, renforcé par le développement d'une idéologie du droit naturel, inspire l'adoption des lois françaises de 1791 qui, à leur tour, favorisent l'apparition de réglementations nouvelles à l'échelle du continent." Innover et posséder des brevets permet de renforcer sa puissance et d'être en avance sur les puissances concurrentes tout en gardant de manière exclusive les procédés industriels.

L'exposition de 1851 comme démonstration de la puissance britannique

Crystal Palace at the Great Exhibtion of London, 1851

En 1851, l'Empire britannique organise l'Exposition universelle de Londres connue sous le nom de The Great Exhibition of the Works of Industry of All Nations. L'exposition est organisée par l'époux de la reine le Prince Albert et Henry Cole un entrepreneur britannique. Lors de cette exposition les différents pays du monde ont pu présenter leurs innovations technologiques. La moitié des exposants est tout de même britannique. Cette exposition est le symbole de la puissance britannique et du progrès technique industriel. Le Royaume-Uni a utilisé l'exposition comme vitrine de ses avancées technologiques.

L'objet phare de cette exposition était la machine à vapeur et les différentes utilisations de cette dernière dans l'industrie. Cela a permis de faire découvrir les nombreuses possibilités de la machine à vapeur, mais aussi de familiariser les visiteurs à cette nouvelle machine qu'ils ne connaissent pas encore très bien. Le prix du billet étant cependant relativement élevé, seuls les britanniques les plus aisés ont pu se procurer des places.

Représentations artistiques de la machine à vapeur

On trouve dans les arts de nombreuses représentations de la machine à vapeur à la fin du XIX^ème et au début du XX^ème siècle. Que ce soit dans la peinture, la musique ou encore la littérature, la machine à vapeur a inspiré de nombreux artistes. Ces œuvres sont la preuve de la place centrale de la machine à vapeur à l’époque et ont contribué à implanter durablement la machine à vapeur dans l'imaginaire collectif.

La peinture

Claude Monet (1840 - 1926), La Gare Saint-Lazare, arrivée d'un train, 1877

La peinture permet de rendre compte de l'importance qu'avait pris la machine à vapeur dans le quotidien des hommes lors du développement de la machine à vapeur. Elle s'est en effet rapidement imposée comme un outil indispensable dans l'industrie. Elle s'est répandue rapidement grâce à ses champs d'applications très variés. Les tableaux comme ceux de Claude Monet montrent la place qu'avait pris la machine dans la vie des hommes comme par exemple la série de tableau dans la gare Saint Lazare. Prenons l'exemple du tableau Gare Saint-Lazare, arrivée d'un train. On peut y voir des locomotives à vapeur entrant dans la gare et un panache de fumée au-dessus de celles-ci. On observe au premier plan un homme qui travaille dans la gare et à gauche du tableau des voyageurs qui attendent ou descendent du train. A l'arrière plan, on aperçoit la ville de Paris reconnaissable à son architecture caractéristique.

Ce tableau montre que la locomotive à vapeur s'est implantée dans le quotidien des hommes. Leurs vies s'articulent désormais autour de la machine que ce soit celles des cheminots, des miniers ou encore des voyageurs. De plus, le mouvement de Claude Monet est l'impressionnisme. Il s'agit d'un mouvement artistique de la deuxième partie du XIX^e siècle caractérisé par une volonté de représenter le quotidien, comme on peut le voir au travers des autres œuvres de Claude Monet. Cela laisse à penser que les représentations de la gare de Monet sont fidèles à la réalité et sont révélatrices de la place de la machine à vapeur dès la fin du XIX^e siècle.

La musique

Le compositeur danois Hans Christian Lumbye est un compositeur de valses, polkas et mazurkas. Il était très connu au Danemark et était souvent présenté comme l'équivalent de Strauss au Danemark. Il a notamment composé une musique intitulée Galop du train à vapeur de Copenhague en 1847. Elle reconstitue l'ambiance sonore d'une locomotive arrivant en gare puis repartant. On peut entendre les sifflets dans la gare et le bruit caractéristique des roues qui tournent. Il n'est pas anodin que Lumbye ait choisi de retranscrire les sons d'une locomotive à vapeur. Cela signifie que la locomotive a été une source d'inspiration pour lui. Non seulement la machine à vapeur transforme la vie des hommes par les services qu'elle rend mais elle influence aussi l'art. Toute la population est touchée par les applications de la machine à vapeur, qu'il s'agisse des ouvriers ou des intellectuels.

La littérature

La littérature a contribué à la diffusion de la machine à vapeur. Par exemple, Jules Verne, auteur français emblématique du XIX^e siècle, avec son roman Le Tour du monde en quatre-vingts jours publié en 1877. C'est un exemple de représentation artistique de la machine à vapeur, en particulier de la locomotive à vapeur. Pour citer Jules Verne :

"Peu ou point de tunnels, ni de pont sur le parcours. Le rail-road contournait le flanc des montagnes, ne cherchant pas dans la ligne droite le plus court chemin d’un point à un autre, et ne violentant pas la nature."

Dans cet extrait, l'auteur vante la locomotive à vapeur. Il présente la locomotive comme un moyen de transport respectueux de l'environnement et véhicule ainsi une image méliorative de la machine à vapeur. Toutefois, d'autres auteurs, comme Émile Zola, vont avoir un avis plus tranché sur la locomotive à vapeur. Dans sa série de roman Les Rougon-Macquart, Zola décrit la locomotive de manière monstrueuse. Il a recours à de nombreuses métaphores et personnification de la locomotive La Lison dans le roman La Bête humaine. De même dans le roman Germinal Zola décrit de façon assez péjorative les conditions de travail des mineurs à l'époque.

"Il ne comprenait bien qu’une chose : le puits avalait des hommes par bouchées de vingt et de trente, et d’un coup de gosier si facile, qu’il semblait ne pas les sentir passer. Dès quatre heures, la descente des ouvriers commençait. Ils arrivaient de la baraque, pieds nus, la lampe à la main, attendant par petits groupes d’être en nombre suffisant. [...] Et c’était dans les berlines vides que s’empilaient les ouvriers, cinq par cinq, jusqu’à quarante d’un coup, lorsqu’ils tenaient toutes les cases. Un ordre partait du porte-voix, un beuglement sourd et indistinct, pendant qu’on tirait quatre fois la corde du signal d’en bas, « sonnant à la viande », pour prévenir de ce chargement de chair humaine."

Les médias

Affiche machine à vapeur verticale, 1878, Source gallica.bnf.fr / Bibliothèque nationale de France

Les médias ont eux aussi participé à la diffusion de la machine à vapeur. On peut trouver des articles promouvant la machine à vapeur dans le journal l'Illustration, un magazine hebdomadaire illustré français. Par exemple, le journal a publié en 1864 un article sur les machines à vapeur horizontales. Les journalistes promeuvent la machine et vantent ses mérites dans le domaine de l'agriculture. Ce type d'article est une excellente publicité pour la machine à vapeur étant donné que le journal l'Illustration est un des journaux français les plus lus à l'époque. Les journaux n'étaient pas les seuls moyens de mettre en valeur la machine à vapeur. Les affiches publicitaires étaient elles aussi un bon intermédiaire pour favoriser l'implantation de la machine à vapeur. Sur l'affiche ci-contre on peut voir que l'entreprise J.Hermann-Lachapelle fait de la publicité pour sa machine à vapeur verticale.

Les médias ont ainsi contribué à la diffusion de la machine à vapeur, vantant les mérites et ses diverses applications. Les médias ont permis à la machine à vapeur de s'implanter dans d'autres domaines que l'industrie comme l'agriculture.

Conséquences environnementales et sanitaires

Pollution atmosphérique

Claude Monet (1840 -1926), Les charbonniers dit aussi Les déchargeurs de charbon, vers 1875

Le développement de l’industrie urbaine grâce à la machine à vapeur a eu de graves conséquences environnementales. En effet, la combustion nécessaire à la production de vapeur rejetait de grandes quantités de fumées et par conséquent beaucoup de composés polluants. On observe dans les villes industrielles, telle que Londres, des colonnes de fumée dans le ciel. Ces fumées sont la preuve de l’essor industriel mais aussi de la pollution atmosphérique. Les nuages de fumée étaient visibles à Londres et connus sous le nom de smog. Celui-ci était responsable de nombreuses maladies comme le choléra, la typhoïde et le typhus. La pollution dû à ce smog était si grave qu’en 1873, il a causé la mort de 700 londoniens en l’espace d’une journée. Cette forte pollution a aussi conduit à l’apparition de pluies acides.

Eugen Bracht (1842 - 1921), Usine Hoesch à Dortmund, 1907

Les nuages noirs sortant des cheminées des usines sont très présents dans l’art et dans les représentations des villes industrielles dans les années 1870 à 1890 et au-delà. Par exemple, le tableau de Claude Monet Les charbonniers représente l’atmosphère saturée des villes industrielles. On y voit des ouvriers débarquant du charbon sur les quais de Seine. On peut apercevoir à l’arrière plan les usines fumantes. On constate aussi que le ciel a une teinte sombre, comme voilé par la pollution. Monet appartenant au mouvement impressionniste, on peut penser qu'il s'agit d'une représentation assez fidèle de la réalité des quais de Seine vers 1875. Il existe aussi d’autres représentations du ciel voilé et des colonnes de fumée fin XIX^e siècle et début XX^ème. Comme par exemple, avec le tableau du peintre allemand Eugen Bracht Usine de Hoesch à Dortmund. Il représente une usine de Dortmund recrachant de grands panaches de fumées.

Pollution des eaux

La pollution des villes ne se limite pas à la pollution atmosphérique. La révolution industrielle crée de nombreux emplois, attirant ainsi les travailleurs et leur famille dans les villes. Cette augmentation de la population urbaine est très rapide et les infrastructures d’assainissement sont insuffisantes. Les eaux usées et les déchets sont rejetés dans les rivières des villes. De plus, les différentes industries rejettent de nombreux polluants dans les fleuves et rivières dont les habitants se servent comme source d'eau. Cette mauvaise gestion a pour conséquence la propagation de maladies comme le choléra et la typhoïde.

Réglementations sur la pollution

Des mesures sont prises dès 1840 par le Royaume-Uni suite au Public Health Act de 1848. Il a pour but d'améliorer les conditions sanitaires au sein des villes d'Angleterre et du Pays de Galles. Il vise à améliorer la gestion des eaux usées en vue de contenir les épidémies de choléra. De plus, en 1852 certaines entreprises à Londres doivent déplacer leurs activités hors de la ville suite au Metropolis Water Act. Celui-ci instaureles premiers standards en matière de qualité de l'eau (filtrage et stockage).

En ce qui concerne la pollution atmosphérique, aucune mesure n'a été prise par les gouvernements. En effet, ce n'est que dans les années 1950 que des réglementations sur les émissions sont mises en place. On peut se demander pourquoi les gouvernements n'ont pris aucune mesure. Avaient-ils conscience de l'effet de la pollution atmosphérique sur les populations ? On peut penser que les impacts environnementaux liés au développement de la machine à vapeur ne sont pas une cause du déclin de la machine. Étant donné la suprématie de l'Angleterre grâce à son industrialisation, il semble difficile d'envisager que le gouvernement prenne des mesures qui pourraient nuire à l'essor de l'industrie. De plus, le déclin de la machine à vapeur n'a pas eu d'effet sur la pollution puisque les industries de la métallurgie et du charbon ont continué à se développer.

Une contestation du progrès qui freine son développement

Les transformations technologiques des révolutions industrielles qui se relayent depuis plus d'un siècle, avec notamment la machine à vapeur, ne se sont jamais déroulées dans une foi unanime du « progrès ». Elles ont très souvent été la cible de critiques, et leur apparition a provoqué l'inquiétude des populations. Dans son livre Technocritiques François Jarrige explique que la machine à vapeur et la locomotive sont les premières machines symboliques du progrès technique. Pourtant, à ses débuts, le chemin de fer était un choix plutôt risqué et assez contesté par le grand public. Les ingénieurs trouvaient cette nouvelle technique de transport absurde, coûteuse, d’un rendement énergétique faible et bien sûr risquée. Ils estimaient plus utile d’améliorer l’état des routes ou la navigation intérieure. Malgré ces altercations qui ont pu créer un frein à ses débuts, la locomotive à vapeur a su finalement s'imposer, et ce, grâce à l’action au potentiel d’efficacité du ferroviaire et surtout de la machine à vapeur : produire plus, aller plus vite et plus loin, fonctionner en continu. En amenant une abondance de contacts entre les hommes, le chemin de fer a contribué à la réalisation du projet kantien d'une paix perpétuelle.

Le déclin de la machine à vapeur (Fin du XIX^e siècle)

Concurrence des autres innovations : l’amorce d’un déclin

La machine à vapeur, en métamorphosant le travail industriel, ouvre la porte à l'élaboration de nouvelles technologies. La société se rend compte qu’elle peut produire plus, et à moindre coût. C’est une impulsion à la recherche de la performance qui se crée. On considère en effet, fin XIX^ème, que la machine à vapeur a atteint ses limites. La recherche se porte alors sur le développement et l’exploitation de nouvelles formes d’énergie. De plus, elle nécessite encore de nombreuses ressources humaines. Le déclin de cette dernière est alors associé à la deuxième révolution industrielle.

La turbine à vapeur

Les machines à vapeur ont été le berceau d'énormes progrès au XIX^e siècle, mais elles ont peu à peu été supplantées par les turbines à vapeur. La première réalisation d'une turbine à vapeur date de Sir Charles Algernon Parsons en 1884. Ces nouveaux engins, aussi communément appelés turboalternateurs, sont en premier loge pour l'installation des centrales électriques et ont par la suite permis un bond dans la production d'électricité.

Les turbines à vapeur, sont des turbomachines (différentes des machines volumétriques) à écoulement continu. En d'autres termes, pour un régime de fonctionnement fourni, l'état du fluide reste inchangé en tout point. Cette propriété permet de fonctionner avec des débits très conséquents et rend par la suite possible la réalisation de machines avec des puissances plus importantes (au-delà du million de kilowatts), avec également un rendement nettement plus élevé. De plus, les turbines à vapeur se voient de plus en plus idéales, dans des conditions économiques, à une production simultanée de chaleur et d'énergie électrique (cogénération).

Le moteur à combustion : une amélioration colossale du transport

Explosion dans un cylindre

Le moteur à combustion interne est un engin à pistons alternatifs ou rotatifs. Le mouvement de ces derniers est assuré par la combustion du carburant utilisé. L’énergie chimique du combustible spécifique est convertie en poussée ou en énergie mécanique.

En 1859, Etienne Lenoir brevète le premier le moteur à 2 temps, qui fonctionne au gaz d'éclairage. Ce brevet est le premier d'une longue série. Les carburants issus du pétrole tels que l'essence ou le diesel sont au final plus largement utilisés.

La maintenance du moteur à explosion nécessite beaucoup moins de ressources humaines. De plus, son démarrage et son arrêt sont beaucoup plus simples. Mais c’est son rendement, nettement plus élevé que celui de la machine à vapeur, qui la place en concurrent sérieux. Le pétrole apparaît de plus à ce moment comme une source abondante et bon marché. Il sera principalement utilisé dans les transports. C’est le début de l’aviation et de l’automobile.

Supplantation de la locomotive à vapeur

Durant son développement, le train à vapeur n'a cessé d'évoluer. Toutefois, celui-ci garde des désavantages majeurs qui en sont la cause de cet abandon. En effet, pour faire fonctionner de tels engins, la locomotive doit être constituée de 3 parties: un véhicule roulant, un foyer et un moteur à vapeur.

Le gros embarras de ce type de locomotive est qu'elle nécessite énormément de préparation et d'entretien, avant et après sa mise en circulation.

La présence capitale de ravitaillement de charbon sur le bord des rails dont le prix ne cessait d'augmenter ; le poids des trois parties de la locomotive ajouté à celui des autres wagons est gigantesque, ce qui demande encore plus de puissance, donc plus de combustion ; en parallèle, le charbon est polluant, ce qui ne plaît pas aux idées du développement durable émergentes... En effet les locomotives à vapeur étaient très polluantes : elles rejetaient des fumées, des particules fines et des suies. Lorsque les gares n’étaient pas ouvertes (exemple des verrières), l’air devenait très rapidement irrespirable. Ces éléments sont des causes du manque de rendement des trains à vapeur, et donc de leur abandon, bien que ceux-ci soient toujours utilisés dans les régions montagneuses françaises.

Les jours de la vapeur seront donc malheureusement comptés dès les années 1950. En effet, malgré tous les perfectionnements apportés à la locomotive à vapeur pour en enrichir le rendement, force est de reconnaître que l’exploitation de ce mode de transport tant du point de vue du combustible utilisé que du personnel de conduite et d’entretien reste d’un fonctionnement très onéreux.

La politique de la S.N.C.F au lendemain de la seconde guerre mondiale va être de s’investir sur la modernisation du mode de traction pour réaliser des économies. Son objectif est de substituer rapidement la traction vapeur par la traction électrique. Ce choix est conditionné aussi bien par des impératifs techniques que de politique énergétique du pays. En effet, on s’aperçoit que là où il faut 1 tonne de charbon pour une locomotive à vapeur, il n’en faut plus que 77 kg pour produire l’électricité nécessaire à faire avancer une locomotive électrique.

Concept d'une locomotive à traction électrique de la SNCF

Malheureusement pour la S.N.C.F., il est techniquement impossible, et économiquement peu rentable, d’électrifier l’ensemble de son réseau. Dans un premier temps, seules les grandes lignes seront équipées. Les lignes secondaires et de manœuvres sont pour leur part exploitées aux moyens de locomotives diesel, jusqu’au choc pétrolier de 1975, qui voit une crise du prix du pétrole. Pendant une trentaine d'années, traction électrique, à vapeur et au diesel vont cohabiter sur les rails. Mais de rapides progrès réalisés dans la motorisation électriquepermettront l’extension de ces nouvelles machines à l’ensemble des lignes.

La marine anglaise devient rapidement un exemple du déclin de l’utilisation de la machine à vapeur dans la société. En effet, en 1911, Winston Churchill déclare qu’il veut implanter le moteur à combustion dans la marine marchande puis dans la marine nationale pour plus de rentabilité. Ce changement permet une réduction des coûts de carburants mais surtout une réduction de la taille de l’équipage. Ainsi le pourcentage de navire à moteur dans la flotte mondiale a subi une augmentation de 29% à 85% entre 1948 et 1970.

Augmentation significative du prix du charbon: un abandon définitif

Parallèlement à la concurrence d’autres sources d'énergies, le charbon connaît des difficultés dans sa production. Certaines zones géographiques connaissent un épuisement, notamment en France. Les conditions d’extraction pénibles et dangereuses (silicose qui ronge les poumons des mineurs, coup de grisou dans galeries) poussent l'émergence de mouvements syndicalistes. La Grande grève des mineurs d’Anzin, en 1884 est d’ailleurs à l’origine de la loi Waldeck-Rousseau, votée la même année. Cette dernière autorise la création de syndicats professionnels en France. Émile Zola s'inspire de ce mouvement pour écrire Germinal.

Un écart se crée et se creuse progressivement, à partir de 1870, entre le le prix de production et le prix de vente du charbon. En effet, le coût de production augmente rapidement, en raison de l’augmentation des salaires exigée par les mouvement syndicalistes. Cependant, le prix de vente reste le même, en raison de la concurrence des autres sources d’énergie.

Bilan de l'évolution de la machine à vapeur

La machine à vapeur a initié un nouvel ordre de production et de consommation. Certains domaines comme l'industrie, le transport ou l'agriculture ont été directement touchés. Ces derniers ont par la suite entraîné d'autres phénomènes sociétaux. Elle a ainsi enclenché le désir de produire plus et plus vite, mais aussi facilité l'introduction de nouvelles machines. Elle s'est ensuite vue dépasser technologiquement. Cependant, le paradigme qu'elle a introduit est toujours présent, et le monde ne cesse de s’accélérer. Elle a déclenché les modes de production et de consommation actuels.

Schéma bilan sur l'évolution de la machine à vapeur

Héritage de la machine à vapeur

Optimisation de la production et récupération des l'énergie

Même si les procédés utilisant la vapeur, comme la machine à vapeur, sont aujourd’hui technologiquement dépassés, la vapeur n'est pas désuète pour autant. Elle peut être revalorisée, pour la récupération d’énergie, notamment.

Par exemple, actuellement EDF envisage de concevoir un nouveau type de centrale électrique : les centrales à cycle combiné au gaz naturel. Ces dernières possèdent l’avantage d'améliorer le rendement énergétique tout en réduisant les émissions atmosphériques polluantes, et ce grâce à une réutilisation de la vapeur. En effet, elles sont équipées de deux turbines : une première à Combustion (TAC) et la seconde à Vapeur (TAV). La TAC est enclenchée et alimentée par du gaz naturel. Lorsqu'elle est en fonctionnement, les gaz d’échappement libérés sont utilisés pour la production de vapeur, qui va entraîner et alimenter à son tour la TAV : il y a donc une double production d’énergie pour un seul type de combustible. Ainsi, les centrales à cycle combiné relâchent deux fois moins de ${\ce {CO2}}$ dans l’atmosphère qu’une centrale à charbon classique.

Une autre valorisation de la vapeur dans l’industrie aujourd'hui est la valorisation de l' "énergie fatale". Celle-ci désigne l’énergie non récupérée, générée par une technique ou méthode qui n’en a pas le besoin. Ainsi, un industriel pourrait acheter l’énergie dont il a besoin à un autre site qui n’en a pas ou plus l’utilité. Par exemple en France, des papeteries du Rhin ont fait le choix de substituer une partie de leur usage de gaz naturel par une utilisation de la vapeur produite par les déchetteries du SIVOM, qu’elles canalisent jusqu'à leurs usines via un réseau de vapeur.

Une utilisation de la vapeur encore d’actualité en Allemagne

Aujourd’hui encore, un nouveau type train à vapeur vient d’entrer en circulation entre deux villes allemandes de Basse-Saxe. Celui-ci, différent d'un train à vapeur classique, fonctionne à l’électricité grâce à une pile à hydrogène et non avec du charbon. Il rejette de la vapeur d’eau. Cette nouvelle génération de train avec un fort potentiel écologique devrait émerger de plus en plus en Europe avec les progrès sur la pile à combustible, pour remplacer peu à peu les locomotives à diesel.

Le cinéma sur les rails

On retrouve de nombreux films qui mettent en scène la machine à vapeur. Ces nombreuses représentations sont la preuve de l'héritage fort de la machine à vapeur. Le choix des frères Lumières de réaliser L'arrivée du train à La Ciotat est très symbolique. Si l'objet d'un de leur film est une locomotive à vapeur cela est révélateur de la place de machine à vapeur dans la société. De plus, la locomotive à vapeur est présente dans de nombreux autres genres de films. Par exemple la comédie The general en 1926, le western Le cheval de fer de John Ford en 1924, le drame L'express bleu en 1929, le policier Le Crime de l'Orient-Express 1974.

Sources

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Auteurs

Hagere CHIKH

Pauline DEPUYDT

Colas FLAMENT

Zoé MAGNIER

Soussa MAHAMAT TAHIR

Nicolas MENDIBOURE

Pauline RIOCREUX

Victoire SENELAR

Étudiants à l'INSA de Lyon en 2^ème année.

Parcours d'Initiation à l'Ingénierie 4 : L'énergie sous toutes ses formes - Groupe 244.