Les machines et la propulsion du Titanic
Une machinerie impressionnante ...
C'est au moment de la conception des
paquebots transatlantiques géants que la turbine à vapeur fit
son apparition dans la construction navale.
La compagnie Cunard Line, la plus importante rivale de la White
Star Line, en fit équiper le Mauretania
et le Lusitania, mais il
en fut autrement pour la White Star.
La Cunard avait, en effet, bénéficié de l'aide financière et
technique du Gouvernement Britannique. Les chantiers Harland
& Wolff, plus limités techniquement et bien que connaissant
la puissance et l'économie apportées par la turbine mais sans
être certains de sa fiabilité, choisirent la solution la plus sûre
pour équiper les paquebots de classe Olympic.
Voici la description de l'installation
des machines et du système de propulsion du Titanic,
telle que la donnait le magazine "The Shipbuilder" et
dont une partie fut reprise dans le rapport de la Commission
Britannique d'Enquête qui eut lieu après le naufrage du Titanic.
Parmi les photographies présentées, certaines sont celles des
équipements de l'Olympic,
navire jumeau du Titanic.
Le Titanic était doté d'une machinerie impressionnante.
Son dispositif de propulsion était de type mixte.
Il se composait de deux énormes de machines alternatives à vapeur actionnant les hélices latérales, et d'une turbine à basse pression faisant fonctionner l'hélice centrale uniquement en marche avant.
La vapeur utilisée par les machines était fournie par 24 chaudières à double flux, 5 chaudières à simple flux, conçues pour fonctionner au charbon, sous une pression de 15 kg/cm2.
Les chaudières étaient disposées dans 6 compartiments étanches, celles à simple flux étant situées dans le compartiment le plus proche des machines principales.
La turbine utilisait la vapeur s'échappant des machines alternatives et était située dans un compartiment séparé à l'arrière de la salle des machines et séparée d'elle par une cloison étanche.
Les condenseurs principaux, destinés à recycler la vapeur non utilisée, avec leurs pompes à circulation et leurs pompes à air, étaient situés dans la même salle que la turbine.
L'ensemble de l'installation avait été construit dans les chantiers Harland & Wolff, sous le contrôle du Board of Trade (Ministère Britannique du Commerce).Le détail et le fonctionnement de cette installation sont décrits ci-après.
Parmi les photographies présentées, certaines sont celles des équipements de l'Olympic, navire jumeau du Titanic.
La machinerie du Titanic était située au dernier niveau du navire, sur le pont faisant plafond au double fond (voir le plan). On trouvait successivement de l'avant vers l'arrière:
- les 6 salles des chaudières avec leurs soutes adjacentes, occupant une longueur totale de 97,50 m,
- la salle des machines alternatives, longue de 21 m,
- la salle de turbine, longue de 17 m.
Vue en
coupe du Titanic -
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Un schéma montre l'agencement des principaux organes de la machinerie.
Les chaudières avaient pour fonction de produire la vapeur destinée au fonctionnement des machines.
Toutes les chaudières, pesant chacune près de 100 tonnes, fonctionnaient au charbon et mesuraient 4,80 m de diamètre. Les 24 chaudières à double flux étaient longues de 6,10 m et les 5 à simple flux, longues de 3,60 m.
Les chaudières à simple flux servaient à faire fonctionner la machinerie auxiliaire quand le navire était au port, mais aussi pour la fourniture générale de vapeur quand le navire était en mer.Elles étaient installées dans 6 salles numérotées de 1 à 6 (Pour exemple, voir le plan des salles N° 1 et 2).
Sur les navires de l'époque, il régnait dans ces salles une température écrasante pouvant atteindre 50 à 60°C, voire davantage dans le cas de traversées en été.
La salle des chaudières N° 6, la plus en avant, contenait 4 chaudières à double flux, les salles N° 5 à N° 2 contenaient chacune 5 chaudières à double flux, et la salle des chaudières N° 1, la plus en arrière, contenait les 5 chaudières à simple flux.
En raison de la grande largeur du navire, il avait été possible de disposer 5 chaudières côte à côte, sauf dans la salle N° 6, la plus en avant et où le navire était plus étroit, où 4 chaudières seulement avaient pu être installées ainsi.Chaque chaudière à double flux possédait 6 foyers (3 à chaque extrémité) et chacune à simple flux, 3 foyers. L'équipement total comprenait 159 foyers Morrison. La surface totale de chauffage était de 13400 m2 et la surface de combustion de 322 m2. Les chaudières avaient été construites en conformité avec les règles du Board of Trade pour fonctionner sous une pression de 15 kg/cm2.
Devant chaque chaudière se trouvait un indicateur électromécanique "pique-feu" de marque Killroy dont la minuterie actionnait une sonnerie toutes les 7 minutes, signalant que la chaudière devait être rechargée en charbon. Un compteur indiquait également le numéro de la chaudière à approvisionner.
Les chaudières
en construction puis terminées,
entreposées dans les chantiers Harland & Wolff
Un chauffeur alimentant un foyer sur un navire de l'époque
Au moment du naufrage, la plupart des 29 énormes chaudières s'arrachèrent de leur socle et fracassèrent tout à l'intérieur de la coque. 5 seulement s'échappèrent du navire et gisent sur le champ des débris. Les 24 autres sont probablement encore dans l'épave de la partie avant.
Ce qu'il
reste aujourd'hui des chaudières, au fond de l'océan
La cargaison de charbon destiné à alimenter les chaudières était de 13000 m3 soit environ 8000 tonnes. Selon la vitesse voulue pour le navire, les chaudières du Titanic consommaient entre 600 et 850 tonnes par jour (710 tonnes par jour à la vitesse de croisière de 21 nœuds). Le charbon était entreposé dans 12 soutes situées à proximité des chaudières.
Dans le chaleur étouffante des chaufferies, les 249 chauffeurs et soutiers, qui travaillaient en équipes, pelletaient le charbon par les portes des soutes et l'enfournaient dans les foyers des chaudières situés juste à l'opposé. 28 mécaniciens veillaient au bon fonctionnement des chaudières.
Afin d'alimenter les chaudières en eau douce, un système de pompage puisait l'eau de mer.
3 évaporateurs, capables de traiter 60 tonnes d'eau par jour, avaient pour fonction de transformer cette eau de mer en eau douce qui était ensuite canalisée vers les chaudières afin de les alimenter.
Ils étaient situés du côté tribord, à l'extrémité arrière de la salle de turbine.
Un évaporateur
Les chaudières étaient conçues pour fonctionner à l'air ambiant, assistées de ventilateurs dont la fonction était de souffler de l'air dans la chaufferie pour assurer son refroidissement.
Il existait 12 ventilateurs Sirocco, 2 pour chaque salle de chaudières, situés sur le pont F: 8 ventilateurs de 1,40 m de diamètre, 2 de 1,27 m de diamètre et 2 de 1 m de diamètre.
Ils puisaient l'air grâce à des tuyaux débouchant sur le pont des embarcations et le renvoyaient au niveau des foyers des chaudières.
3 autres ventilateurs équipaient la salle des machines alternatives et 1 équipait la salle de turbine.
Deux des
ventilateurs de chaufferie
L'aménagement des évacuations amenant la fumée et les gaz de combustion des chaudières aux 3 cheminées (la 4ème cheminée, à l'arrière, était factice) était complexe: l'évacuation finale s'effectuait à 49 m au-dessus du plancher des chaufferies et il n'existait pas moins de 20 conduites pour une cheminée dans le cas des salles des chaudières N° 3 et 4. L'ensemble constituait un réseau très ramifié.
Un évacuateur
de fumée et de gaz de combustion
Des éjecteurs, 2 dans chaque salle de chaudières, assuraient l'évacuation des cendres vers la mer.
Chacun était constitué d'un sas à double porte. Pour évacuer les cendres en mer, celles-ci étaient introduites dans le sas par la porte intérieure. Une fois la porte refermée, l'eau de mer était pompée à l'intérieur du sas où s'effectuait le mélange, sous la pression. Par la seconde porte ouvrant sur la mer, le mélange était ensuite expulsé.
Au port, les cendres étaient placées dans des sacs qui étaient remontés à l'aide de 4 élévateurs Railton, Campbell & Crawford puis ramenés à terre.
La vapeur produite par les chaudières était acheminée vers les machines par 2 conduites principales faites d'acier soudé desquelles partaient des branches alimentées par les diverses chaudières, et dont le diamètre augmentait progressivement à mesure de l'approche de la salle des machines.
Un système de soupapes placées de chaque côté des cloisons étanches de la salle des machines permettait, en cas de besoin, d'effectuer un arrêt d'urgence commandé depuis le centre de la salle au moyen de roues à main actionnant des vis sans fin.
Maîtriser la quantité de vapeur alimentant les machines, c'était maîtriser la vitesse du navire.
Les 2 machines alternatives avaient pour fonction d'actionner les arbres des deux hélices latérales.
Ces 2 énormes machines, qui avoisinaient 10 m de hauteur, s'élevaient jusqu'au niveau du pont E et étaient les plus grosses jamais construites à cette époque.Chaque machine avait une hauteur de 10,70 m, une longueur de 19,20 m et pesait 600 tonnes. Reposant sur une plaque de fondation de 195 tonnes, elle développait une puissance de 15000 CV et accomplissait 75 révolutions par minute en vitesse de croisière (77 révolutions à pleine vitesse).
Les machines étaient du type 4 cylindres à triple expansion: 1 cylindre haute pression, 1 cylindre moyenne pression et 2 cylindres basse pression, que la vapeur traversait successivement.
Les
machines alternatives à 4 cylindres
A gauche:
l'atelier d'assemblage des machines
Au centre et à droite: l'une des machines une fois montée
Les caractéristiques des 4 cylindres inversés étaient les suivantes: 1 cylindre à haute pression ayant un diamètre de 1,37 m, 1 cylindre à moyenne pression d'un diamètre de 2,13 m, et 2 cylindres à basse pression, l'un d'un diamètre de 2,46 m et l'autre d'un diamètre de 1,90 m, tous avec une course voisine de 1,90 m.
Les cylindres étaient si bien construits que, sur l'épave, certains sont restés presque intacts jusqu'à nos jours.
Ils étaient de type inversé (double action), de sorte que lorsque la vapeur entrait du côté opposé au premier mouvement, un second mouvement pouvait être effectué.
Au fond de
l'océan: le cylindre haute pression
de la machine alternative tribord
Les soupapes des cylindres à haute et moyenne pression étaient du type à piston, et les cylindres à basse pression des soupapes coulissantes à double course, équipées de mouvement de liaison Stephenson.
Chaque machine était inversée grâce à une machine de type Brown, à action directe et hydraulique. Il existait aussi une pompe séparée à vapeur haute pression équipée pour fonctionner avec l'une ou l'autre des machines inversées. Ce dispositif de rechange constituait un recours en cas de panne des conduites de vapeur de ces machines.
La turbine basse pression était une turbine de type Parsons à réaction.
Couplée directement à l'arbre central, elle avait pour fonction d'entraîner l'hélice centrale, uniquement pour la marche avant du navire (pas d'inversion).Pesant près de 427 tonnes, elle développait une puissance de 16000 CV et accomplissait 165 révolutions par minute en vitesse de croisière (167 révolutions à pleine vitesse).
Le rotor, pesant à lui seul 130 tonnes, mesurait 3,70 m de diamètre et mesurait 4,20 m de longueur.La vapeur d'échappement provenant des cylindres à basse pression des 2 machines alternatives était récupérée à leur sortie. Elle était dirigée ensuite vers le moteur de la turbine qu'elle faisait tourner en venant faire pression sur les milliers d'ailettes des étages jumelés qu'il contenait.
Ce concept permettait de recycler la vapeur s'échappant des machines au lieu de la gaspiller en la faisant s'échapper par les cheminées. Le résultat en était un accroissement de l'efficacité en augmentant la puissance.
La vapeur s'échappait ensuite dans les 2 condenseurs situés de part et d'autre de la turbine.Une soupape d'arrêt était installée sur chaque conduite de dégagement menant aux condenseurs.
Un limiteur de secours était installé de façon à pouvoir couper l'entrée de vapeur dans la turbine et, en même temps, de diriger la vapeur sortant des machines alternatives vers les condenseurs, au cas où la vitesse de la turbine deviendrait excessive suite à la rupture d'un arbre ou tout autre accident.Lorsque la turbine n'était pas utilisée, par exemple en cas d'un ordre de machine arrière ou en cas d'entrée ou de sortie des ports, la vapeur perdue était condensée dans les condenseurs et l'eau ainsi produite retournait aux chaudières.
L'assemblage
de la turbine basse pression dans les chantiers Harland &
Wolff
Outre les machines directement utilisées pour sa propulsion, le Titanic était équipé d'autres machines destinées à produire son énergie électrique.
4 machines et dynamos principales d'une puissance de 400 kW chacune produisaient ainsi la majorité de l'énergie électrique du navire: un courant continu de 16000 A sous une tension de 100 V.
La puissance totale de cette centrale d'énergie, située à l'arrière de la salle de turbine et dans un compartiment de 20 m de longueur, était évaluée à 2300 CV.
Les dynamos alimentaient un réseau de câbles de plus de 320 km de longueur et permettaient à 10000 ampoules d'éclairer le navire.
2 petites dynamos de secours de 30 kW chacune étaient installées sur le pont D.Pour plus de détails, lire L'installation électrique du Titanic.
Un générateur
électrique
Les
conduites auxiliaires de vapeur
Les 5 chaudières à simple flux et celles des salles de chaudières N° 2 et N° 4 possédaient des connexions vapeur séparées vers le système d'alimentation en vapeur des conduites afin de travailler avec la machinerie auxiliaire. Les 5 chaudières à simple flux et les 2 chaudières bâbord dans la salle des chaudières N° 2 possédaient des connexions vapeur séparées vers le système d'alimentation en vapeur des conduites afin de faire fonctionner les machines d'éclairage électrique. Une connexion croisée existait aussi entre les conduites principale et auxiliaire dans la salle des machines alternatives, de sorte que les auxiliaires pouvaient fonctionner à partir de n'importe quelle chaudière du navire.
Des canalisations de vapeur partaient aussi séparément de 3 des salles des chaudières (N° 2, 3 et 5) au-dessus des cloisons étanches et le long du couloir de travail menant aux machines d'éclairage électrique de sécurité situées au-dessus de la ligne de charge dans la salle de turbine. Des conduites partaient en outre de ce système d'alimentation en vapeur vers les pompes de la salle des machines, qui étaient reliées aux fonds de cale dans tout le navire.
Les
conduites principales de vapeur
Il existait 2 conduites de vapeur principales arrivant à la salle des machines, équipées de soupapes de fermeture à 3 des cloisons étanches. A côté des soupapes de fermeture de la cloison étanche de la salle des machines, une soupape d'urgence équipait chacune des conduites principales, de sorte que la vapeur pouvait instantanément être coupée en cas de rupture d'une conduite principale.
Les condenseurs et les pompes étaient fabriqués par les chantiers Harland & Wolff, eux-mêmes.
L'installation était dotée de 2 condenseurs principaux dont la fonction était de transformer en eau la vapeur perdue et non utilisée par la turbine basse pression. Cette eau était recyclée et retournait pour alimenter les chaudières.
Les condenseurs, dont la surface combinée de condensation était de 4700 m2, étaient conçus pour fonctionner sous un vide de 0,94 atmosphère avec de l'eau refroidie entre 12,8 °C et 15,5 °C. Ils avaient une section piriforme et étaient faits de plaques d'acier doux.4 pompes centrifuges, faites de bronze à canon, assuraient la circulation de l'eau à travers les condenseurs. Chaque pompe possédait des canalisations d'aspiration et d'écoulement de 74 cm de section, et était mue par une machine compound.
Près des aspirations principales d'eau de mer, 2 des pompes avaient des aspirations directes de fond de cale depuis la salle de turbine et les 2 autres depuis la salle des machines alternatives. Les aspirations de fond de cale avaient un diamètre de 46 cm. 4 "doubles" pompes à air Weir étaient installées, 2 pour chaque condenseur, et se déversaient vers 2 citernes d'alimentation situées dans la salle de turbine.Un condenseur auxiliaire, de même conception que les principaux et d'une surface de 335 m2, était situé dur le côté tribord de la salle des machines alternatives.
Les
pompes de fond de cale et de ballast
Le navire était aussi équipé des pompes suivantes: 5 pompes de fond de cale et d'épuisement de ballast, chacune capable de déverser 250 tonnes d'eau à l'heure, et 3 pompes de fond de cale, chacune d'une capacité de 150 tonnes à l'heure.
Une pompe d'éjecteur de cendres était située dans chacun des grands compartiments de chaudières pour faire fonctionner l'éjecteur de cendres et pour faire circuler ou alimenter les chaudières comme exigé. Cette pompe était aussi reliée aux fonds de cale, sauf dans le cas de 3 des chaudières où 3 des pompes de ballast et de fond de cale étaient situées. Dans chaque cas les pompes possédaient des aspirations directes de fond de cale et une connexion avec la conduite principale de fond de cale, de sorte que chaque salle de chaudière pouvait être indépendante.
Le reste des pompes auxiliaires était situé dans les salles des machines alternatives et de turbine. 2 pompes de ballast étaient situées dans la salle des machines alternatives, avec de larges aspirations partant directement des fonds de cale et de la conduite principale de fond de cale.
2 pompes étaient aussi prévues pour puiser dans les fonds de cale. 1 pompe de fond de cale était placée dans la salle de turbine et une pompe d'eau de mer chaude était reliée à la canalisation principale de fond de cale pour une utilisation en cas d'urgence. Une conduite principale de ballast de 25 cm allait de l'avant à l'arrière du navire avec des connexions séparées vers chaque citerne, et avec les canalisations de remplissage d'eau de mer reliées par intervalles pour travaux de soute. Les 5 pompes de ballast étaient prévues pour vider cette conduite. Une double conduite principale de fond de cale était disposée à l'avant de la salle des machines N° 5 et à l'arrière de la salle N° 1.
Les hélices étaient composées de pales de bronze boulonnées sur un moyeu d'acier. L'ensemble des 3 hélices, d'un poids total de 98 tonnes, fournissait au navire une vitesse maximale de 23/24 nœuds.
Les 3 hélices étaient reliées aux machines (les deux machines alternatives et la turbine) par 3 énormes arbres constitués de sections d'acier forgé d'environ 9 m de longueur et boulonnées ensemble. Sur toute leur longueur, ils étaient soutenus par de gros paliers. Des trous étaient percés au travers de chaque section afin de vérifier que celle-ci ne possédait pas de défauts internes.
Les 2 arbres latéraux avaient une section de 67 cm de diamètre et un poids de 118 tonnes tandis que le diamètre de l'arbre central était de 52 cm. A une extrémité, ils étaient boulonnés aux arbres des machines alternatives et de la turbine et, à l'autre extrémité, aux moyeux des hélices.
L'hélice
centrale et la pose de son arbre
Les 2 hélices latérales tripales bâbord et tribord, d'un diamètre de 7,20 m et pesant 38 tonnes, étaient entraînées à 75 t/mn par les 2 machines alternatives, en vitesse de croisière. C'était les plus grosses jamais installées sur un paquebot transatlantique.
L'hélice centrale quadripale, d'un diamètre de 5,20 m et pesant 22 tonnes, était entraînée à 165 t/mn par la turbine Parson à basse pression, en vitesse de croisière. Elle ne fonctionnait qu'en marche avant.
Le support
des hélices latérales en construction
Les hélices
installées et une hélice latérale (tripale) au fond de l'océan
Outre le système de propulsion, le navire était dirigé par son gouvernail dont le safran, commandé à partir de la roue de navigation et du télémoteur activant le système de direction, était composé de 6 éléments forgés et était haut de 24 m, large de 4,65 m, pour un poids de 101 tonnes.
Le safran
de l'Olympic dans les
ateliers de la Darlington Forge Company Ltd
