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James Watt

James Watt
James Watt

Ingénieur britannique (Greenock 1736-Heathfield, près de Birmingham, 1819).

Féru de mécanique, il apporta à la machine à vapeur de Newcomen une série de perfectionnements qui en ont fait un moteur du développement industriel et de la révolution des transports au xixe s.

Un intérêt précoce pour la technique

James Watt se familiarise très jeune avec la technique grâce au magasin de vente et de réparation de bateaux et d'instruments nautiques créé par son grand-père et repris par son père. De santé délicate, il fréquente peu l'école ; son instruction est assurée surtout par sa mère, jusqu'à la mort de celle-ci, en 1753. Mais le jeune garçon préfère de beaucoup, dès qu'il le peut, s'initier dans le magasin familial au travail du bois et des métaux et à la construction de maquettes. En 1755, il part travailler comme apprenti chez un fabricant d'instruments scientifiques de Londres. De retour à Glasgow, il se voit confier en 1757 la charge d'entretenir les instruments scientifiques de l'université. À cette époque, il rencontre Joseph Black, qui développe son intérêt pour la chimie. Durant l'hiver 1763-1764, on fait appel à lui pour réparer un modèle réduit de machine à vapeur « atmosphérique » (ou machine de Newcomen), que le cabinet de physique de l'université n'arrive pas à faire fonctionner. Watt constate que la marche normale de cette machine s'accompagne de pertes de chaleur considérables et exige des quantités très importantes de vapeur. Il entreprend alors une série d'expériences sur la vaporisation de l'eau. La nécessité de maintenir la vapeur aussi chaude et l'eau de condensation aussi froide que possible lui fait affecter à ces deux opérations deux récipients distincts. Grâce à un système de calorifugeage, il conserve au cylindre toute sa chaleur, et amène la vapeur à condenser dans une enceinte spéciale, le condenseur, qu'il peut refroidir aisément. D'autre part, pour éviter que l'intérieur du cylindre, dont l'une des extrémités est ouverte, soit exposé à l'air libre et perde ce qui lui reste de chaleur lors de la descente du piston, Watt imagine de fermer ce cylindre aux deux bouts, en ne laissant qu'un passage pour la tige du piston. Pour financer la mise au point de ces perfectionnements, il est d'abord aidé par Joseph Black ; puis, à partir de 1765, par un industriel que celui-ci lui a présenté, John Roebuck (1718-1794). Cependant, Watt doit gagner sa vie : en 1766, il ferme son atelier à l'université et ouvre un bureau d'ingénierie civile, qui va l'occuper jusqu'en 1774 et ne lui laisse que peu de temps pour développer son invention.

Le temps du succès

Le 5 janvier 1769, Watt obtient un brevet pour sa machine à vapeur. Malheureusement, dans les années suivantes, les difficultés financières de John Roebuck vont encore retarder la réalisation de cette machine. Mais Watt trouve bientôt un nouveau partenaire, Matthew Boulton (1728-1809), un industriel de Birmingham. Il part s'établir dans cette ville en 1774 et se consacre désormais à plein-temps à la fabrication de sa machine, dont les deux premiers exemplaires sont livrés en 1776. L'un est utilisé pour l'assèchement d'un puits de mine, l'autre pour faire tourner une roue hydraulique actionnant les soufflets d'un haut-fourneau. Toutefois, la discontinuité d'effort pendant les deux temps du mouvement du piston limite encore l'utilisation de la machine : celle-ci ne peut servir à entraîner une machine-outil. De 1781 à 1788, Watt lui apporte donc de nouveaux perfectionnements. Pour faire agir la vapeur alternativement sur les deux faces du piston, il imagine le tiroir et relie la tige du piston, dont le mouvement est rectiligne, au balancier, dont chaque extrémité décrit un arc de cercle, par un système de tringles formant un parallélogramme déformable. Enfin, il munit l'arbre d'un lourd volant de fonte, destiné à uniformiser le mouvement, et imagine le régulateur à boules pour parer aux inégalités de production de la vapeur, sources de variations de marche dangereuses. Ainsi améliorée, la machine à vapeur devient apte à des applications industrielles très variées et va connaître son âge d'or au xixe s.

Dans les années 1780, Watt se distingue aussi comme chimiste. En 1783, il soutient que l'eau est un composé (et non un élément), mais sans parvenir à identifier clairement ses constituants. Il effectue, par ailleurs, une série d'expériences visant à favoriser la commercialisation en Grande-Bretagne du procédé de blanchiment des textiles par le chlore découvert par Claude Berthollet.

En 1800, quand leur machine tombe dans le domaine public, Watt et Boulton se retirent et cèdent leur société à leurs fils. Devenu riche, Watt voyage à travers l'Europe. Poursuivant ses recherches, il met au point une machine à dupliquer le courrier ainsi qu'un dispositif de chauffage par la vapeur. Il décède à 83 ans, en 1819, et est inhumé près de Matthew Boulton. Son nom sera donné en 1882 à l'unité de puissance qui reste utilisée aujourd'hui dans le Système international d'unités (SI).