Les ascenseurs Fives-Lille de la tour Eiffel

Les ascenseurs Fives-Lille sont deux ascenseurs installés dans les piliers Est et Ouest de la tour Eiffel en 1900. Ils venaient en remplacement des ascenseurs Roux-Combaluzier-Lepape installés initialement initialement dans ces piliers mais qui manquaient de fiabilité et de rapidité. La suite de cette page est la description générale et technique de ces deux ascenseurs si particulier, c'est une description donnée par Gustave Eiffel lui-même dans son ouvrage "La tour de 300m".

Dispositions générales

Les ascenseurs dont l'exécution a été confiée à la Compagnie de Fives-Lille par la Société de la Tour Eiffel, pour fonctionner en 1900, sont destinés au service de la première et de la deuxième plate-forme de la Tour et doivent assurer un trafic de 20.000 personnes par jour tant à la montée qu'à la descente.

Ces deux ascenseurs, installés dans les piliers Est et Ouest, sont indépendants L'un de l'autre et leurs moteurs sont des presses hydrauliques alimentées par des pompes placées dans la salle des machines du pilier Sud de la Tour. Le véhicule projeté pour ces ascenseurs est composé d'un châssis de roulement portant deux cabines pouvant contenir chacune 50 voyageurs, en outre du poste des conducteurs; ce véhicule pèse à vide 9500 kg et avec les 100 voyageurs 16500 kg. Un mécanisme à vis tangente produit le redressement des cabines pendant le parcours, en raison des variations d'inclinaison de la voie, de manière à en maintenir le plancher horizontal.

Fives-Lille

La voie de roulement est appliquée sur les poutrages faisant déjà partie de l'ossature de la Tour ; elle comporte, en outre des deux rails proprement dits, deux poutrelles en acier dont les ailes sont découpées en forme de crémaillères à denture allongée destinées à servir à l'occasion de points d'appui aux griffes d'un puissant parachute porté par le véhicule. Le châssis porteur est suspendu par six câbles en acier partagés en deux groupes latéraux de trois câbles qui passent sur des poulies de renvoi, dont les principales, situées au deuxième étage, ont 4 m de diamètre et sont à trois gorges indépendantes. Les câbles renvoyés jusqu'au pied de la Tour viennent se moufler sur des systèmes de poulies constituant, avec des presses hydrauliques horizontales, l'appareil moteur. Les brins morts des câbles sont retenus par un système de palonniers hydrauliques assurant la répartition rigoureuse des charges, tout en laissant à chaque câble la faculté de s'allonger isolément. Les poulies sont à triples gorges indépendantes, dans le même but.

Ces câbles en fil d'acier à haute résistance offrent une sécurité considérable; chacun d'eux correspond en effet à 45 tonnes de rupture, c'est-à-dire qu'un seul des six câbles peut largement supporter le véhicule en pleine charge. Les poulies de mouflage ayant 3 m de diamètre, l'enroulement ne donne lieu, en outre, qu'à de faibles surtensions d'incurvation dans les fils élémentaires qui ont 13 dixièmes de millimètre de diamètre chacun. Le nombre des fils est de 216 par câble.

Les appareils moteurs sont établis dans l'enclave des fondations du pilier, au pied du chemin de l'ascenseur, et sont prolongés en outre à l'intérieur de deux galeries couvertes débordant sous les jardins du Champ de Mars. Ils comprennent deux presses hydrauliques jumelles horizontales, dont les pistons plongeurs en acier laminé ont 402 mm de diamètre et 16,50 m de course, agissant sur les trains des poulies mobiles du mouflage des câbles. Pour produire la montée du véhicule, ces presses sont alimentées par deux accumulateurs à haute pression, contenant de l'eau à une pression de 52 kg par cm² environ; à la descente, elles refoulent le liquide dans un accumulateur à basse pression, à 18 kg de pression environ, récupérant ainsi l'énergie correspondante à la manœuvre du poids mort du véhicule. Ces accumulateurs sont de dimensions considérables et les plus importants qui aient été construits jusqu'ici. Chacun deux représente une accumulation d'énergie de plus de un million de kgm environ.

Les appareils de distribution des presses motrices sont séparés en deux groupes, dont un pour les manœuvres à la montée et l'autre pour celles de la descente, afin de présenter une entière indépendance de leurs fonctions avec la plus grande somme de sécurité. Un câble de manœuvre en acier établi le long de la voie de roulement commande ces appareils au moyen de servo-moteurs, de telle sorte que la mise en marche est déterminée à la main par le conducteur posté sur le véhicule. Les ralentissements aux stations sont automatiques.

Pour satisfaire au programme imposé par la Société de la Tour, le véhicule doit effectuer le parcours aller et retour du sol au 2e étage, soit deux fois 130 m de trajet, en 2 minutes seulement; en comptant en outre une minute d'arrêt à chaque station pour l'embarquement et le débarquement simultanés des voyageurs, cela fait 6 minutes par voyage, soit 10 voyages à l'heure, correspondant bien pour chaque ascenseur à 10 000 personnes transportées par journée de 10 heures.

La puissance développée à la montée du véhicule par les accumulateurs à haute pression, qui doivent débiter 4000 litres d'eau à 52 kg en une minute, est de 500 chevaux environ. La récupération à la descente sous la pression de 18 kg correspond d'autre part à 200 chevaux environ.

Il suit de là, par différence, une puissance de 300 chevaux dépensée par le véhicule pendant sa marche effective; mais, comme cette énergie est répartie sur une durée qui représente 6 fois le temps utile, ce n'est plus seulement que 50 chevaux qui restent à développer par les pompes d'alimentation en travail de compression hydraulique. En majorant ce chiffre des coefficients ordinaires de rendement des moteurs à vapeur qui actionnent les pompes, on voit que le fonctionnement des deux ascenseurs sera facilement assuré par un moteur de 150 chevaux seulement.

Le parachute du véhicule est constitué par des freins hydrauliques analogues à ceux employés dans le matériel d'artillerie pour le recul des canons sur leurs affûts. A cet effet, quatre pistons de freins jumelés deux à deux sont disposés dans les longerons du châssis porteur des cabines; ils sont solidaires de griffes articulées s'abattant instantanément sur les crémaillères de la voie, dans les cas de perturbations dans le jeu de la suspension, ou en présence d'une accélération exagérée de vitesse à la descente; le véhicule devant ainsi s'arrêter de lui-même et sans choc après les 2,50m de course des freins de sûreté dont l'action retardatrice est progressive.

Un dispositif spécial permet ensuite de descendre en toute sécurité, au moyen de ces mêmes freins agissant alors comme des vérins hydrauliques par l'intermédiaire de leurs pistons accrochés à la voie, suivant des courses partielles de 2,50 m, jusqu'à la station la plus voisine, sans plus rien emprunter à la suspension des câbles. Enfin, les presses motrices et leurs appareils de distribution sont pourvus de moyens de sécurité tels qu'une irrégularité quelconque dans leur fonctionnement ou dans la répartition des charges sur les câbles de suspension détermine aussitôt l'arrêt automatique et complet de toute l'installation.

L'élaboration de cet important projet, qui n'a pas demandé moins de dix-huit mois d'études, est due aux ingénieurs de la Compagnie de Fives-Lille; l'exécution des appareils, dont quelques-uns sont de dimensions colossales et ont présenté de grandes difficultés matérielles dans leur réalisation, est l'œuvre des ateliers de cette Société; le montage sur place, très périlleux pour une grande part, a été opéré par le personnel spécial de la Société de la Tour. Ces appareils font l'objet des XXXV à XLV. Nous nous y reporterons pour la description qui va suivre des organes principaux.

Organes principaux

Cabine

Le véhicule (Planche XLIII à XLV) comprend un châssis, et deux cabines reposant chacune sur un plancher mobile autour d'un axe d'articulation horizontal. Deux bielles relient les planchers des cabines en formant un parallélogramme articulé. Un mécanisme de redressement maintient les planchers horizontaux pendant leur course sur le chemin du pilier de la Tour, dont l'inclinaison est variable. Le mouvement de redressement (XLIII) est obtenu par une bielle liée à un secteur à denture hélicoïdale, qui est entraîné par une vis tangente recevant elle-même le mouvement d'un pignon droit engrenant avec une crémaillère adaptée sur un des côtés de la voie du chemin, et régnant sur toute la longueur du sol au 2e étage.

Le pignon n'emprunte à la crémaillère qu'un appui insignifiant comparé aux efforts notables nécessaires pour maintenir les cabines en équilibre sur leurs axes d'articulation. L'extrémité des câbles, divisés en deux groupes de trois, vient s'attacher sur le côté du châssis. Chaque câble, après avoir passé dans un écubier porté par le longeron, vient se terminer par une tête engagée dans une pièce conique, dont le sommet est tourné vers le haut du véhicule. La base de ce cône est en regard d'un disque métallique (fig. 1, XLIV) formant palette de butée, muni d'une tige qui s'applique sur un levier solidaire de l'arbre qui commande le déclenchement des freins de sûreté. 11 y a donc de chaque côté du châssis un groupe de trois attaches s'appliquant sur un disque. Chaque attache est constamment sollicitée, vers le bas du véhicule, par un puissant ressort qui prend appui d'une part sur une embase venue près du sommet du cône formant l'attache et d'autre part sur un point fixe du longeron. Dans le cas où un câble viendrait à mollir, le ressort pousserait l'attache en arrière, qui entraînerait la palette de butée.

Dans ce dernier mouvement, l'arbre tourne par son levier et déclenche le système des freins. D'autre part, un régulateur centrifuge à boules avec un ressort convenablement réglé, relié par une transmission à engrenage à l'une des roues porteuses, peut aussi déclencher le même frein, si la vitesse de translation du véhicule dépasse une allure déterminée. Un levier à main, à la portée du conducteur placé sur le chariot, donne aussi le moyen de déclencher. ce frein en cas de danger imminent en dehors des deux causes ci-dessus.

Le frein de sûreté mis en action dans les conditions précédentes a pour effet d'accrocher le véhicule sur les dents d'une crémaillère double en acier, à longues divisions, établie le long de son chemin de roulement. Cet accrochage est entièrement indépendant de la suspension normale et ne l'immobilise qu'après un parcours suffisant pour que l'amortissement de la puissance vive acquise ne développe que des efforts peu importants ne pouvant, en aucun cas, endommager les pièces du châssis porteur. Ce frein hydraulique comporte 4 cylindres appliqués par paires sous les poutres latérales des châssis porteurs des cabines.

Les pistons sont ajustés dans les cylindres et sont munis d'une garniture en cuir embouti logée dans la tête du cylindre. Les pistons sont jumelés deux à deux par une tête commune guidée à l'intérieur du longeron. Sur cette tête est articulée une sorte de palette robuste armée de deux cornes ou griffes mobiles qui peuvent en s'abattant se mettre en prise avec les dents des crémaillères d'accrochage situées de part et d'autre du rail de la voie du véhicule. Des agrafes fixées au châssis du véhicule et débordant au-dessous du corps des crémaillères de sûreté viennent s'opposer au soulèvement du véhicule sous l'action des palettes.

Un puissant ressort sollicite les palettes à s'abattre vers la denture de sûreté au moyen de leviers appliqués sur les griffes; mais, dans les conditions normales de la circulation du véhicule sur sa voie, un loquet de retenue les maintient relevées. Survienne une des circonstances citées précédemment, où l'action du frein de sûreté soit nécessaire, le loquet de retenue est dégagé de ses liaisons soît avec les câbles de suspension, soit avec le régulateur centrifuge, soit avec le levier à main : les palettes des deux systèmes de frein s'abattent aussitôt sur les crémaillères, la charge entière du véhicule vient s'y appuyer en déterminant le mouvement de refoulement des pistons dans leur cylindre.

Ceux-ci, qui sont remplis de glycérine, opposent aux efforts développés la résistance à l'écoulement de ce liquide à travers des rainures de profondeur décroissante pratiquées dans les parois des cylindres, comme dans les freins de l'artillerie. Il en résulte un mouvement uniformément retardé du véhicule, sous un effort constant supporté par les appareils de frein et la denture des crémaillères, et ce, jusqu'à l'immobilisation définitive.

Le liquide évacué par les pistons du parachute est dirigé vers un petit réservoir placé dans l'entretoise supérieure du châssis, d'où il peut être réintégré à nouveau dans les cylindres, dont la tête est en communication directe avec ce réservoir. Après le fonctionnement du parachute, dans les conditions précitées, si les appareils moteurs et la suspension font défaut, on procède à l'opération dite du sauvetage du véhicule accroché sur la voie par les moyens suivants : Deux conduites en acier de 25 mm de diamètre intérieur sont établies à poste fixe le long du chemin, du sol jusqu'au 2e étage. L'une d'elles est en communication directe avec l'accumulateur à basse pression, l'autre communique avec les accumulateurs à haute pression par l'intermédiaire d'un appareil multiplicateur différentiel. Cet appareil (XLII) permet d'alimenter au besoin la conduite, même à la partie supérieure, avec une pression effective de 75 kg par cm1, suffisante pour remonter le véhicule en pleine charge sur ses pistons de frein agissant comme des vérins. Les deux conduites dites de sauvetage sont munies d'une série de robinets espacés de 11 m, permettant de les raccorder avec les freins, au moyen de tuyaux souples en acier de 15 m de longueur. Un jeu de robinets à pointeau placé sur le véhicule au poste de manœuvre permet au conducteur de faire fonctionner en conséquence les freins pour cette manœuvre, en utilisant en outre quatre griffes d'accrochage placées deux par deux à l'extrémité inférieure de chaque longeron. Au moment où les pistons des freins arrivent à fond de course, et par conséquent lorsque le véhicule est arrêté, les griffes fixes des longerons sont descendues à la main par une manivelle dans les crans des crémaillères latérales, de telle sorte que ce sont ces nouveaux points d'appui qui reçoivent finalement le véhicule quand on a fait descendre un peu celui-ci, pour amener les griffes fixes au fond des dents.

Dans ces conditions, il devient possible de dégager, par un mouvement arrière du véhicule, les premières palettes de la denture des crémaillères et de les relever, pour armer les pistons des freins. Pour cela, on introduit de l'eau en pression dans les cylindres avec le multiplicateur de pression. Une fois ces pistons armés à nouveau, si on remet leurs palettes en prise avec les crémaillères, on dégage les griffes fixes et le véhicule peut alors franchir sur ses freins une distance égale à leur course pour être reçu encore une fois sur les griffes fixes et ainsi de suite, ces manœuvres successives donnant la faculté de gagner la plus prochaine station, sans réclamer aucun secours de la part de la suspension ordinaire.

Les caisses des cabines, au nombre de deux, auxquelles il importait de donner la plus grande légèreté possible, sont construites avec des profilés spéciaux en aluminium, sur lesquels est fixée une tôle mince du même métal. Le poste de manœuvre est placé sous la cabine inférieure, et est attaché à l'entretoise dans laquelle sont logés les mécanismes du redressement et ceux de déclenchement des griffes du frein. Dans ce poste, on trouve le volant de manœuvre, servant à mettre en mouvement le véhicule, soit pour la montée, soit pour la descente, au moyen d'un câble sans fin mû dans un sens ou dans l'autre par un mécanisme de poulies et de crémaillères portées par un avant-bec du poste. Ce mécanisme est semblable à celui qui est installé sur les ascenseurs du système Otis. Le câble sans fin transmet le mouvement aux organes de distribution placés dans le sous-sol de la pile. Ce câble en acier a un diamètre de 12 mm.

Câbles

Les deux groupes de 3 câbles de suspension sont actionnés chacun par les appareils hydrauliques moteurs placés à la base du pilier de la Tour, au pied du chemin. Les câbles passent au sommet du parcours sur deux poulies de renvoi de 4 m de diamètre, dont la jante est divisée en 3 gorges indépendantes.

D'autres poulies guident les câbles le long du chemin à peu près parallèlement aux voies de roulement. Ces câbles, comme on l'a vu, offrent une très grande sécurité. Ils ont été fabriqués par la Société des Ardoisières d'Angers.

Il résulte que l'on a complète sécurité au point de vue de la suspension du véhicule. En effet, ce dernier en charge exerce une traction maximum sur le brin mort de 15 tonnes environ, soit 2500 kg pour chacun des 6 câbles sur lesquels elle est répartie. La section du câble étant de 286,6 mm² le travail à la traction correspondant est de2500 / 286,6 = 8,7 kg. Si on ajoute à cette fatigue celle due à l'incurvation du câble sur les poulies de 3 m de diamètre et qui est : 20 000 x 3000 / 1,3 = 8,66 kg, on arrive à un total de 17,56 kg par millimètre carré, qui correspond environ au 1/9 du travail de rupture que nous avons vu être de 157 kg.

Presses motrices

Chaque ascenseur est mis en mouvement par deux presses hydrauliques horizontales (voir XXXV à XXXVII) de 17,542 m de longueur et de 420 mm de diamètre intérieur, reposant sur des massifs en maçonnerie surélevés. Le cylindre de presse est formé de trois tronçons, et il est muni d'une culasse dans laquelle se fait l'arrivée de l'eau, et d'une tête portant une garniture étanche en bronze, avec cuir embouti. Sur la culasse sont disposées une soupape de sûreté, en cas de rupture de la conduite, et une autre soupape limitant la course du plongeur. La tête porte deux verrous qui limitent également la course du plongeur (voir XXXIX).

Les assemblages des tronçons du cylindre servent en même temps, au moyen de leur garniture en bronze, de supports intérieurs pour le plongeur construit entièrement en acier laminé. Le plongeur creux a 402 mm de diamètre et 18,54 m de longueur totale. Il est maintenu constamment plein d'eau en pression à l'aide d'un petit orifice pratiqué dans sa culasse. La tête de ce piston est reliée à un chariot mobile porté par quatre galets qui roulent sur une voie spéciale aménagée dans une galerie souterraine maçonnée. Après sa sortie du cylindre, ce piston vient s'appuyer sur une série de supports disposés dans la galerie, de manière à éviter toute flexion.

Le chariot (voir planche XLI) porte quatre poulies mobiles de mouflage de 3 m de diamètre à trois gorges indépendantes. Trois autres poulies identiques, maïs fixes, sont montées sur la culasse de la presse. Les deux groupes de 3 câbles venant du véhicule et correspondant chacun à l'une des presses sont moufles huit fois sur ces poulies, de sorte que la course nécessaire pour les pistons est égale au 1/8 de celle du véhicule. Cette dernière est de 128,61 m, dont 68,41 m du sol au premier étage et 60,20 m du premier au deuxième. La course utile des pistons plongeurs est donc de 16,076 m.

L'extrémité fixe des câbles est rattachée, pour chaque groupe, à un système de trois tendeurs hydrauliques, soît un pour chaque câble, communiquant entre eux pour assurer la répartition rigoureuse des charges tout en laissant à chaque câble la facilité de s'allonger isolément. Chaque tendeur est constitué par un corps cylindrique dans lequel est logé un piston muni d'une tige. C'est sur cette tige qu'est attachée l'extrémité du brin mort (Voir planche XLI).

Accumulateurs

L'eau en pression qui agit sur les pistons plongeurs des presses motrices vient de deux accumulateurs à haute pression, dans lesquels elle est refoulée par une pompe placée dans la salle des machines du pilier Sud. L'aspiration de cette pompe s'opère dans un accumulateur à basse pression placé à côté des deux autres. La charge effective de refoulement de la pompe correspond ainsi à une colonne d'eau, mesurée par la différence de pression entre les deux sortes d'accumulateurs.

Les trois accumulateurs (voir planche planche XXXVIII) sont entièrement construits en fonte. Ils ont une course totale commune de 5,50 m, un diamètre de piston de 0,70 m pour la haute pression et de 1,10 m pour la basse pression. Chaque accumulateur repose sur un socle en fonte d'une seule pièce, de 5,50 m de diamètre. Les cylindres et les pistons des accumulateurs à haute pression sont d'une seule pièce : ceux de la basse pression sont en deux pièces.

Le lest, dont le poids s'ajoute à celui des parties mobiles constitutives de ces accumulateurs, est de 166 tonnes pour chacun des accumulateurs à haute pression et de 158,6 tonnes pour l'accumulateur à basse pression. Il est contenu dans une caisse en tôle annulaire de 5,50 m de diamètre reposant sur un tourteau inférieur en fonte suspendu par de solides boulons au chapeau qui est fixé à la tête du plongeur. Ce lest est formé par des gueuses de fonte dont les intervalles sont remplis par du sable.

Chacun des accumulateurs est muni d'une soupape parachute, en cas d'une rupture de conduite, et en outre d'un robinet d'arrêt, servant à l'isoler de la machine proprement dite (Voir planche planche XXXVIII).

Appareils de distribution

Les deux presses hydrauliques motrices sont mises en communication avec les deux systèmes d'accumulateurs à haute et à basse pression, pour la montée ou la descente, au moyen de conduites raccordées sur des soupapes de mise en marche et d'arrêt qui sont ouvertes ou fermées à volonté, pendant la marche du véhicule sur le chemin (Voir Sm et Sdt Planche planche planche XXXVI, et pour les détails planche planche planche XXXIX). Ces soupapes, au nombre de deux, sont établies de manière à correspondre chacune au passage du liquide sous pression dans un seul sens, et leur ouverture, qui a lieu au moment de la mise en marche, soit pour monter, soit pour descendre, est progressive.

D'autre part, le véhicule ne prend sa pleine vitesse en dehors de l'action progressive de ces soupapes que par l'intervention d'autres appareils qui seront décrits plus loin : ce sont les régulateurs hydrauliques automatiques, étendant jusqu'à 5 m de parcours le ralentissement de vitesse du véhicule, depuis l'ouverture initiale de la soupape jusqu'à la pleine marche. De même, avant l'arrêt aux trois stations de l'ascenseur, les régulateurs en question interviennent pour ralentir la vitesse du véhicule sur 5 m de trajet avant la fermeture totale de la soupape, soit à la montée, soit à la descente.

Ces fonctions sont automatiques et par conséquent d'une régularité certaine.Quant à l'arrêt du véhicule marchant à pleine vitesse, entre deux stations consécutives, il peut être produit par l'intervention de son conducteur : mais ce mode d'arrêt ne comportant pas alors de ralentissement automatique préalable, le délai pour le produire dépend évidemment de l'habileté du conducteur; cela d'ailleurs est sans difficulté sérieuse Cette dernière faculté peut être utilisée plus particulièrement pour la visite des chemins et les opérations de graissage des divers appareils établis sur le parcours de l'ascenseur, la vitesse de marche étant alors aussi faible que l'on veut, les soupapes n'étant ouvertes que d'une très petite quantité.

L'eau qui a passé dans les soupapes de mise en marche et le régulateur, avant d'arriver aux presses franchit un appareil dit coupleur des presses, qui a pour but d'égaliser les pressions sur la section des pistons moteurs, afin de rendre égale la marche de ces derniers et d'assurer ainsi une égale répartition de la charge sur les deux groupes des trois câbles (Voir M, planche XXXVI, et pour les détails planche planche XL).

Soupapes d'arrêt et de mise en marche

Il y a deux soupapes de ce type, une pour la montée du véhicule fonctionnant ainsi à haute pression et une pour la descente, à basse pression. Leurs dispositions entièrement identiques sont les suivantes (Voir Planche planche XXXIX) : L'obturateur proprement dit, de forme circulaire, repose sur un siège en bronze dur à portée conique; avec une surface de contact très réduite et parfaitement rodée. Cet obturateur est relié en dessus et en dessous par des tiges articulées à deux pistons d'équilibre de même diamètre qui rendent ainsi ce système indépendant des pressions du liquide, sauf le frottement des garnitures en cuir embouti des deux pistons. Ce système est placé dans un corps cylindrique étanche muni de tubulures pour le raccordement avec la tuyauterie générale, le liquide à la pression la plus élevée étant mis en relation avec la capacité située au-dessus de l'obturateur. L'écoulement se produit ainsi, au moment de l'ouverture de la soupape, dans le sens du dessus au dessous de l'obturateur.

La face inférieure du disque de l'obturateur est découpée suivant six encoches de formes courbes concaves (Voir planche XXXIX) qui ne donnent la section maximum de passage qu'après une levée de ço mm complète. A l'origine du soulèvement de l'obturateur, le liquide ne peut d'abord passer que par une véritable fissure circulaire entre le siège et le disque mobile, sur i ou 2 mm de hauteur, puis par les six encoches, qui ne présentent que des ouvertures segmentaires d'abord très faibles et s'agrandissant au fur et à mesure de la levée de la soupape.

Le soulèvement et la fermeture de cet obturateur sont produits dans deux sens opposés par un servomoteur actionné du véhicule, comme on l'a vu, à l'aide du câble sans fin. L'action du servo-motcur est transmise au mécanisme placé au-dessous du corps de la soupape actionnant le piston inférieur d'équilibre pour le soulever en surmontant l'effort dû à la pression de l'eau. A cet effet, un galet (Voir fig. 13, planche XXXIX), dont l'axe traverse le prolongement du piston inférieur, repose sur une came rectiligne, sorte de barre horizontale en forme de plan incliné, laquelle est reliée directement au servo-moteur par un axe horizontal.

La came s'appuie par sa partie rectiligne inférieure sur un galet porté par un troisième piston, faisant partie d'une petite presse logée dans le socle de la soupape. Cette presse étant toujours remplie d'eau en pression, le galet joue le rôle de point fixe, pour la came fonctionnant comme un coin. Quand le servomoteur pousse la came, cette dernière soulève peu à peu le clapet obturateur par son plan incliné et ouvre la soupape. Le mouvement rétrograde de la came produit, au contraire, la fermeture du clapet. Le tiroir du servo-moteur est actionné par le câble de manœuvre à l'aide d'un système de leviers cl de tringles. Ce tiroir n'est pas équilibré; il tend toujours à produire la fermeture du clapet de la soupape de marche.

Comme dispositif de sécurité dans le cas du mollissement ou de la rupture d'un ou de plusieurs câbles, des soupapes de sûreté mettent à l'évacuation la presse logée dans le socle de la soupape de mise en marche; à ce moment, ce piston de presse s'abaisse avec le galet d'appui, et le clapet descend sur son siège. Ces soupapes de sûreté (planche XLII) sont placées à la tête des tendeurs de câbles et sur le coupleur.

Tout arrêt accidentel du véhicule, toute rupture des câbles ou marche anormale des presses, entraînent leur fonctionnement et, par suite, la fermeture des soupapes de mise en marche. En vue de la commande directe des. manœuvres de l'ascenseur à faible vitesse, les soupapes d'arrêt et de mise en marche peuvent encore se manœuvrer d'en bas indépendamment des mécanismes décrits ci-dessus; on agit pour cela directement sur leur obturateur pour le soulever à l'aide d'un écrou vissé sur la partie supérieure de la tige principale, au-dessus du piston supérieur. Cette manœuvre peut ainsi être opérée au pied de l'ascenseur à poste fixe et en l'absence de tout conducteur placé sur le véhicule, ce qui donne les moyens d'opérer dans l'appareil toutes les vérifications désirables avec une entière sécurité; l'ouverture réglée à la main peut être aussi faible et la marche générale extrêmement lente.

Régulateurs automatiques de vitesse des presses motrices

Ces appareils, au nombre de deux, sont annexés chacun spécialement à l'une des soupapes d'arrêt décrites précédemment, pour régler le débit du liquide passant : soit de l'accumulateur à haute pression aux presses motrices, soit inversement de ces presses à l'accumulateur à basse pression, afin d'obtenir pour les pistons reliés aux câbles du véhicule une vitesse constante quels que soient les efforts de traction qu'ils produisent sur leur mouflage (Voir Rm et W, PI. planche XXXVI, et pour les détails planche XL).

Toutes les dispositions de ces deux régulateurs sont identiques et le jeu en est basé sur le principe suivant : ouvrir automatiquement au liquide qui les franchit sous une chute de pression essentiellement variable, des orifices de section proportionnée et par conséquent variables aussi, par l'antagonisme d'un ressort et d'un piston actionné par le liquide à pression variable.

La loi de variation des orifices régulateurs en fonction des pressions du liquide actionnant les pistons moteurs doit être telle que le débit soit rigoureusement constant, les pressions dans les accumulateurs de réserve étant d'autre part également constantes. De plus, pour ralentir la marche du véhicule aux approches des stations, à la mise en marche ou à l'arrivée, les orifices en question sont susceptibles d'une diminution des 4/5 de leur ouverture normale, aux points correspondants de la course des pistons moteurs, par l'intervention ' d'un mécanisme spécial agissant sur ces régulateurs, mais sans modifier pour cela les conditions dynamiques de la régularisation.

1. Régulateur de vitesse à la montée. Cet appareil (planche XL) se compose d'un obturateur circulaire en bronze, mobile à l'intérieur d'un cylindre fixe en bronze également, contre lequel il est exactement rodé. Les surfaces de ces deux cylindres sont découpées suivant des ouvertures réparties sur la circonférence pour équilibrer les pressions du liquide et qui peuvent produire, par la superposition des orifices mobiles avec les orifices fixes, certaines combinaisons réglées. C'est par la translation longitudinale de l'obturateur mobile ou par sa rotation angulaire que cette superposition forme des ouvertures de sections variables par lesquelles le liquide s'écoule avec un débit rigoureusement déterminé, et d'une manière automatique.

Pour cela, l'obturateur cylindrique mobile, entièrement ouvert à ses deux extrémités, porte un moyeu relié par des ailettes à sa circonférence; une tige fixée à ce moyeu et prolongée à la partie supérieure de l'appareil forme le piston de réglage appelé à déterminer les positions des orifices mobiles sur les orifices fixes.

Cet ensemble est logé dans un corps cylindrique étanche muni à sa partie inférieure d'une tubulure en communication permanente avec les deux presses motrices de l'ascenseur par l'intermédiaire du coupleur. Le piston, porté à l'extérieur par la tige de l'obturateur sur sa face supérieure, peut recevoir l'action de l'eau en pression, qui lui est fournie par un servo-moteur qui actionne un tiroir de distribution. Ce servo-motcur met la face supérieure du piston en communication avec la pression ou avec l'évacuation. Dans le premier cas, le piston s'abaisse; dans le deuxième, il se relève, par suite de la pression agissant sur la tige de l'obturateur. Dans l'un et l'autre cas, l'obturateur suit le mouvement du piston auquel il est lié.

Le servo-moteur fonctionne automatiquement, au moyen d'une petite presse hydraulique, ou balance régulatrice, dont le plongeur subit toutes les variations de pression qui ont lieu dans le corps du régulateur. La balance régulatrice subit l'action antagoniste d'une pile de rondelles Belleville. Le plongeur vertical de la balance et son corps de presse sont montés sur le couvercle du régulateur. Tout mouvement vertical de ce plongeur est transmis dans le même sens au piston antagoniste de l'obturateur. L'ascension de ce dernier correspond donc à une augmentation de pression dans le régulateur, ayant produit la levée du petit plongeur et l'évacuation de l'eau située au-dessus du piston antagoniste. L'obturateur suit donc tous les mouvements du petit plongeur. L'équilibre s'établit lorsque, le servo-moteur étant dans sa position normale, l'eau du régulateur agit sur la tige de bas en haut, tandis que l'eau emprisonnée au-dessus du piston antagoniste s'oppose à tout mouvement.

Autour du cylindre fixe en bronze concentrique à l'obturateur mobile se trouve une capacité annulaire dans aquclle débouchent les orifices qui y sont découpés; elle est munie d'une tubulure qui communique avec la soupape d'arrêt et de mise eu marche pour la montée, recevant elle-même le liquide fourni par l'accumulateur à haute pression.

On conçoit alors que, les orifices découpés dans la paroi mobile ayant aux différents points de leur hauteur des sections différentes, leur superposition avec les orifices fixes peut donner, au fur et à mesure du déplacement longitudinal de l'obturateur, des sections conformes à une loi déterminée pour réaliser un débit constant quel que soit l'écart des pressions sous lequel l'écoulement du liquide se produit au passage de ces ouvertures. Lorsque le chargement du véhicule est minimum, et que, par suite, l'écart de pression augmente entre l'accumulateur et les presses motrices, le piston plongeur descend, et il en est de même de l'obturateur et de son piston, ce dernier recevant alors l'action de l'eau en pression. Dans ce cas, les orifices diminuent de section par le déplacement relatif des parois cylindriques ajourées; lorsque, au contraire, la charge du véhicule devient maxima, l'écart de pression diminue, la presse antagoniste est mise à l'évacuation et l'obturateur est poussé de bas en haut, la section des orifices augmente pour maintenir le débit constant.

Pendant la marche normale de l'ascenseur, tous les orifices pratiqués autour de l'obturateur livrent simultanément passage au liquide.

2. Ralentissement automatique. Au moment où le ralentissement du véhicule doit se produire, l'obturateur subit une rotation sur lui-même d'une amplitude de 50°, ce qui aveugle les neuf dixièmes des orifices et ne laisse de passage libre que sur le dixième restant, sans modifier pourtant la situation en hauteur ni les conditions d'équilibre de la partie mobile du système. Le débit du liquide alimentant les presses est ainsi réduit à peu près dans la même proportion et la vitesse de marche devient aussi environ le dixième de la vitesse à plein débit.

Cette rotation angulaire de l'obturateur est déterminée au moyen d'un grand tambour denté dont le développement est égal au 1/25e de la course du véhicule. Ce tambour est muni à sa circonférence de deux cames correspondantes, la première à la station du premier et la deuxième à la station du sol et du deuxième étage. Dans la rotation du tambour, ces cames, qui font saillie, viennent abaisser la branche d'un levier qui ouvre le tiroir d'une petite presse hydraulique motrice. Cette presse, par une combinaison de bielles et de levier, fait tourner l'obturateur mobile.

Le tambour denté reçoit le mouvement d'un pignon, qui est en relation par des engrenages coniques avec la poulie de renvoi inférieure, placée sur le grand chevalet. Quand le véhicule est au sol, la came qui correspond à cette station appuie sur la branche du levier de la petite presse motrice, et par suite l'obturateur est tourné et la plus grande partie de ses orifices est obturée. Mais au moment où le conducteur manœuvre pour ouvrir la soupape de mise en marche, l'eau franchit le régulateur à travers les orifices non aveuglés de l'obturateur et les pistons moteurs peuvent se mettre en marche. Le tambour denté tourne d'abord lentement, et bientôt la came du rez-de-chaussée échappe la branche du levier. A ce moment, l'obturateur tourne en sens contraire et tous ses orifices deviennent libres. L'eau trouvant une section de passage beaucoup plus grande, la vitesse des pistons moteurs croît jusqu'à sa valeur normale. Il en est ainsi jusqu'au moment où, le véhicule arrivant à ç m au-dessous du premier étage, la came de cette station abaisse à nouveau la branche du levier, et où la petite presse referme à nouveau l'obturateur. L'arrêt complet est obtenu alors par le conducteur qui agit sur la soupape d'arrêt et de mise en marche, pour la fermer.

3. Régulateur pour la descente. Les dispositions de cet appareil sont identiques à celles du précédent. Le corps principal est aussi en communication permanente avec les presses motrices et la capacité annulaire extérieure au cylindre fixe découpé est en relation avec la soupape d'arrêt et de mise en marche pour la descente, qui communique d'autre part avec l'accumulateur à basse pression.

Les orifices de l'obturateur mobile sont établis de manière à diminuer de section quand le piston monte par suite de l'évacuation de l'eau sur sa face supérieure ; cela se produit pour le cas du maximum de chargement du véhicule, alors que l'écart de pression entre les presses motrices et l'accumulateur augmente; à l'inverse, l'obturateur descend et ouvre les orifices en grand, pour le minimum de chargement du véhicule. Le ralentissement aux abords des stations se produit comme pour l'appareil précédent.

Coupleur des presses motrices

L'eau qui sort du régulateur de vitesse, et qui se rend aux presses, au moment de la montée, ou qui sort des presses pour aller au régulateur au moment de la descente, passe dans le coupleur des presses motrices, placé entre les deux appareils précédents.

Le coupleur, qui est un appareil commun à la montée et à la descente, a pour but d'égaliser les pressions sur les pistons moteurs. Il réduit l'arrivée de l'eau sur celui des deux pistons qui supporterait, à un moment donné, un effort supérieur à l'autre. Cet étranglement a lieu jusqu'à ce que l'égalité de pression soit établie sur les deux plongeurs.

Le coupleur (planche XL), fig. 49 à 54) comprend un équipage de deux pistons horizontaux, reliés entre eux par une tige rigide. Chacun d'eux glisse dans une chemise en bronze percée de fenêtres. En marche normale, les deux séries de fenêtres se trouvent placées entre les faces intérieures des deux pistons, où aboutit également l'eau en pression venant du régulateur.

L'équipage des pistons et les chemises sont contenus dans un corps en fonte étanche. Chacune des deux séries de fenêtres est située en regard d'un canal en forme de tore, venu de fonte dans le corps du coupleur. Chaque tore communique par une conduite supérieure avec lune des presses motrices. Les pistons horizontaux sont munis du côté de la partie extérieure d'un prolongement passant dans une garniture étanche, et qui reçoit l'action d'un ressort antagoniste, logé dans une capacité du corps en fonte. Cette capacité ou boîte à ressort est reliée par un petit tube avec la face antérieure des pistons des tendeurs hydrauliques des câbles. Elle est remplie d'eau une fois pour toutes, ainsi que la partie avant des cylindres tendeurs; la pression initiale de l'eau convenablement choisie assure la tension des câbles. L'équipage des deux pistons du coupleur est donc normalement en équilibre.

Mais si l'on suppose une surtension dans l'un des deux groupes de câbles, celui de droite par exemple, cette surtension est transmise par les tendeurs de ce côté sur la face extérieure du piston de droite du coupleur. L'équipage se déplace alors sous cet effort, et le piston de droite vient obturer en partie les fenêtres correspondantes à la presse de droite, créant ainsi une perte de charge jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli sur les deux plongeurs des presses.

Dans le cas de la descente, l'eau arrive par les conduits en forme de tore, passe dans l'espace compris entre les deux pistons et rejoint ensuite le régulateur de vitesse pour la descente. Le coupleur est muni, en outre, d'un organe de sécurité. C'est une soupape qui peut mettre à l'évacuation à un moment donné la presse de sûreté, logée dans le socle des soupapes de mise en marche. La soupape de sûreté s'ouvre à l'évacuation au moyen d'une transmission prise sur une crémaillère de la tige qui relie les deux pistons du coupleur (voir détails fig. 8 à 11, Pl. XLII planche XLII)). Quand l'équipage se meut d'un côté, d'une façon anormale, la soupape de sûreté, au moyen de la transmission de mouvement, est mise à l'évacuation pour un déplacement donné de l'équipage, et provoque la fermeture de la soupape de mise en marche.

Organes complémentaires de la distribution

Tous les organes que nous venons d'examiner sont reliés entre eux par une tuyauterie, partie en fonte de 200 mm et partie en acier de 150 mm. Celle venant de la pompe vers les accumulateurs à haute pression, ou allant de l'accumulateur à basse pression vers la pompe, est en acier. Sur chacune de ces deux conduites, se trouve un clapet d'isolement, qui fait obstacle au retour de l'eau, soit de la haute pression vers la pompe, soit de la pompe vers la basse pression (voir IHP et IBP, planche XXXVI), et détails planche XL), fig. 55 à 58 et 59 à 62).

La pompe employée est du système Worthington.

L'eau en pression qui actionne tous les servo-moteurs des organes de distribution et des soupapes de sûreté est filtrée dans une poche en fonte remplie d'épongés lavées (fig. 18 à 20, Pl. planche XLII)). Les eaux d'évacuation provenant de ces manœuvres sont conduites dans un bac de décharge en tôle placé à la base du pilier (voir fig. 1, planche XXXVII).

Les trois soupapes de sûreté des tendeurs et du coupleur et les presses des soupapes de mise en marche communiquent toutes avec un appareil dit pot de jonction (voir L, planche XXXVI), et détails planche XLII), fig. 12 à 16) auquel aboutit l'eau en pression qui remplit ces organes. Le pot de jonction peut être mis à l'évacuation à la main, en manœuvrant le pointeau p", ce qui entraine, comme par une soupape de sûreté, la fermeture des soupapes de mise en marche. C'est donc un organe de sécurité à la main. Pour compléter cette description, nous dirons un mot du multiplicateur de pression (voir V, Pl. XXVI, et détails Pl. XLII, fig. 24 a 54) placé dans la salle de l'ascenseur à côté des appareils ci-dessus. Il a pour but de fournir l'eau à une pression suffisante pour la remonter dans une petite conduite dite de sauvetage placée le long du chemin de l'ascenseur, et venir agir au moyen de raccords souples, dans les cylindres de frein du véhicule. Cette opération peut être nécessaire, dans le cas où le véhicule est arrêté sur son chemin, par suite du fonctionnement des freins, et où l'on veut faire la manœuvre de sauvetage, pour le remonter ou le descendre à la station la plus proche.

Le multiplicateur se compose d'un piston à garniture, muni d'une grosse tige, et qui peut se mouvoir dans un cylindre en fonte.

La tige laisse entre elle et le cylindre un espace annulaire, qui est rempli, à un moment donné, par de l'eau à la pression des accumulateurs, et qui communique avec la conduite de sauvetage.

Si l'on fait agir également l'eau à cette même pression sous le piston, c'est-à-dire sur sa section pleine, le piston remonte, et la pression de l'eau de l'espace annulaire est multipliée dans le rapport de la section intérieure du cylindre à la surface de l'espace annulaire. Cette pression ainsi multipliée est suffisante pour que l'eau puisse, dans le cas le plus défavorable, remonter jusqu'à la partie supérieure du chemin, et soulever le véhicule en charge sur ses pistons de freins, agissant comme vérins. Un distributeur à cinq pointeaux (planche XLII)) permet de faire toutes les manœuvres mentionnées ci-dessus.

L'installation des appareils est complétée par un tableau portant un indicateur de la marche du véhicule, et des manomètres donnant la pression à l'intérieur des différentes presses hydrauliques, en jeu dans l'installation.

Fonctionnement de l'appareil

Pour mettre en marche l'ascenseur, il est nécessaire de procéder préalablement au remplissage de l'accumulateur à basse pression.

On a vu, en effet, que la pompe Worthington, qui refoule l'eau dans les accumulateurs à haute pression, est établie pour fonctionner sous une charge égale à la différence de pression entre les accumulateurs HP et l'accumulateur BP. Il s'ensuit donc que ce dernier doit être constamment en charge, pour permettre la marche de la pompe.

Mais pour faire le remplissage initial, on ne peut se servir de cette pompe destinée à alimenter la haute pression et qui ne peut refouler dans l'accumulateur BP, en raison du clapet d'isolement qui empêche le retour de l'eau de la pompe vers ces accumulateurs.

Il est nécessaire de se servir d'une petite pompe spéciale installée auprès de la grande, et fonctionnant pour une pression de refoulement de 20 kg par cm³, suffisante pour soulever l'accumulateur à basse pression. Cette pompe, par une petite canalisation qui lui est propre, aspire l'eau dans le bac de décharge de l'ascenseur, et la refoule dans la conduite générale à haute pression. L'eau passe sous les accumulateurs HP, qu'elle ne peut soulever, et arrive dans l'accumulateur BP par une petite conduite, laquelle est adaptée à l'accumulateur HP n° 2, et porte la soupape d'emplissage de sûreté de ce dernier (voir Pl. XLII, fig. 21 à 25). Quand l'accumulateur BP est rempli, on cesse l'action de la petite pompe et on met la grande en marche. Dès que les accumulateurs HP sont en charge, l'appareil est prêt à fonctionner. Le circuit de l'eau est représenté en détail dans laplanche XXXVI).

Nous dirons seulement, au point de vue du fonctionnement de la pompe, que celle-ci fonctionne d'une manière ininterrompue et permet de maintenir d'une façon à peu près constante les accumulateurs HP en haut de course, tandis que l'accumulateur BP est en bas de course. Du reste, des appareils de sécurité limitent les courses dans chacun de ces sens. Pour les accumulateurs à haute pression, ils provoquent à la limite haute de leur course, au moyen d'une soupape de sûreté de décharge, l'évacuation d'une certaine quantité d'eau qui est renvoyée dans la canalisation à basse pression. De même, si l'accumulateur BP se vide et descend à fond de course, la soupape d'emplissage de sûreté dont nous venons de parler s'ouvre, et permet à l'eau de l'accumulateur HP n° 2 de venir soulever à nouveau l'accumulateur BP. Toutes ces fonctions étant automatiques, il n'est plus nécessaire d'exercer une surveillance sur la marche des accumulateurs des deux piliers.

Rendement et marche de l'appareil

La course du véhicule suivant le chemin est, comme on l'a vu, de 128,61 m, dont 68,41 m du sol au 1er étage et 60,20 m du 1er au 2e.

La course utile des plongeurs des presses motrices est le huitième de ce chiffre, soit 16,076 m. Les deux plongeurs, qui ont 402 mm de diamètre, offrent une section totale de 0,2538 m². La quantité d'eau dépensée pour une course est donc de 0,2538 x 16,076 = 4,080 m³.

Cette eau, pour que les appareils puissent fonctionner à une température inférieure à 0°, est fortement mélangée de glycérine; la proportion est de 25% environ. C'est d'ailleurs toujours la même eau qui sert, sauf les pertes par les fuites de l'appareil ; elle est approvisionnée dans le bac de décharge installé au pied de l'ascenseur. L'eau en pression est fournie par les accumulateurs HP, dont la capacité doit être au moins égale à celle des deux presses.

Or le diamètre des pistons des deux accumulateurs est de 700 mm, correspondant à une section de 0,7696 m². Leur course est de 5,50 m, la quantité d'eau qu'ils peuvent fournir ensemble, en descendant à fond, est donc : 0,7696x 5,5 = 4,233 m³.

Cette quantité d'eau suffit pour l'alimentation des presses, pour une course. En outre, il faut que l'accumulateur à basse pression, dans lequel aspire la pompe, ait lui-même une capacité égale à la précédente. Le diamètre de son piston est de 1,100 m et sa surface de 0,9505 m. Le cube correspondant à la course de 5,50 m est de 5,227 m³. Ce volume dépasse de 1 m environ celui des accumulateurs HP afin de compenser toutes les pertes qui se produisent forcément dans les divers appareils de la distribution. Le rendement pratique de l'appareil est le suivant :

En admettant que l'eau dans les presses est à une pression effective maxima de 50 kg par cma, le travail moteur dépensé dans une course est : 50 x 2.538 x 16,076 = 200 200 kgm.

Ce travail étant fourni en une minute, temps effectif du parcours sans arrêt, représente pour les presses une puissance de 200 200 / (60 x 7) = 450 chevaux. Le travail commercial utile se réduit à l'élévation de 100 voyageurs à 70 kg, soit 7000 kg du niveau du sol (+ 35,08) au niveau de la 2e plate-forme (+ 149,25), soit sur une hauteur verticale de 114,15 m. Ce travail a donc pour valeur : 7000 x 114,15 = 799.050 kgm et correspond à une puissance de 177 chevaux.

Le rendement commercial maximum de l'ascenseur à la montée est par suite 700 050 / 200200 = 0,391. Il peut donc varier de 0 à 39%, suivant que les cabines sont vides ou pleines. La marche de l'ascenseur a été prévue comme suit pour l'Exposition de 1900.

Aux termes du contrat passé avec la Compagnie de Fives-Lille, le trajet total aller et retour doit s'effectuer en deux minutes de temps effectif, comprenant un ralentissement d'allure au départ des stations, ainsi qu'avant l'arrêt absolu au sol, au 1er et au 2e étage, sur un parcours environ dans les deux sens. La vitesse maxima du véhicule sur le chemin doit être ainsi de 2,50 m par seconde environ.

Les durées prévues pour les différences périodes du parcours sont les suivantes :

Montée du sol au 1er étage : 30'
Arrêt au 1er étage : 60'
Montée du 1er étage au 2e : 30'
Arrêt au 2e : 60'
Descente du 2e au 1er : 30'
Arrêt au 1er : 60'
Descente du 1er au sol : 60'
Arrêt et changement de voyageurs au sol : 60'
Total : 360'

L'aller et retour doit donc s'effectuer en 6 minutes. Cette durée correspond, à raison de 100 personnes par voyage, à un nombre de 1 000 voyageurs élevés par heure.

Voir aussi :

Ascenseurs de la tour Eiffel

Visiter la tour Eiffel