Chaudière, également appelée générateur de vapeur, appareil destiné à transformer un liquide en vapeur. Dans une centrale à vapeur classique, une chaudière est constituée d’un foyer dans lequel le combustible est brûlé, de surfaces permettant de transmettre la chaleur des produits de combustion à l’eau, et d’un espace où la vapeur peut se former et s’accumuler. Une chaudière classique possède un foyer qui brûle un combustible fossile ou, dans certaines installations, des combustibles résiduaires. Un réacteur nucléaire peut également servir de source de chaleur pour générer de la vapeur sous pression.
Les chaudières ont été construites dès le 1er siècle de notre ère par Héro d’Alexandrie mais n’étaient utilisées que comme jouets. Ce n’est qu’au 17ème siècle que l’on s’est sérieusement penché sur le potentiel de l’énergie à vapeur pour des travaux pratiques. La première chaudière équipée d’une soupape de sécurité a été conçue par le Français Denis Papin en 1679 ; des chaudières étaient fabriquées et utilisées en Angleterre au début du 18e siècle. Les premières chaudières étaient en fer forgé ; lorsque les avantages de la haute pression et de la haute température ont été réalisés, les fabricants se sont tournés vers l’acier. Les chaudières modernes sont fabriquées en acier allié pour résister à des pressions élevées et à des températures extrêmement élevées.
La plupart des chaudières à vapeur conventionnelles sont classées dans les types tube à feu ou tube à eau. Dans le type à tube de feu, l’eau entoure les tubes d’acier à travers lesquels circulent les gaz chauds provenant du four. La vapeur produite s’accumule au-dessus du niveau de l’eau dans un tambour de forme cylindrique. Une soupape de sécurité est réglée pour permettre l’échappement de la vapeur à des pressions supérieures à la pression de fonctionnement normale ; ce dispositif est nécessaire sur toutes les chaudières, car l’ajout continu de chaleur à l’eau dans un récipient fermé sans moyen d’échappement de la vapeur entraîne une augmentation de la pression et, finalement, l’explosion de la chaudière. Les chaudières à tubes de fumée ont l’avantage d’être faciles à installer et à utiliser. Elles sont largement utilisées dans les petites installations pour chauffer les bâtiments et fournir de l’énergie aux processus industriels. Les chaudières à tubes de fumée sont également utilisées dans les locomotives à vapeur.
Dans la chaudière à tubes d’eau, l’eau est à l’intérieur des tubes, les gaz chauds du foyer circulant à l’extérieur des tubes. Lorsque le turbogénérateur à vapeur a été développé au début du 20e siècle, les chaudières modernes à tubes d’eau ont été développées pour répondre à la demande de grandes quantités de vapeur à des pressions et des températures dépassant de loin celles possibles avec les chaudières à tubes de fumée. Les tubes se trouvent à l’extérieur du tambour à vapeur, qui n’a pas de surface de chauffe et est beaucoup plus petit que dans la chaudière à tubes de fumée. Pour cette raison, le tambour de la chaudière à tubes d’eau est mieux à même de supporter des pressions et des températures plus élevées. Une grande variété de tailles et de modèles de chaudières à tubes d’eau est utilisée dans les navires et les usines. La chaudière express est conçue avec de petits tubes d’eau pour une production rapide de vapeur. La chaudière à vaporisation instantanée peut ne pas nécessiter de tambour à vapeur, car les tubes fonctionnent à des températures si élevées que l’eau d’alimentation se transforme en vapeur et se surchauffe avant de quitter les tubes. Les plus grandes unités se trouvent dans les centrales électriques des services publics. Les unités de taille importante sont utilisées dans les aciéries, les papeteries, les raffineries de pétrole, les usines chimiques et d’autres grandes usines de fabrication.