Le développement de l'énergie à vapeur pendant les périodes coloniale et républicaine a été initialement hésitant mais finalement décisif. Commençant par une importation peu pertinente par rapport à la situation intérieure, la machine à vapeur est alors devenue une source d'énergie adaptée aux besoins locaux. Les percées technologiques ont finalement placé l'Amérique à l'avant-garde du développement de l'énergie à vapeur et, à la fin de la période, c'était une technologie sur le point de envahir le continent américain.
Origines et premières applications
L'énergie à vapeur a ses débuts dans la dépendance britannique au charbon comme combustible et dans les inondations qui se sont produites à mesure que des veines de charbon de plus en plus profondes étaient exploitées. La machine à vapeur construite par Thomas Newcomen (1663–1729) en 1712 fut la première application pratique de la vapeur au problème du pompage des mines inondées. Bien que les premières machines à vapeur soient inefficaces et gênantes, leur adoption généralisée en Angleterre a été assurée car elles remplissaient une fonction cruciale et, dans la plupart des cas, consommaient un carburant extrait sur place.
La première application de l'énergie à vapeur dans le Nouveau Monde a eu lieu dans le New Jersey. En 1748, Philip Schuyler, qui possédait une mine de cuivre gravement inondée près de Newark, commanda un moteur aux Hornblowers, une famille de constructeurs de machines à vapeur de Cornwall, en Angleterre. La machine, accompagnée de Josiah Hornblower et de nombreux composants en double, fut expédiée en 1753 et finalement rendue opérationnelle en 1755. Ce moteur rendit la mine rentable et continua de fonctionner, sporadiquement au moins, pendant plus de cinquante ans.
Deux décennies devaient s'écouler avant la prochaine tentative d'utilisation de la vapeur en Amérique. Christopher Colles (1739–1816), un immigrant irlandais, entreprit la fabrication de deux moteurs pour les installations de pompage d'eau - un en 1773 pour une distillerie à Philadelphie et un autre en 1776 pour le premier aqueduc public de New York. Bien que le moteur de Philadelphie soit resté inachevé, ces deux moteurs ont été les premiers à être construits dans les colonies. Un autre moteur a été fabriqué vers 1780 pour pomper l'eau de la mine de Joseph Brown's Hope Furnace près de Cranston, Rhode Island.
Adaptation
De même que les origines de la vapeur sont issues de la situation anglaise, les premières percées américaines sont issues de besoins locaux, en particulier de la traversée de longues distances via la navigation sur l'eau. Les développements en Angleterre au cours du dernier quart du dix-huitième siècle furent à nouveau utiles. Les améliorations successives du moteur de base de Newcomen par l'ingénieur et inventeur écossais James Watt (1736–1819) avaient abouti à des moteurs à vapeur plus efficaces thermiquement, plus petits, plus doux et capables de fournir un mouvement de rotation.
Bien que Robert Fulton (1765–1815) soit largement accepté comme le créateur du bateau à vapeur, John Fitch (1743–1798) est crédité d'avoir exploité le premier bateau à vapeur à succès aux États-Unis. Mais le bateau à vapeur de 1787 de Fitch est à la navigation à vapeur comme le moteur de la mine Schuyler l'était au développement à vapeur stationnaire - une première étape réussie mais isolée. Fulton a choisi New York comme lieu de l'inauguration le 17 août 1807 de son grand navire, le North River Steamboat de Clermont. La Clermont a été un succès, non seulement sur le plan technologique mais aussi sur le plan économique - Fulton a immédiatement commencé une opération régulière de paiement des tarifs de New York à Albany et a utilisé les bénéfices pour commencer à construire des bateaux améliorés. D'autres expérimentateurs de bateaux à vapeur tels que Nicholas Roosevelt et John Stevens et son fils Robert ont commencé à construire des navires similaires. À peine quatre ans plus tard, construit à Pittsburgh par Fulton Nouvelle Orléans partit pour son port éponyme, et une nouvelle ère de navigation fluviale aux États-Unis commença.
Haute pression
En 1804, l'inventeur américain Oliver Evans (1755–1819) a donné l'impulsion majeure à la révolution américaine de la vapeur en faisant fonctionner avec succès un moteur expérimental utilisant de la vapeur à haute pression. Richard Trevithick a fait la même percée de manière totalement indépendante en Angleterre au même moment. Les moteurs «haute pression» étaient, pour une puissance donnée, plus compacts que les moteurs de type Watt. Leur économie était telle qu'ils pouvaient être conçus pour être utilisés dans des applications aussi bien modestes que grandes, étendant ainsi la portée de la vapeur au-delà des bateaux à vapeur et des installations de pompage dans les moulins à farine, à sucre et à scier. Bien qu'ils soient couverts par le brevet d'Evans, la construction et le perfectionnement ultérieurs des moteurs à haute pression et des chaudières se sont déroulés en grande partie en dehors du système des brevets - une circonstance sans doute aidée par l'isolement de nombreuses installations et aggravée par l'ingéniosité, l'opportunité et les considérations commerciales de base. Evans, déjà connu pour son travail de 1795, Le guide du jeune millwright et du meunier, a également eu une influence considérable à travers son 1805 L'avortement du guide du jeune mécanicien à vapeur, peut-être le traité de vapeur le plus accessible de l'époque. Le moteur stationnaire horizontal omniprésent de l'Amérique du XIXe siècle doit sa sophistication à la machine à vapeur à haute pression, appliqué et adapté pour la première fois à la navigation fluviale.
Chemins de fer
À la fin des années 1820, une autre ère de la puissance à vapeur en Amérique ne faisait que commencer, celle du chemin de fer. Les premières locomotives à vapeur réussies avaient été développées pour être utilisées dans les houillères anglaises et, au milieu des années 1820, cette technologie était appliquée aux chemins de fer publics reliant les villes et les communautés rurales du nord de l'Angleterre. Comme on pouvait s'y attendre, les récits de ces entreprises ont trouvé leur chemin aux États-Unis. La Delaware and Hudson Canal Company, organisée en 1823, proposa l'incorporation d'un tronçon de chemin de fer dans leur tracé de canal prévu et, à cette fin, commanda quatre locomotives à l'Angleterre. Le premier à être cuit à la vapeur, le Lion de Stourbridge, a été testé sur route en août et septembre 1829. C'était un échec pur et simple, en grande partie parce que la locomotive était trop lourde pour sa voie. Mais ceci, à la différence des échecs des premières installations à vapeur sur le continent américain, n'était que le moindre revers. À cette époque, le nombre de mécaniciens pratiques - une vague de connaissances mécaniques diffusée dans près de quatre cents bateaux à vapeur sillonnant le Mississippi et ses affluents, et concentrée dans les ateliers d'usinage et les fonderies à Pittsburgh, Philadelphie, New York, et ailleurs - était telle que ce faux départ ne fit qu'annoncer clairement la divergence qui s'ensuivit entre les pratiques ferroviaires américaines et britanniques. À la fin des années 1820, des méthodes de travail ancrées dans la situation américaine avaient émergé - des méthodes qui étaient en passe d'adapter pleinement la technologie de la vapeur à la situation américaine.