L'électricité et ses applications

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- - L’ÉLECTRiCITÉ
  - ====== ET SES --:
  - APPLICATIONS
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  - H. VIGNERON
  - L’ÉLECTRICITÉ
  - RT SES ...
  - APPLICATIONS
  - THÉORIE = PRODUCTION = DISTRIBUTION LUMIÈRE = FORCE = CHALEUR = TRACTION T. S. F. = TÉLÉPHONE = ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - MASSON ET O, EDITEURS
  - LIBRAIRES DE L’ACADÉMIE DE MÉDECINE
  - 120, Boulevard Saint-Germain, 120, Paris (VIe)
  - =========== 192S -— - —
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- - Tous droits de traduction,
  - i
  - de reproduction et d’adaptation réservés pour tous pays.
  - Copyright, 1928, by Masson et Cle.
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- - PRÉFACE
  - On a dit avec juste raison que le xxe siècle serait le siècle de l’électricité comme le xixe avait été celui de la vapeur. Il semble bien que cette prédiction soit exacte, car le développement et surtout l’extension des installations électriques sont extrêmement considérables, surtout dans notre pays. Il suffit de parcourir la France pour se rendre compte de l’effort industriel énorme qui s’accomplit actuellement pour réaliser le vaste programme, conçu avant guerre, de l’électrification des campagnes. Partout se dressent les grêles pylônes supportant les lignes de transmission aérienne, et il est bien peu de paysages dans lesquels on ne puisse découvrir la présence de l’électricité. Ce sont, de distance en distance, les postes secondaires de transformation ; de place en place, une sous-station étale le long de la route ses batteries de transformateurs et d’appareils de protection ; plus loin, ce sont les lignes haute tension accompagnant la route pendant de nombreux kilomètres pour brusquement enjamber une colline et disparaître vers une usine hydro-électrique lointaine. Les chemins de fer eux-mêmes ne restent plus exclusivement fidèles à la traction à la vapeur, et la silhouette du train, si familière, avec sa grosse locomotive couronnée d’un panache de fumée traînant dans le ciel en volutes floconneuses, s’est modifiée : sur de nombreuses lignes, sans bruit, sans halèterqent, sans fumée, le convoi progresse ; la cheminée a disparu, et à sa place une grêle charpente articulée s’appuie obstinément sur un fil qui semble arachnéen et qui, cependant, fournit toute l’énergie nécessaire à la propulsion de l’énorme masse en mouvement.
  - De même, si l’on fixe l’attention sur les environs immédiats,, on trouve encore partout les témoins de l’activité électrique, sous des formes infiniment variées, qui déjà nous sont devenues familières, et les antennes qui surmontent tant de maisons, même en des lieux qui semblent perdus dans les campagnes lointaines, montrent que là encore l’électricité a réussi à pénétrer.
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- - VI
  - PRÉFACE
  - L’importance, la multiplicité et l’ampleur des applications de l’électricité sont telles que l’on peut dire sans exagération que toute la vie économique moderne repose sur elles. Si, par une fiction à la Wells, on supposait qu’à un moment donné toutes les sources d’énergie électrique soient taries, il en résulterait une véritable catastrophe mondiale.
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  - Nous avons cherché, dans le présent volume, à présenter une vue d’ensemble des applications multiples de l’électricité et en même temps un résumé aussi complet que possible des connaissances théoriques actuelles sur les diverses manifestations de l’énergie électrique.
  - Il nous a semblé, en effet, qu’entre les ouvrages purement didactiques établis pour les élèves, et les ouvrages spéciaux destinés aux techniciens, il y avait place pour un exposé s’adressant aux « Français moyens », à tous ceux qui, ayant chaque jour sous les yeux les applications de l’électricité, désirent en comprendre le fonctionnement et le mécanisme.
  - Les difficultés de réalisation de ce programme étaient considérables, car il fallait éviter un double écueil : trop élémentaire, le livre n’avait aucune valeur ; trop technique, il risquait de rebuter le lecteur non spécialiste. Le lecteur jugera si nous avons réussi dans notre entreprise.
  - Afin de ne pas donner au volume une importance exagérée, nous avons délibérément supprimé, non seulement toute la partie historique, sans intérêt pratique, mais également toutes les descriptions d’appareils que l’on rencontre encore dans beaucoup d’excellents traités, bien qu'ils ne soient plus en service depuis de nombreuses années. Tous les exemples, toutes les descriptions, toutes les figures sont relatives à des installations modernes actuellement en service et donnent ainsi une exacte représentation de l’état actuel de l’industrie électrique. Nous n’avons fait intervenir que le plus rarement possible les développements mathématiques, toujours élémentaires et ne nécessitant pas de connaissances spéciales.
  - Nous avons divisé le volume en trois parties distinctes. Dans chacune d’elles, chaque chapitre peut, sans inconvénient, être lu
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- - PRÉFACE
  - VII
  - seul, et ne nécessite pas, pour sa compréhension, l’obligation de se reporter au chapitre précédant.
  - La première partie traite de l’électricité théorique. Nous avons essayé dé condenser en quelques chapitres tout l’essentiel de nos connaissances actuelles sur le sujet. Dès le début, nous avons introduit la notion fondamentale de l’électron, qui domine toute la science moderne. Nous nous sommes étendu avec quelques détails sur les phénomènes de découverte récente : rayons X, radioactivité, oscillations électriques, émissions thermo-ioniques, etc., sur lesquelles le lecteur ne pourrait se renseigner qu’en se reportant à des ouvrages spéciaux, trop détaillés ou trop difficiles à suivre.
  - Dans la seconde partie, les divers modes de production de l’énergie électrique ont été successivement passés en revue, avec toutes les indications utiles pour en comprendre le principe, et les caractéristiques essentielles. Nous avons également traité dans cette partie des moyens de transport et de distribution de l’électricité à distance.
  - Enfin, dans la troisième partie, on trouvera exposées, en quelques chapitres rédigés comme des monographies séparées, les applications principales de l’énergie électrique.
  - Nous tenons à remercier les nombreux constructeurs qui ont bien voulu nous faciliter notre tâche en mettant à notre disposition leur documentation industrielle, nous permettant ainsi de présenter au lecteur des documents exacts sur l’état actuel de l’industrie électrique.
  - H. Vigneron.
  - Paris, septembre 1927.
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- - L’ÉLECTRICITÉ
  - ET SES APPLICATIONS
  - PREMIÈRE PARTIE
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - CHAPITRE PREMIER
  - ÉLECTROSTATIQUE
  - Électricité statique et courant. — Conception de Coulomb. — Conception de Maxwell.
  - — Les deux sortes d’électricité. — Corps conducteurs et corps isolants. — La loi de Coulomb. — L’unité de charge électrique. — Le coulomb. — Le champ électriques
  - — Lignes de force du champ électrique. — Nature des charges électriques. — La tension ou potentiel. — La capacité des conducteurs. — La différence de potentiel
  - — Le volt. — L’unité de capacité. -— Le farad. — Les surfaces équipotentielles. — La densité électrique. — Le pouvoir des pointes. — Les phénomènes d’influence. — Charge par influence. — Fonctionnement des paratonnerres. — Variation de la capacité d’un conducteur. — Condensateurs. — Capacité des condensateurs. — Formes des condensateurs. — Rôle du diélectrique. —- Polarisation des diélectriques. — Localisation de l’énergie dans le diélectrique. —- L’éther. — Principe des machines électriques.
  - — Le replenisher de Kelvin. — Le courant électrique. — L’électricité de contact. —• Expérience de Galvani. —Loi des contacts de Volta. — La pile. —Piles thermo-électriques. — Effet Peltier. — Pyromètres. — Pyro-électricité. — Piézo-électricité. — Applications. —• Ultra-sons.
  - Les phénomènes électriques les plus anciennement connus se rapportent aux propriétés qu’acquièrent certains corps tels l’ambre (en grec: elektron), l’ébonite, le verre, etc., lorsqu’on les frotte avec un morceau de drap ou une peau de chat. En particulier, ils sont capables d’exercer des efforts d’attraction sur des corps légers placés à leur voisinage, petits morceaux de papier ou légères boules de moelle de sureau.
  - On dit, pour caractériser cet état particulier des corps, qu’ils sont électrisés ou qu’ils sont chargés d’électricité.
  - Entre ces phénomènes, curieux sans doute, et ceux que l’on observe dans
  - Vigneron. — Électricité. I
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - les machines électriques modernes, il semble qu’il y ait un abîme et qu’autant l’étude de ces derniers soit d’une importance capitale, autant les premiers paraissent désuets, sans intérêt pratique. Il y a quelques années-seulement, cette tendance d’esprit était extrêmement répandue,même dans l’enseignement, et, dans beaucoup d’excellents traités, on commençait délibérément l’étude de l’électricité par celle du courant électrique, n’accordant qu’une place secondaire à ce que l’on appelait dédaigneusement « les-vertus de l’ambre et de la peau de chat ». La notion de courant l’emportait sur celle de charges électriques, le dynamique triomphait du statique
  - Bien plus même, les conceptions théoriques fondamentales étaient radicalement différentes. Au lieu de considérer, comme les anciens physiciens de l’école de Coulomb, que le phénomène électrique consistait en l’apparition de charges d’une substance mystérieuse et impondérable appelée électricité, sur les corps matériels, les physiciens modernes, à la suite de Maxwell, admettaient que le phénomène électrique réside essentiellement dans une modification du milieu environnant les corps matériels rempli d’une substance hypothétique appelée éther. Le phénomène électrique est une modification de l’éther, la charge électrique constatée sur les corps matériels étant simplement une conséquence de cette modifi, cation.
  - Mais les découvertes récentes des rayons X, de l’émission d’électricité par les corps chauffés, de la radioactivité, l’étude de la conductibilité des gaz, etc., dont nous aurons l’occasion de parler en détail, redonnèrent à la charge électrique l’importance et la réalité qu’elle semblait avoir perdues définitivement, en mettant en évidence l’existence d’un véritable atome d’électricfté, .l’électron, élément fondamental de toute matière.
  - Aussi commencerons-nous l’exposé théorique très succinct des lois générales de l’électricité par l’étude des phénomènes électrostatiques, en introduisant dès le début la notion moderne fondamentale de l’électron, demandant au lecteur d’accepter apriori cette conception, dont il trouvera,, dans les derniers., chapitres de la première partie de ce livre, les nombreuses preuves expérimentales.
  - * * *
  - Une observation un peu approfondie du phénomène d’électrisation par frottement montre immédiatement qu’il est moins simple qu’on peut le penser à première vue. En effet, si, à l’aide d’une baguatte de verre frottée, on touche deux petites boules de moelle de sureau suspendues à une potence, on constate qué les boules s’électrisent, se repoussent aussitôt et restent écartées l’une de l’autre. Si on approche de nouveau la baguette
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  - de verre, elles sont également repoussées par elle. Le même phénomène se produit si, au lieu d’employer une baguette de verre frotté comme source d’électricité, on se sert d’un bâton de cire à cacheter. Mais approchons maintenant, des deux boules électrisées par la baguette de verre, le bâton de cire à cacheter frotté : immédiatement, il y a attraction au lieu de répulsion.
  - L’effet n’est donc pas le même lorsqu’on emploie des substances différentes comme sources d’électricité. Un bâton de cire frotté est électrisé d’une autre façon qu’une baguette de verre frottée. On a été conduit ainsi à distinguer deux sortes d’électricité : Y électricité vitreuse ou positive et Y électricité résineuse ou négative.
  - Il est déjà possible d’énoncer une première loi : les corps électrisés de même nom se repoussent, les corps électrisés de noms contraires s’attirent. Nous verrons plus loin l’expression quantitative de cette loi.
  - * * *
  - Auparavant, nous devons remarquer que les corps que nous pouvons électriser par frottement et qui conservent ensuite pendant un certain temps leur état d’électrisation sont les corps non métalliques. Au contraire, les métaux et un grand nombre d’autres substances, beaucoup de liquides, le bois humide, la terre, etc., se comportent différemment. Ils s’électrisent bien quand on les frotte, ainsi que l’on a pu le mettre en évidence, mais l’électricité produite, au lieu de rest'er localisée à l’endroit frotté, se répartit immédiatement sur tout le métal ; si celui-ci est tenu à la main, elle se communique aux doigts, au corps de l’homme, par son intermédiaire aux murs et à la terre. On dit dans ce cas que l’électricité est mise à la terre.
  - Si, au contraire, le morceau de métal est isolé, en le fixant sur un manche en ébonite par exemple, on peut l’électriser en le frottant ; l’électricité développée se répartit bien encore sur toute la surface du métal, mais ne peut s’écouler à l’extérieur.
  - Ainsi donc, de même que nous avons été amenés à distinguer deux sortes d’électricités, nous devons ranger les corps en deux classes : les corps isolants (verre, résine, etc.), qui retiennent l’électricité sur eux au point de production, et les corps conducteurs (métaux et substances analogues) sur lesquels l’électricité se répartit immédiatement sur toute la surface.
  - Naturellement, la distinction pratique n’est pas aussi nettement tranchée, et, entre les isolants et les conducteurs, on peut placer une classe intermédiaire de substances médiocres isolants, mais que l’on ne peut cependant appeler des conducteurs.
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  - * * *
  - Nous avons vu que les corps électrisés exercent des actions mutuelles attractives ou répulsives ; il nous reste à chercher l’expression de la valeur des forces ainsi développées en fonction de la charge que portent les corps et de la distance qui les sépare.
  - C’estla loi de Coulomb, découverte en 1785. Elle s’énonce : la force que deux petits corps électrisés exercent l’un sur l’autre est égale au produit de leurs quantités d’électricité divisé par le carré de leur distance. Cette force est répulsive si les deux corps sont chargés d’électricité de même signe, et attractive s’ils sont chargés d’électricité de nom contraire.
  - Cette loi, identique à la loi de Newton qui régit l’attraction des corps matériels, nous permet immédiatement de définir Y unité de charge électrique. Ce sera une charge qui, placée à 1 centimètre (unité de longueur) d’une charge égale, exercera sur cette charge une force d’une dyne (la dyne étant l’unité de force) (1). On l’appelle unité électrostatique C. G. S. d’électricité. ^
  - En pratique, on prend une unité 3 X io*®* fois plus grande, que l’on appelle le coulomb. Nous verrons plus loin les raisons qui ont conduit à prendre ce multiple comme unité usuelle.
  - Remarquons que cette unité est très grande, ainsi qu’il est facile de s’en rendre compte immédiatement. Supposons que l’on charge un corps d’i n microcoulomb, c’est-à-dire d’un millionième de coulomb, et qu’on le pore sur le plateau d’une balance. En approchant au-dessous du plateau, à une distance de 1 centimètre, un corps portant la même charge de 1 microcoulomb (mais de signe contraire), il faudrait, pour compenser l’attractn n électrique, mettre dans’ l’autre plateau un poids de 10 kilogrammes, environ.
  - Une notion extrêmement importante, celle ce champ électrique, découle tout naturellement de Ce que nous venons de dire.
  - Supposons que nous chargions un petit corps d’une unité électrostatique d’électricité positive et que nous placions ce corps en différents points ce l’espace entourant un corps portant une charge d’électricité. En chaque
  - (1) Rappelons que la force d’attraction exercée par la terre sur 1 kilogramme (c’est à dire le poids de un kilogramme) est 981.000 dynes. La dyne est donc sen siblement équivalente à la force avec laquelle la te.re attire un mlligramme, en d’aut.es termes une dyne représente le poids de 1 milligramme environ.
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  - point, suivant la loi de Coulomb, cette charge-unité positive sera soumise à une force que l’on peut calculer. On dit alors que cette charge est située dans un chàmp électrique, dont la valeur, ou intensité, en chaque point est égale à la force exercée sur la charge-unité positive placée en un point, la direction du champ étant celle de la force.
  - Afin de mieux faire saisir au lecteur ce qu’est le champ électrique, nous allons prendre un exemple numérique simple. Cherchons la valeur du champ électrique en un point A situé à 5 centimètres de deux charges de 100 unités, l’une positive, l’autre négative, placées en deux points timètres (fig. 1).
  - Plaçons en A une charge-unité positive. La force exercée sur A par la charge P est dirigée suivant PA et a pour valeur :
  - 100 xi,
  - ---^— = 4 dynes.
  - La force due à la charge Q est dirigée suivant AQ et a la même valeur. La résultante des deux forces AB, AC est AD et a pour valeur 4,8 unités C. G. S., ainsi qu’il est facile de s’en rendre compte. C’est l’intensité du champ électrique au point A, dirigée suivant AD.
  - % sH Hî
  - Si l’on calcule pour chaque point de l’espace la valeur du champ et sa direction, et que l’on trace ensuite les courbes telles que leur direction est en chaque point la même que celle du champ électrique, on obtient ce que l’on appelle les lignes de force du champ électrique.
  - La figure 2, a, montre les lignes de force électrique dues à deux charges d’électricité égales et de sens contraire, et la figure 2, b, celles dues à deux charges d’électricité égales et positives. Les flèches indiquent le sens des lignes de force, c’est-à-dire la direction dans laquelle se déplacerait une charge positive mobile Çous l’influence du système des deux charges fixes. On voit que les lignes de force commencent sur la charge positive et se terminent sur la charge négative.
  - Les lignes de force, notion due à Faraday, sont de la plus grande importance dans l’étude des phénomènes électriques. Par exemple, il est possible grâce à elles, de déduire les forces qui pourront s’exercer sur les charges électriques placées dans le champ, en les considérant comme des sortes de
  - B
  - ,-f\
  - y
  - p*-'------J?_______\,q
  - +100 -100 Fig. 1.
  - P et Q distants de 6 cen-
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - fils élastiques en tension. C’est ainsi que, dans le cas étudié plus haut (fig. 2, a), les lignes de force, en se raccourcissant, tendront à rapprocher les deux charges l’une de l’autre, tandis que, dans la figure 2, b, les lignes de force, qui doivent aboutir quelque part sur des charges négatives,
  - comme nous le verrons plus loin, cherchent à éloigner l’une de l’autre les deux charges positives.
  - Si, au lieu de raisonner sur des points matériels chargés, nous considérons des conducteurs de dimensions finies, il est évident qu’il faut que les lignes de force partent de la surface des conducteurs dans une direction normale à cette surface. S’il n’en était pas ainsi, en effet, le champ électrique pourrait être décomposé en deux composantes, l’une normale à la surface, l’autre tangente à cette surface qui aurait pour effet de déterminer le déplacement des charges à la surface du conducteur.
  - D’autre part, les expériences de Faraday ont montré que toute la charge électrique communiquée à un conducteur se répartit uniquement sur sa surface, et qu’à l’intérieur il n’existe aucune charge libre.
  - La question qui se présente immédiatement à l’esprit est alors : comment se répartissent sur la surface des conducteurs les charges que nous leur communiquons? Pour y répondre d’une façon satisfaisante, il faut que nous disions un mot de la nature même de ces charges électriques. Ce n’est que depuis quelques années que l’on a pu arriver à une conception simple, vérifiée par de nombreux phénomènes dont nous parlerons plus loin. Les deux électricités sont en réalité deux matières bien définies, constituées, comme toutes les matières que nous connaissons, par des particules séparées, des atomes. Il existe des atomes d’électricité positive et des atomes d’électricité négative, que l’on appelle des électrons positifs ou négatifs.
  - Dans les isolants, ces électrons sont plus ou moins solidaires des molécules matérielles, tandis que dans les conducteurs ils peuvent se mouvoir librement et, comme nous venons de le voir, ils s’accumulent sur la surface, formant ainsi une sorte de pellicule élastique. L’élasticité est due au fait que les électrons de même signe se repoussent mutuellement.
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  - De même que dans un ballon de caoutchouc la pression de l’air distend la membrane élastique, de même la répulsion mutuelle des électrons distend à la surface du conducteur la charge qu’on lui a communiquée.
  - L’analogie peut être poursuivie plus loin. Dans le cas du ballon de caoutchouc, la membrane possède une tension uniforme égale à celle néces- ^ saire pour équilibrer la pression de l’air emprisonné. De même, la même ' pellicule électrique possède une tension qui équilibre les forces de répulsion mutuelle des électrons.
  - Cette tension porte en électricité le nom de potentiel, et elle est la même -en tous les points de la surface du conducteur.
  - * * *
  - Nous, allons maintenant.définir une grandeur fondamentale, qui est la capacité des conducteurs.
  - Si on communique la même charge électrique à une petite boule et à une boule plus grosse, la tension électrique, le potentiel, n’est pas la même dans les deux cas. Elle est plus grande sur la petite boule, car les électrons sont à une distance plus considérable les unes des autres sur la grande boule et, par suite, leur répulsion mutuelle est moins forte. D’une façon générale, si on communique la même charge à différents conducteurs, chacun d’eux possédera une tension déterminée, dépendant de sa forme et de sa grandeur. Si, pour un même conducteur, on double, triple, etc., la charge électrique, la tension deviendra deux, trois, etc., fois plus grande.
  - Une comparaison permet de se rendre compte du phénomène. Si on envoie dans un récipient clos une certaine quantité de gaz, il s’établira à l’intérieur une pression dont la valeur dépendra de la forme du récipient. Le rapport entre la quantité de gaz introduit et la capacité du récipient détermine la valeur de la pression.
  - De même, pour un conducteur électrique, le rapport entre la quantité d’électricité répartie sur sa surface et la tension de cette électricité est la capacité du conducteur.
  - , * * *
  - Lorsque l’on réunit par un fil métallique deux corps conducteurs A, B chargés, dont les tensions sont en général différentes, ils ne forment plus qu’un seul conducteur et, par suite, comme nous avons vu que la tension est la même en tous les points d’un conducteur, il devra nécessairement se produire une égalisation de tension entre A et B qui correspond à une nouvelle répartition de la pellicule d’électrons, c’est-à-dire qu’il y aura dépla-
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  - cernent d’électricité d’un corps sur l’autre jusqu’à ce que le nouvel état d’équilibre soit atteint.
  - Ainsi donc, chaque fois que de l’électricité passera d’un corps A sur un corps B, nous pourrons affirmer qu’il existait entre ces deux conducteurs une différence de tension, ou différence de potentiel, et que le potentiel de A était supérieur à celui de B.
  - * * *
  - Le passage de l’électricité de A vers B produit toujours un certain travail, en particulier un échauffement du conducteur de jonction, que l’on peut mettre en évidence expérimentalement et qui peut servir à mesurer la différence de potentiel existant primitivement entre les deux conducteurs.
  - Une analogie hydraulique très simple permet de concrétiser ce point. Si une quantité donnée d'eau tombe sous l’influence de l’attraction de la terre d’un niveau A à un niveau B moins élevé, le travail que fournit la pesanteur est égal au produit de la quantité d’eau par la différence de hauteur.
  - Si nous revenons au cas de conducteurs électrisés, nous dirons, de même, que, lorsqu’une quantité d’électricité se meut d’un conducteur chargé sur un autre conducteur sous l’influence des forces électriques, celles-ci fournissent un travail qui est égal au produit de la quantité d’électricité par la différence de tension entre les deux conducteurs.
  - La hauteur de chute en hydraulique est remplacée ici par la différence de tension ou de potentiel entre les deux conducteurs.
  - Sitôt que nous pourrons mesurer le tra\ ail (par la quantité de chaleur dégagée, par exemple) accompli lorsqu’une charge donnée d’électricité passe d’un corps A sur un corps B, nous aurons la mesure de la différence de potentiel entre ces deux conducteurs.
  - Il est facile de définir maintenant l’unité de différence de tension. Ce sera la différence de tension existant entre deux conducteurs, telle que lorsqu’un coulomb d’électricité passe d’un conducteur à l’autre, il y a production d’un travail égal à i kilogrammètre.
  - En pratique, l’unité choisie, le volt, est égale à cette unité diviséepar —
  - On a donc finalement :
  - i volt x i coulomb = —— 9,81
  - kilogrammètre.
  - Remarquons immédiatement que l’on ne peut jamais mesurer que des différences de potentiel entre deux corps. Mais, si on choisit la terre pour
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  - l’un d’eux, comme toute quantité d’électricité que nous y conduirons formera une pellicule infiniment grande pratiquement, les tensions réciproques des électrons pourront être considérées comme nulles, et par suite on dira que le potentiel de la terre est nul. En prenant la terre comme corps de référence, il est par suite possible de parler du potentiel d’un corps.
  - * * *
  - L'unité de capacité peut maintenant être très simplement définie. En effet, nous avons dit que la capacité d’un conducteur est le rapport entre la quantité d'électricité qu’il porte et sa tension. Il s’ensuit immédiatement que, lorsqu’un corps chargé de i coulomb aura un potentiel de i volt, sa capacité sera égale à l’unité. Cette unité porte le nom de farad.
  - i coulomb
  - i farad = -------;---
  - i volt
  - En pratique, le farad est une unité beaucoup trop grande, et on prend comme unité le microfarad, qui est la millionième partie du farad.
  - Une notion très importante qui vient compléter celle des lignes de force dont nous avons parlé plus haut est celle de surfaces équipotentielles. Une surface de niveau ou surface équipotentielle est le lieu des points du champ électrique qui ont même potentiel. Par suite, le travail accompli en déplaçant une charge d’électricité le long de cette surface est nul ; il en résulte qu’une surface de niveau coupe normalement les lignes de force du champ. De plus, deux surfaces équipotentielles différentes ne peuvent évidemment se couper, mais une même surface peut se composer de deux ou plusieurs nappes.
  - Nousdonnons,figure3,leslignesde force et les surfaces de niveau du système constitué par deux charges -f- 20 placée en A et —,5 placée en A' a une distance de 2cm,5 (1). La surface de potentiel nul est une sphère S
  - (1) On démontre facilement que le potentiel dû à une charge m en un point A situé à une distance v est donné par la formule :
  - y =
  - r
  - Par suite, dans le cas particulier, le potentiel V en un point P situé à r de A et r' de A' sera donné par :
  - m m r r'
  - En donnant à V une valeur constante, cette équation est celle de la surface équipotentielle.
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  - entourant le point A'. A l’intérieur de cette sphère, le potentiel est négatif ; il est positif partout ailleurs.
  - Parmi les surfaces de niveau, il en est une, Sit formée de deux nappes qui se coupent aujpoint I, où la force est nulle (i). On montre facilement que I est le symétrique de A par rapport à A' et que cette surface équipoten-tielle correspond au potentiel 2. Toutes les surfaces à potentiel supérieur à 2 sont des surfaces fermées entourant simplement le point A. Les surfaces à potentiel inférieur à 2 sont également fermées et entourent
  - \ \ \
  - les deux points A et A'. Mais elles sortent toutes des limites de la figure.
  - On voit également que le quart seulement des lignes de force émises par A viennent aboutir sur A' ; le reste se perd à l’infini.
  - * * *
  - Revenons maintenant au problème de la répartition des charges électriques sur un conducteur. Puisque toute la charge est uniquement répartie sur la surface et que, d’autre part, la tension est la même en tous les points, il s’ensuit que la quantité d’électricité que porte une surface donnée, 1 centimètre carré par exemple, ne peut être identique en tous les points. Plus la surface sur laquelle se trouve une quantité donnée d’électricité est petite, plus la densité électrique (définie simplement comme la charge
  - fft yÿif
  - (1) C’est-à-dire au point ou —------- = o.
  - r r2 y'2
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  - xi
  - portée par une surface de i centimètre carré) est grande. Si, en particulier, le conducteur est terminé par une pointe, la densité électrique sur cette pointe sera beaucoup plus élevée qu’en tout autre point du conducteur.
  - Mais alors, les électrons qui sont ainsi entassés sur la pointe, extrêmement voisins les uns des autres, se repousseront avec une grande énergie, qui peut parfois même surmonter la résistance des isolants. C’est ce qui se produit en particulier èi l’isolant est l’air : les électrons s’échappent de la pointe.
  - Ils viennent alors heurter les molécules d’air sur lesquelles ils se fixent. Ces molécules d’air électrisées se repoussent mutuellement et sont également repoussées par la pointe chargée du même signe, et elles déterminent par leur déplacement un.courant d’air qu’on a désigné sous le nom de vent électrique.
  - Ainsi donc, le pouvoir des pointes de produire un déplacement d’air est •dû à l’échappement d’électrons par ces pointes à l’extérieur du conducteur. Il en résulte immédiatement, ce que l’expérience vérifie, que le conducteur •se décharge progressivement. Nous verrons plus loin que c’est sur cette propriété que repose le fonctionnement des paratonnerres.
  - * * *
  - Nous allons maintenant examiner une nouvelle propriété de l’électricité : celle de créer l’état électrique sur un corps conducteur uniquement par son approche. C’est Y influence électrique.
  - Il est très facile de mettre cette propriété en évidence : si nous approchons du pendule double à boules de moelle de sureau, dont nous avons parlé au début de ce chapitre, un bâton de verre frotté par exemple, nous constatons que les boules s’écartent et restent divergentes aussi longtemps que le bâton est maintenu à proximité. Si on l’éloigne, les deux boules retombent.
  - Si on recherche la nature de l’électricité produite par influence sur un corps conducteur, on constate qu’elle est constituée par les deux électricités, positive et négative, mais qu’elles existent séparées sur sa surface, la partie la plus rapprochée du corps électrisé qui influence étant toujours chargée d’électricité de signe contraire à celle de ce corps. Quand l’état d’équilibre est atteint, la tension est comme toujours la même sur toute la •surface du corps, mais elle est alors due en partie aux forces issues du corps influençant, et en partie aux forces des particules électriques produites par influence sur lui. La considération du potentiel permet d’expliquer très simplement ces résultats. Rappelons que la présence d’une charge •électrique positive accroît le potentiel des points situés à son voisinage,
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - d’autant plus qu’ils sont plus rapprochés. Une charge négative, de la même façon, diminue le potentiel dans son voisinage. Enfin, la surface d’un corps étant toujours au même potentiel en tous les points, les charges s’y déplaceront à sa surface, les charges positives des régions à haut potentiel vers celles à potentiel inférieur, jusqu’à ce que l’état d’équilibre soit atteint.
  - Ces notions fondamentales étant posées, considérons un conducteur AB (fig. 4, a) monté sur un support isolant, et approchons un bâton C, de verre par exemple, électrisé positivement. La charge positive de C augmente le potentiel de AB, comme nous l’avons dit plus haut, mais beaucoup plus dans la région A, voisine de C, qu’à l’autre extrémité B. Par suite, il y
  - aura déplacement d’électricité positive de A vers B et d’électricité négative de B vers A jusqu’à ce que le transport ait accumulé une charge négative en A et une charge positive en B suffisantes pour que le potentiel du conducteur soit le même en tous les points.
  - * * *
  - Grâce à la propriété que nous venons de mettre en évidence, il est possible de charger un corps par influence. En effet, supposons que nous réunissions l’extrémité B du conducteur à la terre par un fil conducteur (fig. 4, b). AB étant à un potentiel supérieur à celui de la terre (par suite de la-présence dans son voisinage de la charge positive portée par C), il s’écoulera une charge positive de AB vers la terre, jusqu’à ce que le potentiel de AB (qui, maintenant, fait électriquement partie de la terre) soit celui de la terre. Il en résultera donc que sur le conducteur AB nous avons maintenant un excès d’électricité négative. Si on interrompt alors la communication avec la terre et qu’on éloigne le corps C, il restera sur AB la charge négative. Le potentiel de AB diminuera par suite de l’éloignement de la charge positive sur C. Nous avons chargé AB négativement par influence (fig. 4, c).
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  - C’est sur cette propriété que repose le fonctionnement des paratonnerres. En effet, considérons (fig. 5) un corps chargé positivement, par exemple (A), et plaçons en regard une pointe P reliée à la terre. La pointe se charge négativement par influence et le flot d’électrons qui s’en échappe (pouvoir des pointes), attiré par la charge positive de A, vient la neutraliser progressivement.
  - Les paratonnerres sont constitués par des conducteurs reliés au sol et terminés par des pointes situées aux sommets des édifices. Les nuages orageux porteurs d’électricité chargent par influence les constructions terrestres et, par les pointes des paratonnerres, cette électricité s’écoule progressivement dans l’atmosphère, tandis qu’en leur absence, les charges de signe contraire en présence auraient pu s’accumuler jusqu’au moment où, l’isolement de l’air n’étant plus suffisant, elles se seraient recombinées dans un éclair destructeur. C’est pour la même raison que la foudre tombe moins souvent sur les pins, dont les feuilles sont pointues, que sur les chênes, aux feuilles de forme arrondie.
  - Nous avons supposé que le corps influençant C était un isolant, un bâton de verre sur lequel l’électricité ne peut se déplacer. Si le corps C
  - est un conducteur chargé, une boule métallique par exemple, qui doit naturellement être montée sur un support isolant, le phénomène est plus compliqué, mais il en est cependant facile de l’interpréter.
  - La boule S (fig. 6) développe comme précédemment une charge de nom contraire en A et une charge de même signe en B. Mais, en même temps, ces charges réagissent sur celle que porta S, et finalement l’électricité se répartit sur chacun des corps de façon à être en équilibre sur leur surface sous l’action des charges portées par l’autre corps. Il en résulte que la densité électrique sur S est modifiée, et on en conclut que la présence d’un corps influencé fuit varier la densité électrique sur le corps qui influence.
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - * * *
  - Il est facile de montrer que le corps influencé, surtout s’il est relié à la terre, a pour effet d'abaisser la tension du corps influençant, et ce résultat est d’une grande importance pratique, comme nous allons le voir.
  - Reprenons notre système boule-cylindre (fig. 7). Supposons la boule
  - chargée positivement et le cylindre relié à la terre' en B. Par définition, la tension eu le potentiel de S est le travail qu’il faut effectuer pour amener une charge d’électricité unité d’un point au potentiel zéro (celui de la terre) jusque sur cette boule (électrisée positivement) en surmontant les forces de répulsion dues à sa charge. Or, dans ce cas particulier, si nous considérons une charge positive qui s’approche de S, elle est bien repoussée par la charge de S, mais elle est attirée par la charge négative qui se trouve en A au voisinage immédiat de S. Par suite, le travail à effectuer sera moindre que si S était le seul conducteur présent. Mais dire que le travail pour amener une charge unité du potentiel zéro jusque sur la boule est moindre, cela veut dire, par définition, que le potentiel de la boule a diminué.
  - D’autre part, la charge de S est restée la même, bien que son potentiel ait diminué. Or, nous avons vu que le rapport de la charge au potentiel est ce que nous avons appelé la capacité du corps. Il s’ensuit donc que la capacité de la boule a augmenté, c’est-à-dire que, pour porter la boule au potentiel primitif qu’elle avait lorsqu’elle était isolée, il faut lui communiquer une charge plus grande.
  - Ainsi, en approchant d’un corps conducteur S un autre corps conducteur AB, on augmente la capacité de S, l’effet étant surtout marqué lorsque AB est relié au sol. L’ensemble des deux conducteurs constitue un
  - condensateur.
  - * * *
  - Un condensateur est donc constitué en principe par deux corps conducteurs appelés « armatures », rapprochés l’un de l’autre, l’un d’eux étant relié au sol. La capacité du condensateur est définie par le rapport entre la quantité d’électricité qui existe sur le corps isolé et la tension de cette électricité quand l’autre armature est à la terre.
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  - Fig. 8. — Bouteille de Leyde.
  - L’expérience a montré très rapidement que la capacité d’un condensateur dépend de divers facteurs :
  - i° Grandeur et forme des armatures. — Il est évident que plus la surface des armatures sera grande, plus la capacité du condensateur sera élevée. Mais, d’autre part, on ne peut, sans inconvénient pratique, augmenter indéfiniment les dimensions linéaires des appareils. Aussi est-on conduit à leur donner une forme plus ramassée.
  - La bouteille de Leyde (fig. 8), l’un des premiers condensateurs imaginés, est constituée par une feuille d’étain (jouant le rôle d’armature à la terre) collée sur la surface extérieure d’une bouteille dont l’intérieur est rempli de feuilles de clinquant constituant la seconde armature du condensateur. Une tige métallique traversant un bouchon isolé communique avec l’armature interne et est terminée par une boule pour éviter la décharge spontanée par les pointes que nous avons signalée plus haut.
  - Sous sa forme moderne, la bouteille de Leyde donne le condensateur cylindrique, très employé dans les grosses installations de télégraphie sans fil. Les
  - armatures adhérentes au verre (ou à la porcelaine) sont constituées par un dépôt d’argent cuivré électrolytiquement ; le col du condensateur est soit très long et plus épais que les parois, soit noyé dans une masse isolante pour éviter que l’étincelle ne jaillisse autour de lui entre les deux électrodes. Un isolateur en porcelaine à gorges et une enveloppe métallique renfermant un liquide servant à refroidir l’appareil le complètent généralement (fig. 9). Ainsi constitué, le condensateur peut être chargé à de très hauts voltages, 50 000 volts par exemple.
  - Le condensateur plan primitif, constitué par deux feuilles métalliques collées de part et d’autre d’une lame de verre, a sa capacité augmentée en multipliant par juxtaposition des éléments semblables. C’est ainsi que, dans-
  - Armature interne
  - Isolateur à canne/ures vJomt en caoutchouc
  - Tube en
  - /a/ton no/rct
  - /Tè/ange
  - /nconyeJable
  - Armature externe
  - Condensateur industriel.
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- - 16 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - les installations téléphoniques, on empile alternativement des feuilles d’étain et des feuilles de papier paraffiné comme l’indique la figure io. Toutes les feuilles d’étain de rang pair communiquent ensemble, et forment
  - une des armatures ; toutes les feuilles d’étain impaires réunies ensemble constituent la seconde armature.
  - En télégraphie sans fil, pour réaliser des condensateurs réglables, on utilise un dispositif analogue, mais alors les feuilles d’étain sont remplacées par des lames métalliques parallèles. Les deux armatures peuvent tourner l’une par rapport à l’autre autour d’un axe perpendiculaire, de façon à faire varier les surfaces en présence, par s dite la capacité. Il n’y a alors aucune substance solide entre les deux armatures, qui sont séparées seulement par un très petit intervalle d’air (üg- il)-
  - 2° Distance des armatures. — Plus les armatures des condensateurs sont proches l’une de l’autre, plus la capacité de l’ensemble est augmentée. Aussi réduit-on cette distance au minimum compatible avec la condition d’éviter que l’étincelle ne puisse jaillir spontanément d’une armature à l’autre lorsqu’on charge l’appareil à un certain potentiel.
  - L’épaisseur des parois de la bouteille de Leyde ou du condensateur cylindrique doit être aussi faible que possible. On remplace le verre par le mica, susceptible de se débiter en lamelles extrêmement minces ; on emploie du papier aussi peu épais que possible, etc.
  - 3° Nature de l’isolant. — Enfin, la nature de l’isolant qui sépare les deux armatures joue un rôle considérable et sur lequel il est important de s’arrêter avec quelques détails.
  - Fig. io. — Condensateur plan de grande surface.
  - * * *
  - Dans l’exposé qui précède, nous n’avons jamais rien supposé sur la nature du milieu qui sépare les corps électrisés, et nous avons implicitement admis que ce milieu était l’air, en particulier lorsque nous avons énoncé la loi de Coulomb.
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  - Or, en 1837, plus de cinquante ans après la découverte de Coulomb, Faraday montra que la matière interposée entre deux corps chargés est influencée par ces corps et, par réaction, provoque des modifications dans les actions qu'ils exercent l’un sur l’autre. En fait, la force attractive ou répulsive diminue quand on remplace l’air par un autre milieu.
  - C’est ainsi que, si on prend deux boules électrisées qui se repoussent dans l’air avec une force F, si l’on plonge ces deux boules dans du pétrole par exemple, sans changer leur charge, on constate que la force qu’elles exercent F
  - l’une sur l’autre est —. Si, au lieu du pétrole, on utilise de l’huile de ricin 2,2
  - F
  - comme milieu interposé, la force n’est plus que —, etc.
  - On arrive donc à la conclusion suivante : toute substance isolante interposée entre deux corps électrisés réduit dans une certaine proportion les forces qu’ils exercent entre eux. Les chiffres 2,2 ou 4,3 des exemples précédents ont reçu le nom de constante diélectrique du corps considéré.
  - Ceci dit, si nous revenons au cas d’un condensateur dans lequel le milieu séparant les armatures n’est plus l’air, puisque les forces qui s’exercent entre les armatures sont plus faibles, la tension de l’armature chargée est plus petite, à charge égale, que lorsque le milieu interposé est l’air. Comme, d’autre part, la capacité est le rapport entre la charge et la tension, on voit donc que la capacité du condensateur est augmentée lorsque l’on remplace l'air par un autre isolant.
  - Au lieu d’appeler les corps non conducteurs des isolants, rappelant ainsi la propriété qui les distingue des corps conducteurs, on les nomme également diélectriques pour tenir compte de l’influence qu’ils exercent sur la distribution de l’électricité. La constante diélectrique d’un isolant, que nous avons définie plus haut, exprime donc le rapport entre la capacité d’un condensateur dont les armatures sont séparées par cet isolant et la capacité du même condensateur dont les armatures sont séparées par l’air. Voici quelques valeurs de constantes diélectriques :
  - Paraffine 2,3 Mica 8
  - Caoutchouc 2,9 Verre 6 à 10
  - Ëbonite 2,6 Huiles 2 à 5
  - * * *
  - On peut donner une explication des effets diélectriques par des
  - considérations analogues à celles que nous avons exposées précédemment pour la répartition des charges sur les corps conducteurs.
  - Nous avons supposé, en effet, que les corps renferment des atomes d’élec-Vigneron. — Électricité. 2
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  - tricité, des électrons, positifs ou négatifs, constituant des sortes de molécules neutres électriquement. Chaque molécule matérielle comprend un certain nombre de charges positives et négatives. Dans le cas des diélectriques des condensateurs, les atomes positifs d'une molécule du diélectrique attirés fortement vers la plaque négative, les atomes négatifs attirés par la plaque négative ne sont pas, comme dans les conducteurs, libres d’obéir entièrement à ces attractions. Ils ne peuvent que se déplacer très peur faisant tourner plus ou moins les molécules et les orientant en lignes approximativement parallèles, tandis que normalement elles se trouvent dans des directions quelconques. En un mot, il y a polarisation du diélectrique, déformation de torsion de l’isolant.
  - sf: sfc H*
  - Ainsi donc, tandis que les corps conducteurs ne sont pas modifiés lorsqu’ils sont chargés d’électricité, le milieu isolant dans lequel ils sont plongés a ses propriétés affectées par le fait qu’il est le siège d’un champ électrique. Par suite, le diélectrique possède une certaine énergie due à sa polarisation.
  - Maxwell, après Faraday, poussant plus loin les conséquences de cette notion, admet que l’énergie est effectivement localisée dans l’espace où agit le champ électrique et qu’il doit être possible de la recueillir au loin. On sait que les expériences de Hertz et la télégraphie sans fil ont apporté la preuve éclatante de la théorie de Maxwell.
  - Une comparaison simple permet de comprendre le point de vue de Maxwell. Supposons que l’on torde fortement un ressort compris entre deux mâchoires. On peut, si on fait abstraction du ressort, dire que les deux mâchoires sont attirées l’une vers l’autre par une certaine force (hypothèse analogue à celle de Coulomb). On peut au contraire, considérant alors uniquement le ressort, dire que l’énergie du système est renfermée dans le ressort par suite de sa torsion (hypothèse Faraday-Max-well) (i).
  - (i) Il est très facile de montrer dans un cas simple la traduction mathématique de-ces deux modes de raisonnement.
  - Considérons un condensateur plan, formé de deux plaques de surface S situées à une distance e, séparées par un diélectrique de pouvoir inducteur i. La capacité d’un iS
  - tel condensateur est C = ---,
  - 4t»£
  - D’autre part, l’énergie W emmagasinée dans ce condensateur chargé au potentiel V
  - est égale à - CV2.
  - 2
  - On a donc : W = - — V2.
  - 2 47l£
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  - * * *
  - Les expériences ont montré que les phénomènes électriques se propagent dans les isolants, et en particulier le vide, avec une vitesse égale à celle de la lumière, soit 300 000 kilomètres par seconde.
  - On est donc amené à admettre que, si les molécules matérielles des diélectriques sont le support des électrons, qui s’orientent sous l'action des charges d’influence, la transmission des actions électriques des électrons s’effectue par l’intermédiaire d’une substance ténue et élastique, analogue à celle dont on a admis l’existence par l’explication des phénomènes lumineux et à laquelle on a donné le nom d’éther.
  - L’éther est un milieu continu, le seul milieu continu même, qui occupe non seulement les espaces libres, mais existe également dans tous les corps, entre les électrons qui les constituent.
  - Ce sont les compressions et les tractions que les électrons exercent sur l’éther qui produisent les forces qui se manifestent entre les corps électrisés.
  - * * *
  - Par l’utilisation des phénomènes d’influence, il est possible de produire de l'électricité. En réalité, on opère simplement la séparation des électrons des deux signes qui existent dans tous les corps. Sans passer en revue les diverses machines qui permettent ce résultat, Wimshurst, Holtz Ramsden, etc., nous donnerons le principe commun de ces appareils en décrivant le replenisher de Kelvin.
  - Il est constitué par deux conducteurs isolés A, B (fig. 12), portions de cylindre ayant même axe O, que l’on charge légèrement au début du fonctionnement. A l’intérieur du cylindre peut tourner un bras isolant portant deux lames conductrices C, D, qui peuvent venir en contact, pendant la rotation, avec les quatre ressorts a, b (solidaires de A et B), c, d communiquant entre eux.
  - , v
  - Le champ électrique E entre les plateaux est par définition égal a — • On a donc :
  - W = -L E2Se.
  - 8 7Ï
  - OrSeestle volume v du diélectrique, soumis à l'action du champE. C’est-à-dire que :
  - W = — E2v 8n
  - et, par suite, si on suppose que chaque élément de volume de diélectrique possède une Æ2
  - énergie -—> on voit que l’on arrive, pour l’énergie du condensateur, à la même valeur 8 u
  - qu’en considérant simplement les charges apparentes sur les armatures.
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Quand C occupe la position de la figure, il se charge par influence d’électricité négative. Au cours de la rotation, C vient au contact du ressort b
  - et communique à B une charge négative. En touchant ensuite le ressort d, C, dans sa rotation, se charge positivement par influence et abandonne, un quart de tour plus tard, cette charge positive à A lorsqu’il vient au contact du ressort a. Les mêmes phénomènes se produisent en même temps, au signe près, pour la lame D.
  - Dans ces conditions, la charge sur A et sur B augmente progressivement. Toutes les machines statiques fonctionnent d’une façon analogue.
  - Fig. 12.— Replenisher de Kelvin.
  - Jusqu’à présent, nous n’avons considéré que les phénomènes électriques dans lesquels l’électricité était en équilibre ou au repos, d’où le nom d’électricité statique sous lequel nous les avons groupés.
  - Mais, si nous réunissons deux conducteurs chargés d’électricités différentes par un fil métallique, nous savons qu’il se produira une nouvelle répartition des charges, celles-ci se déplaçant en suivant le conducteur métallique du corps chargé positivement, où la tension est plus élevée, vers le conducteur chargé négativement, où la tension est inférieure. Le mouvement dure jusqu’à ce que la tension de l’ensemble se soit uniformisée Par suite de la facilité de déplacement des électrons le long des conducteurs métalliques, il ne dure qu’un lemps extrêmement court. Si nous mettons les corps conducteurs en communication avec les pôles d’une machine statique en fonctionnement qui produit continuellement de l’électricité, l’état d’équilibre entre ces deux corps ne pourra jamais être atteint, et il yaura toujours déplacement d’électrons le long du fil de jonction, dans lequel nous dirons qu’iZ passe un courant électrique. Nous reviendrons plus loin sur l’étude de ce phénomène.
  - * * *
  - Pendant longtemps, on ne sut produire de l’électricité que par le frottement de deux corps ou par influence, ce qui nécessite une électrisation préalable d’un corps. C’est seulement en 1789 que Galvani, puis ensuite Volta, découvrirent un autre mode de production de l'électricité par voie chimique. Nous allons donner quelques détails sur ces découvertes
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  - fondamentales, car elles constituent un remarquable exemple d’application des méthodes de la recherche scientifique. En effet, le phénomène que Volta avait à expliquer était complexe et confus, surtout étant données les idées admises à l’époque. Rappelons les faits essentiels.
  - Galvani avait fixé une cuisse de grenouille par les extrémités des nerfs à un crochet de cuivre, lui-même suspendu à un barreau de fer d’un balcon. Quand, sous l’action du vent, l’extrémité inférieure de la cuisse venait au contact du fer, celle-ci se contractait violemment.
  - Tel était le phénomène observé. De nombreuses discussions scientifico-philosophiques eurent lieu à son sujet, certains, Galvani le premier, y voyant une manifestation de la force vitale. Ce fut Volta qui, en étudiant scientifiquement la question, en trouva l’explication physique exacte.
  - Il reconnut d’abord que la cuisse de grenouille ne se contractait que si elle était en contact avec deux métaux différents, cuivre et fer dans l’expérience initiale de Galvani, mais pouvant être remplacés par deux métaux quelconques. Avec un seul métal, l’expérience ne réussissait pas.
  - D'autre part, il faut que les deux métaux différents réunis par l’intermédiaire de la cuisse de grenouille soient également en contact l’un avec l’autre, en un mot, que les trois corps intervenant dans l’expérience forment une chaîne continue. Si le crochet de cuivre n’est pas en contact avec la barre de fer du balcon, même si l’extrémité de la cuisse de grenouille touche cette barre, il n’y a pas contraction.
  - Enfin, Volta reconnut que la cuisse de grenouille n’était pas indispensable pour la production du phénomène mystérieux qu’elle avait servi à déceler; en un mot, sa nature organique ne jouait aucun rôle, il n’y avait pas à faire intervenir la force vitale que cherchait Galvani. La cause du phénomène est qu’un liquide (comme l’eau salée contenue dans la cuisse) se trouve en contact avec deux métaux différents également reliés l’un à l’autre.
  - Galvani et Volta avaient, dès le début de leurs études, reconnu que l’électricité entrait en jeu dans l’expérience, car l’étincelle d’une machine électrique éclatant à proximité provoquait la contraction. Galvani assimilait la grenouille à un condensateur chargé par influence, les nerfs formant l’armature interne et les muscles l’armature externe.
  - C’est dans la présence indispensable de deux métaux en contact queVolta, au contraire, trouva l’origine même de l’électricité mise en évidence par les contractions de la grenouille, et il fut ainsi amené à énoncer une loi fondamentale que l’on peut exprimer :
  - Le contact de deux,métaux, ou, plus généralement, de deux corps hétérogènes quelconques, suffit pour établir entre ces deux corps une différence de potentiel
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  - indépendante de la dimension, de la forme, de l’étendue des surfaces en contact.
  - * * *
  - De nombreuses expériences permettent de vérifier ce résultat, dont une conséquence extrêmement importante est la suivante.
  - Si on constitue une chaîne de métaux A,B, C..., soudésà la suite les uns des autres, on constate que la différence de potentiel entre les deux métaux extrêmes est la même que si ces deux métaux étaient directement en contact. Si les deux métaux terminaux sont identiques, il n’y a pas de différence de potentiel. C’est ce qu’on appelle la loi des contacts successifs.
  - Dans le cas où la chaîne comprend des liquides conducteurs, tels que l’eau renfermant en dissolution des acides, des bases ou des sels, il n’en est plus de même. La loi des contacts successifs est en défaut. Par exemple, dans une chaîne formée de zinc, d’eau acidulée et de cuivre, la différence de potentiel qui existe entre le cuivre et le zinc n’est plus la même que celle qui existerait si ces deux métaux étaient en contact. Il en résulte que, si on ferme le circuit en réunissant les deux métaux par un fil de cuivre par exemple, au point de jonction de ce fil et du zinc, il existera une différence de potentiel qui ne sera plus compensée, comme dans le cas des chaînes entièrement métalliques, par la différence de potentiel existant entre le cuivre et le zinc plongés dans l’eau acidulée. Un mouvement continu d’électricité se produira donc dans le système, entraînant d’ailleurs des modifications chimiques profondes. On a réalisé une pile, et nous avons ainsi à notre disposition une nouvelle source d’électricité, source qui n’est d’ailleurs pas gratuite, car on achète l’électricité produite au prix de transformations chimiques.
  - Nous consacrerons dans la seconde partie de ce volume un chapitre spécial aux piles et aux accumulateurs. Dans le chapitre sur la théorie des ions, nous développerons également l’étude théorique de leur fonctionnement et le calcul de la force électromotrice des diverses chaînes que l’on peut réaliser.
  - * * *
  - Dans l’énoncé de la loi des contacts successifs, nous avons implicitement admis que tous les éléments de la chaîne étaient à la même température. Nous avons vu que, dans ce cas, lorsque la chaîne est fermée, il n’existe aucun courant. Il n’en est plus de même, ainsi que l’a montré Seebeck en 1821, si la température n’est plus uniforme.
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  - Mi
  - Par exemple, considérons deux métaux, cuivre et fer, soudés en deux points A, B (fig. 13). La soudure B étant à la température ordinaire tlf si on chauffe la soudure A à nne température t2, on constate qu’un courant se produit, qui va du cuivre au fer en passant par la soudure chaude. On dit que le cuivre est positif par rapport au fer ou que le fer est négatif par rapport au cuivre. Dans la liste suivante, chaque métal est positif par rapport à ceux qui le suivent et négatif par rapport à ceux qui le précèdent : .
  - Bismuth.
  - Nickel.
  - Platine.
  - Palladium.
  - Cobalt.
  - Manganèse.
  - Argent.
  - Etain.
  - Plomb.
  - Cuivre.
  - Or.
  - Zinc.
  - Fer.
  - Arsenic.
  - Antimoine.
  - Ajoutons d’ailleurs que ces différences de potentiel sont toujours extrêmement faibles. C’est ainsi que, pour le couple bismuth-antimoine, qui est le plus puissant, entre o et ioo° la différence de potentiel croît de o, 000 057 volt par degré. Néanmoins, comme la résistance électrique de ces piles au passage du courant est extrêmement faible, elles peuvent donner des courants relativement intenses.
  - On ne se sert guère de ces piles que dans les recherches de laboratoire pour l’étude des radiations infra-rouges, tous les essais d’industrialisation •du phénomène n'ayant pas donné de résultats satisfaisants.
  - * * *
  - KlL
  - w
  - CL
  - y
  - w
  - €
  - >
  - Une pile thermo-électrique est constituée, en principe, par un certain nombre d’éléments disposés schématiquement comme l’indique la figure 14, une série de barres d’un métal A étant soudées à une série de barres d’un métal B, une barre A étant toujours située entre deux barres B. Si on chauffe alors les soudures du même côté, à •droite par exemple, le courant s’écoule toujours de A versW, par exem-
  - W
  - y
  - Kar
  - Fig. 14. — Constitution d’une pile thermo-électrique.
  - Fig. 15. — Pile thermo-électrique.
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- - J4 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - pie, à travers les soudures chaudes et, les tensions s’ajoutant ainsi, on aura finalement une tension triple de celle d’un seul élément dans le cas de la figure. La figure 15 représente une pile constituée d’un grand nombre d’éléments.
  - * * *
  - Ici encore, la production d’éectricité n’est pas gratuite, car l’expérience montre que si réchauffement (ou le refroidissement) du point'de soudure de deux métaux différents réunis par un circuit fermé donne naissance à un courant électrique, inversement, le passage d’un courant électrique dans le même sens à travers cette même soudure détermine le refroidissement (ou réchauffement) de cette soudure. C’est ce que l’on appelle l'effet Peltier.
  - En sorte que, dans la pile thermo-électrique, la soudure chauffée tend à se refroidir et, si l’on veut que le courant continue à passer, il faut lui apporter sans cesse de nouvelles calories pour maintenir sa température constante.
  - On achète donc l’énergie électrique au prix d’une dépense d’énergie calorifique.
  - * * *
  - Si les piles thermo-électriques n’ont aucun usage comme sources pratiques de courants électriques, elles ont reçu des applications intéressantes
  - comme appareils de mesure de la température, et c’est pourquoi nous ouvrirons ici une parenthèse pour en dire quelques mots.
  - Si on considère deux couples thermo-électriques identiques, formés chacun, par exemple, d’une lame de fer soudée à une lame de cuivre et réunis comme l’indique la figure 16, les deux lames de cuivre ensemble et les deux lames de fer ensemble, il ne passera dans le circuit ainsi constitué aucun courant en temps normal, lorsque la température du système sera la même en tous les points.
  - Au contraire, portons les deux soudures à des températures tx,t2, différentes. D’après ce que nous venons devoir, il passera un courant dans le circuit, que l’on pourra déceler par un appareil approprié A. Laissant la température tx fixe (celle de la glace fondante, par exemple), on peut, en
  - fer\ /cuivre cuivre! /fer
  - Fig. 16.
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- - ÉLECTROSTA TIQ UE
  - 2 5
  - portant la soudure II à des températures noter chaque fois
  - l’indication de l’appareil A et, par suite, graduer celui-ci en degrés thermométriques. On a alors constitué un pyromètre. Inversement, si l’on veut mesurer une température inconnue T, il suffira d'y porter la soudure II et de lire l’indication correspondante sur le cadran de A.
  - L’avantage de ce mode de mesure est le suivant : pour certains couples, la force électromotrice varie proportionnellement à la température, ce qui simplifie l’étalonnage de l’appareil. De plus, comme les éléments constitutifs sont métalliques, ils sont plus robustes et peuvent être portés à des températures très élevées auxquelles ne peuvent résister les thermomètres ordinaires, à mercure par exemple (les thermomètres ordinaires ne peuvent dépasser 300 à 3500). Aussi se sert-on de ces appareils pour la mesure des hautes températures,
  - jusqu’à 1 500° et plus-. On les construit pratiquement sous la forme de cannes pyrométriques et, comme la force électromotrice est alors notable, on n’utilise qu’une seule soudure, platine-platine iridié en général (fig. 17). Le tube protecteur est en fer ou en porcelaine. La soudure E est placée dans l’enceinte dont on veut connaître la température (four industriels, par exemple) et la température est directement lue en A.
  - D’autres phénomènes s’accompagnent de dégagement de charges électriques et méritent d’être signalés.
  - La pyro-électricité est le nom donné à la propriété qu’ont certains cristaux, lorsqu’ils sont chauffés, de se charger d’électricité de nom contraire à leurs extrémités. C’est ainsi que, si on saupoudre à travers une mousseline, avec un mélange d’oxyde rouge de plomb et de soufre, un cristal de tourmaline chauffé, on constate que le soufre adhère à une des extrémités et l’oxyde de plomb à l’autre. L’explication est la suivante : le tamisage électrise positivement l’oxyde de plomb qui adhère sur l’extrémité du cristal chargée négativement ; c’est l’inverse qui a lieu pour le soufre.
  - * * *
  - La piézo-électricité est la production d’électricité par certains cristaux lorsqu’ils sont soumis à la pression. Ce phénomène est peut-être
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - dans son essence le même que la pyro-électricité, celle-ci étant due à la dilatation ou à la contraction du cristal sous l’influence de la température, au lieu de celle de la pression.
  - La piézo-électricité a été étudiée en particulier par Curie sur le quartz. Si on comprime suivant son axe un cristal de quartz compris entre deux faces métalliques, on constate que ces faces se chargent de quantités d’électricité de signe opposé qui sont proportionnelles à la pression exercée.
  - Cette propriété a été utilisée pour la production et la transmission des sons et, plus récemment, par Langevin, pour la production des ultra-sons ; aussi, étant donné l’intérêt de ces applications, en dirons-nous ici quelques mots.
  - Si on communique les vibrations d’une aiguille de phonographe à une des faces d’un cristal dont l’autre face est fixée rigidement, les compressions infiniment petites du cristal développent des charges électriques sur ses faces. Chacune d’elles est reliée à un des deux fils d’un téléphone, et les charges électriques qui circulent alors dans le téléphone, allant de la face chargée positivement à la face chargée négativement, déterminent un courant suffisamment intense pour actionner le téléphone. On peut même actionner ainsi plusieurs écouteurs situés en différents endroits.
  - Nous venons de voir que, lorsque l’on comprime un cristal de quartz, par exemple, des charges électriques apparaissent sur ses faces ; inversement, si on charge les faces opposées d’un cristal de quartz, celui-ci se contracte.
  - Il est possible de charger et décharger successivement, 500 fois par seconde par exemple, les deux faces du cristal, en utilisant un dispositif analogue au trembleur de la bobine de Ruhmkorff. Dans ces conditions, les faces du cristal « vibrent » 500 fois par seconde. Mais, avec des dispositifs mécaniques, on ne peut dépasser commodément des fréquences de plusieurs milliers de vibrations par seconde, tandis que la piézo-électricité nous fournit le moyen de produire des vibrations dont la fréquence sera de 50 000 ou 100 000 par seconde, ce que l’on appelle des ultra-sons. En effet, nous verrons que, dans certaines conditions, la décharge électrique d’un condensateur dont on réunit les deux armatures par un fil conducteur prend un caractère oscillatoire, le courant se renversant et changeant de sens un grand nombre de fois par seconde ; on obtient ainsi ce que l’on appelle les courants de haute fréquence.
  - Si on se sert de ces courants pour charger et décharger les faces du quartz piézo-électrique, on fera donc effectuer à ces faces des vibrations de même fréquence, qu’il serait impossible de provoquer par un système matériel quelconque.
  - L’intérêt pratique de ces ultra-sons (parfaitement imperceptibles à
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- - ÉLECTROSTA TIQ UE
  - 27
  - l’oreille) est le suivant. Ils ont des longueurs d’onde extrêmement petites (1), ce qui diminue les effets de diffusion et d’éparpillement que l’on constate avec les sons ordinaires. On ne peut avec ceux-ci obtenir un rayon sonore ou un faisceau sonore, comme on réalise avec la lumière des rayons lumineux ou des faisceaux lumineux. Au contraire, avec les ultra-sons il est possible d’envoyer un faisceau sonore dans une direction déterminée. Langevin a fondé sur cette propriété une méthode extrêmement ingénieuse de reconnaissance des fonds sous-marins. Le quartz piézo-électrique, mis en vibration ultra-rapide par un procédé électrique identique en principe à celui rapporté plus haut, communique ses vibrations à l’eau de mer <Ians lequel il se trouve plongé, déterminant ainsi dans ce milieu incompressible un faisceau ultra-sonore que l’on dirige verticalement vers le bas. Ce faisceau, rencontrant le fond de la mer, s’y réfléchit, tout comme un faisceau lumineux est réfléchi par un miroir, et il est renvoyé vers le poste émetteur. Les vibrations de l’eau dues à ce rayon de retour peuvent alors agir sur un second quartz qui, lui, fonctionne comme quartz piézoélectrique : des charges d’électricité se développent sur ses faces chaque fois qu’une onde ultra-sonore vient le frapper. On conçoit, sans qu’il soit besoin d’entrer dans le détail des méthodes employées, qu’il soit possible, par la comparaison des deux phénomènes d'émission d'ondes directes et de réception d’ondes de retour, de déterminer la distance du centre d’émission à laquelle a eu lieu la réflexion, c’est-à-dire la profondeur de la mer en cet endroit.
  - * * *
  - Nous venons de passer rapidement en revue un certain nombre de phénomènes permettant de produire des charges d’électricité, et par cela même de provoquer dans des conducteurs métalliques ce que nous avons appelé nn courant électrique. Le seul mode de production pratique est celui par voie chimique (piles). Nous verrons plus loin qu’il en est un autre, infiniment plus économique, plus puissant et grâce auquel l’électricité a pu se développer jusqu’au point de perfection actuel, fondé sur les phénor mènes électro-magnétiques.
  - (1) Rappelons que la longueur d’onde, qui est la distance séparant dans l’espace <leux points dans le même état de vibration, est liée à la fréquence par la relation :
  - l =-•
  - n
  - •étant la longueur d’onde, n la fréquence et v la vitesse de propagation.
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- - CHAPITRE II
  - LE COURANT ÉLECTRIQUE
  - Phénomènes détecteurs des courants: effets calorifiques; effet Peltier; actions chi~ miques ; effets lumineux, actions électro-magnétiques. — Intensité du courant. — Ampère. — Facteurs de l’intensité. — Force électromotrice, résistance. — Loi d’Ohm. — Expression de la résistance. — La résistance spécifique. — Ohm. —. Force éleciromotrice et différence de potentiel. — Circuits dérivés. — Lois. — Application : pont de Wheatstone. — Effets calorifiques du courant. — Loi de Joule. — Conservation de l’énergie.
  - Dans le chapitre précédent, nous sommes arrivés finalement à la conception du courant électrique et nous avons même indiqué, très succinctement, les divers moyens qui permettent sa production. Nous allons maintenant étudier les propriétés de ce courant électrique, abstraction faite de son mode de génération que nous supposerons une fois pour toutes, afin de simplifier les figures et les raisonnements, être une pile voltaïque.
  - * * *
  - Tout d’abord, comment peut être mis en évidence le courant électrique qui traverse un conducteur; en d’autres termes, quelles sont les manifestations extérieures du courant électrique? L’intérêt de cette question est non seulement de renseigner sur l’existence du courant, mais également de fournir des méthodes de mesure de son importance par celle des effets qu’il produit.
  - i° Le courant électrique échauffe les conducteurs dans lesquels il circule; il se manifeste donc par des effets calorifiques qu’il est très facile de constater même avec les courants faibles des machines statiques. Ces effets sont assez intenses pour porter, dans certains cas, les corps traversés à l’incandescence.
  - •2° Le courant électrique parcourant un circuit constitué par des conducteurs métalliques de matière différente détermine un échauffement
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- - LE COURANT ÉLECTRIQUE
  - 29
  - ou un refroidissement du point de soudure de deux métaux différents. C’est l’effet Peltier, qui est l’inverse du phénomène des courants thermo-électriques que nous avons examiné au chapitre premier.
  - 3° Le courant électrique, lorsqu’il traverse des conducteurs liquides, détermine des décompositions chimiques soumises à des lois parfaitement définies que nous étudierons en détail dans un chapitre spécial.
  - 4° Le courant électrique détermine des effets lumineux lorsqu’on lui fait traverser des intervalles gazeux dans certaines conditions. Ôn observe soit des arcs électriques, soit des effluves lumineux, dont’l’importance pratique est considérable.
  - 5° Tous les effets précédents se manifestent suivant le chemin même du courant électrique. Mais, dans l’espace environnant un conducteur parcouru par un courant, celui-ci exerce des actions auxquelles on a donné le nom d'actions électro-magnétiques et dont la plus simple est la déviation d’une aiguille aimantée placée à son voisinage.
  - Nous commencerons par étudier les manifestations du courant dans le conducteur lui-même.
  - * * *
  - Lorsqu’un courant circule dans un circuit quelconque, formé de conducteurs de forme, de dimensions et de nature différentes, il est bien évident qu’il passe à chaque instant à travers une section quelconque de ce circuit la même quantité d’électricité, sans quoi il devrait se produire en certains Points des accumulations impossibles à justifier. Tout se passe comme dans le cas d’un réseau de conduites d’eau; quel que soit le diamètre de la conduite, il passe dans chaque section toujours la même quantité d’eau. On appellera intensité du courant le nombre de coulombs d’électricité qui Passent en une seconde par une section déterminée.
  - S’il passe un coulomb par seconde, on dira que l’intensité du courant €st de un ampère. L’ampère est l’unité d’intensité de courant.
  - * * *
  - Le quels facteurs dépend l’intensité du courant?
  - Il est évident que plus la force électromotrice de la pile qui produit le courant sera grande, plus l'intensité sera grande, toutes choses étant égales d ailleurs. Si on reprend la comparaison hydraulique, qui rend de grands services afin de concrétiser les faits, plus la pression de l’eau est grande, plus le débit est intense.
  - D’autre part, le circuit dans lequel passe le courant intervient aussi.
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- - 3»
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Il comprend non seulement les conducteurs extérieurs à l’appareil générateur, mais celui-ci également, puisque le courant se ferme par lui, de façon à réaliser une circulation continue d’électricité. Si cet ensemble oppose une résistance plus ou moins grande au passage de l’électricité, l’intensité du courant sera plus ou moins forte, de la même façon que le débit d’un circuit hydraulique dépend de la résistance qu’opposent les tuyaux au. passage de l’eau.
  - Pour les deux facteurs que nous venons de mettre en évidence : force électromotrice du générateur et résistance totale du circuit, les lois reliant ces facteurs à l’intensité du courant sont très simples : si la force électromotrice est double, triple, etc., l’intensité est double ou triple aussi; si la résistance est deux ou trois fois plus grande, l’intensité est deux ou trois fois plus petite.
  - La formule traduisant ces résultats, appelée loi d'Ohm, s’énonce donc :
  - l’intensité du courant en circuit fermé est égale au quotient de la force électromotrice par la résistance, et s’écrit :
  - I étant l’intensité, E la force électromotrice et R la résistance.
  - * * *
  - . Il nous faut maintenant définir la résistance, grandeur nouvelle que nous venons d’introduire. Nous ne considérerons que le cas des fils métalliques, d’un emploi général en électricité (i). La résistance d’un fil est évidemment essentiellement fonction de sa nature, de sa longueur et de sa section. Un raisonnement simple montre que la résistance est proportionnelle à la longueur. Elle est inversement proportionnelle à la section. En effet, un fil de section double peut être considéré comme formé de deux fils de section simple, et, de même qu’une conduite de section double d’une autre permet le passage d’un débit double d’eau (donc oppose une résistance moitié), le gros fil laisse plus facilement s’écouler l’électricité. Enfin, à longueur et section égale, la résistance d’un fil dépend de la nature du métal le constituant. Si on prend comme terme de comparaison le cuivre par exemple, on trouve qu’un fil de mêmes dimensions en fer est 6,10 fois plus résistant, un fil de maillechort i8,8fois plus résistant, etc. Ces nombres 6,1, 18,8, etc., qui caractérisent chaque métal ont reçu le nom de résistances spécifiques.
  - (i) Lorsque le conducteur est un liquide, on peut toujours l’assimiler à un certain, conducteur métallique ayant la forme d’un fil.
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- - LE COURANT ÉLECTRIQUE
  - 3i
  - Si on réunit ces résultats sous la forme d’une loi, on arrive à l’énoncé suivant : la résistance d’un conducteur est égale à sa résistance spécifique multipliée par sa longueur et divisée par sa section, qui se traduit par la formule :
  - l
  - R = P - >
  - ’ 5
  - R étant la résistance, c la résistance spécifique, l la longueur et s la section (1).
  - * * *
  - Revenons maintenant à la loi d’Ohm. Son énoncé nous permet de définir
  - 1 unité de résistance.
  - En effet, si nous supposons que la force électromotrice soit de 1 volt et que le courant produit ait une intensité de 1 ampère, la résistance a alors la valeur unitéd’après la formule. C’est Yohm, qui est donc défini comme la résistance d’un conducteur dans lequel circule un courant de 1 ampère sous une force électromotrice de 1 volt appliquée à ses extrémités.
  - Cette unité est représentée matériellement par une colonne de mercure de io6cm,3 de long -et de 1 millimètre carré de section, à la température de o°.
  - On a choisi le mercure, car il est possible d’obtenir ce métal à un grand degré de pureté chimique et il n’y a pas à tenir compte, comme dans un solide, de son état physique (écrouissage, recuit, hétérogénéité interne).
  - * * *
  - Grâce à la loi d’Ohm, il est facile d’expliquer la importante, au point de vue pratique, entre deux grandeurs qui, bien que mesurées avec la même unité, le volt, ne doivent cependant pas être confondues : nous voulons parler de la force électro-motrice et de la tension aux bornes ou différence de potentiel d’un générateur dont les deux bornes sont réunies par un circuit conducteur.
  - Considérons un générateur d’électricité, une Pile par exemple, dont la force électromotrice est
  - différence extrêmement
  - Fig. 18.
  - (1) Si nous supposons un conducteur ayant une longueur de 1 centimètre (unité) et une section de 1 centimètre carré (section unité), l et s sont égaux à 1 et, par suite, la formule donne R = p. 1
  - La résistance spécifique d’un métal est donc la résistance d’un conducteur de ce raétal ayant 1 centimètre de long et 1 centimètre carré de section.
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- - 32
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - E. Elle a une résistance intérieure r, et le circuit extérieur qui réunit ses deux bornes une résistance R (fig. 18).
  - D’après la loi d’Ohm, l’intensité I du courant dans le circuit est donnée par le quotient de la force électromotrice E par là résistance totale R -f- r du circuit. On a donc :
  - I
  - E
  - R + r
  - D’autre part, si nous considérons le conducteur extérieur AB de résistance R, il est parcouru par un courant d’intensité I et, d’après la loi d’Ohm, il existe entre ses extrémités une différence de potentiel E' donnée par la formule :
  - c’est-à-dire
  - E'
  - = IR =
  - ER R + r
  - en remplaçant I par sa valeur.
  - On voit donc que E' est différent de E. On peut donc encore écrire :
  - E'
  - E
  - Y
  - 1 +
  - R
  - ’ Si R est très grand, —est négligeable, et alors E' =E. Par suite, la force R
  - électromotrice est la différence de potentiel entre les deux bornes du générateur quand la résistance du circuit extérieur est infiniment grande, c’est-à-dire quand le circuit est ouvert et qulil ne passe aucun courant. On appelle parfois E la différence de potentiel ou la force électromotrice en circuit ouvert, et E' la différence de potentiel ou la force électromotrice en circuit fermé. On voit que, tandis que E est une grandeur bien définie, caractéristique du générateur, E' dépend essentiellement du circuit extérieur.
  - \ On peut encore exprimer le résultat précédent d’une autre façon et dire que la force électromotrice E est égale à la somme de la tension aux bornes (E') et de la perte de tension à l’intérieur du générateur (i).
  - (i) En effet, en raisonnant comme précédemment, à l’intérieur du générateur circule le courant d’intensité I dans la résistance r, et la chute de tension entre les
  - E r
  - bornes B et A du générateur est e = Ir = — — .
  - On voit immédiatement que e + E' = E.
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- - LE COURANT ÉLECTRIQUE
  - 33
  - * * *
  - Dans ce qui précède, nous avons supposé que le courant s’écoulait dans un circuit fermé unique, c’est-à-dire sans dérivations. Nous allons maintenant examiner le cas d’un circuit complexe dans lequel le courant se ramifie et se distribue entre plusieurs conducteurs.
  - Considérons par exemple le circuit représenté figure 19, et supposons que le courant se propage, dans le sens indiqué par les flèches. Si nous considérons le point C, par exemple, comme il n’y a pas en ce point d’accumulation d’électricité, on a forcément :
  - I = h + H- f1)
  - D’autre part, entre les points C et D existe une certaine différence de tension e qui fait passer l’électricité aussi bien à travers CED que CFD.
  - ' On a donc :
  - c , _ e
  - 1 ri ’ 2 r2
  - c’est-à-dire que :
  - Les intensités sont en raison inverse des résistances. Si la branche CED a une résistance moitié de celle de la branche CFD, il y passera un courant fi intensité double de celui circulant dans CFD.
  - Ce résultat est général, quel que soit le nombre des conducteurs disposés comme CFD et CED, c’est-à-dire ayant même point de départ et même Point d’arrivée, que l’on appelle des conducteurs montés en quantité ou en parallèle (tandis que, lorsque les conducteurs sont disposés à la suite ies uns des autres, on les dit disposés en série ou en tension).
  - Une conséquence intéressante est la suivante : si les deux conducteurs s°nt identiques, ils fonctionnent donc, au point de vue de la résistance totale, comme un conducteur unique de section double, c’est-à-dire de résistance moitié.'
  - Une comparaison hydraulique permet de comprendre immédiatement ce résultat, qui est très important pour les applications pratiques. Si on a fieilx conduites identiques en parallèle entre deux points, il est évident fine le débit total sera doublé, c’est-à-dire équivaudra à celui d’une con-Vigneron. — Électricité. 3
  - Fig. 19.
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - chiite unique de section double, et par suite opposant une résistance moindre au passage de l’eau.
  - * * *
  - Les deux égalités (i) et (2), que nous avons déduites par simple application des lois d’Ohm, permettent de résoudre tous les problèmes de calcul
  - des intensités dans les circuits dérivés. Nous traiterons un seul exemple, celui du pont de Wheatslone que l’on emploie dans de nombreux montages élec-g triques.
  - La figure 20 montre la disposition réalisée. Une pile P débite dans un circuit bifurqué formé de deux branches ACB, ADB constituées chacune de deux conducteurs de résistance différente AC, CB, AD, DB. Un conducteur relie les deux points C et D. Le problème à résoudre est le suivant. A quelle condition ne passe-t-il aucun courant dans la branche CD
  - (que l’on appelle le pont) ?
  - Lorsque cette condition est remplie, on a évidemment :
  - Fig. 20. — Pont de Wheatstone.
  - q — q q — q q — o
  - I = q + ht
  - et la différence de potentiel entre les points C et D est nulle, puisqu’il ne passe aucun courant dans le conducteur CD.
  - Par conséquent la différence de potentiel el entre A et C est la même qu’entre A et D, ce qui se traduit par :
  - ^1 == ^1^*1 === ^2^2*
  - De même, la différence de potentiel e2 entre C et B est la même qu’entre D et B, et par suite : !
  - e2 — qq = qq-
  - On en tire immédiatement :
  - q = q q q
  - C’est la condition cherchée.
  - * * *
  - Nous avons dit que, lorsqu’un courant électrique circule dans un conducteur, il donne lieu à des effets colorifiques. Le conducteur s’échauffe.
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- - LE COURANT ÉLECTRIQUE 35
  - Cherchons comment ce dégagement de chaleur est lié à l’intensité du courant qui le produit.
  - C’est Joule qui a formulé les lois du phénomène, que nous nous contenterons d’énoncer :
  - i° La quantité de chaleur dégagée est proportionnelle au temps pendant lequel le courant passe ;
  - 2° La quantité de chaleur dégagée pendant un temps donné est proportionnelle au carré de l’intensité du courant circulant dans le conducteur ; |
  - 3° La quantité de chaleur dégagée est proportionnelle à la résistance du conducteur traversé par le courant.
  - Ces trois lois peuvent se résumer dans la formule suivante :
  - Q = K+I2R/,
  - Q étant la quantité de chaleur dégagée pendant le temps t par un courant d’intensité I circulant dans un conducteur de résistance R, K étant le facteur numérique de proportionnalité.
  - * * *
  - La loi de Joule est une conséquence directe du principe de la conservation de U énergie, principe extrêmement général qui domine toute la Physique moderne. Aussi allons-nous en dire quelques mots.
  - Ce principe affirme que, dans tous les phénomènes physiques, on ne peut ni créer, ni détruire de l’énergie. Par suite, si un phénomène physique ejdge une certaine dépense de travail, l’annihilation de ce phénomène doit en libérer une quantité égale.
  - Appliquons ce principe au cas présent. Nous avons défini la différence de potentiel entre deux conducteurs comme le travail fourni par les forces électriques pour porter un coulomb d’électricité de la tension la plus elevée à la tension inférieure. S’il ne s’agit plus d’un coulomb, mais d’une charge de C coulombs, passant d’un corps à un certain potentiel à un corps a un potentiel inférieur de V volts, le travail fourni par le système électrique sera égal à CV volts-coulombs, ou, puisque nous savons que :
  - x volt X i coulomb = kilogrammètre, le travail fourni sera :
  - —— kilogrammètres.
  - Or, dans un circuit parcouru par un courant, l’électricité se déplace d’un
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - point à un certain potentiel à un point à plus bas potentiel. Chaque seconde, si l'intensité est I ampères, cela veut dire qu’il s’écoule I coulombs par seconde, et si, entre les deux extrémités du conducteur, il existe une différence de potentiel de V volts, le travail accompli par le courant électrique et par seconde est donné par le produit IV. En d’autres termes, la puissance du courant électrique est IV.
  - Or la puissance s’exprime en watts et un watt est la puissance qui
  - fournit par seconde-^- kilogrammètre. Cette unité est donc égale à un volt 9,81
  - x un ampère, et la puissance dans le circuit considéré est W =IV watts.
  - , V
  - L’intensité du courant, d’après la loi d’Ohm, est égale a —, et par
  - R
  - suite V = IR, c’est-à-dire que l’on peut écrire :
  - V2
  - \v = iv = —
  - R
  - I2R.
  - C’est ce qu’énonce la loi de Joule, que l’on a ainsi déduite du principe de la conservation de l’énergie.
  - * * *
  - Dans la pratique, on exprime souvent les énergies en kilowatts (1 000 watts) et également en chevaux-vapeur équivalant à 75 kilo-
  - grammètres par seconde. Comme 1 kilowatt fournit ™ =102 kilo-
  - grammètres, on voit immédiatement que 1 kilowatt équivaut à 1,36 cheval-vapeur.
  - Inversement, un cheval-vapeur équivaut à 0,736 kilowatt.
  - La physique nous apprend d’autre part qu’un travail de 427 kilo-grammètres correspond au dégagement d’une quantité de chaleur égale à 1 calorie (quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d’un litre d’eau de 1 degré). Il est facile d’en déduire qu’une énergie électrique de 1 kilowatt correspond à la libération de 0,239 calorie par seconde. On a donc :
  - 0,2^0
  - Q = 0,239 VF = 0,239 PR* = —=7- V2*
  - K
  - pour expression de la quantité de chaleur Q dégagée pendant un temps t dans un conducteur de résistance R parcouru par un courant I sous l’influence d’une différence de potentiel V.
  - Nous verrons les applications pratiques extrêmement importantes de l’effet Joule, en éclairage, chauffage et électro-métallurgie.
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- - LE COURANT ÉLECTRIQUE
  - 37
  - * * *
  - Le principe de la conservation de l’énergie nous permet dès maintenant de prévoir une partie des phénomènes qui se produisent lorsque l’énergie électrique passant dans un conducteur n’est pas uniquement employée à échauffer ce conducteur, mais encore à produire dans l’espace environnant des modifications du champ magnétique (que nous étudierons plus loin) ou tout autre phénomène pouvant produire un travail mécanique. Dans ce cas, la quantité de chaleur Q' dégagée dans le conducteur ne correspond plus à l’énergie totale du courant, et on a Q' < Q,Q étant la quantité de chaleur que donne l’application de la loi de Joule. Or, si nous prenons la , KV2
  - formule Q =------- t, puisqu’on trouve une valeur inférieure de Q, comme
  - R
  - K est une constante et que R est une caractéristique du conducteur indépendante du courant électrique qui le traverse, nous sommes conduits a dire que V a une valeur V', inférieure à V, aux bornes du conducteur, ou, en d’autres termes, que la force électromotrice apliquée a été diminuée d’une certaine quantité, que l’on appelle la force contre-électromotrice afin de bien indiquer son rôle et qui correspond à la partie de l’énergie électrique qui a été dépensée à l’extérieur du conducteur.
  - * * *
  - Nous sommes ainsi conduits à l’étude des actions du courant électrique extérieures au conducteur même qu’il parcourt. Ce sera l’objet du chapitre
  - suivant.
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- - CHAPITRE III
  - MAGNÉTISME — ÉLECTRO MAGNÉTISME ÉLECTRODYNAMIQUE
  - Sommaire. — Aimants. — Pôles. — Masses magnétiques. —Loi de Coulomb.—Influence ou induction magnétique. — Champ magnétique. — Spectres magnétiques. — Lignes de force magnétiques. — Intensité du champ magnétique. — Gauss. — Représentation du champ magnétique. -— Induction et perméabilité magnétique. — Aimantation par les courants. — Règle d’Ampère. — Intensité d’aimantation. — Susceptibilité magnétique. —,Saturation. — Théorie d’Ewing. — Variation de la susceptibilité. — Loi de Curie. — Magnétisme rémanent. —Force coercitive. — Hystérésis. — Substances ferro-magnétiques, paramagnétiques, diamagnétiques. —- Moment magnétique. — Champ des courants. —Feuillet magnétique.— Puissance d’un feuillet. —Définition électro-magnétique de l’intensité de courant. — Loi de Biot et Savart. — Champ intérieur d’un solénoïde. — Circuit magnétique. — Réluctance. — Force magnétomotrice. — Actions mutuelles des champs et des courants. — Règle des trois doigts. — Loi de Laplace. — Attraction du fer par les solênoïdes.-— Actions entre courants. — Formulé d’Ampère. — Action d’un courant sur lui-même. —Rotations continuesroue de Barlow. — Théorie du magnétisme d’Ampère.
  - Avant d’étudier les actions magnétiques dues au courant électrique, il nous faut résumer brièvement les phénomènes présentés par les aimants.
  - * * *
  - On sait qu’on donne le nom d’aimants à certains échantillons d’oxyde de fer naturel qui jouissent de la propriété d’attirer la limaille de fer.
  - Par simple frottement, et sans rien perdre de cette propriété, l’aimant naturel peut la communiquer à l’acier, donnant ainsi ce que l’on appelle des aimants artificiels auxquels il est facile de donner une forme géométrique simple, barreau allongé, fer à cheval ou aiguille, permettant l’étude plus commode des propriétés magnétiques.
  - * *
  - Un barreau aimanté plongé dans de la limaille de fer se recouvre de parcelles métalliques, surtout aux extrémités, comme si la propriété d’attraction y était concentrée.^ On donne aux extrémités le nom de pôles.
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- - ÉLECTROMAGNÉTISME, ÉLECTRODYNAMIQUE 39
  - L’étude des attractions et répulsions mutuelles des aimants a montré que les deux pôles ne sont pas identiques. Lorsque le barreau est suspendu autour d'un axe vertical, une des extrémités se dirige toujours vers le nord, l’autre vers le sud. On a appelé les deux pôles pôle nord, et pôle sud. L’expérience a montré que si l’on approche un second aimant du barreau suspendu, les pôles de même nom se repoussent, les pôles de nom contraire s’attirent.
  - Cette dualité d’essence du magnétisme et l’analogie de leur façon de se comporter mutuellement avaient conduit les premiers expérimentateurs a admettre, par similitude avec l'électricité statique, l’existence de masses magnétiques, jouant jun rôle correspondant à celui des masses électriques en électrostatique, et comme elles de deux signes différents.
  - Guidé par ce parallélisme apparent des deux séries de phénomènes, Coulomb chercha si la même loi d’action ne s’appliquait pas dans les deux cas. Il trouva que tel était bien le cas. Les attractions et répulsions F qui s’exercent entre deux pôles varient en raison inverse du carré de leur distance d et sont proportionnelles à leurs masses magnétiques m1} m%.
  - m,m2
  - F = -*r-
  - v/ "* ’
  - 4r
  - Ca)
  - Malheureusement, il est impossible de mettre en évidence et d’isoler les niasses magnétiques. Si on sectionne un barreau aimanté, il donne deux aimants complets, et toujours une masse magnétique positive est associée a une masse magnétique négative égale en valeur absolue. Ceci montre d’ailleurs que le magnétisme est un phénomène dont la cause réside dans la molécule même, en un mot un phénomène particulaire. On arrive ainsi à la conception suivante : un corps susceptible 5 -»• jq
  - d’être aimanté est constitué par une infinité de petits aimants élémentaires (probablement les molécules elles-mêmes qui sont polarisées) et disposés dans toutes les directions (fig. 21, a). Sous l’influence d’une action magnétisante qui transforme le corps en un aimant, tous ces petits aimants élémentaires, que l’on appelle des doublets magnétiques, s’orientent suivant la même direction, et tout l’ensemble se comporte comme un aimant ordinaire (fig. 21, b).
  - (b)
  - Fig. 2i.
  - L’analogie avec ce que l’on observe en électricité statique se poursuit d’ailleurs plus loin. C’est ainsi qu’un aimant n’exerce pas des forces attrac-
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- - 4o PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - tives et répulsives seulement sur d’autres aimants, mais également sur certains métaux, le fer en particulier, qu’il attire dans tous les cas en le transformant en un aimant. Le phénomène est absolument comparable à l’électrisation par influence au voisinage d’un corps chargé d’électricité. On dit qu’un aimant produit du magnétisme dans un morceau de fer non magnétique par influence ou induction magnétique.
  - C’est par ce mécanisme que l’on explique l’attraction d’une pièce de fer par un aimant. Chaque pôle produit dans la partie de la pièce de fer la plus rapprochée un pôle de signe opposé et repousse le pôle de même nom à l’autre extrémité. L'attraction des deux pôles les plus rapprochés (et de signe opposé) l’emporte donc, et la pièce de fer influencée est attirée.
  - Si on éloigne la pièce influencée, elle perd son magnétisme induit, en totalité si c’est du fer doux, partiellement seulement si c’est de l’acier. C’est ainsi que l’on peut réaliser des aimants permanents.
  - * * *
  - Si l’on examine les phénomènes produits par un barreau aimanté dans l’espace environnant, on est conduit à dire que cet espace est le siège d’un champ magnétique (puisqu’un morceau de fer doux qui s’y trouve s’aimante) de même qu’un champ électrique est produit par un corps chargé d'électricité. Mais, dans le cas du magnétisme, il est possible de matérialiser les lignes de force du champ magnétique, ce que nous n’avons pu faire dans le cas du champ électrique.
  - A cet effet, ilsuffltde disposer au-dessus de l’aimant une feuille de papier que l'on saupoudre de limaille de fer. Cette limaille se dispose de telle façon que deux grains voisins s’orientent toujours dans la direction de la force magnétique. On obtient ainsi un spectre magnétique. Comme on peut donner à l’aimant des formes diverses : barreau rectiligne, fer à cheval, et qu’on peut les disposer soit parallèlement, soit perpendiculairement à la feuille de papier, qu’on peut en disposer plusieurs cbte à côte, etc., il est possible d’obtenir des représentations complètes des spectres dans les divers cas.
  - D’autre part, comme le spectre se forme aussi bien, que la feuille sur laquelle on répartit la limaille soit en papier, en verre, en métal quelconque, on arrive à la conclusion extrêmement importante quh7 n’existe pas d’écrans pour le magnétisme (exception faite cependant pour le fer sous très forte épaisseur). C’est donc une différence fondamentale d’avec les phénomènes électriques qui, ainsi que nous l’avons vu, sont complètement arrêtés dans certaines conditions. Par contre,le magnétisme se rapproche, à ce point de vue, delà pesanteur qui se transmet à travers tous les milieux.
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- - ÉLECTROMAGNÉTISME, ÉLECTRODYNAMIQUE 41
  - Nous donnons dans les figures 22 quelques spectres qu’il est extrêmement facile de réaliser expérimentalement. On remarque que, même au-dessus
  - Fig. 22, a. — Spectre magnétique d’un aimant.
  - Fig. 22, b.—Spectre magnétique de deux aimants parallèles inverses.
  - Spectre de deux aimants parallèles.
  - Fig. 22, c.
  - de l’aimant proprement dit, la limaille de fer s’oriente également, de sorte que, si l’on suppose quelles lignes de force magnétique partent du pôle N
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- - 42
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - et vont aboutir au pôle S, on est conduit à admettre qu'elles se ferment à l’intérieur de l’aimant, en allant alors du pôle S vers le pôle N.
  - On obtient alors, en tenant compte de ces remarques, les représentations
  - schématiques reproduites dans la figure 23 pour le faisceau des lignes de force magnétiques dans le cas correspondant à la figure 22, a.
  - Si on se sert de barreaux aimantés assez longs et minces que l’on place normalement sous la feuille de papier, on aura, dans le cas d’un seul aimant, sensiblement le spectre correspondant à une masse ponctuelle (fig. 24, a) à deux masses ponctuelles de nom contraire (en plaçant deux barreaux verticalement sous la feuille les pôles de nom contraire en regard) (fig. 24, b) ou de deux masses ponctuelles de même nom (les deux barreaux ont leurs pôles de même nom en regard) (fig. 24, c).
  - * * *
  - On peut, à l’aide de la notion de lignes de force magnétiques, interpréter les propriétés des corps magnétiques.
  - Nous avons vu qu’un morceau de fer doux approché d’un aimant se trouve SOUmis a 1 induc- Fig. 24, a.—Spectre magnétique d’une masse ponctuelle, tion ; comme il se forme
  - un pôle sud par exemple en regard du pôle nord de l'aimant, les lignes de force seront beaucoup plus serrées, beaucoup plus nombreuses, entre le pôle nord et la pièce induite A (fig. 25) qu’en toute autre partie du champ de l’aimant. On peut donc dire que les lignes de force sont attirées par le fer doux.
  - Si le fer doux induit a la forme d’un anneau (fig. 26), les lignes de force se concentrent dans cet anneau et créent un pôle sud à l'endroit où elles entrent dans l’anneau et un pôle nord à leur région de sortie, puisque
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- - ÉLECTROMA GNÉTISME, ÉLECTROD YNA MI QUE 43
  - nous avons posé en principe que les lignes de force d’un aimant vont extérieurement du pôle nord au pôle sud.
  - Les lignes de force nous permettent également de définir Y intensité des champs magnétiques. Supposons que nous explorions le champ
  - Fig. 26.
  - niagnétique à l’aide d’un pôle nord pris égal à l’unité (1). En chaque point de l’espace, la force qui s’exerce sur cette unité de magnétisme est la mesure de l’intensité du champ en ce point (2). L’unité d’intensité
  - (1) Par analogie avec l’électrostatique, on choisira pour unité de magnétisme une quantité de magnétisme telle que, placée à une distance de 1 centimètre d’une quantité égale et de même nature, elle la repousse avec une force égale à une dyne. Ceci découle
  - wi m
  - de la loi de Coulomb pour le magnétisme : F = —P--•
  - cl
  - (2) Par exemple à une distance de 10 centimètres d’un pôle magnétique de masse „ , , „ mxm9 1 X 500
  - 500, le champ est : H = ----- = --------- = 5 degrés.
  - ^ d* 100 J 13
  - 100
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- - 44
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - a reçu le nom de gauss. Un champ de un gauss exerce une force de une dyne sur l’unité de magnétisme placé en un point.
  - * * *
  - En traçant les lignes de force dans le cas d’un barreau aimanté par exemple, on constate qu’aux points où le champ magnétique est intense, les lignes de force sont très voisines ; là où il est faible, elles sont très éloignées les unes des autres. Cette considération a conduit à chercher à relier le nombre des lignes de force à l’intensité du champ magnétique. Le calcul montre que Von peut représenter numériquement l’intensité du champ magnétique en un point par le nombre de lignes de force magnétiques traversant une surface de i centimètre carré placée en ce point et normalement à la direction du champ.
  - * * *
  - Si nous nous reportons maintenant aux spectres magnétiques tels que celui de la figure 23, une difficulté se présente, car, à l’intérieur d’un barreau de fer, le nombre des lignes de force par unité de surface ne représente pas l’intensité du champ magnétique ou de la force qui serait exercée sur une unité de pôle placée à l’intérieur du métal. Aussi, au lieu de conserver à ces lignes le nom de lignes de force, on les appelle lignes magnétiques d’induction, et leur nombre par centimètre carré représente ce que l’on appelle Vinduction magnétique B à l’intérieur du métal.
  - En d’autres termes, lorsque les lignes de force sont situées dans le vide, l’air ou tout autre milieu non magnétique, leur nombre par centimètre carré représente le champ magnétique H, et H =B. Au contraire, à l’intérieur des métaux magnétiques, fer, nickel, cobalt, acier, etc., B est beaucoup plus grand que H, c’est-à-dire que la force qui s’exerce sur l’unité de pôle située à l’intérieur du métal est beaucoup plus petite que le nombre de
  - B
  - lignes d’induction par centimètre carré. Le rapport — définit ce que l’on
  - xi
  - appelle la perméabilité magnétique |x du milieu. On a donc :
  - ' B = [iH.
  - * j* *
  - On peut présenter sous une autre forme la relation précédente. Considérons le cas de la figure 26. En un point de l’espace où se trouve le corps A
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  - 45
  - existait auparavant un champ H. Quand on a place en cette région le corps A, le nombre de lignes de force par centimètre carré, qui était H, est devenu a fois plus grand. Le nombre aH représente ce que nous avons appelé l’induction magnétique.
  - * * *
  - Enfin, la perméabilité magnétique peut être introduite à partir de la loi de Coulomb du magnétisme d’une manière analogue à celle qui nous a amenés à la notion du pouvoir diélectrique en électrostatique.
  - En effet, lorsque nous écrivons :
  - nous ne supposons rien sur le milieu séparant les pôles magnétiques, °n plutôt nous admettons implicitement qu il n’intervenait pas. Or, il n’en est pas ainsi en réalité. Si les pôles sont séparés par du fer, du nickel °n du cobalt, leurs actions mutuelles sont beaucoup plus faibles que lorsqu'ils sont séparés par l’air, et on écrit alors :
  - F = wtw2
  - tuP
  - [j- est la perméabilité magnétique.
  - * * *
  - Les aimants naturels ou ceux qu’ils permettent de créer par frottement °n induction ne donnent que des actions magnétiques peu intenses. Au contraire, en se servant d’une propriété du courant électrique que nous <dlons examiner maintenant, il est possible d’obtenir des effets très intenses qui ont permis de compléter l’étude du magnétisme en mettant en évidence nouvelles propriétés de ces corps.
  - C’est Arago qui, en 1820, constata que, lorsqu’on enroule un fil parcouru P^r un courant autour d’un cylindre de fer doux par exemple, celui-ci s aimante extrêmement fortement et présente un pôle nord à une extré-uuté, un pôie sud à pautre. On a ce que l’on appelle un électro-aimant.
  - * * *
  - La première question qui se pose est de savoir à quelle extrémité se créera le pôle nord. La réponse est donnée par la reglç d’Ampère : si on suppose un observateur couché sur le fil de la bobine de façon que le cou-
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  - rant'entre par les pieds et sorte par la tête, et regardant le barreau situé à l’intérieur de la bobine, l’extrémité qui se trouve à sa gauche est le pôle nord.
  - Au lieu d’un barreau rectiligne, on peut utiliser un barreau ayant la forme d’un |J (fig. 27) ;on obtient un électro-aimant en fer à chevalet, si on
  - Fig. 28.
  - dispose les deux faces portant les pôles en regard l’une de l’autre (fig. 28), dans l’espace AB compris entre les déux pôles, le champ sera évidemment très intense. La figure 29 montre une réalisation pratique d’un électro-
  - Fig. 29. — Électro-aimant de laboratoire.
  - aimant de laboratoire. On voit l’importance des bobines excitatrices et la forme conique donnée aux pièces polaires afin d’augmenter l’intensité du champ dans l’espace les séparant.
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  - 47
  - * * *
  - A l’aide de ce nouveau procédé d’aimantation, il est possible d'étudier en détail les propriétés magnétiques des divers corps. Il nous faut tout d’abord définir quelques grandeurs s'y rattachant.
  - L’intensité d’aimantation Ipeut être représentée, dans le cas d’un barreau rectangulaire par exemple, par le nombre de masses magnétiques développées sur i centimètre carré de sa section terminale.
  - La susceptibilité magnétique k est le rapport entre l’intensité d’aimantation I que prend l’échantillon étudié et l’intensité du champ Magnétique H dans lequel il est placé. Nous avons défini précédemment la perméabilité magnétique.
  - * * *
  - Si on place un échantillon de métal magnétique (fer doux, nickel, cobalt, acier, etc.) dans un champ magnétique de plus en plus puissant (produit Par un électro-aimant par | exemple), on constate que 1 intensité de l'aimantation ne croît pas indéfini-Ment et que, à partir d une certaine valeur du champ, elle reste constante, même si l’intensité du champ magnétisant augmente considérable- ^
  - Ment. On dit que l’échantillon est aimanté à saturation.
  - L’autre part, même avant d’atteindre sa valeur de saturation, 1 aimantation est loin de croître proportionnellement à l’intensité du champ ; si 1 °n trace la courbe donnant l’intensité d’aimantation en fonction du champ, on a l’allure représentée figure 3°, Qui indique une marche assez compliquée du phénomène.
  - Ewing, par des considérations très simples, est arrivé cependant à fournir Mie représentation physique satisfaisante des divers stades de l’ai-m&ntation. Nous avons vu que l’on admet que les corps magnétiques sont constitués par une infinité de petits aimants élémentaires, de dou
  - Fig. 30.
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  - blets magnétiques, de dimensions moléculaires, qui s’orientent sous~l’in-fluence du champ extérieur de façon à se disposer parallèlement à ce champ.
  - Considérons maintenant un groupe de quatre aimants élémentaires ià l’intérieur du corps. Il ne peuvent que tourner autour de leur axe. Ils se disposeront symétriquement de façon à être en état d’équilibre, comme l’in-
  - x 2 3 4
  - Fig. 31.
  - dique la figure 31,1. Établissons maintenant un champ magnétique H peu intense. Il aura pour effet de faire tourner légèrement les aimants dans sa direction, mais les actions mutuelles exercées par les quatre aimants sont encore assez fortes pour empêcher la dissociation du groupe (fig. 31,2). Que le champ magnétisant augmente à certain moment, le système deviendra instable, et les aimants, basculant autour de leur axe, se disposeront alors comme l’indique la figure 31,3. A partir de ce moment, tout accroissement de l’intensité du champ n’aura plus pour résultat que de-
  - parachever l’alignement des aimants élémentaires et, lorsque la saturation sera atteinte, ils seront tous parallèles (fig. 31, 4).
  - Si nous traduisons par une courbe les faits précédents, nous aurons la courbe de la figure 32 ; de A à B, correspondant aux états intermédiaires entre 1 et 2, l’aimantation est sensiblement proportionnelle au champ ; dans le passage de l’état instable limite 2 à l’état 3, l’aimantation augmente considérablement (portion BC). Ensuite, par les états de 3 à 4, l’aimantation croît très peu (portion CD). On voit que cette courbe est bien la schématisation de la courbe de la figure 30. Les transitions y sont moins nettes, parce qu’il ne faut pas oublier qu’au lieu d'un seul groupe de quatre aimants, il aurait fallu en considérer une infinité, et que tous ces groupes sont orientés dans des positions quelconques, de
  - Fig. 32.
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  - 49
  - sorte^que certains d’eux seront plus tôt que d’autres dans la position de saturation par exemple.
  - * * *
  - On voit donc que k, susceptibilité magnétique, n’est jamais constant et varie avec chaque valeur de la force magnétisante. La susceptibilité passe d’ailleurs par une valeur maxima correspondant au point d’inflexion M de la courbe d’aimantation (fig. 30).
  - La susceptibilité magnétique varie également avec la température à laquelle on opère. Curie a montré qu’elle est, tout au moins approximativement, inversement proportionnelle à la température absolue.
  - Enfin, même pour le même métal, et en opérant à la même température, a susceptibilité magnétique n’est pas constante pour une valeur donnée du champ. Elle dépend de tous les états magnétiques antérieurs par.lesquels est passé le corps.
  - * >i= *
  - Cette dernière constatation s’explique très facilement lorsque l’on opère sur un morceau d’acier par exemple. On constate, en effet, que la courbe d’établissement de l’aimantation que nous avons étudiée précédemment n est pas réversible. Si on désaimante un morceau de fer, pour une valeur
  - Fig. 33-
  - donnée de H, on trouve que l’aimantation est plus grande que celle constatée pour la même valeur lors de l’aimantation. En particulier, lorsque * on supprime le champ magnétisant, on sait que l’échantillon conserve eucore une aimantation que l’on appelle le magnétisme rémanent. La figure 33 traduit graphiquement ce résultat. La courbe OAB correspond Vigneron. — Électricité. 4
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - à l’établissement de l’aimantation dans un champ croissant, et la courbe BCD aux valeurs de l’aimantation dans un champ décroissant (i). On a donné à ce phénomène le nom d’hystérésis.
  - Si, au lieu de faire varier le champ magnétisant de O à F, on le fait varier de — F à + F, on obtient alors ce que l’on appelle la courbe d’hystérésis représentée figure 34. OA correspond à l’établissement initial de l’état d’aimantation, ACA' aux valeurs décroissantes du champ et la partie A'BA aux valeurs croissantes du champ (2).
  - * * *
  - L’hystérésis correspond donc à un véritable retard de l’état d’aimantation d’un corps parcourant un cycle de magnétisme. On peut se représenter ce retard comme dû aux frottements des aimants élémentaires moléculaires qui ne sont pas capables, dans les métaux autres que le fer doux, de tourner librement autour de leur axe et de s'orienter instantanément dans la position d’équilibre correspondant à la valeur actuelle du champ.
  - Mais, si cette interprétation est exacte, ce frottement interne doit se traduire à l’extérieur par des phénomènes décelables. C’est bien ce que l’on constate. Tout xl’abord, lorsqu’un métal magnétique est soumis un grand nombre de fois de suite à des aimantations et désaimantations successives, il s’échauffe notablement. De plus, à la longue, il se produit une modification profonde dans la structure du métal ; il perd peu à peu ses qualités magnétiques : c’est le vieillissement que l’on constate dans les tôles des transformateurs. Tout se passe comme si, au bout d’un certain temps, les axes des aimants grippaient et ne permettaient plus que des oscillations de moindre amplitude.
  - * * *
  - Les phénomènes qui précèdent sont présentés par un grand nombre de corps ayant une importance pratique considérable : fer, aciers, nickel, cobalt, et certains composés de ces métaux. On les appelle des substances ferro-magnétiques. Certains autres corps, quelques gaz, comme l’oxygène et l’air, présentent les mêmes propriétés, bien qu’à un degré moindre, et sont appelés substances paramagnétiques. Leur susceptibilité est positive.
  - (1) Pour le fer doux, qui ne conserve pas de magnétisme rémanent, les deux courbes OAB et BCD sont sensiblement confondues.
  - (2) La valeur OC qu’il faut donner au champ pour détruire le magnétisme rémanent mesure ce que l’on appelle la force coercitive.
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  - ÉLECTROMA GNÉTISME, ÉLECTRODYNAMIQUE
  - D’autres corps, au contraire, tels que le bismuth, l’eau, l’alcool, se comportent dans le champ magnétique d’une façon inverse. Au lieu de s aimanter par influence comme le fer, un Pôle sud se développant au point d’entrée des lignes de force et un pôle nord à leur point de sortie, elle^ s’aimantent en développant un pôle nord au point d’entrée des lignes de force et un pôle sud au point de sortie (fig. 35). Leur susceptibilité est alors négative et toujours très faible. On les appelle des corps diamagnétiques. Ils n’ont pas d intérêt pratique ; aussi
  - n en dirons-nous rien. i
  - * * * !
  - N S
  - Fig. 35-
  - Hm
  - Fig. 36.
  - Dans l’étude du magnétisme, nous avons raisonné en supposant 1 existence de masses magnétiques, jouant un rôle analogue à celui des masses électriques en électrostatique, mais nous avons dit également que cette conception était purement théorique, la masse magnétique étant une véritable entité et n’ayant pas d’existence naturelle, i Quelle est alors la grandeur physique que l’expérience permet d’atteindre et de mesurer ? C est le moment magnétique.^oici comment on peut Produire cette grandeur et la relier à la masse magnétique.
  - Tout aimant situé dans un champ magnétique est soumis à deux forces égales et opposées. Considérons l’aimant NS de longueur l, portant a ses extrémités deux charges de magnétisme + m, — m
  - 36). Cet aimant est placé dans un champ ma- mH S^étique uniforme H et peut tourner autour d’un axe O perpendiculaire au champ. A ses extrémités s exercent deux forces de valeur «H égales et °Pposées. Il est donc soumis à un couple dont le Moment mécanique est mlH. La quantité ml est Ce l’on appelle le moment magnétique M de ^ aimant et, par suite, le couple moteur qui tend Fig. 37.
  - a le faire tourner a pour valeur MH.
  - Remarquons que, si l’aimant fait un angle G avec la direction du champ ^§37). le couple moteur auquel il est soumis a pour valeur mlH sin 0 = sin G (1).
  - b) Il est facile de mesurer expérimentalement la valeur du produit MH, ainsi que H valeur du rapport d’où l’on déduit immédiatement les valeurs de M et de H.
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- - 5 2
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Puisqu’un courant électrique est capable d’exercer une action magnétisante, il est naturel de penser qu’un courant produit autour de lui des actions magnétiques (i). ^
  - Il doit donc être possible de répéter les expériences fondamentales du
  - magnétisme, en particulier la production des spectres magnétiques qui renseigne sur la distribution dans l’espace des lignes de force. C’est bien ce que l’expé-
  - Fig. 38.
  - A
  - Fig. 39-
  - rience a vérifié. La figure 38 montre le spectre magnétique obtenu en faisant passer un courant dans un fil rectiligne AB traversant verticalement la feuille de papier horizontale saupoudrée de limaille de fer (fig- 39)-
  - Quelle est la direction des lignes de forces concentriques au point O que l’on met ainsi en évidence? En d’autres termes, comment s’orientera
  - Si on divise le moment d’un aimant par son volume v, on a, dans le cas d’un barreau
  - M m
  - cylindrique de section s et de longueur l, v = ls et — = —, qui est précisément l’intensité d’aimantation.
  - On voit donc, sans qu’il soit besoin d’entrer dans plus de détails, que le moment magnétique, seule grandeur physiquement mesurable, permet de définir numériquement les diverses grandeurs que nous avons introduites en partant de la notion de masses magnétiques.
  - (i)Le phénomène fut découvert par Œrsted en 1802, qui observa qu’une aiguille aimantée est déviée par un courant traversant un conducteur placé dans son voisinage.
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- - ÉLECTROMA GNÊTISME, ÉLECTROD YNAMIQ UE
  - 53
  - un petit aimant que l’on dispose tangentiellement à une ligne de force.'' La réponse est donnée par la règle d’Ampère, que l’on peut énoncer comme suit :
  - Si un observateur, couché le long du fil de telle sorte que le courant entre par ses pieds et sortç par sa tête, regarde un pointC, un élément de magnétisme nord placé en C sera soumis à une force qui l’entraînera vers la gauche de l’observateur.
  - Le sens des lignes de force est donc celui indiqué sur la figure 39. On peut énoncer d’autres façons la règle d’Ampère. Si on suppose que l’on visse un tire-bouchon dans le sens de parcours du courant, le sens de rotation du tire-bouchon est celui des lignes de force.
  - Un autre énoncé encore plus simple est le suivant : si on saisit le fil avec la main droite de façon que le pouce allongé suivant le fil soit dirigé dans le sens de propagation du courant, les autres doigts indiquent le sens des lignes de force (1). Fig 40.
  - Si, au lieu d’un fil rectiligne, on considère un circuit fermé, les lignes de
  - Fig. 41.
  - force ont, autour de chaque élément du contour, la direction représentée
  - (1) Nous verrons plus loin que le courant électrique est en realite du a un déplacement d’électrons du pôle négatif vers le pôle positif, c’est-à-dire en sens inverse de Celui adopté comme sens du courant dans les applications électriques. Par suite, si 1 on Avisait l’électricité à la lumière des conceptions modernes, le sens du courant serait sens inverse.
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- - 54 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - sur la figure 40 par les petites flèches. Elles coupent normalement le plan du circuit indiqué par les grandes flèches.
  - Enfin, dans le cas d’une bobine de fil, d’un solénoïde, qui n’est pratiquement que la juxtaposition d’un certain nombre de circuits fermés élémentaires, le spectre magnétique a l’apparence représentée figure 41. C’est-à-dire qu’à l’intérieur du solénoïde le champ est sensiblement uniforme et les lignes de force ont une direction facile à déduire par application de la règle d’Ampère (fig. 42).
  - * * *
  - Fig. 42.
  - Ayant déterminé l’existence et la direction du champ magnétique créé par un courant circulant dans un conducteur, il faut maintenant calculer l’intensité du champ électromagnétique ainsi créé.
  - Une première conclusion à laquelle nous conduit immédiatement l’étude des^ spectres magnétiques est qu’un courant peut être remplacé, pour le calcul du champ produit, par un aimant qui lui est équivalent.
  - Dans le cas d’un circuit fermé, par exemple, on peut substituer un aimant infiniment plat s’appuyant sur les concours du circuit.
  - Sur une des faces de ce feuillet se trouve distribuée uniformément une certaine quantité de magnétisme nord et,sur l’autre face,une quantité égale de magnétisme sud.
  - Un solénoïde, au contraire, est équivalent à un aimant de même longueur terminé par deux faces nord et sud portant des masses magnétiques égales et de sens contraire.
  - Il est de plus évident que l’action magnétique produite en un point de l’espace par un conducteur de forme donnée, parcouru par un courant, sera proportionnelle à l’intensité du courant qui y circule.
  - * * *
  - La notion de feuillet magnétique, qui joue un rôle primordial dans l’élec-tromagnétisme, est due à Ampère qui, en 1823, énonça le théorème fondamental suivant : Tout conducteur linéaire parcouru par un courant est équivalent à un feuillet magnétique s’appuyant sur les contours de ce conducteur, et dont le moment magnétique par unité de surface, que l'on appelle la puissance du feuillet, U, est proportionnel à l’intensité i .du courant.
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- - ÉLECTROMA GNÉTISME, ÉLECTROD YNA MIQ UE
  - 55
  - On a donc :
  - U = ci,
  - c étant un facteur numérique de proportionnalité qui dépend des unités employées pour mesurer l’intensité du courant et la puissance du feuillet.
  - * * *
  - On peut choisir les unités de façon à n’avoir pas à introduire le coefficient c, c’est-à-dire de façon que le nombre mesurant l’intensité d’un courant soit égal au nombre mesurant la puissance du feuillet équivalent.
  - On arrive ainsi à une définition nouvelle de Vintensité du cou-rant. L’unité électromagnétique C.G,S. de courant sera l’intensité d’un courant équivalent à un feuillet magnétique de même contour dont la Puissance sera égale à l’unité C.G.S. électromagnétique de puissance (i).
  - Dans la pratique, l’unité choisie, qui est l'ampère, est égale au dixième
  - l’unité électromagnétique C.G.S.
  - Ainsi donc, nous arrivons, par des considérations purement magnétiques, u définir l’intensité d’un courant.
  - D’autre part, nous avons, par des considérations purement électrostatiques, défini l'unité C.G.S. électrostatique de courant comme celle d’un courant transportant parsecondel’unité C.G.S. électrostatique d’électricité.
  - Ces deux unités ne sont pas égales ; on a constaté que l’unité électromagnétique C.G.S. d’intensité de courant est 3.1010 fois plus grande que 1 unité électrostatique d’intensité de courant.
  - On a donc deux systèmes possibles d’unités : électrostatique ou électromagnétique, la correspondance de l’un à l’autre s’effectuant par l’intervention d’un facteur numérique égal à 3 X io10. Comme il se trouve fiue ce facteur est justement égal à la vitesse de propagation de la lumière et de l’onde électromagnétique dans le vide, nous prévoyons dès mainte-nant que cette coïncidence n’est pas un simple effet du hasard. Nous serons amenés à revenir plus en détail sur cette question.
  - * * *
  - Par la considération du feuillet magnétique équivalent à un courant, on Peut calculer le champ magnétique en tous les points de l’espace. Il est
  - (1) L’unité C.G.S. électromagnétique de puissance, qui n’est autre que l'unité électromagnétique C.G.S. de moment magnétique, est le moment magnétique d'un doublet constitué par deux masses magnétiques égales à l’unité séparées par une distance de 1 centimètre.
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- - 56
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - possible d’arriver au même résultat sans faire intervenir la notion de feuillet, en supposant que le champ H en un point P situé à une distance r d’un élément de courant 8/ d’un circuit fermé parcouru par un courant i est donné par la loi de Biot et Savart.
  - i U sin Q
  - H = ---------,
  - *2
  - G étant l’angle formé par l’élément de courant considéré avec la droite le joignant au point où l’on cherche le champ (fig. 43). Quant à la direction du champ, elle est perpendiculaire au plan formé par l’élément de courant et la droite le joignant au point p.
  - Il nous faut insister sur le fait que la loi de Biot et Savart (dont nous verrons une généralisation plus loin, connue sous le nom de loi de La-place) donne le même résultat que la considération des feuillets magnétiques. Il faut également remarquer que cette dernière méthode est plus satisfaisante pour l’esprit, car, quelque difficile que soit le problème, il est toujours possible de trouver un feuillet ou un système de feuillets équivalent à un courant donné, tandis que la considération des actions de chaque élément ll de courant est purement fictive, puisqu’il est impossible d’isoler physiquement un tel élément de l’ensemble du circuit. Néanmoins, dans un grand nombre de cas, la loi de Biot et Savart, qui permet l’application simple du calcul intégral, conduit à des calculs plus simples.
  - D’ailleurs, il est absolument inutile de chercher à démontrer l’exactitude de la loi élémentaire de Biot et Savart. Seul le résultat final obtenu par un circuit fermé est vérifiable, et il existe une infinité de lois élémentaires qui conduisent au même résultat, ainsi que l’a montré H. Poincaré.
  - * * *
  - Dans le cas d’un solénoïde suffisamment long pour que l’on puisse considérer que le champ à son intérieur est uniforme, sa valeur est donnée par la formule :
  - H = 4 "ni 10
  - n étant le nombre de tours de fil par centimètre et i l’intensité du courant en ampères. Le produit ni représente ce que l’on appelle en électrotechnique
  - les ampères-tours.
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- - 57
  - ÉLECTROMA GNÉTISME, ÉLECTRODYNAMIQUE
  - * * *
  - Ce résultat est applicable en particulier au cas d un solénoïde e ,
  - d’anneau fermé. Supposons maintenant que le solénoïde soit enroue sur une âme d’un métal magnétique de perméabilité a. L in uc ion
  - . , -d __ xr N étant le
  - 1 intérieur du circuit magnétique est — an I0 i > ’
  - nombre total des spires sur la longueur l et le flux qui traverse une des spires de section S est égal à :
  - 4 Tt Ni fi S
  - lj> = ‘ j "
  - IO l
  - que l’on peut écrire :
  - r 4 n Nî
  - <t> = -—r*
  - IO l fi S
  - Si nous comparons cette formule avec celle exprimant la loi d O
  - E E E
  - i=K~ l~ l'
  - P c /'C
  - P étant larésistivité, dont l’inverse, c, est la conductivité, on voit que ces deux équations sont analogues et, pour cetteraison, on a appelé résistance magnétique ou réluctance la- quantité ^analogue de la résistance et
  - force magnétomotrice la quantité 4 (analogue de la force electro-motrice E). On peut donc énoncer la loi d’Ohm du magnétisme en disant que le flux magnétique est égal au quotient de la force magnéto-motrice par la réluctance (1).
  - Remarquons que l’analogie n’existe que dans les formules, car, tandis que c, conductivité, est une constante pour un conducteur donné, ^ dépend l’induction magnétique B et, par suite, du flux magnétique. D autre ParC l’entretien d’un courant dans un conducteur correspond à une dépense continue d’énergie (d’après la loi de Joule), tandis que le flux magnétique une fois établi ne dépense plus d’énergie. C’est un phénomène statique, il oe circule rien le long des lignes d’induction ; au contraire, il y a circulation d électricité dans un circuit électrique.
  - (*) Dans les applications, on a donné des noms aux différentes grandeurs ainsi définies :
  - , ï°
  - Ee gilberl est l’unité de force magnétomotrice, et est égal a — amperes-tours.
  - L œrsted est l’unité de réluctance, et est égal à la réluctance d une masse d air de 1 centimètre de long et 1 centimètre carré de section.
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- - 58 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Néanmoins, au point de vue pratique, ces considérations rendent des services, car elles permettent, en appliquant dès lois et des raisonnements analogues à ceux de l’électricité (en particulier la loi de Kirchoff), d’arriver à des résultats suffisamment approchés.
  - * * *
  - Puisqu’un courant circulant dans un circuit fermé est équivalent à un aimant en ce qui concerne les actions magnétiques extérieures, il est
  - évident que l’on doit pouvoir répéter avec les courants les expériences fondamentales du magnétisme. C’est ce qu’Ampère a vérifié à l’aide d’appareils de laboratoire d’une élégante simplicité, que nous ne décrirons pas, car, dans l’état actuel de nos connaissances, ils n’ont plus d’intérêt, ayant seulement servi, au début de l’étude de l’élec-trodynamique, à établir solidement les bases de ce chapitre de l’électricité.
  - a. Il est évident qu’un circuit fermé parcouru par un courant, un solé-noïde rectiligne par exemple, s’il est mobile dans l’espace, s’orientera, sous l’influence du champ magnétique terrestre, comme le ferait un aimant. L’axe de la bobine se placera dans la direction nord-sud magnétique. Si on place un conducteur mobile dans un champ magnétique, il se déplacera dans un sens que l’on peut déduire de la règle d’Ampère, ou plus simplement de la règle des trois doigts, que l’on peut énoncer comme suit : Si l’index de la main gauche est dirigé dans la direction des lignes de force du champ, le médius dans la direction du courant dans le fil mobile, le pouce, placé perpendiculairement aux deux autres doigts, donne la direction du déplacement.
  - Prenons un exemple (fig. 44). Entre les branches d’un électro-aimant en fer à cheval placé horizontalement se trouve disposée une plaque épaisse M, suspendue par des fils métalliques souples, a, a, servant également à amener le courant. Dans ces conditions, les lignes de force du champ magnétiques sont verticales, dirigées de bas en haut ; il faut donc placer
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- - ÉLECTROMA GNÉTISME, ÉLECTROD YNAMIQ UE
  - 59
  - d’index de la main gauche verticalement ; le médius sera dirigé d’arrière en avant du plan de la figure (sens de circulation du courant). Donc, le pouce indiquera la direction vers la gauche de la figure, c’est-à-dire que la plaque doit être chassée vers la gauche, en dehors du champ magnétique.
  - Ajoutons que la grandeur de cette force est donnée par la loi de Laplace, qui se traduit par la formule :
  - / = HwZssina,
  - f étant la force exercée par un champ magnétique H sur un élément de courant ds parcouru par un courant i et faisant l’angle a avec la direction du champ. Le sens de la force est celui indiqué par la règle des trois doigts.
  - Remarquons que, d’une façon absolue, rien ne permet de considérer la loi de Laplace comme exprimant la véritable loi naturelle de l’action d’un champ sur un élément de courant. En effet, on ne peut avoir un courant qui ne soit pas fermé, ce qui rend impossible la vérification expérimentale de la loi de Laplace ; on ne mesure pratiquement qu’une action résultante sur un élément de longueur finie.
  - Dans ces conditions, ainsi que l’a montré H. Poincaré, si un phénomène comporte une explication mécanique complète, il en comporte une infinité d autres qui rendront également compte de toutes les particularités révélées par* l’expérience. En d’autres termes, il existe une infinité de lois différentes au point de vue de l’effet élémentaire, mais équivalentes au point de vue de l’effet résultant. La loi de Laplace est une de ces lois, Particulièrement simple et d’une application commode dans les calculs, niais rien n’implique qu’elle préside réellement aux phénomènes.
  - * * *
  - b. Un circuit électrique créant un champ magnétique déviera une aiguille aimantée et produira, dans un morceau de fer doux placé dans son voisinage une aimantation induite.
  - Rar suite, il s’exercera des forces &ttractives entre le circuit électrique et la pièce de fer doux, et, si celle-ci peut se déplacer librement, elle sera attirée par le circuit.
  - Considérons par exemple un solénoïde parcouru par un courant (fig. 45). R est facile de voir, par application de la règle d’Ampère, qu’il se produira pôle nord à sa gauche, c’est-à-dire à l’extrémité —. Les lignes de force Vont donc extérieurement de l’extrémité — vers l’extrémité + et, à l’intérieur du solénoïde, de l’extrémité -f- vers l’extrémité —.Dans le barreau aimanté par induction, il se produira un pôle sud en face de l’extrémité
  - Fig. 45-
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- - 6o
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - nord du solénoïde, d’où attraction, et le barreau de fer pénétrera dans la bobine. Si, dans son mouvement, le barreau dépasse l’autre extrémité de la bobine, les actions inverses se produisent, et il est encore aspiré par la bobine. En un mot, un noyau de fer doux est toujours attiré par une bobine.
  - * * *
  - c. Si on considère deux circuits mobiles parcourus par des courants, chacun d’eux étant équivalent à un aimant, on devra observer entre les deux circuits des attractions ou des répulsions.
  - C’est bien ce que l’expérience vérifie. Nous énoncerons simplement les résultats expérimentaux obtenus par Ampère.
  - Deux courants parallèles dirigés dans le même sens s’attirent ; deux courants parallèles et de sens contraire se repoussent.
  - Fig. 47-
  - Fig. 46.
  - Deux courants angulaires tendent, dans tous les cas à se placer de telle manière qu’ils soient parallèles et que le courant les traverse tous les deux dans le même sens. Il est possible de calculer les actions réciproques de deux éléments de courant en appliquant les lois de Laplace et de Biot et Savart. Mais on arrive alors à la conclusion assez bizarre que l’action de l’élément dsx du premier courant sur l’élément ds2 du second courant n’est pas égal et de sens opposé à l’action de ds2 sur dsx (1).
  - Ceci ne doit pas nous surprendre, puisque la loi élémentaire de Biot et
  - (1) On peut le voir rapidement. Supposons que dsx est dans le plan'yOZ et ds2 dans le plan yOX (fïg. 46). Le champ H, dû à l’élément dsl parcouru par le courant i, est „ . sin 61
  - rij = î1ds1 ———, et la force Fx exercée sur ds2 est :
  - Fj = i2ds2Hj sin a2 = ds1ds2-----------L-----
  - On a de même :
  - TT . , sinf2 . , TT . . ., , sin 62 cos 6,
  - Fig — ^2 &S2 j g 1 .F2 — sm — îjîgwSjûfSg 1 .
  - Fx et F2 n’ont pas la même valeur et sont rectangulaires entre elles.
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- - ÉLECTROMAGNÉTISME, ÉLECTRODYNAMIQUE 61
  - Savart est absolument arbitraire et ne donne des résultats exacts que pour un circuit fermé.
  - Une infinité de lois élémentaires sont dans le même cas. C’est ainsi qu’Ampère, voulant que les actions réciproques de deux éléments dsv ds.2 soient égales, directement opposées et appliquées suivant la droite qui joint les éléments, de façon à ce que le principe de l’action et de la réaction s’applique, a été conduit à formuler une loi élémentaire totalement différente (i).
  - * * *
  - d. Un élément d’un circuit parcouru par un courant est toujours placé dans un champ magnétique qui est celui créé par le circuit lui-même. Il est donc soumis a une force électromagnétique et, si le circuit comprend des parties mobiles, celles-ci se déplaceront par rapport aux autres.
  - Une expérience simple permet de vérifier qu’il en est bien ainsi. Dans une boîte en bois comportant deux rigoles R et R' parallèles, remplies de rnercure (fig. 48), on fait passer le courant amené en N et M en disposant un petit pont AB formé d’un fil de fer flottant sur le mercure. Quand le courant passe, l’équipage glisse sur le mercure et s’éloigne des bornes, fiuel que soit le sens de circulation du courant.
  - * * *
  - e. S’appuyant sur les résultats précédents, il est possible de réaliser des mouvements continus, des rotations d’aimants ou de courants, en employant des courants déformables. L’exemple classique est celui de la
  - Loue de Barlow.
  - Elle consiste en un disque de cuivre C (fig. 49) mobile autour d’un axe horizontal passant par son centre. Il plonge légèrement dans une rigole DF remplie de mercure. Un aimant en fer à cheval a ses branches placées de part et d’autre du disque.
  - (1) Cette loi a pour expression :
  - ds,ds2 , , ..
  - dF = —Lf—1—i (2 cos s + 3 cos a cos a ),
  - 7,2
  - £ étant l’angle de aa' avec bb', a l’angle a'ab et a' l’angle abb' (fig. 47).
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Le courant arrive par A, passe dans le mercure, de là dans la roue, et retourne à la pile par B. Il est donc, dansle disque, dirigé du mercure vers le centre. D’après la figure, les lignes de force du champ magnétique de
  - l’aimant sont dirigées d’avant en arrière de la figure et, si on applique la règle des trois doigts, on voit que la roue est soumise à une force tangentielle qui la fait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre.
  - Remarquons que la roue de Barlow est le plus simple des moteurs électriques ; les principes précédents servent de base à l’étude de ces moteurs.
  - * * *
  - L’analogie entre les circuits électriques et les aimants suggéra à Ampère une explication électromagnétique des phénomènes magnétiques.
  - Ampère admettait qu’autour de chaque molécule des corps magnétisés circulait un courant parcourant un chemin infiniment petit ; il admettait, de plus, que tous ces courants élémentaires circulaient dans le même sens de rotation; enfin, pour lui, la résistance électrique opposée à ces courants était supposée nulle ; il expliquait ainsi l’absence d’échauffement d’un corps magnétisé.
  - Dans les corps non magnétisés, ces courants moléculaires se trouvent disposés dans toutes les orientations, de sorte que leur action totale résultante est nulle. Sous l’influence d’un courant circulant dans une bobine enroulée autour d’un barreau par exemple, les courants élémentaires s’orientent de façon à être parallèles au courant dans les spires et de même sens que lui.
  - Cette conception, que l’on comparera avec celle d’Ewing que nous avons exposée précédemment, s'interprète facilement dans la théorie des électrons : il suffit de supposer qu’un électron tourne autour de chaque molécule, décrivant une orbite circulaire, équivalent dans son mouvement de rotation au courant moléculaire d’Ampère. Le magnétisme des corps est donc ainsi ramené aux phénomènes de mouvement des électrons.
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- - CHAPITRE IV ‘
  - L’INDUCTION
  - Réversibilité des phénomènes électriques. — Caractère temporaire des courants induits. — Origine des courants d’induction. — Vérifications expérimentales. — Courants de Foucault. — Loi de Lenz. — Règles pratiques. — Valeur de la force électromotrice d induction. — Le coefficient d’induction mutuelle. — Le henry. — Le coefficient de self-induction. — Extra-courants. — Calcul de la self-induction. — Élimination de la self-induction. — Cas des circuits renfermant des noyaux de fer. — L’extra-courant de rupture.
  - Dans les pages qui précèdent, nous avons vu que tous les effets du courant étudiés, chimiques, calorifiques ou lumineux, sont susceptibles de réciprocité. Nous sommes donc en droit de nous demander si les phénomènes électromagnétiques et électrodynamiques qui sont produits Par le courant sont capables, inversement, d’engendrer des courants électriques.
  - Par exemple, un courant électrique aimante le fer ; inversement, l’aimantation du fer peut-elle produire un courant électrique? De même, sous 1 action du courant, des aimants peuvent être mis en mouvement ; inversement, le déplacement des aimants peut-il créer des courants électriques?
  - C’est Faraday qui le premier -chercha à résoudre ces questions, en partant de l’analogie électrostatique, la seule connue à l'époque : la présence d’un corps électrisé communique, par induction, une charge électrique à un corps placé dans son voisinage. Un courant électrique circulant dans Un conducteur ne peut-il, par induction, déterminer la création d’un courant dans un circuit fermé placé à son voisinage?
  - * * *
  - Les expériences montrèrent qu’il y a bien production d’un courant électrique dans un circuit voisin d’un conducteur parcouru par un courant, mais, et c’est là la propriété fondamentale révélée, le courant induit n’est pas permanent ; il ne se manifeste qu’au moment où le courant électrique est ouvert ou fermé dans le conducteur inducteur.
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - On appelle le circuit inducteur le primaire, le circuit induit le secondaire, le courant inducteur le courant primaire, le courant d’induction le courant secondaire.
  - On constate expérimentalement que le courant secondaire est, à la fermeture du courant primaire, de sens opposé à ce courant, et, au contraire, lors de l’ouverture du courant primaire, le courant secondaire est de même sens que ce courant.
  - * *
  - Quelle estl'origine du courant d’induction? Les deux circuits sont naturellement isolés l’un de l’autre, et le seul phénomène qui permette à un observateur placé dans le circuit induit d’être informé du passage du courant dans le circuit inducteur est l’établissement dans l’espace du champ électromagnétique créé par le passage de ce courant.
  - Ainsi donc, c’est dans la création ou la disparition du champ électromagnétique engendré dans l’espace occupé par le circuit secondaire qu’il faut chercher l’origine du courant d’induction, c’est-à-dire de la création d’une force électromotrice d’induction dans un circuit fermé.
  - D'autre part, comme la force électromotrice d’induction ne se manifeste qu’au moment où le courant (et par suite le champ magnétique) s’établit ou disparaît, il est logique de supposer que c’est la variation du champ magnétique à travers le circuit induit qui, en dernière analyse provoque l’apparition de la force électromotrice d’induction.
  - On peut donc formuler la proposition générale suivante : Toute variation du flux d’induction magnétique qui traverse un circuit fermé conducteur provoque dans ce circuit la production d’une force électromotrice induite.
  - * * *
  - Afin de vérifier cette proposition, il faut passer en revue les divers moyens dont nous disposons pour faire varier le flux magnétique dans un circuit, et constater que chacun d’eux provoque bien un courant induit.
  - a. Les deux circuits primaire (P) et secondaire (S) sont rigides et immobiles. — On ouvre ou on ferme le courant dans P. On constate le passage du courant induit dans S. C’est le cas que nous avons étudié précédemment. Remarquons d’ailleurs qu’il n’est pas nécessaire d’aller
  - Hg 50.
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- - L’INDUCTION
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  - jusqu’à la suppression totale du courant inducteur. Toute variation de son intensité, provoquant des variations correspondantes dans le champ Magnétique qu’il crée dans l’espace, modifie également la valeur du flux d’induction dans le circuit secondaire et, par conséquent, y engendre un courant induit (fig. 50).
  - b. Le circuit S par exemple est mobile par rapport au circuit P, dans lequel l’intensité du courant est constante. —- En approchant ou éloignant S de P, on coupe avec S un plus ou moins grand nombre de ,lignes de force magnétiques ; le flux magnétique varie donc dans S, et un courant induit s y observe, qui dure tant que dure le déplacement, c’est-à-dire tant que le flux d’induction varie.
  - L’expérience est très simple à réaliser à l’aide deux bobines de 'fil creuses. Dans l’une circule un courant ; quand °n approche l’autre, on observe le courant induit (fig. 51).
  - Au lieu de produire le champ magnétique par un courant électrique Circulant dans un circuit, nous pouvons le produire par des aimants ou des
  - électro-aimants. Dans ces conditions, le circuit primaire P est remplacé par un aimant ou un électro-aimant (fig. 52).
  - c. En approchant un aimant d’un circuit S, on y crée un courant induit. — Inversement, d’ailleurs, l’aimant (ou l’électro-aimant) peut être fixe et le circuit secondaire mobile.
  - Un cas particulier intéressant est celui du champ magnétique terrestre. Si on déplace une bobine dans l’espace, elle sera le siège d’une force électromotrice induite par le magnétisme terrestre. Naturellement, cette force électromotrice est très faible, mais elle est parfaitement mesurable.
  - d. On peut également modifier le flux magnétique par action d’un corps magnétique, un
  - par exemple. Dans ces conditions, P et S sont s P et on approche de S un barreau de fer doux. On constate la production d’un courant d’induction dans S (fig. 53).
  - Lans les expériences précédentes, le circuit secondaire était un circuit Vigneron. — Électricité. 5
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - liiïéaire, une bobine par exemple. On peut le remplacer par une masse métallique. On constate encore l’existence de courants induits à l’intérieur de cette masse, courants auxquels on donne le nom de courants de Foucault.
  - Une expérience simple permet de les mettre en évidence : entre les pôles d’un électro-aimant,’on fait tourner une roue de cuivre (fig. 54). Si le courant ne circule pas dans l’électro-aimant, la roue, une fois mise en rotation, tourne pendant un certain temps. Si on la lance, puis que l’on fasse passer le courant dans l’électro-aimant, on constate que son mouvement s’arrête brusquement, comme si elle avait été violemment freinée.
  - èlectoo-
  - aimant
  - On explique ce phénomène en disant que le mouvement de la roue dans le champ fait passer dans le métal, très bon conducteur, des courants in-'duits sur lesquels le champ de l’électro-aimant agit. Il en résulte des forces qui gênent et arrêtent le mouvement. Si la vitesse de rotation est assez grande et le champ magnétique intense, on constate même que la roue s’échauffe : l’énergie qu’elle possédait du fait de sa rotation s’est transformée en chaleur par effet Joule des courants de Foucault circulant dans le métal.
  - sfc H? H®
  - L’existence, et l’origine des courants induits étant ainsi établie, il faut maintenant procéder à leur étude qualitative. Deux questions sont à résoudre : quel est le sens de circulation des courants induits, et quelle est leur intensité ? Nous allons examiner successivement ces deux points. ~
  - Le sens de circulation des courants induits est donné par la loi de Lenz, qui s’énônce : le sens du courant induit est tel que le flux qu'il produit
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  - à travers le circuit qu’il parcourt tende à s’opposer à la variation de -flux qui lui donne naissance.
  - On peut encore l’énoncer de la façon suivante .
  - Le déplacement relatif de S par rapport à P produit un courant induit dirigé de telle façon que les forces qui résultent de son existence s opposent au mouvement. En autres termes, on Peut dire que les courants induits correspondent à une sorte d’inertie électromagnétique qui s’oppose aux variations de flux dans le système, de même que l’inertie de la matière s’oppose aux variations de vitesse des corps matériels.
  - Donnons un exemple : à travers un circuit S, le flux magnétique diminue.
  - La force électromagnétique induite aura Un sens tel que le flux magnétique qu’elle produit 'dans le circuit tende à augmenter le flux total.
  - La détermination du sens du courant induit peut se faire facilement a l’aide de diverses règles pratiques ; nous en donnons quelques exemples.
  - i° Règle du tire-bouchon de Maxwell. — On fait tournez' un tire-bouchon T de manière qu’il s’enfonce dans le sens des lignes de force du champ ; si le flux à travers le circuit C diminue, le courant induit a le sens
  - la rotation du tire-bouchon (fig. 55, a) ; si le flux augmente, le courant Induit tourne en sens inverse du tire-bouchon (fig. 55> &)• On v°lt immédiatement que cette règle est bien d’accord avec la loi de Lenz ; en effet, le courant induit a un sens tel que son propre flux magnétique, celui qu il Produit lui-même à travers sa surface, est de même sens que le flux Primitif, si celui-ci diminue, et de sens contraire, si le flux primitif croît ; le courant induit tend donc bien à empêcher la variation de ce flux, comme le veut la loi de Lenz.
  - 2° Règle des trois doigts (main gauche). — Dans le cas particulier, très Important, où la force électromotrice d’induction est due au déplacement d’un circuit dans un champ magnétique fixe, la règle dès trois doigts, que nous avons énoncée précédemment, mais appliquée avec la main gauche, donne le sens du courant induit : l’index étant dirigé dans le sens des lignes de force, et le médius dans le sens du déplacement, le pouce mdique le sens du courant induit.
  - 3° Bonhomme d’Ampère. — Si un observateur est couché lé''long des lignes de force et que le nombre des lignes de force augmente dans le cir-
  - T * V
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - cuit, le courant induit est dirigé dans le circuit dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
  - * * *
  - Il est facile de calculer la valeur de la force électromotrice d’induction dans un circuit par application de ce que nous savons des actions exercées par un champ magnétique sur un courant placé dans ce champ.
  - En effet, considérons un conducteur AB, de longueur l, parcouru par un courant d’intensité i, et supposons qu’il soit disposé perpendiculairement
  - à un champ magnétique H (fig. 56). Nous savons qu’il est soumis à une force iH dynes par centimètre ; par suite, sur le conducteur de longueur l, la force totale exercée par le champ est iHl et elle est perpendiculaire au plan formé par AB et H.
  - Supposons que cet élément de courant AB soit libre de se déplacer sous l’action de cette force, et soit ïda vitesse de déplacement dans la direction de la force. Le travail accompli par seconde est force x déplacement = i~H.lv et la source de l’énergie fournie au système est la pile alimentant le circuit ; sa force électromotrice est e et, comme l’intensité du courant est i, l’énergie fournie par seconde a pour valeur ei.
  - Cette énergie est utilisée à deux fins : d’abord, échauffer le conducteur par effet Joule, et ensuite déplacer le conducteur dans le champ. Nous pouvons facilement évaluer ces deux travaux : réchauffement a pour mesure i2r, r étant la résistance du conducteur AB ; le déplacement correspond à un travail iHlv. Par conséquent, on a :
  - fe.m. induite
  - ei = i2r iHlv,
  - d’où :
  - e — H Iv
  - 1 = ---------,
  - r
  - c’est-à-dire que la force électromotrice effective du circuit est diminuée de la quantité Hiv par suite du mouvement du conducteur. Cette quantité donne la mesure de la force électromotrice induite. Or, Iv représente la surface balayée par seconde par le conducteur dans son déplacement, et H est le nombre de lignes de force par centimètre carré. Donc, la force électromotrice induite a pour mesure le nombre des lignes de force magnétiques rencontrées par le conducteur en une seconde.
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  - S’il s’agit d’un circuit fermé, le résultat precedent s énoncé : la force électromotrice induite est égale à la variation de flux magnétique par seconde (i).
  - * * *
  - Nous avons examiné les phénomènes qui se produisent dans le circuit secondaire lorsque le champ magnétique d’origine magnétique ou électromagnétique variait. Nous allons maintenant revenir au cas initialement étudié de deux circuits P et S en présence, et chercher si la création du courant induit dans S quand un courant passe dans P n’a pas une action sur P lui-même. En un mot, nous avons vu que P agit sur S, mais, inversement, S n’agit-il pas sur P ?
  - Pour nous en rendre compte, considérons deux circuits P et S en présence (fig. 57)- N est facile de prévoir qu’ils auront des actions mutuelles, que S réagira sur P, tout comme, en électrostatique, nous avons vu un corps chargé par influence modifier 1 état électrique du corps l’influençant.
  - En effet, quand le courant croît dans P, le champ magnétique dû au courant croît également et, par suite, dans le circuit S il y a production d’une force électromotrice et d’un courant dirigé en sens inverse du courant dans P (d’après la loi de Lenz). Inversement, si on ouvre le circuit de P, le courant a son intensité qui tombe à zéro, le champ magnétique décroît donc et, dans S, il y aura production d’un courant de même sens que le courant dans P. En un mot, tout courant dans S crée un champ rnagnétique qui tend toujours à s’opposer aux variations du champ magnétique total.
  - On montre qu’il y a réciprocité, c’est-à-dire que si un courant de i ampère Passe dans P, il envoie dans S un flux total M, qui est précisément égal a celui que S envoie dans P quand un courant d’un ampère le traverse.
  - Le coefficient M est ce que l’on appelle le coefficient d'induction
  - (P Plus exactement, si dsf est la variation du flux magnétique à travers le circuit Pendant le temps dt, la force électromotrice d’induction e a pour valeur :
  - d :7
  - 6
  - Si e est exprimé en volts et le flux en maxwélls, il faut introduire un coefficient numérique, et la formule devient :
  - i d9
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- - 7°
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - mutuelle des deux circuits. C’est-à-dire que le flux F envoyé par P dans S est fM. On a donc pour valeur de la force électromotrice induite e :
  - e = variation par unité de temps de î'M,
  - que l’on peut encore écrire :
  - Induction mutuelle
  - force électromotrice du secondaire
  - taux de variation du courant dans le primaire
  - Si l’on mesure la force électromotrice en volts, l’intensité en ampères, on a, pour définition de l’unité d’induction mutuelle, appelée henry :
  - i henry =
  - i volt
  - io8 unités C.G.S. de force électromotrice
  - i ampère par seconde io-1 unité C.G.S. de courant par seconde = io9 unités C.G.S. absolues d’induction mutuelle.
  - Au lieu de considérer deux circuits séparés, considérons maintenant un seul circuit, constitué par exemple par une bobine dans laquelle nous lançons le courant. Au début, il n’existe aucun champ magnétique ; mais, sitôt que le courant commence à passer, des lignes de forces sont créées, qui produisent un flux magnétique naissant dans le circuit, donnant par c onséquent naissance à une force électromotrice d’induction de sens opposé à la force électromotrice appliquée (d’après la loi de Lenz).
  - En d’autres termes, un circuit parcouru par un courant i est traversé par un flux 3 créé par ce courant lui-même. Comme le champ, et par suite le flux, sont proportionnels au courant, on a :
  - — L i.
  - L est ce qu’on appelle le coefficient de self-induction du circuit. Il est mesuré en henrys, comme le coefficient d’induction mutuelle.
  - * * *
  - Dans un circuit présentant une self-induction notable, la valeur du cou-
  - E
  - rant n’est pas dès le début égale à — ; le courant ne prend pas immédia-
  - R
  - tement la valeur définie par la loi d’Ohm ; il y a une période où l’intensité , E — e
  - est égalé à ———, e étant la force électromotrice d’induction qui va en K
  - décroissant au fur et à mesure que le courant s’établit.
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- - L’INDUCTION
  - 7i
  - Il est possible de montrer directement l’existence de ce phénomène d’une façon très simple : il suffit de reprendre le dispositif du pont de Wheatstone dont nous avons parlé précédemment et de constituer une de ses branches par une résistance bobinée de façon à présenter une self notable. On constate alors que, le pont étant équilibré, c’est-à-dire aucun courant ne passant dans sa branche diagonale lorsque le courant circule dans le reste du pont, si on coupe le courant, il y a passage d’un courant dans la branche diagonale dû à Y extra-courant de rupture dans la bobine • au contraire, au moment où on lance le courant, il y a passage d’un courant momentané de sens inverse dans la diagonale du
  - intensité
  - pont : c’est Y extra-courant de fermeture.
  - On peut également enregistrer la loi de l’intensité en fonction de temps dans un circuit dans lequel on lance un courant en le réunissant a une source au potentiel constant E. Dans certains cas, comme celui de très gros électro-aimants bobinés de gros fils, la période variable peut atteindre plusieurs
  - secondes.
  - La figure 58 représente la variation de l’intensité en fonction du temps : la partie OABC correspond à la période où l’intensité est croissante ; la partie CDE, à la
  - Fig. 58. — Établissement et rupture d’un courant.
  - période de rupture du courant. On voit que ce n’est qu’au bout d un certain temps t que l’intensité prend la valeur définie par la loi d’Ohm.
  - La self-induction jouant un rôle important en électricité pratique, cherchons comment on peut soit la supprimer, soit lui donner une grande valeur dans un circuit dont la résistance ohmique est constante.
  - Il est évident que plus le conducteur embrassera une grande surface, plus la self-induction sera notable, et inversement.
  - — avoir une très faible self-induction, on réduira la surface du circuit en repliant le fil sur lui-même, comme le montre la figure 59. La self-induction du conducteur ainsi disposé est négligeable (sauf si 1 °n utilise des courants de haute fréquence), mais l’inconvénient de ce
  - Dg. 59.— Circuit sans self-induction.
  - Pour
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- - 72
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - dispositif est que les deux fils voisins forment les armatures d’un condensateur dont la capacité peut ne pas être négligeable. Aussi préfère-t-on utiliser le fil simplement enroulé en couches alternativement dans un sens et dans l’autre.
  - Les self-inductions de grande valeur sont le plus souvent réalisées par des bobines à grand nombre de tours de fil. Il est d’ailleurs facile de calculer la self-induction d’une bobine très longue. Nous savons que le champ, à son intérieur, a pour valeur 4 7tni, n étant le nombre de tours de fil par centimètre de longueur de la bobine. Si S est la surface de la section de cette bobine, chaque spire est traversée par un flux 4 tcTmS. Comme la bobine a une longueur l et comprend N spires, le flux total est 4 7imSN, et le coefficient de self-induction est égal à :
  - L = - = 4 ttwNS i
  - 4 ttN8S l
  - 4 uN2S Z X IO9
  - henrys.
  - Remarquons que cette valeur n’est qu’approchée, le champ n’étant pas uniforme aux extrémités de la bobine.
  - Insistons également sur le fait que les résultats précédents sont extrêmement compliqués par la présence d'un noyau de fer dans le circuit. En effet, la présence d’un noyau de fer dans une bobine augmente le champ, donc la valeur du flux d’induction, et par suite les phénomènes de self-induction. Mais, comme l’induction dans le fer n’est pas proportionnelle au champ magnétique, ainsi que nous l’avons vu, le flux d’induction n’est plus proportionnel à i, et la définition même de L n’a plus de sens. Néanmoins, dans la pratique, on arrive à des résultats approchés en définissant le coefficient de self-induction pour la valeur de i correspondant au régime normal de fonctionnement et en admettant qu’il conserve la même valeur quand le courant et l’aimantation varient.
  - * * *
  - Si on se reporte à la figure 58, qui donne la variation de l’intensité en fonction du temps lors de l’établissement ou de la rupture du courant dans un circuit possédant une self-induction notable, on voit qu’en particulier, au moment de la rupture du courant, la self-induction tend à prolonger celui-ci ; l’intensité ne tombe pas instantanément à zéro.
  - C’est là l’explication des arcs qui se forment entre les contacts des interrupteurs industriels placés sur le circuit de moteurs (appareils ayant une grande self-induction par suite des bobinages qu’ils renferment). Nous verrons les dispositions qu’il a fallu prendre dans la pratique pour obvier aux inconvénients que présente cet extra-courant de rupture.
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- - CHAPITRE V
  - COURANTS ALTERNATIFS
  - Production et définition du courant alternatif. — Propriétés générales des courants alternatifs. — Variation de l’intensité. — Représentation graphique. — Intensité efficace. — Force électromotrice efficace. — Puissance. — Circuit avec self-induction. -Décalage de phase ; sa valeur. — Inductance. — Impédance. — Circuit avec capacité.
  - Décalage de phase. — Capacitance. — Circuit avec self-induction et capacité. Pesonance. — Période propie du circuit. — Influence de la self-induction et de la capacité. — Puissance réelle et puissance apparente. — Facteur de puissance. Courant watté. — Courant déwatté. — Courants polyphasés. — Courants diphasés. Courants triphasés. — Propriétés générales. — Champs magnétiques tournants. Principe des moteurs synchrones. — Principe des moteurs asynchrones. Expérience d’Elihu Thomson.
  - Dans le chapitre précédent, nous avons montré que la variation du flux d induction à travers un circuit conducteur détermine la production
  - d’une force électromotrice induite dont la valeur est donnée par la variation du flux par unité de temps.
  - Considérons un cas particulier représenté figure 60, celui d’un cadre rectangulaire placé entre les deux pôles d’un aimant (ou d’un électroaimant) et tournant autour d’un axe O, perpendiculaire au plan de la figure, d’un mouvement uniforme.
  - On voit que le flux de force passant à travers le cadre diminue lorsque celui-ci passe de la position ab à la position cd, pour laquelle il devient nul. Lorsque la rotation se poursuit, le flux augmente de la position cd à la position ba, diminue ensuite jusqu’à D Position de pour augmenter de nouveau jusqu’à ab, et ainsi de suite. Dn appliquant l’une des règles donnant le sens du courant induit, on
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- - 74
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - voit que celui-ci change de sens deux fois par tour, chaque fois que le cadre passe par le plan perpendiculaire aux lignes de force magnétiques (position ab). Il n’y a pas de changement de sens du courant induit lorsque le cadre passe par la position où il est traversé par un flux nul (position cd). En effet, le flux qui le traverse va bien augmenter lorsqu’on dépassera cette position, mais il entre par l’autre face, puisque la face qui regardait le pôle nord regarde ensuite le pôle sud ; il en résulte que le sens du courant reste le même dans le cadre.
  - Si les deux extrémités du cadre sont réunies chacune à une bague métallique placée sur l’axe de rotation, on peut recueillir, dans un circuit réunissant les deux bagues un courant constamment variable, allant tantôt dans un sens, tantôt dans l’autre, changeant deux fois de direction par tour, lorsque le cadre occupe la position ab. On a alors c.e que l’on appelle un courant alternatif.
  - * * *
  - Intensité
  - Nous verrons comment, dans la pratique, on réalise des courants intenses, et même comment on peut arriver à produire, avec ces courants
  - alternatifs, des courants industriels, sensiblement continus. Nous ne nous occuperons ici que des propriétés générales des courants alternatifs.
  - Si l’on trace la courbe donnant la valeur de Yintensité du courant alternatif en fonction du temps, on obtient une courbe analogue à celle de la figure 61. On voit que la courbe est composée de parties identiques [(correspondant aux phénomènes se produisant pendant une révolution complète du cadre).
  - On appelle période T le temps nécessaire pour que le courant reprenne la même intensité et dans le même sens.
  - On appelle fréquence N le nombre de périodes par seconde. On a évidemment entre N et T la relation : *
  - N = —ou NT = i.
  - T
  - Il'est facile de Voir qu’il y a deux changements de sens du courant par période. On dit parfois qu’il y a deux alternances du courant. De même, le
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 75
  - graphique montre que le courant, parti de zéro, atteint une valeur maxima
  - , i T , T
  - apres - de période — ; il reprend la valeur zéro après une demi-période -,
  - 3 T
  - une valeur maxima, mais de sens contraire, après -— , et redevient nul
  - 4
  - après une période entière.
  - T
  - Si l’on part d’une valeur quelconque CD de l’intensité, après -, cette
  - intensité, représentée par GH, a pris une valeur égale et de signe contraire ; après une période T, elle est représentée par EF = CD.
  - On peut représenter d’une manière très commode les variations de l’intensité de la façon suivante : considérons une roue tournant autour de son centre avec une vitesse angulaire constante, et, sur la jante de cette roue, un point M (fig. 62). La distance MP de ce point à l’horizontale AOB varie constamment, et ses variations représentent très bien celles _ de l’intensité d’un courant alternatif dont A 1 intensité maxima serait égale à OB, rayon de la roue. Lorsque l’intensité du courant «st représentée par MP, l’angle MOA représente à ce moment la phase. Fig. 62. — IReprésentation cinéma-
  - La force électromotrice d’un courant al- tique d'une grandeur à variations r sinusoïdales.
  - ternatif varie aussi constamment et peut
  - «tre représentée par un diagramme analogue à [celui de l’intensité. La différence de potentiel a la même période que l’intensité. On peut donc la représenter également par la distance EP' d’un point E de la jante d une roue dont le rayon est égal à la tension maxima et qui est invariablement lié à la roue servant à représenter les variations de l’intensité (%• 63).
  - Lorsque le circuit dans lequel passe le courant alternatif ne contient Pas de bobines, n’a pas de self-induction, les points I et E sont situés sur Ie même rayon ; l’intensité et la différence de potentiel ont constamment la même phase. Au contraire, si le circuit a une self-induction notable, Uous verrons qu’il n’en est plus de même ; la tension est constamment «a avance sur l’intensité, les deux points I et E ne sont plus sur le même rayon et on appelle différence de phase © l’angle IOE (fig. 64). On dit que ^intensité est décalée en arrière sur la tension de l’angle ©.
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- - 76
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - îfC
  - Puisque l’intensité d’un courant alternatif parcourant un circuit varie à chaque instant, oscillant à chaque période entre deux intensités maxi-
  - E maximum
  - Fig. 63. — Représentation cinématique de l’intensité et de la force électromotrice alternatives.
  - Emax.
  - lmax.
  - Représentation cinématique
  - Fig. 64.
  - de la différence de phase.
  - ma Im égales et de signe contraire, il est intéressant, au point de vue des applications, thermiques par exemple, de savoir quelle serait la valeur de l’intensité d’un courant continu qui produirait les mêmes effets. On appelle cette intensité intensité efficace ïeff. On démontre que, si le circuit ne possède pas de self-induction :
  - t I m r
  - Ieff — — —
  - V2
  - De même, on définit la différence de potentiel efficace Eeÿ dans le même circuit par :
  - T- E m T-,
  - Eeff — —— — 0,707 Em,
  - V2
  - E m étant la valeur maxima de la force électromotrice.
  - Si le circuit n’est pas inductif, c’est-à-dire n’a pas de self-induction, la puissance W du courant a pour mesure :
  - w = V x I.
  - * * *
  - Nous venons d’insister à plusieurs reprises sur la nécessité, pour que les résultats précédents soient valables, de ne pas avoir de self-induction
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 77
  - dans le circuit parcouru par le courant alternatif. Cette restriction est nécessaire, car nous allons voir maintenant que les phénomènes se compliquent clans le cas d'un circuit alimenté par un courant alternatif et comprenant une self-induction.
  - Considérons encore l’appareil simple générateur de courants alternatifs, et soit OABCD la courbe donnant les variations de l’intensité en fonction
  - T
  - du temps (fig. 65, a). Pendant - (T étant la période), l’intensité croît de
  - 4
  - zéro à sa valeur maxima, mais alors, d’après la loi de Lenç, le courant (et par suite le flux) allant en augmentant, il se produit une force électro-
  - motrice d’induction de sens inverse. Au voisinage du maximum A, le courant (et par suite le flux) varie peu et la. force électromotrice d’induc-
  - tion est nulle. De - à - , l’intensité diminue et s’annule ; par conséquent, 4 2
  - la force électromotrice induite est du même sens que le courant, c est-a-dire
  - positive. De Z à 1— , l’intensité croît, mais en sens inverse, et la force 2 4
  - électromotrice d’induction sera alors de sens inverse du courant, donc positive. Elle s’annulera quand le courant sera au voisinage de sa valeur maxima en C, changera de sens et croîtra ensuite, jusqu’à une valeur maxima qu’elle atteindra lorsque le courant s’annulera en D.
  - La courbe figurative de la force électromotrice d’induction (fig. 65? b) est donc aussi
  - nne courbe périodique, de t^on ^ de ja force électromotrice résultante (c). même fréquence que le courant,
  - mais qui est décalée en retard d’un quart de période.
  - * * H-
  - Pour avoir la valeur résultante de la différence de potentiel aux bornes du circuit, ilfaut effectuer à chaque instant la somme algébrique de la force électromotrice alternative appliquée et de la force électromotrice d induction. Le figure 65, c, donne la courbe résultante.
  - On arrive plus simplement au résultat en utilisant la représentation
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - du rayon tournant que nous avons indiquée pour le courant alternatif. Soient OM et ON les rayons correspondant aux courbes de la force électromotrice appliquée et de la force électromotrice induite. Ges deux rayons font entre eux un angle <p égal à 90°, ON, représentant la force électromotrice induite, étant en retard sur OM. Si on trace le rayon OR, diagonale du rectangle construit sur OM et ON, la distance de R à AB représente la force électromotrice résultante (fig. 66).
  - Il faut donc montrer que, à chaque instant :
  - ou :
  - projection OR = projection OM + projection ON
  - OR = Om + On.
  - Or, On = mR comme projections sur une même ligne de deux droites ON, MR égales et parallèles. On peut donc remplacer On par mR et, comme
  - On est négatif, et doit être soustrait de mO, on a bien le résultat cherché.
  - La méthode est d’ailleurs générale et peut s’appliquer à la composition d’un nombre quelconque de forces électromotrices (ou, plus généralement, de vecteurs) ayant même période.
  - * * *
  - Nous allons montrer que, dans un circuit présentant de la résistance et de la self-induction, la courbe des intensités est en retard sur celle des forces électromotrices, qu’il y a un décalage, augmentant avec le coefficient de self du circuit et avec la fréquence du courant.
  - Pour cela, considérons le courant à un instant donné, et soit i son intensité, e la force électromotrice d’induction et v la valeur instantanée de la différence de potentiel. On a, à cet instant :
  - Fig. 66. — Représentation cinématique de la force électromotrice résultante.
  - • v e
  - 1 = ------ , ou, v = îR —
  - R
  - égalité qui montre qu’à un instant donné, v est la somme algébrique
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 79
  - de deux forces électromotrices:l’une,î'R, produit de la résistance ohmique par l’intensité variable, et (— 0), force electromotrice d induction, prise en sens contraire.
  - Nous pouvons chercher le vecteur représentant la variation de v, comme nous venons de le faire. Pour cela, portons sur une droite Ox une longueur OA = ImR, lm étant la valeur maxima du courant i. On sait que l’on peut représenter la variation
  - de îR par la rotation du vecteur OA c, R
  - (% 67).
  - La force électromotrice e est décalée d’un quart de période par rapport à l’intensité et pourra être représentée par le vecteur tournant OB = em ; par suite, — em aura la direction OC.
  - Le vecteur résultant est la diagonale OR, qui est égale à la valeur maxima de
  - B
  - lu différence de potentiel cherchée, et Fiff 67
  - °naVm= OR.
  - On en tire immédiatement que le courant OA est en retard sur la tension OR d’un angle que l’on appelle le décalage et que l’on peut exprimer en fonction des caractéristiques électriques du circuit.
  - En effet, on démontre que la force électromotrice d’induction e est donnée à chaque instant par :
  - e = 2tcNLî = O, L i,
  - R étant la fréquence, L le coefficient de self-induction et que l’on appelle la pulsation du courant, une grandeur égale à 2 ttN (c’est la vitesse angulaire de rotation du vecteur OR).
  - On en déduit que :
  - AR L„
  - L-o est ce que l’on appelle Y inductance.
  - La représentation graphique précédente conduit egalement à la relation
  - fondamentale :
  - v
  - 1 =
  - • \/R2 + L2'»2'
  - La quantité y'R2 + L2w2 s’appelle la résistance apparente ou impé= dance, qui montre que la loi d’Ohm ordinaire :
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- - 8o
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - V
  - I = R
  - ne s’applique plus dans le cas des courants alternatifs. A la résistance ohmique ordinaire R s’ajoute une résistance, fonction à la fois de la self induction du conducteur et de la fréquence du courant alternatif qui le parcourt, et que nous avons appelée inductance.
  - * * *
  - Considérons maintenant le cas d’un circuit alimenté par du courant alternatif et comprenant une capacité. Supposons que cette capacité
  - soit représentée par un condensateur (fig. 68).
  - Dans ces conditions, si le circuit était alimenté par du courant continu, on n’y constaterait aucun passage de courant, car le condensateur constituerait une coupure infranchissable. Au contraire, si le courant d’alimentation est alternatif, on constate qu’un courant, de même nature circule dans le circuit.
  - En effet, à chaque période, chaque armature se charge alternativement d’électricité positive et d’électricité négative, les quantités d’électricité correspondantes étant fournies par la source de courant alternatif.
  - Mais le condensateur, lorsqu’il se décharge dans le circuit, va évidemment réagir sur le courant en introduisant une force électromotrice périodique, de même période que le courant, que l’on appelle force électromotrice de condensation.
  - On montre que cette force électromotrice de condensation a pour valeur :
  - 2 TC NC
  - et qu’elle a pour effet de diminuer l’intensité efficace du courant et que le circuit semble avoir une résistance apparente {impédance) plus grande que la résistance ohmique des conducteurs qui le composent.
  - De plus, cette force électromotrice produit un décalage de sens inverse à celui de la self-induction. Le courant est en avance sur la force électromotrice qu’il faut appliquer pour l’entretenir, et qui est la résultante de deux forces électromotrices de même période, qui sont d’une part la force électromotrice appliquée e et d’autre part la force électromotrice de condensation décalée de 90° sur e.
  - i
  - Te
  - Fig. 68.
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 81
  - Par suite, en effectuant la construction graphique indiquée sur la figure] 69, on voit que le courant (vecteur OA) est en avance sur V (vecteur OR) d’un angle ^ défini par :
  - AR
  - OR
  - c
  - r
  - CR
  - On voit également que :
  - La quantité
  - V
  - 1 / R2 _|----1_ ,
  - V u,2c2
  - n/
  - R2 +
  - ,.2C2
  - s appelle Vimpédance, et la quantité
  - 1
  - 1 C <j)
  - la capacitance.
  - Enfin, si l’on considère le cas général d’un circuit ayant à la fois une résistance R, une self-induction L et une capacité C, on uiontre que l’intensité est alors donnée par la formule :
  - I =
  - V
  - v'
  - R2 +
  - Q.J
  - ta capacité agissant en sens inverse de la self-induction qu’elle compense plus ou moins, le décalage étant dans ces conditions donné par :
  - ,L —
  - tg? =
  - En cas particulier est celui de :
  - R
  - ,L = — Cm
  - OU
  - v/Tc
  - Dans ces conditions, il n’y a pas de décalage, tg o = o, et la loi d’Ohm Vigneron. — Électricité. fi
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- - 82
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - ordinaire s’applique. Le courant a alors son intensité maxima. La fréquence du courant qui, appliquée à un circuit donné, réalise cette condition est :
  - 2 71 2 TC VLC
  - que l’on écrit souvent, en considérant non plus la fréquence, mais la période T = ^ du courant, : /
  - T = 2uVLC^
  - On dit dans ce casque lapériode propre du circuit (i) (2 ttvLC) est égale à la période du courant, ou qu’il y a résonance.
  - _ * * *
  - Quelques conséquences intéressantes peuvent être tirées des résultats précédents. Tout d’abord, dans un circuit ohmique ne possédant que de la self-induction, plus la fréquence du courant augmente, plus le retard du courant sur la différence de potentiel augmente. En même temps, la résistance apparente du circuit croît rapidement. Pour de hautes fréquences, une bobine, même n’ayant qu’une faible self-induction, ne laisse pas passer de courant. De même, une bobine à grand nombre de tours de fil fin, même pour des courants de fréquence industrielle (40 à 60 périodes par seconde), ne débite aucun courant.
  - Si le circuit ohmique possède une capacité, on voit qu’il laissera passer d’autant plus de courant que la fréquence de celui-ci sera plus élevée, de sorte que réunir un condensateur aux bornes d’un circuit haute fréquence revient presque à les mettre en court-circuit.
  - Quant aux phénomènes de résonance, ils sont constamment utilisés dans les réglages de T. S. F. et, au contraire, sont extrêmement nuisibles lorsqu’ils se produisent dans des réseaux de distribution d’énergie, comme nous le verrons dans la seconde partie de ce livre.
  - * * *
  - Nous venons de voir l’influence de la self-induction et de la capacité sur l’intensité du courant circulant dans un circuit. Il faut également rechercher leur action sur la valeur de la puissance du courant.
  - Comme nous l’avons dit, la formule simple W = VI ne s’applique plus
  - (1) Voir, pour plus de détails, le chapitre sur les oscillations électriques.
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 83
  - (sauf dans le cas de la résonance), puisque l’intensité et la différence de potentiel ne sont plus en phase.
  - Il est facile de calculer la valeur de l’énergie. En effet, dans un circuit de résistance R parcouru par un courant, la puissance développée est égale à I2R, I étant la valeur de l’intensité si le courant est continu, et la valeur de l'intensité efficace s’il est alternatif.
  - D’autre part, on peut écrire : I2R = IR X I.
  - Si nous nous reportons à la figure 67, nous voyons que la force éNlec-tromotrice efficace IeffR (égale à la force électrômotrice maxima ImR multipliée par y/2) peut être représentée par le vecteur OA' qui est en phase avec le courant I. De même, la force électromotrice efficace eefr (égale à la force ëlectromotrice OR multipliée par y 2) peut être représentée par le vecteur OR'.
  - Or, on a :
  - OA' = OR'cos s, . . . . ^
  - c est-à-dire :
  - IR = V cos ç.
  - Par suite, ’
  - W = IR X I = IV cos Z. ' ’
  - - Ainsi donc, la puissance réelle d’un courant alternatif est égale à la puis-sance IeffVeff qu’on appelle puissance apparente (et [qui [correspond à l’application directe de la formule de l’énergie) multipliée par un nombre pins petit que l’unité, que l’on appelle le facteur de puissance et qui dépend du décalage de phase entre la différence, de potentiel et l’intensite.
  - Cette expression diffère de l’expression de la puissance en courant continu non seulement par la substitution des valeurs efficaces aux valeurs continues, mais encore par l’introduction du facteur de puissance (1).
  - Remarquons d’ailleurs que, pour © = o, quand la force électromotrice et l’intensité sont en phase, cos © est égal à 1 et la puissance réelle est égale a la puissance apparente. Au contraire, quand © = 9°°> cos ? esl- nul ^ lu puissance réelle est nulle (2).
  - f1) On peut facilement exprimer cos © en fonction des valeurs trouvées pour tg s, car on sait que :
  - COS ç
  - y/TThF?
  - (2) On appelle courant watté le courant dont l’intensité est en concordance de phase avec la force électromotrice agissante, et courant déwatté celui dont 1 intensité est décalée de 90° en arrière de la force électromotrice.
  - h est possible, étant donné un courant alternatif circulant dans un circuit inductif, devle considérer comme la somme de deux courants dont les intensités sont 1 une en Phase, l’autre décalée de 90° par rapport à la force électromotrice. La construction
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- - 84
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - * * *
  - Si le décalage de phase introduit une complication assez grande dans l’étude des courants alternatifs, la différence de phase entre divers courants alternatifs a donné lieu à une série de phénomènes que nous allons passer en revue rapidement et qui ont une importance pratique considérable.
  - On appelle courants polyphasés des courants alternatifs de même période, même intensité et même force électromotrice, mais qui présentent entre eux une différence de phase qui est une partie aliquote de la période. En pratique, on n’utilise que les courants diphasés et triphasés.
  - * * *
  - Cn appelle courants diphasés deux courants alternatifs identiques pré-
  - sentant une différence de phase de - de période. Leur décalage est z, =
  - La représentation cinétique de ces courants est indiquée figure 71. MP et M'P' donnent les variations des intensités dans les deux circuits. On voit que l’intensité s’annule dans l’un lorsqu’elle s’annule dans l’autre, et inversement. La figure 71 montre également les courbes représentatives des courants diphasés (1).
  - On appelle courants triphasés un groupe de trois courants alternatifs
  - identiques ayant entre eux un décalage de - de période. La représentation cinétique (fig. 72) montre que les trois vecteurs représentatifs sont décalés de 120° 'K'^. Quant aux
  - graphique est très simple. Représentons par OI l’intensité du courant et par OE la force électromotrice efficace qui l’entretient (fig. 70), ç étant le décalage de phase. On peut décomposer par la règle du parallélogramme des forces, le courant OI en deux courants composants, dont l’un, ieff. de vecteur iO, est watté et l’autre, i'ef{, de vecteur i'O, est déwatté. Par exemple, un courant de 40 ampères efficaces en retard de 30° sur la force électromotrice agissante peut être considéré comme le résultat de deux courants, l’un watté de 34,64 ampères produisant tout le travail, l’autre déwatté de 20 ampères, ne produisant rien. v
  - (1) Deux courants diphasés ont leurs intensités représentées respectivement par q = I cos t. i2 = I sin tôt.
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 85
  - courbes des intensités (fig. 72), elles sont obtenues en déplaçant la première vers la droite de la longueur DE — ^ AB pour la seconde courbe '
  - et de FG = ^ AB pour la troisième (1).
  - Une des propriétés fondamentales des courants alternatifs triphasés
  - Fig. 72. — Courants triphasés et leur représentation cinématique.
  - est mise en évidence par la représentation cinétique. On vérifie facilement la somme des intensités des trois courants alternatifs est nulle.
  - Les courants alternatifs polyphasés permettent d'obtenir avec facilité s champs magnétiques tournants qu’on utilise dans les moteurs.
  - (J) Les courants alternatifs ont leurs intensités représentées respectivement par :
  - F‘-t)- - 4
  - I CCS lût.
  - I cos
  - i, = cos ( (»t
  - -Y
  - 3 /
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- - 86
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - " Nous allons démontrer cette propriété. Considérons tout d’abord deux courants diphasés passant dans des bobines identiques situées à 90° l*une
  - de l’autre (fig. 73). Le courant i passant dans la bobine Bj produit en O un champ magnétique dirigé suivant OX et proportionnel à i. On a: Hx = = Kl cos o>t.
  - De même, le courant i2 passant dans la bobine B2 produit en O un champ H2 dirigé suivant OY et de valeur H2 = Ki2 = = Ki sin tût.
  - Le champ magnétique résultant en O est H, et on voit immédiatement que :
  - H2 = H2! + H22 = [K2I2,
  - H = Kl.
  - Le champ magnétique -créé en O par deux bobines fixes parcourues par des courants diphasés a une valeur H constante et sa direction tourne d’un mouvement uniforme de vitesse angulaire to égale à la pulsation des courants, c’est-à-dire qu’il fait par seconde un nombre de tours égal à la fréquence du courant (1).
  - - * * *
  - Si l’on place un aimant (ou un électro-aimant) en O, tournant autour du même axe que le champ, et qu’on le lance avec une vitesse angulaire w égale à la pulsation du courant, on constate que l’aimant continue sa rotation sous l’influence de H et même est capable de vaincre un couple résistant qui lui est appliqué. C’est le principe des moteurs synchrones.
  - Inversement, si on supprime le courant dans les bobines et qu’on fasse tourner l’aimant avec la vitesse angulaire w, le flux envoyé par l’aimant à travers les bobines, variant au cours de sa rotation, y crée des forces électromotrices d’induction, et il y a génération d’électricité dans le circuit. C’est le principe des alternateurs. . . . 1
  - (i) On démontre de même que, si on envoie "dés courants alternatifs triphasés dans trois bobines identiques disposées à 1200 l’une de l’autre autour d’un point O, il y a création en ce point O d’un champ magnétique tournant encdre à la Vitesse angu-
  - , __ 3
  - laire w et dont l’intensité constante a pour valeur H = - Kl.
  - Fig. 73. — Production d’un champ tournant.
  - c’est-à-dire que :
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- - COURANTS ALTERNATIFS
  - 87
  - * * *
  - Si l’on place au contraire un disque métallique (ou un circuit fermé) en O, tournant autour du même axe que le champ, les variations de flux qui le traversent produisent dans sa masse (ou dans le circuit) des courants de Foucault (ou des courants induits) qui tendent, d’après la loi de Lenz, à s’opposer à son mouvement. On démontre que, lorsque le disque (ou le circuit) tourne dans le même sens que le champ avec une vitesse angulaire inférieure, il est soumis à un couple moteur dont la valeur moyenne n’est pas nulle, et il peut fournir du travail : c’est le principe des moteurs asynchrones.
  - * * *
  - La possibilité que nous venons de signaler de pouvoir produire des forces, et par conséquent de réaliser des moteurs avec des appareils dont le circuit mobile est fermé sur lui-même et ne reçoit aucun courant de l’extérieur a été mise en évidence par une expérience d’Elihu Thomson.
  - Nous' avons vu que, si on place dans le champ alternatif produit par un circuit C parcouru par un courant alternatif i, un second circuit C', celui-ci est le siège d’une force électromotrice d’induction alternative qui peut avoir une valeur efficace considérable s’il comporte un grand nombre de tours de fils. C’est le principe des transformateurs.
  - Si le circuit C' est fermé, il est parcouru par un courant alternatif induit i' de même période que le courant i,et il s’exerce entre ces deux circuits des forces électrodynamiques. Dans l’expérience d’Elihu Thomson, C est constitué par une bobine verticale à noyau de fer doux et C' par un anneau de cuivre qu’on enfile sur l’extrémité du noyau. Quand le courant passe, l’anneau est violemment expulsé de la bobine et projeté en l’air (1).
  - * * *
  - Les propriétés des courants alternatifs que nous venons de passer en revue ne sont exactes que pour des courants dont la fréquence n’est pas élevée. Au contraire, quand cette fréquence atteint plusieurs dizaines de mille alternances par seconde, les phénomènes sont tous differents. On a alors des courants de haute fréquence, des oscillations électriques qui forment l’objet d’un chapitre spécial.
  - -, »
  - (1) On démontre que les deux courants i et i' sont en opposition de phase, et, par suite, que les deux circuits, étant parcourus à chaque instant par des courants de sens contraire, se repoussent.- .......... - ^
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- - CHAPITRE VI
  - ÉLECTROLYSE. — THÉORIE DES IONS
  - FORCES ÉLECTROMOTRICES
  - •
  - Deux sortes de conducteurs. — Électrolytes. — N on-électrolytes. — Ionisation. — Théorie d’Arrhénius. — Actions secondaires. — Exemples. — Mécanisme du passage du courant. —• Lois de Faraday. — Coefficient de dissociation. — Perte faradique. — Nombres de transport.— Théorème de Hittorf. — Marche d'une électrolyse.— Conductivité des électrolytes. — Conductivité limite. — Loi de Kohlrausch. — Vitesse relative et vitesse absolue des ions. — Calcul des forces électromotrices. — Différence de potentiel au contact de deux liquides. — Mécanisme du passage du courant. — Calcul de la force électromotrice. — Différence de potentiel entre un métal et un liquide. — Tension de dissolution deNernst. — Potentiel de décharge. —Déplacement réciproque des métaux. — Calcul de la tension de Nernst. — Différence de potentiel aux électrodes. — Série des tensions. — Application. — Théorie de Vélectrolyse. — Tension de décomposition des corps. — Applications de la théorie.
  - Nous avons vu que l’on pouvait distinguer deux sortes de conducteurs ( i courant électrique :
  - i°Les conducteurs de première classe, qui laissent passer le courant sans subir d’altération chimique. Ce sont les conducteurs employés dans la pratique pour le transport de l’énergie électrique ;
  - 2° Les conducteurs de seconde classe, qui comprennent, en général, les solutions d’acides, de bases, de sels, dans l’eau ou dans certains dissolvants (gazsulfureux liquéfié, ammoniaque liquide, etc.), ainsi que les sels fondus.
  - Le passage du courant dans ces conducteurs est toujours accompagné de la décomposition chimique du corps dissous ou du sel fondu. D’où le nom d'électrolytes donné aux c onducteurs de la seconde classe et d’électrolyse à la décomposition par le courant.
  - * * *
  - Le courant est amené dans l’électrolyte à l’aide de conducteurs de première classe qu’on appelle électrodes. Le courant entre dans l’électrolyte par Y anode, qui est reliée au pôle positif du générateur électrique, et sort par la cathode, qui est en communication avec le pôle négatif du générateur.
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 89
  - On dit que le courant circule dans l’électrolyte de l’anode à la cathode et qu’il va des points dont le potentiel est le plus eleve aux points a plus bas potentiel.
  - En accouplant ensemble d’une manière quelconque des conducteurs de première classe, on n’obtient pas en général de courants permanents. Les conducteurs de première classe ne fonctionnent pas comme générateurs d’énergie électrique. Au contraire, l’association de conducteurs de seconde classe et de conducteurs de première classe permet d’obtenir un courant durable (piles, accumulateurs).
  - L’expérience montre que les liquides purs (eau, acide chlorhydrique liquéfié, ammoniaque liquide, alcool, etc.) ne sont pas traversés par le courant • ce sont des non-électrolytes. Il en est de même des solutions dans 1 eau de la plupart des corps organiques (alcools, éthers, glucoses, sucres, etc.). L une façon générale, tous les corps qui ne renferment ni fonction acide, rb fonction basique, sont des non-électrolytes. Ainsi donc, 1 acide chlorhydrique liquéfié et anhydre d’une part, l’eau pure d’autre part ne conduisent pas le courant, et cependant la solution d’acide chlorhydrique dans l’eau est un bon électrolyte.
  - On est donc amené à penser que l’acide chlorhydrique dilue, comme tous i^s electrolytes, possède à l’état de solution une constitution differente de celle qu’il a à l’état libre.
  - On sait d’autre part que les électrolytes se comportent d’une façon particulière qui les distingue des molécules organiques : en cryoscopie, en ébullio-$copiet dans les phénomènes de pression osmotique. Tout porte a croire que les electrolytes sont formés d’un plus grand nombre de particules que les autres corps.
  - * * *
  - 0 est à Arrhénius que l’on doit l’explication de ces phenomenes. Dans sa théorie de l’ionisation, on admet que les électrolytes subissent en se dissolvant une décomposition réversible qui a reçu le nom de dissociation elec-foolytique ou d’ionisation.
  - Ainsi le sel marin dissous existerait partiellement sous la forme de particules Na et Cl et, entre ces particules et la molécule NaCl, il s’établit 1 équilibré :
  - Na + Cl ^ NaCl,
  - 1 équilibré dépendant de la température et de la concentration du système. On suppose de plus qu’en se formant, les particules se chargent de quantités b électricité égales et de nom contraire, Na positivement, Cl négativement. E est à ces atomes, munis de leur charge, que 1 on donne le nom d ions.
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- - 90
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Nous sommes obligés de concevoir les ions comme doués de propriétés autres que celles des corps dont ils portent le nom. Ainsi, le sodium dans l’eau réagit violemment, tandis que l’ion sodium n’attaque pas l’eau. Nous représenterons les ions par les symboles chimiques surmontés du signe + ou —.
  - Na CÎ.
  - La portion de sel marin non dissociée est la molécule neutre, si bien que l’on peut écrire l’équilibre précédent :
  - NaCl ^TNa + CÏ,
  - de même :
  - Az03K ^ AzO3 + K.
  - -f- —
  - On doit concevoir les ions K, ou AzO3, comme des isomères électrochimiques de l’atome de potassium K ou du radical AzO3.
  - Les différences entre les propriétés de ces isomères peuvent être considérables ; la seule analogie nécessaire est que, dans des circonstances déterminées, ils se transforment l’un dans l’autre.
  - D’une manière générale, dans un sel en dissolution, le métal devient ion positif, le radical restant ion négatif. Par exemple :
  - AzO3 K ; Cl Azïî4 ; Cl H ; OH K.
  - + +
  - Les acides dissous sont caractérisés par l’ion H, les bases par l’ion OH.
  - Si l’électrolyte est bivalent, l’ionisation est un peu plus compliquée.
  - Par exemple, le chlorure de calcium CaCl2, en solution étendue, donne les
  - + + — — + +
  - ions Ca et Cl + Cl. On voit que l’ion bivalent Ca porte une charge double
  - d’un ion monovalent, K par exemple.
  - La valence d’un ion est donc égale au nombre de charges qu:il prend
  - en se formant.
  - Exemples :
  - Acide sulfurique.............................. SO4 + 2 H.
  - Sulfate de soude.............................. SO4 + 2 Na.
  - Sulfate de cuivre............................. SO4 + Cu.
  - Ferrocyanure de potassium..................... FeCy6 + 4 K.
  - Ferricyanure de potassium..................... FeCy6 + 3 K.
  - Si on admet que les deux ions FeCy6 ont même structure chimique, ils hd diffèrent que par leur charge et sont électro-isomères.
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 91
  - C’est ce qui a lieu pour les chlorures de fer par exemple :
  - J- -U —
  - Chlorure ferreux............................... Fe + 2 Cl.
  - Chlorure ferrique.............................. Fe + 3 Cl.
  - Remarque. — La somme algébrique des charges reste toujours nulle.
  - * * *
  - Le plus souvent, par suite de leurs propriétés chimiques, les produits de l’électrolyse réagissent, soit entre eux, soit sur les électrodes, soit sur 1 électrolyte. On donne à ces réactions le nom d’actions secondaires. Un certain nombre d’industries reposent sur l’utilisation des actions secondaires, tandis que, pour d’autres, les supprimer est une question primordiale.
  - Donnons quelques exemples.
  - i° Electrolyse de l’acide sulfurique étendu. Sous l’action du courant, 1 acide sulfurique S04H2 est décomposé en SO4 qui remonte le courant et
  - en 2 H qui se portent sur la cathode et se dégagent ; SO4 réagit à l’anode sur l’eau de la dissolution :
  - SO4 + H20 = SQ4H2 + O
  - +
  - et de l’oxygène se dégage (fig. 74).
  - L’acide sulfurique est donc régénéré et tout se passe comme si on avait électrolysé l’eau ; c’est pour cela que l’on considère souvent cette électrolyse comme constituant une analyse de l’eau.
  - Prenons encore un autre exemple. Supposons que nous électrolysions du sulfate de cuivre. Ce ------------------------- ++ ,
  - sel se décompose en SO4 et Cu ; Cu se déposé sur la cathode et SO4 se combine au cuivre de l’anode pour régénérer le sulfate de cuivre. Tout se passe donc comme si on avait transporté le cuivre de l’anode à la cathode 75).
  - î 0 JL H*
  - :—"—g
  - Sïf= —
  - ' — —
  - Fig. 74. — Électrolyse de l’acide sulfurique étendu.
  - Si nous établissons un champ électrique^à l’intérieur d’un électrolyte en y plongeant deux électrodes d’amenée de courant, entre lesquelles existe par suite une différence de potentiel, nous exercerons ainsi une action directe sur les ions de la solution.
  - Les ions négatifs seront attirés par la'charge pbsitiVe que prend l’anode,'
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- - 92
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - et repoussés par la charge négative de la cathode ; ce sera l’inverse pour les ions positifs (fig. 76). De là les termes à’anion pour désigner un ion négatif et de cation pour désigner un ion positif.
  - Une fois au contact de l’électrode, l’ion perd sa charge qui est neutralisée par l’électricité de nom contraire de l’électrode. Les ions abandonnent
  - -t-
  - Fig. 75. — Ëlectrolyse d’une solution de Fig. 76. — Déplacement des ions dans
  - sulfate de cuivre. l’électrolyse.
  - leurs charges par paires : pendant que la charge d’un ion positif disparaît à la cathode, celle d’un ion négatif disparaît à l’anode. Il en résulte un mouvement d’électricité dans le circuit pour rétablir l’état primitif, mouvement qui est dans le sens du courant d’électricité observé. L’ion débarrassé de sa charge reprend les propriétés de l’atome chimique ou du groupe d’atomes dont il est l’isomère, ce qui explique pourquoi les réactions secondaires que nous avons signalées peuvent se produire seulement au voisinage immédiat des électrodes.
  - Nous voyons ce que signifient ces mots « passage du courant dans un électrolyter, ce sont les ions qui, attirés par les électrodes, s’y déchargent par paires et entretiennent le courant. Si, au début de l’électrolyse, il n’y a pas d’ions, ou si, à la fin, il n’y en a plus, le courant ne passe pas.
  - * * *
  - Lois de Faraday. — i° Si on place dans un circuit non bifurqué différentes cuves contenant le même électrolyte, on aura la même quantité décomposée, quelle que soit la forme du vase.
  - En effet, il est passé partout la même quantité d’électricité.
  - 2° Les quantités décomposées pendant le même temps sont proportionnelles à l’intensité du courant.
  - 3° Si l’on décompose différents électrolytes, le même courant décompose des quantités d’électrolytes proportionnelles aux quotients des masses atomiques par les valences des corps considérés.
  - On peut résumer ces trois lois en disant :
  - Des quantités égales d’électricité mettent en liberté dans différents électrolytes des quantités équivalentes de matière.
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 93
  - Si a est la masse d’hydrogène mise en liberté par l’unité électromagnétique de courant, la masse décomposée M d’un électrolyte de masse atomique A et de valence n est donnée par :
  - A
  - M = a — m, n
  - où m = it est la quantité d’électricité qui traverse l’électrolyte.
  - La quantité — est Y équivalent électrochimique du corps.
  - Il représente le poids du métal mis en liberté par une même quantité d’électricité. Si A est exprimé en grammes, cette quantité d’électricité est égale à 96 600 coulombs. C’est la quantité d’électricité nécessaire pour libérer 1 gramme d’hydrogène.
  - On appelle souvent faraday et on représente par F cette quantité d’électricité.
  - On peut donc dire que la décomposition d’un équivalent électrochimique quelconque
  - ^HCl, NaCl, I Ba(OH)2, ~ CaCI2, l P04H3, ^ FeCy«K4. . .)
  - exige un faraday.
  - La loi de Faraday peut être rangée parmi les lois les plus exactes de la physique. Elle s’applique aussi bien aux sels fondus qu’aux électrolytes dissous. Aussi a-t-elle servi à la détermination de l’unité d’intensité de courant.
  - * * *
  - Nous avons dit que la mise en dissolution d’une électrolyte s’accompagne, d’après l’hypothèse d’Arrhénius, d’un dédoublement en ions des molécules, mais cette dissociation électrique n’intérosse pas toutes les molécules. Il y en a un certain nombre qui, par suite de la concentration du sel dans la solution, échapperont à la décomposition. Plus exactement, l’état d’équilibre qui s’établit ainsi au sein de la solution est un équilibre statique. Toutes les molécules se dédoublent bien en leurs ions, mais l’agitation cinétique fait qu’à chaque instant il y en a un certain nombre qui se reforment par suite de la rencontre de deux ions de signe contraire. Finalement, si on suppose qu’on a dissous une molecule-gramme d un électrolyte, il n’y en aura qu’une certaine fraction a qui sera dissociée. L’est-à-dire qu’il y aura a molécules dissociées et 1 — a molécules non dissociées; a est le coefficient de dissociation. Quand la dissociation est totale, a est alors égal à 1 ; c’est sa valeur maxima.
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Chaque ion joue dans la solution le même rôle qu’une molécule complète, en ce qui concerne les propriétés physiques de la solution. C’est-à-dire que, si la molécule dissoute donne deux ions, lorsque la dissociation est a, tout se passera comme si on avait en solution (i — a) -f- 2 a = i + a mo-' lécules.
  - * * *
  - Pendant l’électrolyse, avons-nous dit, les ions se dirigent vers les électrodes avec une certaine vitesse qui n’est évidemment pas la même pour deux ions de nature différente, le frottement opposé à leur marche par le liquide dissolvant n’étant pas le même pour tous. On constatera donc, à la suite de l’électrolyse, des différences de concentration dans les diverses portions de l’électrolyte.
  - C’est Hittorf qui constata le premier, vers 1851, que, dans une électro-lyse simple, il y a une portion moyenne d’électrolyte qui ne subit pas de variations de concentration, et que la perte faradique se partage entre les deux compartiments, anodique et cathodique, de telle sorte que la Perte est proportionnelle’à la vitesse de l’ion.
  - Il en résulte que l’électrolyte s’appauvrit du côté où se dirige l’ion le plus lent et s’enrichit relativement du côté vers lequel se déplace l’ion le plus rapide.
  - * * *
  - On est alors amené à considérer en plus des vitesses absolues de déplacement des ions, leur vitesses relatives, ou nombres de transport. Ces deux grandeurs sont faciles à-relier entre elles. En effet, soit u la vitesse du cation, v celle de l’anion, ^>ala perte anodique, pa la perte cathodique, / la-perte totale- d’électrolyte. On a évidemment :
  - Pa, + pc = /•
  - D’après la remarque de Hittorf :
  - Pa, pc pa, -f- Pc /
  - U V W + ü M + ü
  - d’où :
  - Pc _ U pa, V
  - f U -f V f ~~ U + V
  - Les rapports —— et —-— de la vitesse de chaque ion à la somme des u -f v u -f v
  - vitesses des deux ions ont reçu le nom de nombres de transport des ions pour l’électrolyte considéré.
  - Le théorème de Hittorf peut donc s’énoncer encore : les vitesses rela-
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  - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - tives de Fanion ou du cation sont respectivement égales au quotient de la perte cathodique ou anodique par la perte totale due à Vélectrolyse.
  - En particulier, si on s’arrange pour que l’électrolyse libère un équivalent gramme de l’électrolyte, / = i, p devient c appauvrissement à la cathode, P* devient a appauvrissement à l’anode, et on a :
  - C & “ Tj
  - c et a sont les nombres de transport qui peuvent être très différents.
  - Par exemple pour CaCl2 : c = 0,780, a = 0,220.
  - Remarquons d’ailleurs que la vitesse relative des ions est influencée Par la concentration de la solution, par suite du frottement qui s’exerce entre les diverses molécules en présence. Elle est aussi fonction de la température, qui, lorsqu’elle s’élève, tend à égaliser les vitesses relatives,1 qui se rapprochent alors toutes deux de 0,5. Enfin, la vitesse relative est indépendante de l’intensité du courant, car la vitesse absolue de chaque ion , est proportionnelle à l’intensité du champ établi dans la solution.
  - * * *
  - i L’analyse chimique des portions d’électrolyte voisines des électrodes renseigne donc sur la marche d’une électrolyse et la nature des ions qui existent dans la solution-
  - Un élément A ou un groupe d’éléments B font partie de 1 anion ou du cation, si, après l’électrolyse, l’analyse décèle un excès de A ou B dans 1 un ou l’autre des compartiments.
  - Ainsi, dans l’électrolyse du sulfate de potassium, on trouve du côté
  - cathodique un excès de sulfate de potassium, ce qui indiqua» que K se dirige vers la cathode.
  - Les résultats ne sont pas toujours simples,, comme le montre l’exemple
  - suivant.
  - Supposons que l’on électrolyse du chlorure d’étain de formule SnCl4.
  - + + + —
  - Un pourrait penser que les ions sont Sn et 4 Cl. Or, l’analyse montre que la concentration en (étain ne varie pas autour de la cathode pendant l’élec-trolyse ; donc l’étain n’est pas à l’état d’ion. La vitesse du Cl étant sensiblement la même que dans la solution d’acide chlorhydrique de même concentration, il s’ensuit que le chlorure stannique est décomposé par 1 eau eu bioxyde et en acide chlorhydrique :
  - SnCl4 + 2 H20 = SnO2 + 4 HCl.
  - C’est HCl qui conduit le courant et l’étain ne se dépose à la cathode que Pur une réaction secondaire : '
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - SnO2 + 4 H == Sn + 2 H20.
  - * * *
  - Un électrolyte oppose au courant une résistance analogue à celle d’un conducteur métallique et cette résistance est donnée par la formule :
  - R étant la résistance totale du conducteur, p la résistivité ou résistance spécifique, l la longueur et s la section.
  - L’inverse de la résistance est la conductance ou conductibilité. L’inverse de la résistivité est la conductivité ou conductance spécifique ; elle est donnée par la formule :
  - i l
  - c “ jr ~ rs*
  - On observe que tous les électrolytes, sauf le chlorure de sodium, présentent un maximum de conductivité pour une certaine concentration. Ce résultat'était facile à prévoir a priori : l’eau pure, par exemple, et l’acide chlorhydrique pur ne conduisent pas le courant ; la conductivité du mélange part de zéro et passe par un maximum pour redescendre de nouveau à zéro.
  - * * *
  - Que se passe-t-il si on augmente la dilution, la température restant constante ?
  - D’après les lois générales de l’équilibre chimique, la dissociation croîtra, c’est-à-dire que les molécules neutres de l’électrolyte se décomposeront graduellement en leurs ions ; la conductivité de la solution ira en augmentant jusqu’au moment où, toutes les molécules étant ionisées, la conductivité aura une valeur limite que l’on ne pourra dépasser, appelée conductivité limite, et qui correspond à une dilution infinie. On peut prévoir facilement que cette limite ne dépend que de la nature des deux ions formant l’électrolyte, c’est-à-dire du frottement de ces ions contre le dissolvant.
  - La conductivité limite est donc la somme de deux termes caractéristiques de Vanion et du cation (loi de Kohlrausch).
  - Nous avons dit que la conductibilité des électrolytes est due seulement à la partie dissociée aux ions, et qu’elle dépend des frottements de ces ions et du liquide ; quand la dilution est suffisante, les frottements deviennent constants ; à partir de ce moment, la conductibilité est influencée uniquement par le nombre d’ions présents.
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 97
  - Le degré d’ionisation des bons électrolytes est toujours considérable.
  - Les électrolytes univalents viennent en tête et sont très fortement ionisés, même en solution demi-normale (8 = 2). Les corps formés d’un ion monovalent et d’un ion bivalent ne se dissocient guère qu’à partir de 0 =20; enfin, les corps constitués par deux ions bivalents (S04H2, S04Mg) sont peu dissociés.
  - sK * *
  - Si l’on connaît les vitesses relatives des ions dans une seule combinaison, on peut obtenir de proche en proche la mobilité des autres ions. Il suffit d’étudier une série de sels tels que chacun d’eux ait un ion commun avec le sel précédemment étudié.
  - Les expériences mettent en évidence le fait remarquable que les ions H et OH ont des mobilités de beaucoup supérieures à celles des autres ions.
  - Nous avons dit que la vitesse d’un ion était proportionnelle à la chute du potentiel par centimètre (c’est-à-dire au champ). On démontre que, pour avoir la vitesse absolue dfun ion en solution étendue, il suffit de diviser sa mobilité par le nombre F = 96 600.
  - V oici quelques vitesses d’ions exprimées en millimètres par minute sous l’influence d’une différence de potentiel d’un volt par centimètre :
  - + + + —
  - H.... 2,05 K... 0,40 Na.... 0,27 OH.... 1,08
  - ^ H: Ÿ
  - Lne des applications les plus importantes de la théorie des ions est le calcul des forces électromotrices, qui renseigne sur la quantité d énergie mise en jeu dans les diverses opérations, sur leurs conditions de possibilité, sur la manière de se comporter des ions aux électrodes, et l’ordre dans lequel ils se déchargent lorsque la solution électrolysée contient plusieurs sels (raffinage du cuivre, de l’or, de l’argent, etc.).
  - On sait que l’on désigne sous le nom de pile un ensemble formé de deux conducteurs métalliques (pôles) réunis par un ou plusieurs conducteurs de seconde classe (électrolytes), et que dans ces conditions il se produit un courant lors de la fermeture du circuit.
  - La force électromotrice (/. e. m.) est la différence de potentiel (diff. ^e pot.) en circuit ouvert entre les conducteurs métalliques. Elle est égale a la somme des différences de potentiel que l’on rencontre en allant d’un Pôle à l’autre, au passage de chaque surface de séparation de conducteurs
  - hétérogènes.
  - Nous sommes donc conduits à étudier les différences de potentiel qui
  - Se Produisent :
  - Vigneron. ;— Électricité.
  - 7
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- - 98
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - i° Au contact de deux conducteurs liquides ;
  - 2° Au contact d’un conducteur liquide et d’un conducteur métallique (surface des électrodes).
  - Par exemple, la pile Daniell, qui est formée par la chaîne :
  - Zn | S04Zn | S04Cu | Cu
  - a une force électromotrice égale à la somme des trois différences de potentiel se produisant au contact de :
  - Zn I S04Zn, S04Zn | S04Cu, SO«Cu [ Cu.
  - * * *
  - Nous allons étudier la différence de potentiel au contact de deux conducteurs liquides et commencer par le cas le plus simple : deux solutions diversement concentrées d’un même électrolyte.
  - Supposons que les deux solutions sont maintenues en présence par une
  - paroi fictive M, des électrodes appropriées plongeant dans chacun des compartiments.
  - Nous n’avons affaire qu’à deux ions ; par suite de la différence de concentration, les ions tendent à se mélanger pour amener l’égalisation. Si nous considérons l’effet produit au bout d’un instant, nous voyons qu’il est en faveur du liquide concentré ; le nombre d’ions transportés de gauche à droite est plus grand que celui transporté de droite à gauche (fig. 77).
  - Mais les deux ions cheminent avec des vitesses différentes ; supposons d’abord que le cation soit le plus rapide ; on aura, au bout d’un instant, excès de cations à droite de M et par suite un excès d’anions à gauche de M. Il se produira alors une couche double d’électricité le long de M, positive à droite, négative à gauche. La solution diluée est alors positive par-rap-
  - Fig. 77.— Solutions de concen tration différente.
  - port à la solution concentrée. C’est le cas des acides dissous, puisque H est le plus rapide des ions.
  - Si l’anion est plus rapide que le cation, c’est l’inverse qui a lieu, la solution diluée est négative par rapport à la solution concentrée. C’est le cas
  - des bases dissoutes, l’ion OH étant, après H, le plus rapide.
  - Ainsi,-la formation de la couche double, c’est-à-dire de la différence de potentiel, est due à l’inégalité des vitesses de diffusion des deux ions. Les deux charges électriques de noms contraires qui se font vis-à-vis exercent l’une sur l’autre une attraction électrique qui s’oppose à la diffu-
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 99
  - sion, c’est-à-dire à la continuation de la séparation des ions ; il en résulte équilibre caractérisé par la différence de potentiel au contact.
  - Si l’on ferme le circuit, il y aura courant, et son effet sera de tendre vers 1 égalisation des concentrations.
  - Supposons que le cation se déplace plus vite que l’anion ; la solution diluée est alors positive par rapport à la solution concentrée ; l’électrode qui y plonge sera alors l’électrode positive pour l’extérieur et jouera le rôle de cathode. Comme la liqueur se concentre du côté où va l’ion le plus rapide (ici du côté de la cathode), la solution diluée s’enrichira.
  - On voit donc que la différence de potentiel au contact de deux électrolytes de même nature, mais diversement concentrés, est due à la différence de concentration des solutions et à l’inégalité de transport des ions (i).
  - * * *
  - Il nous reste maintenant à étudier la différence de potentiel entre un métal et un liquide dans lequel plonge ce métal. Nous ferons pour cela l’usage d’une notion introduite par Nernst, la tension de dissolution d’un métal. Voici en quoi elle consiste.
  - On admet, à l’heure actuelle, que les métaux contiennent des ions positifs et négatifs libres.
  - Au contact d’un liquide, l’eau par exemple, les métaux émettent des ions positifs, et par suite tendent à se charger négativement. Chaque métal, chaque métalloïde est caractérisé par une certaine pression d’ionisation °n tension de dissolution, contrariée d’ailleurs par l’attraction électrostatique, de sorte qu’un équilibre, ou plutôt un régime stationnaire, s’établit entre le métal et le liquide lorsque le nombre d’ions émis est très faible, le champ électrostatique étant cependant énorme grâce à la charge
  - considérable des ions.
  - Si le liquide est un électrolyte renfermant déjà des ions métalliques, leur tension peut s’opposer à l’émission des ions positifs du métal. Suivant le nombre d’ions dans l’électrolyte, le métal peut ou émettre des ions, et Par suite se charger négativement, ou au contraire recevoir un excès h’ions positifs, et alors se charger positivement.
  - h) Le calcul montre que la force électromotrice d’une telle pile est donnée par la f°rmule :
  - RT
  - F
  - u — v
  - U + V
  - R étant la constante des gaz parfaits, T la température absolue, F = 96 600 cou-omhs, «et!) les vitesses des cations et des anions, cx et c„ les concentrations des deux
  - solutions.
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- - IOO
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Les différences de potentiel au contact entre métal et électrolyte sont dues, par hypothèse, à cet échange d’ions positifs.
  - On peut les calculer facilement ; on leur donne le nom de potentiel de décharge, que nous justifierons plus loin.
  - * * *
  - Le déplacement réciproque des métaux dans les solutions de
  - leurs sels s’explique immédiatement par la considération du potentiel
  - d’ionisation. Donnons-en deux exemples particulièrement nets.
  - Nous verrons que la pression d’ionisation du fer est supérieure à celle
  - du cuivre. Si on met par suite une lame de fer dans une solution de sul-
  - + + _ / fate de cuivre, les ions Cu attirés par la charge négative du fer métallique,
  - repoussés parla charge positive de la solution, se précipitent sur le fer qu’ils
  - couvrent de cuivre métallique, abandonnant leur charge à la quantité
  - , • r >• "t"
  - équivalente de fer qui se dissout à l’état d’ions Fe.
  - De même, plongeons une lame de zinc dans une solution d’acide sulfu-
  - rique. La pression d’ionisation du zinc étant très grande, il attire les ions H, ceux-ci se déchargent, donnent H chimique qui se dégage, et ces ions sont remplacés par un poids équivalent de zinc dans la solution.
  - * * *
  - Le calcul montre que, si l’on représente par C la concentration, d’ailleurs minime, des ions du métal sur le métal lui-même et par c la concentration des ions dans la solution, la différence de potentiel qui s’établit entre le métal et la solution est donnée par :
  - RT
  - n F
  - n étant la valence.
  - Cette expression n’a qu’un intérêt théorique, puisque l’on ne peut mesurer C, mais, dans les calculs, cette grandeur s’élimine du résultat final, et c’est ce qui fait la valeur des considérations de Nernst (i).
  - ( i) Nous allons en donner une application, afin de faire comprendre la marche du calcul.
  - Considérons ce que l’on appelle une pile de concentration, c’est-à-dire un système formé de deux électrodes de même métal plongeant dans deux solutions de concentrations différentes d’un sel de ce métal.
  - Le cation est donc commun, les anions pouvant être différents. Le schéma d’une telle pile est :
  - M | L, | L2 | M.
  - D’après ce que nous avons vu précédemment, la force électromotrice est :
  - E = M | L, q- L, | L2 + Lj | M. ‘ •
  - On a d’autre part :
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - ioi
  - * * *
  - Nous avons vu jusqu’à présent comment on calculait la force electro-motrice totale de certaines piles comme la somme des différences de potentiel qui naissent au contact des substances hétérogènes. Nous allons étudier la différence de potentiel à chaque électrode. Soit un métal M plongeant dans la solution uni-équivalente d’un de ses sels-, formons une pile répondant au schéma :
  - M | sel de M | KC1 (i équivalent) Hg2Cl2 | Hg.
  - On réalise ainsi un couple avec l’électrode Hg | Hg3Cl | KC1 normal, epi’on appelle électrode normale au calomel, et l’électrode à étudier.
  - Deux cas peuvent se présenter : i° Considérons la pile :
  - Zn | S04Zn (i éq.) .. . Hg2Cl2 | Hg.
  - Elle a une force électromotrice égale à iv,o84, le mercure étant le pôle Positif, c’est-à-dire que, dans l’électrolyse, le courant va du zinc au mercure. On représente souvent la pile par le symbole :
  - Zn I S04Zn ... Hg2Cl2 | Hg.
  - oy56
  - iv,o84
  - la grande flèche indiquant le sens du courant dans l’électrolyte, la petite floche le sens du courant qui serait dû a l’electrode au calomel seule, dont le mercure est toujours positif. Il en résulte que la différence de potentiel cherchée est, si l’on néglige les différences de potentiel au contact des
  - électrolytes :
  - E = iv,o84 — ov,5ô = ov,524
  - et qu’elle est dirigée dans le même sens que la différence de potentiel de
  - Par ?
  - suite
  - M | U
  - RT , C
  - v 1os r
  - RT c2 M = F" l0g C
  - Pl I ^2 — 17
  - RT u — v F u + v
  - C,
  - log -1.
  - RTr, c 2 u v 1 cq RT
  - E = — log — + —;— log — = -r=r
  - F L u v Cg Jt F
  - 2 V Cx
  - ---r— lQg--
  - 14> -\~ V C 2
  - déCo^me on le voit, la pression d’ionisation disparaît de la formule finale, qui ne P^d plus que des concentrations et de la vitesse des ions, en particulier de l’anion.
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- - 102
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - l’électrode normale, ce que l’on indique par :
  - Zn | S04Zn
  - Ainsi, dans l’électrolyte Zn | S04Zn (i équivalent), la solution est positive par rapport au métal ; on écrit :
  - Zn | S04Zn = + 0L524.
  - 2° Le couple :
  - Cu | S04Cu (1 éq.)... Hg2Cl2 | Hg
  - a pour force électromotrice ov,025, le cuivre étant le pôle positif. On écrit :
  - Cu | SQ4Cu ... Hg2Cl2 | Hg
  - ov,56
  - 0V,025
  - et la différence de potentiel cherchée est dans ce cas :
  - E = ov,5ô + ov,02 5 = 0^585.
  - La solution de sulfate de cuivre est négative par rapport au cuivre, ce que l’on écrit :
  - Cu | SO^u (1 éq.) = —0^585.
  - * * *
  - Le tableau suivant donne la différence de potentiel entre les corps et la solution uni-équivalente de leurs
  - normal ions. On appelle ces potentiels, potentiels de décharge, ou potentiels électrolytiques. La première colonne est relative à l’électrode normale au calomel, la deuxième à l’électrode à hydrogène. Ce tableau s’appelle la série des tensions (1).
  - (1) L’électrode normale au calomel est constituée par une goutte de mercure recouverte de calomel Hg2Cl2 surmonté d’une dissolution normale de chlorure de potassium (fig. 78).
  - L’électrode à hydrogène est obtenue en faisant barboter un courant d’hydrogène au contact d’une lame de platine plon-
  - Fig. 78.
  - géant dans une solution normale d’acide sulfurique.
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 103
  - I II I II
  - + 2,92 + 3,2 H — 0,277 0
  - + 2,54 + 2,82 Cu — 0,606 — 0,329
  - + 2,54 * 4- 2,82 Az <— 0,570 <— 0,293
  - + 2,28 + 2,56 Bi <— 0,668 <— 0,391
  - + 1,21 + 1,49 Sb <— o,743 <— 0,466
  - + 1,28 Hg •— 1,027 — 0,75
  - + 0,798 + 1,075 Ag — 1,048 — 0,771
  - + 0,493 + 0,77 Pt <— 1,140 <— 0,863
  - + 0,063 + 0,34 Au <— i,356 <— 1,079
  - 0,045 + 0,232 Cl + 1,63 + i,353
  - 0,049 + 0,228 Br + 1,270 + 0,993
  - < 0,085 + 0,192 I + 0,797 + 0,52
  - 0,129 + 0,148 O + i,39 + 1,12
  - En tête se trouvent les métaux ayant la plus grande tendance à passer à l’état d’ions; à la fin de la liste se trouvent les métaux ayant tendance à- précipiter (Ag, Pt, Au).
  - Cette classification n’est valable que si les concentrations des ions sont les mêmes : uni-équivalentes ou à peu près. Si la concentration de l’ion devient iom fois plus petite, la différence de potentiel augmente de :
  - RT m F n ’
  - n étant la valence.
  - Pour Zn par exemple et une solution ------équi-moleculaire, le potentiel
  - de décharge du zinc augmente de :
  - 0,058 x | = ov,o87-* *
  - Comme exemple d’application, considérons une pile type Daniell :
  - Zn | S04Zn ] S04Cu | Cu,
  - °u plus généralement une pile représentée par :
  - M | sel de M | sel de M' | M',
  - M et M' étant deux métaux différents. Si on néglige la différence de potentiel au contact des électrolytes, qui est toujours très faible, la f. e. m. E de la pfie est égale à la différence V — V' des différences de potentiel au contact des métaux et des électrolytes.
  - Si les concentrations des ions Zn et Cu sont um-equivalentes, on a, d après les tableaux :
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 104
  - V = + ov,493 V' = — ov,6o6
  - E = V — V' = iy 1.
  - C’est bien ce que donne l’expérience.
  - * * *
  - Nous pouvons maintenant, grâce aux notions que nous venons de développer, esquisser la théorie de Vélectrolyse, dont l’importance pratique est considérable.
  - Nous avons vu que la loi de Faraday exige que, pendant l’électrolyse,
  - le même nombre de valences soient rompues simultanément aux deux
  - électrodes, quelle que soit la nature de ces valences.
  - — +
  - Avec un électrolyte binaire AM, on a les ions A, M qui déterminent la
  - + ------
  - conductibilité de la solution et en plus les ions de l’eau H et OH, celle-ci étant légèrement dissociée. Pour un mélange de deux électrolytes AjMj,
  - — — — — 4- 4-
  - A2M2 on a les anions Ax, A2, OH et les cations M1; M2, H.
  - Quels sont les couples d’ions qui vont se séparer aux électrodes, celles-ci étant supposées inattaquables?
  - Supposons d’abord les électrodes réversibles pour tous les ions et supposons en plus que nous connaissions les potentiels de décharge des ions. Augmentons graduellement la f. é. m. appliquée aux bornes de l’électrolyte; au début, il n’y a pas de courant, puis, pour une certaine valeur, cette f. é. m. E sera égale à la somme V1 + V2 des potentiels de décharge
  - de deux des ions, Ij (anions), soit A1; H2 ou OH, et I2 (cations), soit Mj,
  - + +
  - M2, ou H. A partir de ce moment, ces deux couples d’ions vont se décharger sur les électrodes, à l’exclusion des autres couples d’ions qui font partie de la solution. Ainsi l’électrolyse se produit quand la tension aux bornes de la cuve est suffisante pour qu’il puisse se séparer simultanément un des anions et un des cations de l’électrolyte.
  - Cette f. é. m. est la tension de décomposition du corps I^.
  - D’une façon générale, la tension de décomposition d’un sel AM est égale à la somme des différences de potentiel des électrodes réversibles pour l’anion A et le cation M à la concentration du bain.
  - Considérons maintenant une solution contenant plusieurs sels métalliques, soient M2, M2, M3 les métaux, l’anion étant supposé unique pour simplifier. Soit V le potentiel de décharge de l’anion et Vj, V2, V3 ceux des métaux, pour une concentration uni-équivalente de chaque ion. Les tensions de décomposition sont, par. ordre croissant :
  - v + v, < v y v2 < v + v3
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- - ÉLECTROLYSE, THÉORIE DES IONS
  - 105
  - Par exemple. Donc si on applique une f. é. m. E telle que :
  - V + Vj < E < V + V2,
  - le métal Mse décomposera seul sur la cathode et, si l’on pousse l’électrolyse assez loin, ce métal pourra s’éliminer peu à peu. C’est le principe de la séparation quantitative des métaux par voie électrolytique.
  - On voit donc que, pour déposer un métal, il faut compenser son potentiel électrolytique V, et c’est pour cette raison que nous avons appelé précédemment ce potentiel, potentiel de décharge de l’ion.
  - On a ainsi l’explication d’un certain nombre de difficultés que 1 on rencontre expérimentalement.
  - Par exemple, en étudiant la série des tensions, on voit qu’il sera facile de séparer l’argent du cuivre (•— ov,33) du plomb ( + ov,i5), tandis qu on rie réussira pas en présence du mercure (— ov,75) > en solution uni-équivalente.
  - Ce procédé de triage employé en grand dans l’industrie est moins simple lorsqu’il se dégage des corps gazeux sur les électrodes. En effet, on constate, au moment où des bulles de gaz se déposent, un excès de tension qui peut être considérable, et qui dépend à la fois du gaz et de la nature de 1 électrode. Par exemple, pour l’hydrogène provenant de l’électrolyse d une solution d’acide sulfurique, on a trouvé des survoltages de :
  - ov,i5 ov,23 ov,64 ov,70 0^,78
  - l’électrode étant en argent cuivre plomb zinc mercure.
  - Pour l’oxygène, on a trouvé, pour une solution uni-équivalente de KOH, des survoltages de :
  - iv,47 iv,48
  - l’électrode étant en fer cuivre
  - iv,53 lV>63
  - plomb argent.
  - Le phénomène est général.
  - L’existence de ces tensions explique un certain nombre de faits ; par exemple pourquoi, pendant la charge de l’accumulateur au plomb, il se dépose du plomb à la cathode, alors que la série des tensions fait prévoir un dégagement d’hydrogène; le plomb, en effet, est plus positif que 1 hydrogéné (-j- ov,i5 pour une solution de chlorure, et -j- ov,22 dans la solution de sulfate de plomb dont la solubilité est moindre). L hydrogène pourtant ne se dégage pas, car il lui faut un survoltage de ov,Ô4.
  - • * * *
  - Nous donnerons, pour terminer, deux applications des théories Précédentes à des électrolyses courantes.
- p.105 - vue 114/834
- - io6 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - i° Éledrolyse d’une solution concentrée de chlorure de zinc (60 grammes par litre). — La tension de décomposition est au plus de :
  - Iv,35 + ov,77 = 2v,i2,
  - d’après la série des tensions. Le chlore se dégage sur l’anode, le zinc sur la cathode ; quant à l’hydrogène, il ne peut se déposer, car le potentiel de décharge de l’ion H en solution neutre est ov,4i qui, augmenté du survoltage relatif au zinc ov,70, donne iv,i comme tension de décharge de l’hydrogène, supérieure à celle du zinc, ov,77-
  - 2° Éledrolyse d’une solution de chlorure de sodium. — A l’anode, le chlore se dégage ; à la cathode, c’est l’hydrogène, à la place du sodium. La tension
  - de décomposition de NaCl est donc égale à la somme des tensions de + — — + décharge de H et Cl., Admettons iv,3Ô pour Cl et ov,4i pour H peu concentré au voisinage de la cathode. L’électrolyse peut donc commencer avec une f. é. m. de 1,36 + 0,41 = iv,77-
  - j > t
  - Mais, au fur et à mesure de l’électrolyse, H est remplacé dans la solution
  - par OH, c’est-à-dire par une base, et la tension aux bornes doit être augmentée pour que l’électrolyse continue.
  - * * *
  - Nous avons essayé, dans ce chapitre, de donner une rapide vue sur l’ensemble delà théorie des ions et de ses applications. Celles-ci, comme on a pu s’en rendre compte par les quelques exemples traités, intéressent au plus haut point l’ingénieur électricien : fonctionnement des accumulateurs, force électromotrice des piles et des accumulateurs, séparation électrolytique des métaux, toutes ces questions ne peuvent être résolues sans l’appui de la théorie des ions. Nous verrons, dans les chapitres sur les piles, sur les accumulateurs et sur les applications chimiques du courant électrique, le parti qu’en a tiré l’industrie.
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- - CHAPITRE VII
  - APPAREILS DE MESURES — UNITÉS
  - Les électromètres. — Électroscnpes. — Électromètre à feuille d’or de Wilson. — Électromètre à plateaux. ______ Électromètre cylindrique. — Voltmètre électrostatique. — Volt-
  - mètre multicellulaire. — Électromètre à quadrants. — Montage hétérostatique. — Montage idiostatique. — Mesure de la capacité par l’électromètre. — Galvanomètres. — Galvanomètre à cadre mobile. — Galvanomètres à aimant mobile. — Galvanomètre Desprez-d’Arsonval. — Galvanomètre à corde de Einthoven. — Thermogalvanomètre de Duddell. — Radiomètre de Boys. — Galvanomètre de Kelvin. — Systèmes asiatiques. — Ampèremètres et voltmètres. — Boîte de résistances. — Méthodes de mesure: méthode de déviation, méthode de zéro. — Mesures absolues. — Ampère-étalon. — Ampère international. — Électrodynamomètre. — Ohm-étalon. — Ohm international. — Volt international. — Mesure absolue des autres grandeurs électriques. — Courant de convection. — Expérience de Rowland. — Identité du déplacement des charges électriques et du courant. — Détermination du rapport c des unités électrostatiques et électromagnétiques. — Principe des mesures. — Valeur de c.
  - Dans les chapitres précédents, nous avons parlé des diverses grandeurs électriques : différence de potentiel, charges électriques, intensité, résistance, capacité, etc., dont nous avons étudié les diverses propriétés et relations mutuelles, sans rien dire sur la façon dont expérimentalement on les mesure, sans rien indiquer, sur les appareils dont s’aide le savant pour les évaluer en fonction des unités que nous avons définies. C’est cette lacune qu’il nous faut combler maintenant. Nous ne décrirons dans ce chapitre que les appareils de mesure scientifiques, c’est-à-dire de laboratoire, car nous verrons, dans la seconde partie de ce livre, les appareils dont on se sert pour les mesures dans la pratique industrielle.
  - * * *
  - En électricité statique, l’appareil de mesure fondamental est Yélectro-mètre, qui est destiné à la mesure des différences de potentiel.
  - Un électromètre comporte toujours un conducteur mobile formant l’une des armatures d’un condensateur qui est chargé avec la différence de po-
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- - io8 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - tentiel à mesurer. On lui oppose une force antagoniste qui tend à le ramener à sa position d’équilibre. On peut évaluer la différence de potentiel soit en calculant la force antagoniste : on a alors un électromètre absolu, soit en étalonnant préalablement l’appareil : on a alors une mesure relative de la différence de potentiel.
  - * * *
  - L’électroscope appartient à la seconde catégorie. Son principe est extrêmement simple. Les deux pendules en moelle de sureau qui nous ont servi dans l’étude de l’électricité statique constituent un électroscope : leur divergence est fonction du potentiel auquel sont portées les deux boules de moelle de sureau.
  - Pratiquement, on remplace les deux boules par deux feuilles d'or, et la disposition est analogue à celle de la figure 79. Une plaque verticale AB pénètre à travers un bouchon isolant D à l’intérieur de la cage C ; la feuille mince F, en or ou en tout autre métal, est collée à la tige en O, et se déplace en face d’une graduation MN, tracée sur une feuille mince de matière isolante, qui permet de repérer la position de son extrémité. La différence de potentiel V à mesurer est établie entre la cage C et le conducteur ABF.
  - Dans cet appareil, c’est le poids de la feuille d’or mobile qui intervient pour équilibrer la répulsion des deux feuilles d’or dues aux forces électriques.
  - * * *
  - Lorsqu’il s’agit de mesurer de faibles différences de potentiel, on utilise une modification due à C. T. R. Wilson et appelée électromètre à feuille d'or de Wilson.
  - Il se compose essentiellement d’une feuille d’or isolée L (fig. 80) suspendue en C et qui est écartée de la position verticale par l’attraction d’un plateau incliné P. On montre qu’en agissant sur l’inclinaison de la plaque P, la différence de potentiel entre P et L et la distance de P et L, l’équilibre de la feuille d’or peut être soit stable pour toutes ses positions, soit instable dans une certaine région.
  - On établit' une différence de potentiel constante V0 entre P et L, et, en agissant sur l’inclinaison de l’appareil et la distance de P à L on, cherche
  - Fig. 79. — Électroscope ordinaire.
- p.108 - vue 117/834
- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - 109
  - la région de sensibilité maxima. Quand V0 est modifié par l’application de la différence de potentiel à mesurer, L se déplace et son déplacement est observé à l’aide d’un microscope. L’appareil, en effet, est très Petit, et les dimensions de la cage peuvent être réduites à 2 X 3 X 2 centimètres. On peut ainsi apprécier le —L de volt.
  - 200
  - * * *
  - Le plus simple des électromètres absolus est Y électromètre à plateaux. Il est constitué par un condensateur plan à plateaux horizontaux dont le plateau supérieur, mobile, est suspendu sous l’un des plateaux d’une balance. La force électrostatique qui s’exerce entre les plateaux est équilibrée par le poids d’une masse placée dans le plateau opposé de la balance (1). Mais cet appareil ne peut servir que pour mesurer des différences de potentiel considérables.
  - C’est ainsi que, dans un modèle où les plateaux ont 6 centimètres de rayon et sont distants de 1 centimètre, pour V = 10 000 volts, la masse est égale à 5 grammes.
  - * * *
  - Fig. 80. — Électromètre de Wilson.
  - Dans Y électromètre cylindrique de Bichat et Blondlot, ce sont deux cylindres coaxiaux dont l’un, mobile, n’est que partiellement engagé dans l’autre, fixe, qui constituent les armatures du condensateur. Quand on établit une différence de potentiel entre les deux cylindres, la capacité du condensateur tend à augmenter, et le cylindre mobile tend à rentrer dans le cylindre fixe. Le cylindre mobile est porté par un fléau de balance, et on équilibre la force motrice par les poids places dans un plateau suspendu au cylindre.
  - * * *
  - L’existence des forces électrostatiques servant à mesurer la différence f1) On démontre que l’on a :
  - V
  - = d
  - Y
  - 87img
  - S :
  - S étant la surface des plateaux et d leur distance.
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- - HO
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - de potentiel est liée à la variation de capacité du condensateur constituant rélectromètre. Au lieu de produire cette variation, comme dans
  - l’électromètre à plateaux, par un écartement des plateaux, on peut la réaliser par le déplacement de l’un des plateaux parallèlement à lui-même, de façon à réduire i’étendue des surfaces en regard. On y arrive aisément par une rotation autour d’un axe perpendiculaire au plan des plateaux.
  - Si l’on donne aux plateaux la forme de secteurs circulaires centrés sur l’axe de rotation (fig. 81), on montre que la déviation a est sensiblement proportionnelle au carré de la différence de potentiel. Si on équilibre les forces électrostatiques par l’action antagoniste d’un ressort R par exemple, et si on mesure à l’aide du déplacement d’une aiguille M la rotation du plateau mobile A, on a un voltmètre électrostatique capable de mesurer des différences [de potentiel considérables, de i ooo à 15 000 volts.
  - Ces appareils fonctionnent aussi bien pour des différences de potentiel continues qu’alternatives, car ils ne sont sensibles qu’au carré de la valeur de ces différences de potentiel, mais leur sensibilité est très faible, et les divisions, au voisinage du zéro, sont très serrées; si la graduation maxima
  - est 5 000 volts par exemple, l’intervalle o 1 000 n’occupera que le — de l’échelle.
  - * * *
  - Fig. 81.— Voltmètre électrostatique.
  - axe de rotation
  - B
  - Pour augmenter la sensibilité de l’appareil, il faut évidemment accroître la variation de capacité par unité d’angle de rotation. On multiplie par 2 cette variation en adjoignant, comme l’indique la figure 82, un plateau B' au plateau B, qui agira sur la face opposée de A.
  - On multiplie encore par 2 la sensibilité en doublant l’appareil, comme l’indique la figure 83, par adjonction d’un second appareil A^B/, symétrique du premier par rapport à l’axe de rotation.
  - Enfin, on peut encore accroître la sensibilité en
  - superposant plusieurs de ces appareils autour du même axe de rotation. On a alors le voltmètre multicellulaire de Kelvin.
  - B’
  - Fig. 82.
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - ni
  - * * *
  - L électromètre à (juiidr&nts, du. a Kelvin et modifie ensuite en pur ticulier par Dolezalek, est l’instrument essentiel des mesures électrostatiques. C’est un voltmètre analogue à ceux que nous venons de décrire, mais complété par une seconde paire de quadrants CQ, comme l’indique la figure 84, chacun des quatre quadrants communiquant avec le quadrant opposé. Les quadrants sont portés par des colonnes isolantes et communiquent avec deux bornes extérieures que l’on met en relation soit avec une source de potentiel fixe, soit avec la cage métallique renfermant tout l’appareil.
  - L’aiguille, aussi légère que possible, en aluminium ou en mica argenté, est suspendue par un fil de torsion conducteur afin de permettre de la charger électriquement. Le couple antagoniste de ce fil, lors de sa torsion, équilibre les actions électrostatiques. Enfin, un miroir solidaire de l’aiguille, et fixé en général sur le fil de torsion, permet de mesurer
  - Llfil de | torsion
  - aiquille
  - Fig. 84. — Électromètre à quadrants de Kelvin.
  - optiquement la déviation par le déplacement d’un rayon lumineux réfléchi que l’on repère sur une règle graduée translucide.
  - La figure 84 montre le schéma de l’appareil de Kelvin, et la figure 85 la modification de Dolezalek au tiers environ de la grandeur réelle. N est 1 aiguille d’aluminium suspendue à un fil de quartz argenté F de 3 à
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- - 112
  - PRINCIPES GÉNÉRA UX, LOIS ET MESURES
  - 9 millièmes de millimètre de diamètre et d’environ 60 millimètres de longueur ; Q, Q sont les quadrants que l’on a ouverts pour laisser voir l’aiguille; A, A sont leurs supports isolants. M est le miroir servant à repérer la rotation de l’équipage mobile.
  - Un couvercle métallique, percé d’une fenêtre pour le passage des rayons lumineux, complète l’appareil.
  - On peut réaliser deux montages pour la mesure des différences de potentiel. L’un, dit montage hétérosta-tique, comporte l’emploi d’une différence de potentiel auxiliaire. Les deux pôles de la pile de charge sont reliés à la cage et à l’aiguille (fig. 86, a) ; l’une des paires de quadrants est réunie à la cage et la différence de potentiel à mesurer est établie entre les deux paires de quadrants. On montre que, dans ces conditions, la déviation est proportionnelle à la différence de potentiel à mesurer.
  - Dans un second montage, dit montage idiostatique, et représenté schématiquement figure 86, b, on ne se sert pas de différence de potentiel auxiliaire. L’une des paires de quadrants est réunie à l’aiguille, l’autre à la cage, et on établit entre elles la différence de potentiel à mesurer.
  - Fig. 85. — Électromètre de Dolezalek.
  - Fig. 86. — a, Montage hétérostatique. Montage idiostatique.
  - Dans ces conditions, la déviation est proportionnelle au carré de cette différence de potentiel, ce qui permet de mesurer les différences de poten-
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - ii3
  - tiel alternatives. On peut, avec un électromètre sensible et bien réglé, apprécier le dix-millième de volt.
  - * * *
  - L’électromètre, avons-nous dit, est l’appareil essentiel pour les mesures électrostatiques. Nous allons en effet montrer qu’il permet, grâce à un artifice, non seulement de mesurer la tension d’un conducteur, mais également sa capacité. Connaissant ces deux grandeurs, on en déduit immédiatement la charge. Les trois grandeurs fondamentales : tension, capacité et charge, sont donc ainsi mesurables.
  - Soit x la capacité inconnue qu’il s’agit de mesurer. Chargeons-la à un potentiel V quelconque et relions l’armature isolée à l’électromètre ; on Mesure le potentiel V par la déviation de l’aiguille de l’électromètre. Ceci fait, on relie l’armature isolée du condensateur à l’armature isolée d un condensateur dont on connaît la capacité c, par construction par exemple. L’électricité se répartit entre les deux capacités, et la tension baisse et prend une nouvelle valeur V' que l’on mesure à l’électromètre. Connaissant c, V et V', on tire très facilement la valeur de x (1).
  - * * *
  - Dans l’étude des courants électriques, trois grandeurs fondamentales interviennent : l’intensité du courant, la résistance du conducteur, la force électromotrice appliquée. L’instrument qui joue le rôle fondamental dans toutes les mesures est le galvanomètre, qui sert à mesurer des courants faibles.
  - Le couple actif est dû à l’action qui s’exerce entre un courant et un aimant permanent. Il en résulte que l’on peut distinguer deux classes d’appareils, suivant que c’est le circuit parcouru par le courant qui est Mobile ou, au contraire, que c’est l’aimant qui peut se déplacer.
  - (î) En effet, si M est la charge prise par le condensateur, lors de la première mesure °n a :
  - M = xV.
  - On a de même :
  - M = (x + c)N',
  - d’où :
  - et Par suite :
  - V x + c c
  - — =--- = 1 H—
  - V x x
  - X
  - cV'
  - V — V''
  - ^ign'eron*. — Électricité.
  - 8
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 114
  - Dans les galvanomètres à cadre mobile, l’aimant est fixe et l’équipage est
  - formé d’un cadre composé de plusieurs spires de fil fin bien isolé, suspendu par deux fils métalliques, l’un dans le prolongement de l’autre. Le couple antagoniste est obtenu par la torsion du fil de suspension. L’amortissement des oscillations provient des courants d’induction qui prennent naissance dans le fil du cadre lorsque le circuit est fermé, ou des courants de Foucault qui se développent dans le support sur lequel on enroule le cadre (fig. 87).
  - Dans les galvanomètres à aimant mobile, le courant passe dans une ou plusieurs bobines fixes, et l’équipage mobile est constitué par un ou plusieurs petits aimants suspendus par un fil de cocon ou de quartz. Le couple antagoniste provient de l’action du champ terrestre ou d’aimants fixes sur les aimants mobiles. L’amortissement est dû au frottement de palettes dans un liquide ou dans l’air.
  - Dans tous les cas, l’équipage mobile, après un certain nombre d’oscillations, s’arrête dans une position pour laquelle le couple actif est égal au couple antagoniste.
  - Nous allons dire quelques mots de chacune de ces catégories d’instruments.
  - * * *
  - Fig. 87.
  - Principe £ du galvanomètre à cadre mobile.
  - Le type le plus courant de galvanomètre à cadre.mobile est le galvanomètre Desprez-d’Arsonval. La figure 88 montre le modèle usuel, dans lequel le cadre mobile est'formé d’un fil de cuivre de omm,i de diamètre formant 500 spires agglomérées à la gomme laque. Les fils de suspension sont en argent de omm,i de diamètre. Le fil supérieur est soudé d’un côté au fil du cadre, et de l’autre à un crochet tenant à une potence; celle-ci est reliée à l’une des bornes d’arrivée du courant.
  - Le fil inférieur est soudé au fil du cadre et de l’autre côté à un ressort réglable à l’aide d’une vis. Les parties latérales du cadre se trouvent dans l’entrefer d’un aimant permanent formé de plusieurs aimants en fer à che-
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - 115
  - val donnant un champ magnétique dans l’entrefer de l’ordre de 1 600 gauss. A l’intérieur du cadre, dont la surface est de 15 à 20 centimètres carrés, se trouve un cylindre en fer doux dont le rôle est de rendre l’entrefer aussi petit que possible.
  - Le réglage de la tension du fil de suspension se fait à l’aide d’une vis et d’un écrou disposés a la partie supérieure.
  - On démontre que la déviation est proportionnelle à l’intensité du courant, tout au moins pour des courants peu intenses. Dans 1 appareil que nous venons de décrire, un courant de 1 micro-
  - ampere correspond a un déplacé- Fig. 88. — Galvanomètre Desprez-d’Arsonval. ment de 10 millimètres sur une
  - échelle transparente située à 1 mètre du miroir du galvanomètre.
  - * * *
  - En remplaçant l’aimant permanent parun électro-aimant, on peut augmenter considérablement la sensibilité de l’appareil. Nous décrirons à titre d’exemple le
  - galvanomètre à corde de Einthoven.
  - C’est un galvanomètre à cadre oscillant, dans lequel le cadre est réduit à un simple fil ou corde qui se trouve tendu entre les pôles d’un électro-aimant très puissant. La figure 8g montre le schéma de l’appareil. Quand un courant passe dans le fil conducteur CC', le' fib est dévié dans le sens de-la fléché, c est-à-dire perpendiculairement à la direction du champ magnétique NS. Ce petit déplacement. est observé au moyen d’un micfbscopé A,
  - Dg. 8g. — Principe du galvanomètre à corde.
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- - 1X6 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - placé dans un trou percé au travers des pièces polaires de l’électro-aimant. On peut également projeter l’image du fil sur un écran ou une plaque photographique à l’aide d’une lampe à arc et d’une lanterne de projection.
  - L’appareil présente l’énorme avantage de n’avoir qu’une inertie très faible de la partie mobile (le fil), de sorte qu’il peut suivre avec fidélité les variations extrêmement rapides d’un courant, tandis que, dans le gal-
  - Fig. 90. — Galvanomètre à corde de Einthoven.
  - vanomètre à cadre ordinaire, l’inertie du cadre est assez grande et la durée d’oscillation de plusieurs secondes. Le fil, ou corde, est, dans les appareils très sensibles, constitué par un fil de verre argenté de omm,oo2 de diamètre environ, et la période d’oscillation, qui dépend de la tension
  - de la corde, est de moins de —— de seconde.
  - 200
  - La figure go montre la vue d’ensemble de l’appareil. A, A sont les pièces polaires d’un électro-aimant dont B, B sont les bobines d’excitation que l’on peut grouper de diverses manières grâce aux bornes M, N, de façon à faire varier l’intensité du champ qui agit sur la corde placée dans le compartiment C, et occupe la position E entre les pièces polaires. La vis J permet de faire varier la tension de la corde (et par suite la sensibilité de l’appareil). CD est le microscope d’observation.
  - Lorsque l’on projette, à l’aide d’un dispositif optique approprié, l’image de la corde sur une plaque photographique se déplaçant d’un mouvement
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS 1x7
  - uniforme, on obtient des diagrammes analogues à celui de la figure 91, fim est relative à l’établissement et à la rupture d’un courant
  - Fig. 91. — Exemple de courbes relevées au galvanomètre à corde.
  - fie 2 x 10-8 ampère ; l’intervalle entre deux raies verticales correspond a 0,04 seconde.
  - * * *
  - Aux galvanomètres à cadre mobile se rattachent le radiomicromètre de Boys et le lhermogalvanomètre de Duddel, qui reposent sur e même principe.
  - Dans le radiomicromètre de Boys, le cadre, de dimensions très pe Se compose d’une seule spire placée entre les branches N, S d’un aimant ou d’un electro-aimant.
  - Cette spire est formée de deux métaux differents (bismuth-antimoine par exemple) et la moindre différence de température entre les deux soudures P et Q (fig. 92) y engendre nn courant donnant une déviation notable. Par exemple, en échauffant Q par l’énergie rayon-née par une bougie placée à 100 mètres, on peut obtenir, sur 1 échelle graduée, une déviation de
  - 1 millimètre. C’est grâce à
  - Sb
  - r^-i résistance de I chauffage
  - Fig. 92.
  - Principe du radiomicromètre.
  - Fig. 93. — Principe du thermogalvano-mètre.
  - cet appareil que l’on étudie les rayonnements des étoiles en as
  - tronomie physique. (,
  - Le thermogalvanomètre deDuddell consiste en une résistance qui s ec lorsqu’elle est parcourue par le courant à mesurer. Une partie de
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - chaleur échauffe à son tour une soudure d’un radiomicromètre de Boys. La figure 93 montre le schéma de l’appareil. Le cadre est formé d’un fil d’argent suspendu par un fil de quartz et un fil de verre portant le miroir d’observation.
  - %
  - Cet appareil est utilisé pour la mesure des très faibles courants, alternatifs ou non. Comme il n’a pratiquement ni self-induction ni capacité, on peut l’utiliser dans des circuits de fréquence élevée (même plusieurs millions par seconde) et il permet d’évaluer des courants de quelques microampères.
  - Le type des galvanomètres à aimants mobiles est le galvanomètre de Kelvin, qui a été modifié, quant à ses dispositions pratiques, par de nombreux savants : Wiedemann, Broca, Paschen, etc.
  - bobine
  - Fig. 94. — Principe du galvanomètre à aimant mobile.
  - N s
  - N §
  - N s
  - L 1
  - S N
  - s N
  - s 1 N 1
  - Son principe est extrêmement simple. Une aiguille aimantée est suspendue à un fil sans torsion, un fil de cocon par exemple, et est placée au centre
  - d’une bobine à grand nombre de tours de fil, dans laquelle on fait passer le courant que l’on veut mesurer. Cette bobine crée un champ magnétique (proportionnel à l’intensité du courant, Gi). D’autre part, l’aiguille aimantée est soumise à l’action du champ terrestre H (ou, si l’on préfère, à l’action du champ créé par un aimant placé au-dessus de l’appareil). Il en résulte que l’aiguille aimantée prend une nouvelle position d’équilibre quand le courant passe et, d’après sa rotation repérée par le déplacement d'un rayon lumineux réfléchi par un miroir solidaire de l’aiguille, on peut mesurer l’intensité i du courant (fig. 94).
  - Pour soustraire l’aiguille aimantée à l’action du champ terrestre et en même temps augmenter la sensibilité de l’appareil, on constitue l’équipage mobile par des paires de petits aimants
  - Fig. 95.
  - - Différents montages asiatiques.
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- - H9
  - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - identiques, accolés de façon à ce qne leurs pôles de nom contraire se regardent (les diverses dispositions utilisées sont représentées figure 95). Si ces aimants (ou les systèmes d’aimants) étaient mathématiquement identi ques, l’équipage mobile serait indifférent ù l’action directrice du champ terrestre ou du champ de l’aimant de l’appareil. On aurait un système astatique.
  - En réalité, il est impossible de réaliser des aimants identiques et, d’autre part, le champ directeur (terrestre ou artificiel) n’est pas non plus rigoureusement uniforme, de sorte qu’il existe toujours un champ directeur h que l’on peut faire varier à volonté et même rendre très faible, ce qui permet de faire varier à volonté la sensibilité de l’appareil (1).
  - Dans le galvanomètre de Kelvin, les deux petits aimants élémentaires sont solidaires d’une tige d’aluminium portant également le miroir et suspendue par un hl de cocon. Chacun de ces aimants est placé au centre d’une bobine.
  - Les enroulements des bobines sont en sens inverse, pour multiplier la sensibilité. Un aimant directeur peut être déplacé verticalement, de façon à faire varier la sensibilité. La figure 96 montre une vue d’ensemble de 1 appareil.
  - Fig. 96. — Galvanomètre de Kelvin.
  - Nous verrons que les appareils industriels de mesure de l’intensité du courant, les ampèremètres, sont simplement des modifications et des adaptations des galvanomètres, en vue d’une construction plus robuste, nécessitée par les valeurs plus grandes des courants industriels et les conditions plus sévères de leur emploi pratique.
  - Signalons immédiatement que la loi d’Ohm permet de ramener la mesure
  - (1) En effet, si h est le champ directeur, à la position initiale, l’équipage mobile est dans la direction de ce champ, qui sera par exemple celui du plan de la bobine (fig. 94). Quand le courant passe, le champ Gi est normal à h et le système mobile se place
  - Cri
  - dans la position résultante OP, déviant d’un angle a donné partga = —. Plus h
  - ®st petit, plus a est grand pour une même intensité de courant, c est-a-dire plus 1 appareil est sensible.
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - d’une différence de potentiel à celle de l’intensité d’un courant, de sorte que les ampèremètres et les voltmètres sont des appareils dont le principe est le même. En effet, si on intercale dans un conducteur AB un ampèremètre, ses indications sont proportionnelles à la différence de potentiel VA — VB et la mesurent en valeur relative. L’appareil constitué par l’ampèremètre et la résistance AB s’appelle un voltmètre. Nous verrons comment on le réalise dans la pratique.
  - * * *
  - Il nous reste maintenant à dire quelques mots des résistances que l’on emploie dans les mesures de laboratoire, et qui sont groupées en boîtes de résistances.
  - Ces résistances sont constituées par des fils de manganèse ou de maillechort enroulés de diverses façons afin de réduire la capacité et la self-induction. Chacune des bobines ainsi constituées a ses extrémités
  - Fig. 97. — Schéma d’une boîte de résistances. '
  - aboutissant à deux tiges, soudées à des blocs métalliques, fixés sur le couvercle de la boîte par des vis et des rivets.
  - Les blocs sont iolés entre eux, et des fiches servent à les mettre en contact. Dans certaines boîtes, toutes les bobines sont en série et sur le couvercle se trouve marquée, devant chaque séparation, la valeur de la résistance qui aboutit aux deux plots voisins. Les fiches mettent les résistances en court-circuit et, pour introduire une résistance, il faut donc enlever la fiche correspondante (fig. 97).
  - Dans d’autres appareils, on réalise au contraire la disposition indiquée figure 98, et on n’emploie qu’une seule fiche. En plaçant la fiche en 3, le courant allant de A à B traverse une résistance de 3 ohms, par exemple. On peut réaliser sur ce principe des boîtes à décades (fig. 99), n’utilisant que peu de fiches, mais comportant un grand nombre de bobines.
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - 12 X
  - On diminue le nombre de résistances en composant les boîtes de résistance comme les boîtes de poids, i, 2, 2, 5, 10, 20, 20, 50,100, 200, 200,
  - Fig. 99. — Boîte de résistances à décades.
  - Fig. xoo. — Combinaison Feussner.
  - 5oo, etc., ou d’autres combinaisons, en groupant convenablement les résistances, par exemple la combinaison Feussner (fig. 100) qui demande cinq bobines par décade de neuf résistances, ou ta combinaison Carpentier, qui ne nécessite que quatre résistances (fig. 101).
  - * *
  - L’étude des diverses méthodes de mesure sortirait du cadre de ce livre, et le lecteur pourra se reporter à leur sujet aux ouvrages spéciaux.
  - Lisons simplement que l’on peut les grouper en deux classes: méthode de déviation et méthode de zéro.
  - Dans les méthodes de déviation, l’appareil est étalonné une fois pour toutes, et la grandeur à mesurer est connue par une simple lecture si l’on a déterminé préalablement la loi de proportionnalité eutre cette valeur et celle de la déviation.
  - Dans les méthodes de zéro, au contraire, il faut disposer d’un étalon de la grandeur à mesurer. On réalise alors un montage tel que 1 action de cet étalon sur l’appareil de mesure soit de sens oppose a celle de la grandeur u mesurer, et on ramène l’appareil de mesure au zéro. Dans la plupart des cas, l’appareil de mesure est un galvanomètre que 1 on ramene au zéro en agissant sur des résistances ; le rapport de la grandeur à mesurer à ta grandeur étalon de même espèce est donne par le rapport des deux resistances employées.
  - Fig. 101. — Combinaison Carpentier.
  - V
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- - \
  - 122
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - * * *
  - Nous avons vu que les trois grandeurs électriques fondamentales : intensité, résistance et force électromotrice, sont reliées par la loi d’Ohm, de sorte que, si l’on veut effectuer des mesures absolues en fonction des unités C. G. S., il suffit de déterminer les étalons de deux seulement de ces grandeurs. On a choisi l’ampère (unité d’intensité) et l’ohm (unité de résistance) et, par conséquent, le volt (unité de différence de potentiel) est une unité secondaire.
  - Pour déterminer l’ampère en valeur absolue, il faut pouvoir évaluer l’intensité d’un courant en fonction des unités de longueur, temps et masse, qui sont les unités fondamentales. On peut y arriver en se servant des actions mécaniques qu’exercent entre eux des circuits parcourus par des courants.
  - Si un circuit mobile parcouru par un courant i est placé dans le champ créé par une bobine parcourue par ce même courant, les forces qui s’exercent entre ces deux circuits sont proportionnelles au carré de l’intensité i, le facteur de proportionnalité ne dépendant que des dimensions géométri-
  - ques des circuits et, par suite, étant calculable en fonction de l’unité de longueur. Comme, d’autre part, on peut mesurer par une balance et des poids la force exercée entre les deux circuits, le problème est résolu. L’appareil est appelé électrodynamomètre.
  - Fig. 102. — Ampère-étalon.
  - La figure 102 montre un ampère-étalon. On voit nettement la grosse bobine fixe à l’intérieur de laquelle se déplace, solidaire d’un fléau de balance, une bobine mobile que l’on ramène à sa position d’équilibre, en ajoutant des poids dans le plateau.
  - Pratiquement, un courant de 1 ampère est un courant qui dépose im3,n8 d’argent par seconde dans l’électrolyse (voir chapitre VI). C’est 1 ’ampère international, qui est inférieur de 2 à 3 dix-millièmes à l’ampère, vrai défini par les électrodynamomètres.
  - Pour mesurer la résistance en valeur absolue, on se sert de la loi
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - 123
  - d Ohm, e = ir, en produisant une force électromotrice calculable et en mesurant l’intensité du courant résultant.
  - Les seules forces électromotrices mesurables sont les forces electromo-trices d’induction. On les produit par la rotation d’un cadre de surface et de nombre de tours connus, tournant dans un champ magnétique connu avec une vitesse de rotation également connue.
  - Cette force électromotrice donne naissance dans un conducteur à un courant i que l’on mesure par ses actions magnétiques par exemple et, £
  - •comme r = -, on a la mesure absolue de r.
  - 1
  - Pratiquement, Y ohm international est la résistance à o° d’une colonne de mercure de io6cm,3 et de masse 14^,4521. L’ohm international est supérieur de 3 à 5 dix-millièmes à l’ohm vrai.
  - Quant au volt international, c’est la différence de potentiel qui existe •entre les extrémités d’une résistance de 1 ohm international parcourue
  - par un courant d’un ampère international.
  - Pratiquement, le volt international est les ^ QIg^ ^orce électromotrice de l’élément Weston (voir chapitre VI).
  - * * *
  - Ces trois grandeurs électriques, comparées directement aux unités fondamentales, suffisent pour permettre de mesurer toutes les autres en valeur absolue. Si Ton connaît l’intensité d’un courant en valeur absolue, °n peut, grâce à une bobine de dimensions connues, créer en un point de 1 espace un champ magnétique connu en valeur absolue et, par conséquent, mesurer en gauss un champ magnétique inconnu en déterminant son rapport au champ-étalon. De même, connaissant en valeur absolue 1 intensité d un courant et la différence de potentiel aux bornes d’un circuit, on peut mesurer en ergs-seconde la puissance consommée dans le circuit, etc.
  - * * *
  - Lorsque nous avons introduit la notion de courant électrique, en considérant d’abord la décharge d’un condensateur, puis ensuite 1 action d une force électromotrice appliquée aux deux extrémités d’un circuit conduc-teur, nous avons implicitement supposé que les deux sortes de phénomènes étaient identiques.”
  - Pour que cette identité soit absolument établie, il faut que la propriété essentielle du courant électrique : la production d’un champ magnétique
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- - 124
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - puisse être mise en évidence par le déplacement de charges électriques, par ce que l’on appelle un courant de convection.
  - C’est ce que Rowland, puis Bender et Crémieu ont nettement mis en évidence. Le principe de leurs expériences est le suivant : l’une des armatures A d’un condensateur plan peut tourner très rapidement autour d’un axe perpendiculaire (fig. 103). Si la charge portée par le plateau A est entraînée par ce plateau dans son mouvement de rotation, elle équivaudra à un certain courant électrique et devra produire à son voisinage un champ magnétique H que l’on pourra mesurer. C’est bien ce que l’expérience a vérifié, de sorte que l’on peut dire que le champ magnétique créé par des charges électriques en déplacement est identique au champ magnétique créé Par des conducteurs parcourus par des courants.
  - On admet d’ailleurs aujourd’hui que, dans tous les cas, le champ magnétique est effectivement dû au déplacement de charges électriques, d’électrons, qui, dans les conducteurs, existent à l’état libre, en dehors des atomes, et s’y meuvent en temps normal d’un mouvement désordonné, comme les molécules d’un gaz à l’intérieur du récipient qui les renferme.
  - Lorsque l’on établit entre les bornes du conducteur un champ électrique, sous l’influence de cette force d’orientation, les électrons se déplacent d’un mouvement d’ensemble parallèle au champ et de sens opposé : le courant électrique se manifeste.
  - Nous montrerons également plus loin que cette analogie avec le mouvement des molécules d’un gaz se pousse très loin. En particulier, si on augmente la température, les mouvements des électrons deviennent plus intenses et peuvent être suffisants pour leur permettre de vaincre les forces électrostratiques et de s’échapper du métal. C’est l’émission thermoionique, dont les applications pratiques sont considérables.
  - Il
  - + -
  - + -
  - + -
  - +
  - + -
  - + H CT -
  - + -
  - -
  - + -
  - + -
  - + -
  - + -
  - A' B'
  - Fig. 103.
  - Nous avons vu que les phénomènes d’induction permettent de définir la différence de potentiel d’une façon indépendante de la définition à laquelle conduit l’étude des phénomènes électrostatiques, et nous avons dit à ce moment que l’on avait été amené ainsi à constituer deux systèmes d’unités : unités électrostatiques et unités électromagnétiques, le passage de l’un des systèmes à l’autre se faisant par l’intervention d’un coefficient c.
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- - APPAREILS DE MESURES, UNITÉS
  - 125
  - Nous allons dire quelques mots de la détermination du rapport des unités électrostatiques et électromagnétiques.
  - En principe, il suffit de mesurer une même grandeur dans l’un, puis dans l’autre des systèmes. En pratique, on n’a opéré expérimentalement que sur la différence de potentiel et la capacité.
  - Le principe de la mesure est très simple. Dans le cas d’une différence de potentiel, on mesure celle-ci d’une part à l’aide d’un électrometre absolu (mesure en unités électrostatiques) et d’autre part en évaluant à l’aide d’un électrodynamomètre absolu le courant qu’elle produit dans une résistance -étalon (mesure en unités électromagnétiques).
  - On trouve ainsi que le rapport c est égal à 3 x io10.
  - D’autre part, on peut calculer facilement, en fonction de c, la valeur d’une grandeur électrique quelconque évaluée dans l’un ou l’autre des deux systèmes.
  - On obtient alors le tableau suivant, dans lequel nous avons indiqué egalement la valeur dans les deux systèmes des unités pratiques-
  - Quantité d’électricité. . 1 u.é.m. =3 . io10 u.é.s.; 1 coul. = -L u.é.m. = 3. io9 10 u.é.s.
  - Intensité de courant . . 1 u.é.m. =3. io10 u.é.s.; 1 amp. = — u.é.m. = 3. io9 10 u.é.s.
  - Différence de potentiel. r i u.é.m. = u.é.s.; 3.1010 1 volt = 1 io8 u.é.m. = 3. IO2 u.é.s.
  - Capacité . . 1 u.é.m. =9.1020 u.é.s.; x farad = —L u.é.m. =9. xo11 IO9 u.é.s.
  - Résistance I 1 ohm = I u.é.s.
  - 9. IO20 9.1011
  - Coefif. de self-induction. , 1 iu.e.m.= u.é.s.; 9. IO20 1 henry = 1 io9 u.é.m. = 9. IOu u.é.s.
  - C’est justement sur l’identité du rapport c et de la vitesse de la lumière que Maxwell fonda en 1865 la théorie électromagnétique de la lumière, car il montra théoriquement que la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide est égale au rapport c. Il en déduisit également que les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques, ce que les expériences sur les ondes hertziennes ont vérifié définitivement.
  - * * *
  - Dans les chapitres précédents, nous avons cherché à exposer aussi succinctement que possible les lois essentielles de l’électricité que nous pourrions appeler l’électricité classique. L’ordre suivi nous a permis d introduire les notions fondamentales auxquelles nous serons amenés a nous référer dans la suite de cet ouvrage.
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- - 126
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Dans les dernières années, des phénomènes nouveaux ont conduit à compléter et parfois même à reviser les conceptions électriques classiques. Nous n’y avons fait que de brèves allusions jusqu’à présent, afin de ne pas compliquer et alourdir l’exposé, mais, comme leur importance pratique est de jour en jour plus grande, nous avons cru devoir leur consacrer une série de chapitres spéciaux dans lesquels nous avons cherché à résumer aussi clairement que possible l’état actuel de nos connaissances sur chacun de ces sujets qui nous font pénétrer peu à peu dans le mécanisme intime des phénomènes électriques.
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- - CHAPITRE VIII
  - LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
  - r°duction des oscillations par décharge d’un condensateur. — Période. — Oscillations amorties. — Oscillations entretenues. — Transformation des courants de haute fréquence. ' Montage Testa. — Montage Oudin. — Phénomènes dans l’espace environnant.— Champ oscillatoire. — Déplacement des lignes de force. — Mécanisme de la propagation des ondes. — Vérifications expérimentales de la théorie. — Expériences de Fessen-den et de Hertz. — Oscillateur de Hertz. — Résonateur de Hertz. — Ondes stationnaires. — Analogies avec les ondes lumineuses. — Vitesse de propagation. — Propagation superficielle des courants de haute fréquence dans les fils. — Relation de Maxwell. -— La gamme des radiations, des oscillations électriques aux rayons v.
  - Nous avons supposé au début de ce livre que le courant électrique, lorsqu’il circule dans un circuit conducteur, se comporte d’une façon analogue celle d’un courant d’eau dans une canalisation, s’écoulant constamment dans la même direction. Par exemple, la décharge d’un condensateur donne lieu à un déplacement d’électricité se traduisant par un courant allant de 1 armature chargée positivement .à l’armature chargée négativement.
  - Lord Kelvin a montré que le processus de la décharge est complètement différent si les deux armatures sont réunies non plus par un fil ordinaire, ^ais par l’intermédiaire d’une bobine, en un mot s’il y aune self-induction notable intercalée dans le circuit. C’est qu’en effet, dans ces conditions, il y a production dans la bobine d’un champ magnétique, et ce phénomène modifie entièrement les conditions expérimentales, ainsi qu il
  - a_______________„ s a----------
  - +++++++- 553c
  - B _n--------jjj B______________
  - a b
  - Fig. 104. — Décharge oscillante d’un condensateur.
  - V
  - est facile de s’en rendre compte. Quand la décharge commence à se Produire, le courant dans la bobine C circule tout d’abord comme indique la figure 104, a. Mais alors il crée un champ magnétique dans ta bobine et, lorsque la décharge est complète, le courant a atteint sa valeur
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - maxima et le champ magnétique également (fig. 104, b). A ce moment, le courant s’éteint dans la bobine dans laquelle, par suite, le champ magnétique diminue d’intensité. La variation du flux magnétique qui en résulte a pour conséquence, d’après les lois de l’induction, la production d’une force électromotrice induite qui tend à s’opposer à cette variation ; par conséquent, le courant continuera à passer dans le même sens, chargeant B positivement et A négativement jusqu’àce que l’état représenté figure 104, c soit atteint, c’est-à-dire que le courant se soit annulé, les charges sur les armatures du condensateur étant alors inversées. Le même phénomène se produit alors, mais en sens inverse, et, s’il n’y avait pas de pertes d’énergie par échauffement du fil et radiation d’énergie dans l’espace environnant, l’oscillation des charges continuerait indéfiniment, comme celle d’un pendule sans frottement.
  - La période d’oscillation T, si la résistance du circuit n’est pas trop grande, est donnée par la formule simple :
  - T = 2 7T X'ËC,
  - L étant la self-induction de la bobine et C la capacité du condensateur (1). C’est-à-dire que le nombre d’oscillations par seconde n est égal à :
  - 1
  - n _ -----==.
  - 2 tt y lc
  - Remarquons d’ailleurs que, par suite de la déperdition d’énergie, l’intensité du courant dans le circuit diminue notablement à chaque oscillation et sa courbe a une forme analogue à celle représentée par la figure 105. Ce sont ce que l’on appelle des oscillations amorties. Nous verrons, dans le chapitre sur la télégraphie sans fil, que l’on peut par différents procédés obtenir des oscillations entretenues qui sont alors de véritables courants alternatifs de haute fréquence.
  - En effet, on peut voir, d'après la formule précédente, que des fréquences de l’ordre de 100 000 par seconde sont aisément réalisables avec des capacités et des self-inductions courantes. Pour produire ces courants, un des dispositifs les plus simples est représenté figure 106 : le con-
  - (1) Si la résistance n’est pas négligeable, la formule est :
  - Fig. 105. — Amortissement des courants de haute fréquence.
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- - 129
  - LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
  - densateur C a ses armatures reliées aux extrémités P, Q du secondaire d’une bobine d’induction S; le circuit de décharge est constitué par un gros fil dont quelques spires forment la self- P
  - induction L. Deux petites sphères métalliques, E, E' constituent ce que l’on appelle Véclateur. Le fonctionnement est le suivant : la bobine charge le condensateur ; quand la différence de potentiel entre ses armatures est suffisante, une étincelle jaillit entre E et E' et la décharge oscillante s’établit comme si on avait réuni les deux boules par un conducteur de faible résistance. Par suite delà grande self-induction du secondaire de la bobine, les courants de haute fréquence ne peuvent y circuler et, bien qu il soit en dérivation sur le circuit de décharge, il ne joue aucunement dans le phenomene,
  - Fig. 106. — Production des courants de haute ' fréquence.
  - Ayant ainsi réalisé des courants alternatifs de haute fréquence, rien n empêche de les transformer comme des courants alternatifs ordinaires.
  - C’est ce que Tesla réalisa pour la première fois. Le montage T esta est extrêmement simple, comme l’indique la figure 107. La self-induction du circuit de décharge L joue le rôle de primaire d'un transformateur sans jer dont le secondaire T comprend dix à vingt fois plus de spires. Entre les deux extrémités A et B de ce secondaire, on peut obtenir des différences de potentiel de 1 ordre de 100 000 à 1 000 000 de volts.
  - A’n autre dispositif, dit montage Oudin, est représenté figure 108. La self L' circuit secondaire S est constituée par un certain nombre de spires de ta self L du circuit P. Nous aurons l’occasion de revenir sur ces divers Montages dans le chapitre sur l’électricité médicale. Signalons simplement 1C1 que ces courants de haute fréquence et de haut voltage sont inoffensifs P°ur l’organisme, ce qui peut paraître surprenant à première vue. Il semble fi116, de même que l’œil n’est plus sensible pour des vibrations lumi-neuses extrêmement rapides, que l’oreille ne saisit plus les sons suraigus ^ igneron. — Électricité. 9
  - Fig. 107. — Montage Tesia.
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- - 13°
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - au-dessus de 40 000 vibrations par seconde, les nerfs moteurs et sensitifs ne sont plus excités par des oscillations électriques dont la fréquence dépasse 30 000 par seconde, bien que l’organisme en général ressente une action
  - utilisée dans le traitement de cer-
  - A
  - taines maladies.
  - Quittant maintenant le système générateur d’oscillations électriques, nous allons porter notre at: tention sur l’espace environnant. Le courant alternatif qui parcourt le circuit oscillant produit à son voisinage un champ magnétique alternatif ; les différences de potentiel alternatives qui existent entre ses pointes créent également un champ électrique alternatif, ces deux phénomènes, champ électrique variable et champ magnétique variable, étant d’ailleurs inséparables l’un de l’autre. Voyons comment ils se propagent dans l’espace. A cet effet, considérons deux conducteurs, A et B, chargés : A négativement et B positivement. Le champ électrique qu’ils produisent dans l’espace est représenté figure 109, a (on n’a représenté, pour plus de simplicité, que la moitié des lignes de force). S’il se produit une étincelle entre les deux pointes, la charge que porte A se dirige vers le bas et celle que porte B vers le haut.
  - Les lignes de force se déplacent donc vers l’intérieur, les extrémités qui sont sur les conducteurs se dirigeant dans le même sens que les charges.
  - Mais, d’après ce que nous venons de aire, le mouvement des lignes de force crée un champ magnétique, et celui-ci confère au système des lignes de force électriques une sorte d’inertie qui fait que, lorsque ces lignes arrivent à la coupure AB, au lieu de s’arrêter, elles continuent leur mouvement et dépassent leur position d’équilibre. Les charges suivent et finalement les conducteurs se trouvent avoir échangé leurs charges ; B est alors chargé négativement et
  - Champ oscillatoire engendréjpar l’éclateur.
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- - LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
  - 131
  - A positivement. Quand la moitié des lignes de force ont traversé la coupure, 1 état du champ électrique est celui représenté figure 109, b, toutes les lignes de force se déplaçant à ce moment de droite à gauche. Lorsque les charges sont inversées, le champ électrique est celui représenté figure 109, c. On voit que les lignes de force ont passé simplement de droite à gauche des conducteurs. A ce moment, les mêmes phénomènes se reproduisent, mais en sens inverse.
  - * * *
  - Une caractéristique importante de la décharge est l’inertie, la sorte de viscosité du milieu dans lequel se déplacent les lignes de force électriques et qui est due à la production d’un champ magnétique résultant de leur mouvement. Si on voulait se représenter grossièrement le phénomène grâce à une analogie matérielle, on pourrait assimiler les lignes de force à des cordes pesantes dont les extrémités glissent sur deux tringles (les conducteurs), ces cordes se déplaçant dans un milieu résistant, comme Un liquide visqueux.
  - * * *
  - Cette image permet de comprendre plus facilement ce que nous allons dire maintenant. Dans la décharge telle que nous- venons de 1 étudier, 1 énergie se dissipe entièrement sous forme calorifique dans le conducteur, 3- condition que cette décharge soit suffisamment lente. Supposons maintenant, ce qui est le cas en télégraphie sans fil, que la décharge donne lieu a des oscillations très rapides. Le phenomene se complique alors.
  - En effet, considérons une ligne de force en particulier (fig. no, 1). Pendant la décharge, les charges électriques se déplacent en sens inverse, de A vers a €t de B vers b. Une ligne de force tend donc à se resserrer progressivement pendant que ses extrémités s’approchent de a et b (fig. 110, 2 et 3).
  - A
  - U
  - Bl
  - 1
  - A, A, A,
  - A,
  - a
  - +
  - b
  - 3,
  - b,
  - +
  - Bl
  - 2
  - Bl
  - 3
  - Bl
  - 4
  - Bl
  - 5
  - Fig. ixo. — États successifs d’une ligne de force.
  - Euis les charges continuent à se déplacer en allant de b vers B pour les positives et de a vers A pour les négatives.
  - Il y a donc tendance à la création d’une nouvelle ligne de force dans sens bca et à la conservation de l’ancien état traduit schématiquement
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - par l’existence de la ligne de force considérée, d’où sectionnementJde la ligne de force en c (fig. iio, 4). La ligne de force primitive se! ferme alors en une boucle qui s’élargit en se déplaçant dans le sens de propagation (fig. 110, 5).
  - Le phénomène se reproduit à chaque alternance : à mesure qu’une boucle se détache et se propage en s’élargissant, une nouvelle ligne de force se crée, se déforme et se détache à son tour pour suivre la précédente, ' la vitesse de propagation de ces ondes étant égale à celle de la lumière.
  - * * * ^
  - Si on veut une représentation plus complète du mécanisme de la radiation, on obtient alors les courbes représentées figure m, qui donnent huit états d’une demi-oscillation d’après les indications du calcul, 1 es
  - Fig. m. —• Propagation des ondes.
  - lignes de force initialement à droite de AB étant figurées en traits pleins, celles à gauche en traits ponctués.
  - Remarquons d’ailleurs que la propagation de ces lignes de flux électrique donne naissance à un flux magnétique dont la direction est perpendiculaire à la fois à la direction du flux électrique et à celle de propagation. A grande distance, la surface sur laquelle sont répartis tous les états de même phase, dans le milieu, c’est-à-dire que l’on appelle la surface d’onde, est une sphère ayant pour centre le centre de ab.
  - * * *
  - La décharge oscillante des condensateurs, étudiée mathématiquement par lord Kelvin en 1853, fut vérifiée expérimentalement
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  - LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
  - en 1857 Par Feddersen qui put mettre en évidence à 1 aide d un miroir tournant le caractère oscillatoire de l’étincelle de décharge d un condensateur, En 1865, Maxwell, théoriquement encore, établit l’identité des oscillations électriques et des phénomènes optiques, mais ce n est qu’en 1888 que Hertz montra expérimentalement l’existence des radiations électromagnétiques. Ainsi donc, ce chapitre de 1 électricité donne deux exemples curieux d’anticipations hardies de la théorie sur 1 expérience. Nous allons dire quelques mots des expériences de Hertz.
  - Ce physicien chercha à réaliser, avec les radiations électriques, les memes phénomènes que ceux obtenus avec les radiations lumineuses. L idée était la suivante : si ces deux radiations si différentes d’origine et d allure se comportent de la même façon dans tous les cas, et si leurs vitesses de propagation sont les mêmes dans les différents milieux, on est en droit de conclure à leur identité, et par suite l’optique et 1 électricité se rejoignent et le mécanisme profond de leurs phénomènes est le même.
  - Pour réaliser avec les ondes électriques des expériences optiques, il faut évidemment que les longueurs d’onde soient du même ordre de grandeur, afin que les miroirs, prismes et lentilles « électriques » n aient pas des dimensions exagérées.
  - * * *
  - Si nous nous reportons à la formule simple de Kelvin donnant la période des oscillations électriques, on voit que, pour réduire cette période, il faut que la self et la capacité du système oscillant soient très petites. Aussi Hertz fut-il conduit à donner à son oscillateur une forme particulière.
  - Son appareil se composait de deux capacités B (simples plaques métalliques carrées de 40 centimètres de côté placées à 60 centimètres l’une de i autre et portant deux boules de métal de 2 à 3 centimètres de diamètre) (fig. 112) réunies aux t’ornes du secondaire d’une bobine d’induction. La durée d’oscillation de ce système est d’environ 1)8 X 10-8 seconde, et, la vitesse de propagation étant celle de la lumière, 3 X io10 centimètres par seconde, la longueur d onde X donnée par la formule
  - 1 = vt
  - Fig. 112. — Oscillateur ds Hertz.
  - est donc de 5m,4 environ.
  - Le phénomène oscillatoire qui prend naissance dans l'excitateur n est *Lailleurs pas modifié par la présence du secondaire de la bobine d indue-
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - tion qui constitue une dérivation de résistance et de self-induction considérables par rapport à la résistance et à la self-induction du circuit de l’excitateur. Au moment où la décharge se produit, le circuit AB se trouve en effet fermé par l’étincelle et sa résistance devient très faible.
  - Quand les oscillations se produisent dans le circuit AB, le milieu extérieur est le siège de perturbations énergiques que Hertz mit en évidence par l’emploi d’un résonateur constitué par un cercle de cuivre d’environ 35 centimètres de diamètre, présentant une coupure étroite. En donnant à ce cercle des dimensions convenables, on peut l'accorder avec l’excitateur, c’est-à-dire que, dans ces conditions, il vibre à l’unisson de l’excitateur de la même façon qu’un tuyau sonore ébranlé par un diapason émettant un son de même hauteur, d’où le nom de résonateur donné à l’appareil.
  - Les courants induits qui s’y créent, et qui ont même fréquence que ceux de la décharge oscillante, provoquent, à la coupure du résonateur, la production d’un flux d’étincelles qui sont toujours très petites, mais que l’on décèle au moyen d’un micromètre à étincelles constitué par une vis pointue que l’on approche plus ou moins d’une boule (fig. 113).
  - L’orientation du résonateur par rapport à l’oscillateur n’est pas indif-
  - Fig. ii3. — Résonateur de Fig. 114. — Orientation du résonateur par rapport à
  - Hertz. l’oscillateur. *
  - férente ; il faut que sa coupure soit parallèle à celle de l’oscillateur, c’est-à-dire que les oscillations pourront être décelées quand le résonateur sera dans les positions 1 ou 3 (fig. 114), tandis qu’on n’observera rien quand il sera dans la position 2 (1).
  - * * *
  - Pour mettre les ondes électriques en évidence, Hertz s’est appuyé sur le phénomène des ondes stationnaires.
  - (1) Cela tient à ce que les ondes électromagnétiques sont polarisées, c’est-à-dire que le déplacement électrique est, pour des points situés dans le plan équatorial, dirigé dans une seule direction, celle qui est parallèle à l’oscillateur.
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  - 135
  - 0
  - V
  - V'
  - XN1''--
  - Ô
  - Voici en quoi il consiste : Supposons que des ondes viennent se réfléchir sur un miroir plan, normal à l’axe de propagation; les ondes réfléchies, dans leur déplacement en sens inverse, interfèrent avec les ondes directes, de sorte que le
  - milieu dans lequel elles Qy ^
  - se propagent sera au repos en certains points appelés nœuds (là où les deux vibrations de direction inverse sont égales et de sens opposé) et |N
  - au contraire en état de vibration intense en d’autres appelés ventres (là où les deux vibrations s’ajoutent). Le phénomène est le même que celui bien connu en acoustique dans la vibration des cordes, la réflexion des ondes sonores sur les murs, et en optique, dans les interférences. La figure 115 montre -graphiquement le phénomène.
  - Le miroir, dans le cas des ondes hertziennes, est constitué par une plaque métallique MN. On constate, en déplaçant le résonateur suivant la ligne OP, qu’il existe une série de plans, V, V', etc., où les étincelles sont particulièrement brillantes, et une série de plans intermédiaires, également équidistants, N, N’, où elles deviennent imperceptibles (1).
  - Fig. 115. — Formation des ondes stationnaires.
  - Les expériences de Hertz sont fondamentales, car les ondes stationnaires ainsi mises en évidence ne peuvent être dues qu’à des phénomènes d’interférence qui nécessitent l’existence d’ondes périodiques se déplaçant dans le milieu avec une vitesse finie qu’il est possible de calculer et que l’on a trouvée égale à celle de la lumière.
  - Lanalogie avec les ondes lumineuses est évidente ; aussi a-t-on cherché à reproduire avec les ondes hertziennes les principaux phénomènes de l’optique. C’est ainsi qu’au lieu d’une surface plane, on opère la réflexion sur une surface de courbure convenable, de manière à déterminer des layons électriques comme on concentre des rayons lumineux. L’un des dispositifs de Hertz consiste à placer l’axe de l’excitateur suivant la ligne
  - (1) D’ailleurs, suivant que l’on donne au condensateur 1 orientation 1 ou 3. °n trouve que les nœuds et les ventres s’intervertissent mutuellement. Cela tient à ce Que nous avons dit plus haut, qu’il y a deux phénomènes oscillatoires simultanés . ondes électromagnétiques et ondes électrostatiques, qui sont à angle droit et dont 1 un est nul quand l’autre est maximum.
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  - focale d’un cylindre parabolique en zinc (fig. 116) de 2 mètres de haut et im,2 d’ouverture. On obtient ainsi un véritable rayon que l’on peut recevoir sur un second miroir identique au premier, les deux axes étant en coïncidence, et on répète l’expérience bien connue des deux miroirs conjugués. On montre ainsi que le mouvement vibratoire est concentré sur la ligne focale du second miroir.
  - On peut également faire réfléchir le rayon sur un plan métallique et constater que l’angle d’incidence est égal a l’angle de réflexion.
  - En se servant d’une prisme en asphalte de im,5o de haut et 30° d’angle, Hertz a montré que excitateur le rayon est dévié vers la base, et il a pu déterminer l’indice de réfraction électrique de l’asphalte.
  - Les successeurs de Hertz, Righi et Lebedew en particulier, sont arrivés à produire des ondes électriques dont la longueur d’onde est de l’ordre de quelques centimètres seulement, et ils ont pu, avec des appareils moins volumineux, reproduire tous les phénomènes de l’optique (polarisation, diffraction, interférences, etc.).
  - Fig. 116.— Miroir hertzien.
  - Pour que l’identité entre les ondes électriques et les ondes lumineuses soit complète, il faut que leur vitesse de propagation soit la même et, d’autre part, qu’il existe une relation définie entre les propriétés électriques et les propriétés optiques des milieux dans lesquelles elles se propagent.
  - La détermination de la vitesse de propagation a été l’objet de nombreuses expériences, depuis celles de Hertz jusqu’à celles, plus récentes, de Blondlot et d’Abraham, Dufour et Ferrié. Ces derniers expérimentateurs ont mesuré le temps mis par les signaux de télégraphie sans fil pour aller de France en Amérique.
  - Toutes les mesures ont confirmé les résultats de la théorie de Maxwell : la vitesse de propagation est la même, aux erreurs d’expérience près, que celle de la lumière, soit 300 000 kilomètres par seconde. Mais elles ont montré également que cette vitesse est la même, que la propagation ait lieu dans l’air ou, au contraire, le long d’un fil métallique. Nous verrons, .dans le chapitre sur la télégraphie et la téléphonie, que, pour les courants électriques ordinaires, il n’en est pas de même, et que la propagation d’un courant dans un fil de grande longueur prend parfois un temps considérable.
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  - 137
  - * * *
  - La conclusion que l’on tire immédiatement de ce dernier résultat est ^ue *e conducteur n'intervient pas dans la propagation des °ndes électriques et que, en réalité, la propagation a lieu par le milieu qui entoure le fil, celui-ci ayant simplement pour rôle de drainer les oscillations dans ce milieu dans une direction déterminée.
  - Voici comment on peut se rendre compte du phénomène. Quand un conducteur est le siège de courants de haute fréquence, les parties profondes sont protégées par l’induction des parties superficielles qui tend à 5 faire naître des courants de sens contraire au courant superficiel.
  - Le courant que l’on observe, et qui est la résultante de la composition du courant principal et des courants induits, va donc en décroissant de la Périphérie vers le centre, d’autant plus vite que les phénomènes d’induction sont plus intenses, c’est-à-dire que la fréquence est plus grande. Insensible P°ur les courants alternatifs de basse fréquence dans les conducteurs de dimensions courantes, ce phénomène devient très appréciable pour le courants de haute fréquence, qui tendent alors à se localiser dans une couche mince à la surface du conducteur.
  - Pour fixer les idées, nous dirons que pour des fréquences de l’ordre de ioo millions par seconde, couramment réalisées en télégraphie sans fil, fe courant se trouve localisé, pour un conducteur de cuivre, sur une épaisseur de 29 millièmes de millimètre. C’est-à-dire que si l’on recouvre une âme isolante non conductrice d’une pellicule de cuivre de cette épaisseur, la résistance du conducteur ainsi constitué sera la même, pour ces courants.de haute fréquence, que celle d’un conducteur de cuivre plein de même diamètre.
  - Les courants de haute fréquence n’intéressent donc que la surface des c°nducteurs et ne pénètrent pas à l’intérieur. C’est pour cette raison que rtz a pu se servir d’un miroir en zinc dans ses expériences. Bien que conducteur, ce miroir constitue pour les oscillations électriques un corps °paque arrêtant la propagation et permettant aux phénomènes de réflexion de se produire.
  - Remarquons d’aill'eurs qu’il n’y a pas que la résistance des conducteurs °nt la valeur pour les courants de haute fréquence soit différente de la aleur pour les courants continus ou alternatifs ordinaires ; il en est de ^êrne de la self-induction.
  - La théorie de Maxwell, identifiant les ondes électromagnétiques et les °ndes lumineuses, avait prévu les résultats précédents, en particulier
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - l’égalité de leur vitesse de propagation. D’autre part, si, au lieu de se propager dans le vide ou dans l’air, les ondes électromagnétiques se propagent dans un milieu de pouvoir conducteur spécifique (constante diélectrique) K,
  - v ...
  - la vitesse de propagation est —rr ainsi que l’a vérifié l’expérience. Or, la
  - VK
  - vitesse de propagation de la lumière dans un milieu d’indice de réfraction n
  - V y
  - est Si les deux phénomènes sont identiques, on doit donc avoir : n
  - ou :
  - V'k » K = n2.
  - La constante diélectrique d’un corps doit être égale au carré de son indice de réfraction. C’est la relation de Mawxell.
  - C’est bien ce que vérifie l’expérience, comment l’indiquent les quelques nombres ci-dessous :
  - Substances.
  - Soufre......
  - Paraffine
  - Pétrole.....
  - Térébenthine
  - Benzine.....
  - Eau.........
  - K. n2.
  - 4.73 4.89
  - 2,29 2,02
  - 1,92 1,92
  - 2,23 2,13
  - 2,38 2,26
  - 80 79.8
  - * * *
  - L’identité prévue par Maxwell est donc expérimentalement établie : les ondes lumineuses, comme les ondes hertziennes, sont des ondes électromagnétiques et elles ne diffèrent entre elles que par leur longueur d’onde. On peut répéter les mêmes expériences avec les unes et les autres, les théories mathématiques et les équations qu’on en déduit sont les mêmes dans les deux cas.
  - En diminuant les dimensions des oscillateurs, Lebedew, et plus récemment Nichols et Tear, ont pu produire des oscillations électriques dont la longueur d’onde était de l’ordre de omm,2, soit 200 a (le a étant le millième de millimètre). Mais, pour aller plus loin dans le domaine des petites ondes, il faudrait donner aux oscillateurs des dimensions impossibles à réaliser pratiquement : elles seraient de l’ordre des dimensions moléculaires. Heureusement, grâce à l’emploi de la méthode dite des rayons restants, on a pu isoler, dans le rayonnement infra-rouge des sources lumineuses, des radiations dont la longueur d’onde est de 330 ;x, soit un tiers de milli-
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- - LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
  - 139
  - métré, et qui présentent les mêmes propriétés que les ondes hertziennes de 111 eme longueur d’onde.
  - Ainsi donc, si on part des ondes hertziennes dont les longueurs d’onde peuvent atteindre plusieurs dizaines de milliers de métrés, on peut passer graduellement à des ondes de plus en plus courtes qui finalement se confondent avec les ondes infra-rouges des spectres lumineux. C’est-à-dire que les propriétés électriques s’atténuent peu à peu et qu’au contraire les propriétés calorifiques apparaissent progressivement. A ce moment, le physicien ne peut plus construire les systèmes oscillants, mais il les trouve tout faits dans la nature : ce sont les molécules en état de vibration lumineuse . Au fur et à mesure que la longueur d’onde continue à diminuer, les propriétés calorifiques s’évanouissent à leur tour et les propriétés lumineuses s’affirment. Le spectre visible correspond à des ondes dont les longueurs d’onde sont comprises entre 8 et 4 p. Si on continue l’étude plus loin, on arrive aux radiations ultra-violettes, auxquelles seule la plaque photographique est sensible. C’est le domaine des propriétés chimiques, qui s’étend jusqu’aux radiations de longueur d’onde 0,01 a. Plus loin encore, c’est aux phénomènes électriques que l’on revient : aux rayons X, mais alors les radiations ont des propriétés entièrement différentes de .celles des radiations précédentes. Elles ne sont plus déviées par les prismes et les lentilles, on ne peut les réfléchir par des miroirs, niais, par contre, elles traversent les corps solides. Leurs longueurs d onde sont extrêmement petites, et le p (millième de millimètre) devient une unité de longueur beaucoup trop grande ; il faut encore en prendre le millième, le mu, et on trouve alors des longueurs d’onde comprises entre *2 mu et 0,5 mu. Sommes-nous arrivés à la limite? Pas encore, car on a montré, que les rayons* y forment le prolongement de la série des rayons X, mais avec des longueurs d’onde si petites qu’actuellement il n existe aucun moyen de les mesurer.
  - Les résultats que nous venons d’énoncer peuvent être résumés dans le tableau suivant :
  - Radiations. Longueurs d’onde. Propriétés.
  - Oscillations électriques Radiations infra-rouges — lumineuses — ultra-violettes Rayons X 1 Plusieurs milliers de mètres jusqu’à omm,2. 300 |i à 4 g. 4 [x à 0,8 (x. 0,8 [j. à 0,01 (j. 12 W[x à 0,5 Wfx. < 0,5 WJX. Électriques. Calorifiques. Optiques. Chimiques. Électriques.
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- - 140
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - On constate qu’entre les deux domaines de radiations, celui des radiations dites « lumineuses », parce que leur source est une source lumineuse, et celui des radiations X, il existe actuellement une région de discontinuité assez grande dont l’étude expérimentale sera certainement très difficile, soit qu’on considère les radiations qui s’y trouvent comme des rayons X très mous, ou au contraire comme des radiations de l’ultra-violet extrême. Dans les deux cas, ces radiations seront très absorbables et, pour mesurer leur longueur d’onde, les dispositifs utilisés en optique sont trop grossiers (par exemple les réseaux ordinaires), tandis que ceux qui permettent d’opérer sur les rayons X (les réseaux moléculaires) sont au contraire trop fins. Néanmoins, on a pu, qualitativement tout au moins, mettre en évidence l’existence de telles radiations.
  - 1
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- - CHAPITRE IX
  - LE PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ.
  - L’ÉLECTRON
  - I ^ ♦
  - Conductibilité des gaz à la pression ordinaire. — L’étincelle. — Potentiel explosif. — Variations du potentiel explosif en fonction de la distance, de la pression, de la forme des électrodes. — Cas d’électrodes dissymétriques. — Cas d’une pointe et d un plan. L’arc électrique. — Passage de l'électricité dans les gaz raréfiés. — Tube de Geissler.
  - Les diverses régions d’un tube de Geissler. — Répartition du potentiel. Tube de Crookes. — Rayons cathodiques. — Propriétés électriques et magnétiques des rayons cathodiques. — Actions mécaniques. — Les rayons X. — Propriétés. Rayons
  - secondaires. — Mécanisme des rayonnements précédents. — Le rapport — •
  - Principe des méthodes de mesure. — Constance du rapport — • L électron.
  - détermination de la charge de l’électron. — L’effet photo-electrique. Les phénomènes
  - thermo-ioniques. — L’universalité de l’électron. — Phénomènes provoques par les électrons dans les milieux gazeux. — Ionisation. — Conductibilité des gaz. Matérialisation des électrons. — Expériences de Wilson. — Variations de la conductibilité des gaz ionisés. — Interprétation par la théorie des ions. — Ionisation par chocs, détermination directe de la charge de l’électron. — Expérience de Millikan. L inertie de Vélectron. — Le rayon de l’électron. — L’électron, constituant fondamental de la matière.
  - L’étude de la conductibilité des gaz et des phénomènes qui s y produisent lors du passage de l’électricité constitue un des chapitres les plus importants de l’électricité moderne. Elle présente non seulement un intérêt considérable par suite des applications auxquelles elle a donné naissance (rayons X, lumière froide, etc.), mais encore elle a fourni sur la constitution intime de la matière et de l’électricité les renseignements les plus précis que nous possédions à l’heure actuelle. Aussi allons-nous n°us arrêter assez longuement à l’examen de cette question.
  - * * *
  - Commençons par les phénomènes qui se produisent à la pression ordi-uaire. On appelle étincelle le trait de feu qui se forme entre deux conducteurs dont les potentiels sont différents lorsqu’on les approche
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- - I42
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - l’un de l’autre. Cette étincelle peut avoir une forme rectiligne, se présentant sous l’aspect d’un épais trait de feu d’éclat à peu près uniforme lorsque les conducteurs sont très voisins. Si on les éloigne, le trait s’amincit et devient un zigzag. Enfin, si on les écarte encore plus, on voit apparaître l’aigrette, qui rappelle un petit arbre dont la tige porte des ramifications violacées déliées.
  - * * *
  - Le potentiel explosif est la plus grande différence de potentiel qui puisse exister entre deux conducteurs sans que l’électricité passe de l’un à l’autre. Si sa connaissance est fondamentale pour l’étude de l’étincelle, sa détermination est difficile, car beaucoup de facteurs agissent sur lui.
  - C’est ainsi, par exemple, que plus le gaz est sec, plus le potentiel explosif est élevé, parfois trois ou quatre fois plus grand que pour un gaz imparfaitement sec. D’autre part, la forme même des électrodes entre lesquelles jaillit l’étincelle influe également d’une façon considérable sur sa valeur.
  - Supposons d’abord que les électrodes soient des portions de sphères de grand rayon par rapport à la distance qui les sépare, de façon à ce que le champ entre elles soit sensiblement uniforme. On trouve les résultats suivants :
  - i° La nature du métal est sans action sur les résultats, sauf pour le magnésium et l’aluminium, pour lesquels le potentiel explosif est moindre.
  - 2° Pour des distances moyennes des électrodes, le potentiel explosif V est une fonction linéaire de la distance l. On a :
  - V = a + bl.
  - Dans l’air, par exemple, l’expression est :
  - Vvolts = I 170 + 32 000 l,
  - l étant exprimé en centimètres.
  - 30 Pour des distances très petites, la loi précédente ne s’applique plus ; le potentiel explosif présente une valeur, minima pour une certaine longueur lc que l’on appelle longueur critique ; il est plus élevé pour les distances inférieures ou supérieures à lc (fig. 117).
  - 4° A la pression atmosphérique, la longueur critique est d’environ oram,oi, et par suite difficile à mesurer, mais, si on diminue la pression
  - Fig. 117. — Variation du potentiel explosif en fonction de la distance des électrodes.
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ 143
  - jusque vers 1 millimètre de mercure, lc devient alors égal à 8 millimètres environ, et par conséquent est parfaitement mesurable. La longueur critique est en raison inverse de la pression.
  - On peut mettre en évidence la longueur critique en rapprochant les
  - 1800
  - 1200
  - &
  - +->
  - ô
  - >
  - >
  - 600
  - Fig. xi8. — Variation du potentiel explosif en fonction de la distance.
  - électrodes jusqu'à ce que la distance entre leurs parties les plus rapprochées l'une de l’autre soit inférieure à la longueur critique. On constate alors que l'étincelle n'éclate pas entre ces points, mais elle suit un parcours incurvé, et éclate entre deux Points dont la distance est égale à la longueur critique.
  - La figure 118 montre l'allure de la variation du potentiel explosif en fonction de la distance.
  - 5° La variation du potentiel explosif en fonction de lu pression suit une loi analogue à la précédente. Sa valeur diminue quand la pression diminue, jusqu’à une certaine valeur p ,- que nous appellerons pression critique, et qui est fonction de la longueur de l’étincelle.
  - La figure 119 montre la variation du potentiel en fonction de la pression Pour une distance d’étincelle de 3 millimètres environ.
  - Volts
  - Potentiel
  - explosif.
  - 1.000
  - Pression en
  - m.m.de mercure.
  - — Variation du potentiel explosif en fonction de la pression.
  - 10,0007
  - >,0 0 5 0,0075 _ 0,01
  - pd (atmosphères-centimètres)
  - 0,0025
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- - H4
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 6° Quand on modifie la longueur d’étincelle l, la pression critique p<-varie de manière que le produit ipe reste constant. Ce produit est donc une caractéristique d’un gaz donné. Si l est exprimé en millimètres et p en millimètres de mercure, on a lpc = 5,7 pour l’air.
  - 70 Paschen a rassemblé les résultats précédents dans un loi qui porte son nom et que l’on peut énoncer : le potentiel explosif est une fonction linéaire du produit pl :
  - V = a + fi pl,
  - ou, ce qui revient au même : le potentiel explosif ne dépend que de la masse du gaz par unité de surface des électrodes.
  - Carr a montré que la loi de Peschen s’applique également en dessous de a pression critique. Par suite, si la relation entre le potentiel explosif et la pression est connue pour une longueur donnée d’étincelle, on peut le calculer pour toutes les autres longueurs.
  - * * *
  - Lorsque les électrodes sont dissymétriques, ou que leurs surfaces
  - en regard sont petites par rapport à leur distance, le champ qui existe entre elles n’est plus uniforme, et les lois précédentes ne s’appliquent plus.
  - Si l’on prend des sphères de petit diamètre (1 ou 2 centimètres), la relation entre leur distance et le potentiel explosif est sensiblement linéaire quand les distances sont grandes, mais elle est beaucoup plus compliquée pour les courtes distances. La figure 120 donne l’allure de la courbe.
  - Plus lês électrodes ont de petits rayons, plus le potentiel explosif correspondant à une longueur d’étincelle donnée est petit. Les nombres suivants, relatifs à une longueur d’étincelle de 1 mètre, permettent de fixer l’ordre de grandeur du phénomène.
  - Potentiel
  - explosif.
  - 17500
  - 15.000
  - 10.000
  - 5.000
  - longueur
  - d'etincelles en ccd .
  - Fig. 120. —• Potentiel explosif entre petites électrodes sphériques.
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ 145
  - Entre plans indéfinis. Entre sphères de diamètre Entre pointes.
  - jo cm. 10 cm. 5 cm.
  - Potentiel explosif .. . 316 000 v. j 291 OOO V. 219 OOO V. 153 OOO V. 59 500 V.
  - * *
  - Un cas particulièrement intéressant est celui ou 1 une des électrodes est constituée par une pointe,l'autre electrode etantune surface degrandes dimensions, plane par exemple.
  - Dans ces conditions, on constate que, pour que le conducteur qui porte la pointe se décharge, il faut qu’il soit porté à un potentiel minimum qui est une fonction de l’acuité de la pointe, du signe de la charge et de la pression et de la nature du gaz.
  - On trouve également que ce potentiel minimum est environ moitié Joindre quand la pointe est néga-tive que lorsqu’elle est positive. La Variation en fonction de la pression est représentée figure 121.
  - Quand le potentiel minimum est dépassé, il s’établit un courant en-it'e la pointe et la plaque. Nous Verrons que ces résultats ont été utilisés pour la construction de redresseurs de courants.
  - On sait que, lorsqu’un corps Pointu est fixé sur un conducteur en communication avec une source d électricité à haut potentiel, la Pointe décharge partiellement le conducteur. C’est ce que l’on appelle le pouvoir des pointes, la déperdition étant accompagnée d’un déplacement d’air, qui constitue le vent électrique.
  - L’application usuelle du pouvoir des pointes est le paratonnerre, longue tige verticale terminée par une pointe et reliée à l’autre extrémité a une bonne terre, réalisée le plus souvent, comme les terres de télégraphie Sans fil, par une plaque de tôle de fer ou de cuivre enfoncée en terre dans Un sol humide. Nous dirons quelques mots, dans le chapitre sur 1 électricité et le magnétisme terrestres, des phénomènes électriques accompa-Vigneron. — Électricité.
  - Potentiel
  - minimum
  - Pornbe +
  - 3000
  - Poi nte —
  - 2000
  - ____Pression en
  - 100 Cm de mercure
  - Fig. 121. — Potentiel disruptif entre pointe et plaque en fonction de la pression.
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- - 146
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - gnant les orages et contre lesquels le paratonnerre assure une protection assez efficace.
  - * * *
  - Lorsque deux conducteurs sont reliés à une source de potentiel assez importante pour assurer un débit d’électricité notable, si on rapproche leurs extrémités, à un certain moment une étincelle jaillit et un arc s’amorce. Le lecteur trouvera, au chapitre sur l’éclairage électrique, l’étude complète du phénomène de Y arc électrique, ainsi que son explication théorique. Cette étude devrait logiquement prendre place ici, mais nous avons préféré la rapprocher de celle, si importante, de ses applications pratiques.
  - * * *
  - L’étude de l’étincelle électrique nous a montré que l’air oppose au passage de l’électricité une très grande résistance qui ne peut être vaincue que par l’emploi de tensions très élevées. L’air conserve-t-il cette propriété dans tous les cas? En particulier, si on le raréfie dans un espace clos, les phénomènes restent-ils identiques?
  - C’est à cette question que Gassiot, en France, en 1854; Plücker, à Bonn, en 1858, cherchèrent à répondre. Ce dernier eut la bonne fortune de s’adjoindre le concours du célèbre souffleur de verre Geissler, dont l’habileté a facilité considérablement les recherches.
  - Si on fait progressivement le vide dans un tube de verre cylindrique terminé à ses deux extrémités par des électrodes reliées extérieurement à une source à haut potentiel, on observe les apparences successives suivantes.
  - Au début, à la pression atmosphérique, la décharge passe sous la forme d’un trait de feu, accompagné d’un bruit sec caractéristique. Quand la
  - Fig. 122. — Passage de l’électricité dans un tube à vide. Action d’un aimant.
  - pression baisse, le bruit diminue et le trait de feu s’élargit progressivement en changeant de couleur, remplissant le tube d’une teinte violacée si on opère avec l’air. Cette modification commence à se produire aux environs de 10 millimètres de mercure de pression, et, quand on arrive à une pression de 1 millimètre, la lueur emplit toute la largeur du tube et, sur sa longueur, présente, suivant la région, des aspects différents. On a ce
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ
  - 147
  - l’on appelle un tube de Geissler. Si l’on approche un aimant du tube, °n constate que la lueur est sensible à son action et s’incurve comme l’indique la figure 122 : le plan de la courbe est normal au plan passant par la trajectoire initiale et par le champ. En renversant le champ, la trajectoire change de signe.
  - Au contact de la cathode, et sur toute sa surface, on aperçoit une mince couche lumineuse, puis ensuite l’espace obscur de Crookes, la lumière négative et l’espace sombre de Faraday. Cet ensemble, même dans les
  - Espace sombre lumière de GrooKes négative
  - Cathode
  - Coucha lumineuse cathodique
  - espace
  - sombre
  - de Faraday
  - Colonne positive stratifiée.
  - ' à la pompe
  - Fig. 123. — Les diverses régions d’un tube de Geissler.
  - tubes de grande longueur, ne dépasse guère quelques centimètres. Au delà se trouve la colonne positive qui aboutit à l’anode (fig. 123) et qui est stratifiée lorsque l’on opère avec un mélange de gaz.
  - * * *
  - L& distribution du potentiel le long
  - du tube est loin d’être uniforme
  - Cathode
  - espace
  - Colonne obscur lumière e-
  - positive de Faraday négative
  - Fig. 124. — Répartition du potentiel dans un tube de Geissler.
  - elle est caractérisée par une chute brusque au voisinage de la cathode,
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- - 148
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - qui est de l’ordre de grandeur du potentiel explosif minimum dans le gaz qui remplit le tube (environ 340 volts pour l’air) et semble indépendante de la pression et de l’intensité du courant. La figure 124 donne l’allure de la distribution dans le cas d’un tube ne présentant pas de stratifications de la colonne positive (celles-ci se traduiraient par des ondulations de la courbe, les maxima de ces ondulations correspondant aux strates brillantes). La chute de potentiel est linéaire dans la colonne positive et le potentiel reste à peu près constant dans l’espace obscur de Faraday et dans la lumière négative.
  - On définit la résistance d’un tube de Geissler par le quotient de la force électromotrice appliquée par l’intensité du courant qui y circule. Elle dépend des conditions du tube (nature du gaz et pression).
  - Les tubes de Geissler ont reçu des applications industrielles très considérables, que nous étudierons au chapitre sur l’éclairage (tubes de Moore, de Claude, lampe à vapeur de mercure). Le lecteur y trouvera des renseignements détaillés sur le fonctionnement et les caractéristiques de ces appareils.
  - î*s sj: H5
  - Si on continue à faire le vide dans le tube de Geissler, on constate que la luminosité générale diminue peu à peu et qu’en même temps
  - l’espace obscur de Crookes augmente considérablement et, pour des pressions de l’ordre du millième de millimètre de mercure, l’intérieur du tube est tout entier obscur. Parallèlement à ces changements d’aspect, la résistance du tube a décru au fur et à mesure que l’espace obscur de Crookes envahissait le tube, mais, lorsque tout le tube est obscur,
  - si on continue à faire le vide, Fig. 125. — Trajet de la décharge dans un tube de , , . . , , a
  - Geissler la resistance se remet a croî-
  - tre si rapidement que, pour les vides les plus parfaits que nous puissions réaliser, il est presque impossible de pouvoir produire une décharge dans le tube. On a réalisé ce que l’on appelle un tube de Crookes. Bien que tout l’intérieur du tube de Crookes soit obscur, il doit certainement s’y produire certains phénomènes
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ 149
  - En effet, tout d’abord on constate qu’il passe un courant, et ensuite on remarque, sur la paroi de verre opposée à la cathode, une lumière de phosphorescence des parois.
  - Sir William Crookes étudia systématiquement le phéno-rrrène et arriva à la conclu-S1°n que les phénomènes observés doivent être produits Par quelque chose émané de la cathode et se propageant dans le tube à grande vitesse et auquel il donna le nom de rayons cathodiques.
  - * * *
  - Les propriétés principales de ces rayons cathodiques sont les suivantes :
  - i° Les rayons cathodiques se déplacent toujours perpendiculairement a la cathode. Tandis que, pour la décharge dans les tubes de Geissler, la lueur suit un trajet plus ou moins sinueux, mais allant toujours de 1 anode à la cathode, dans les tubes de Crookes, le faisceau cathodique a une direction indépendante de la position de l’anode. C’est ainsi que, dans la figure 125, qui est relative à un tube de Geissler, si on a trois anodes disposées en
  - divers points de l’ampoule, on a un des trois trajets 1, 2, 3, suivant l’anode employée ; dans la figure 126, qui se rapporte à un tube de Crookes, quelle que soit l’anode utilisée, on observe la trace du fais-Fig. 127. — Ombre cathodique. ceau cathodique au meme
  - point P de l’enveloppe.
  - Si on donne à la cathode la forme d’un plan et que l’on interpose sur le La jet du faisceau une croix de mica, on observe l’ombre portée de cette Croix sur les parois de verre (expérience de Coorkes, fig. 127).
  - Si, au contraire, la cathode est constituée par une portion concave de sPhere, on peut arriver à concentrer en un point (le foyer du miroir) le fais-Ceau cathodique qui en émane.
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 150
  - Fig. 128. —Action mécanique des rayons cathodiques.
  - 2° Les rayons cathodiques produisent des phénomènes calorifiques intenses. —- Si on place au foyer d’une cathode sphérique un morceau de platine, on constate sa fusion au bout d’un certain temps. De même, la partie de
  - la paroi de l’ampoule de verre rencontrée par le faisceau s’échauffe, et l’ampoule peut se percer sous l’influence de la pression atmosphérique, par suite du ramollissement du verre.
  - 30 Les rayons cathodiques produisent des actions mécaniques. — On place une petite roue à palettes de mica sur deux tiges parallèles de verre soudées dans une ampoule de Crookes (fig. 128). Les rayons cathodiques viennent frapper les palettes, la roue tourne et se dirige de la cathode vers l’anode.
  - 40 Le faisceau cathodique ^ ^ ----, | Pl
  - est sensible à l’action du champ électrique. — Si on fait passer un faisceau cathodique entre deux plaques Pj, P2 (fig. 129) et que
  - l’on établisse une différence de potentiel entre les deux plaques, on constate que le faisceau est dévié vers la plaque positive ; le point de rencontre avec la paroi de l’ampoule, au lieu d’être en I, vient en Ir
  - 50 Le faisceau cathodique est dévié par le champ magnétique. — Il se comporte comme un courant, c’est-à-dire qu’il est dévié dans une direction perpendiculairement au plan formé par la direction du faîtaeau et le champ magnétique. La figure 130 montre le sens de la déviation.
  - 6° Les rayons cathodiques transportent des charges négatives. — Il suffit, pour s’en rendre compte, de les recevoir à l’intérieur d’un cylindre de Faraday A (fig. 131), relié à un électromètre et protégé des actions d’in-
  - t.....................^
  - anode
  - Fig. 129. — Déviation des rayons cathodiques par un champ électrique.
  - Fig. 130. — Action du champ magnétique sur les rayons cathodiques.
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  - 151
  - Cathode
  - fluence électrostatique par un second cylindre B qui l’entoure et est relié au sol. Le pinceau de rayons cathodiques limité par un écran E ne peut atteindre le cylin-
  - , Are A que lorsqu’il anode
  - est dévié par un aimant. Tant qu’il ne tombe pas sur le cylindre, l’électromètre ne dévie pas ; sitôt qu’on l'amène à rencontrer le cylindre, l’électromètre dévie et
  - à lelectromètre
  - indique une forte Fig. 131.— Mise en évidence delà charge des rayons cathodiques.
  - charge négative.
  - Les propriétés des rayons cathodiques ont permis de conclure qu’ils sont constitués par des corpuscules chargés négativement, expulsés de la cathode avec de grandes vitesses (10 000 à 100 000 kilomètres par seconde), sous l’influence du champ électrique qui produit la décharge.
  - * * *
  - Très longtemps, les rayons cathodiques, malgré leurs remarquables propriétés, ne constituèrent qu’une curiosité de laboratoire. Ils semblaient emprisonnés dans le tube à vide qui leur donnait naissance, sans que l’on puisse espérer les observer à l’extérieur. Même dans le tube, ils sont déjà arrêtés par de très légers obstacles, et la paroi de verre de l’enceinte ne devient phosphorescente qu’intérieurement ; toute l’énergie des rayons Paraît utilisée à la production de cette phosphorescence et à réchauffement de la surface de verre.
  - Cependant, Lenard, s’appuyant sur les observations de Hertz, réussit, en remplaçant une partie de la paroi de verre par une mince feuille d’aluminium, à faire pénétrer dans l’atmosphère les rayons cathodiques qui jusque-là étaient restés enfermés dans le tube. On constata alors que ces rayons extérieurs provoquent la phosphorescence des corps, impressionnent les plaques photographiques et chargent d’électricité négative les c°rps qu’ils rencontrent. Ils sont d’ailleurs rapidement arrêtés par l’air, flu’ils rendent conducteur (ionisation).
  - * * *
  - Les résultats des travaux de Hertz et de Lenard avaient suscité un vif intérêt dans le monde des physiciens. Cet intérêt devint général au com-
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 15^
  - mencement de l’année 1896, à la suite de la découverte fortuite par Rœntgen d’un nouveau rayonnement, auquel il donna le nom de rayons X, et qui est émis par tous les corps sur lesquels vient frapper un faisceau de rayons cathodiques.
  - Les rayons X se manifestent à l’observateur de deux manières principales : d’une part ils agissent sur les plaques photographiques, même à travers des écrans constitués par des substances opaques (métaux, bois, os, etc.) ; d’autre part, ils excitent la fluorescence des corps susceptibles de la donner. Nous verrons au chapitre sur l’électricité médicale les applications de la première propriété, ainsi que les moyens pratiques de produire les faisceaux de rayons X.
  - Les propriétés de ces rayons sont remarquables et totalement différentes de celles des rayons cathodiques qui leur donnent naissance.
  - i° Les rayons X ne sont déviés ni par un champ magnétique ni par un champ électrique.
  - Ils ne sont donc pas constitués par des particules électrisées en mouvement.
  - 20 Les rayons X se propagent en ligne droite et ne sont ni réfléchis ni réfractés par les corps qu'ils traversent.
  - 30 La vitesse de propagation des rayons. X est égale à celle de la lumière.
  - Ces propriétés ont conduit à les considérer comme des ébranlements de l’éther, des ondes électromagnétiques, analogues aux ondes lumineuses, mais dont la longueur est extrêmement petite. En fait, Laüe, en 1912, en utilisant les réseaux cristallins dont les distances réticulaires sont de l’ordre de quelques unités Angstrom, a pu produire des phénomènes de diffraction qui ont permis de calculer la longueur d’onde des rayons X, qui est de l’ordre de quelques dixièmes d’Angstrom, c’est-à-dire que leurs fréquences sont de l’ordre de io19. Nous reviendrons plus loin sur ces résultats.
  - * * *
  - Lorsque les rayons X rencontrent un obstacle, ils provoquent l’émission d’un nouveau rayonnement, appelé rayons secondaires.
  - Ce rayonnement est complexe et se compose :
  - i° Pour la plus grande part, de rayons X secondaires ;
  - 20 D’une émission de particules électrisées négativement, se déplaçant à grande vitesse, c’est-à-dire de rayons cathodiques.
  - Les rayons X secondaires se subdivisent en deux groupes : les rayons X diffus et les rayons X caractéristiques.
  - Les rayons X diffus sont analogues aux rayons incidents et peuvent être
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ
  - 153
  - considérés comme des rayons qui ont été déviés par le corps sur lequel ils sont tombés. Les diverses substances ne diffusent pas les rayons X de la même manière, et on ne connaît pas de relation entre la diffusion et le Poids atomique du corps en expérience.
  - Les rayons X caractéristiques, comme leur nom l’indique, diffèrent suivant la nature du corps qui les produit et sont une fonction de son poids atomique. Leur importance est telle que nous y reviendrons en détail plus loin.
  - Quant aux rayons cathodiques, leur intensité d’émission est d autant Plus grande que le poids atomique du corps est plus élevé. Ils ne sont pas émis d’une façon uniforme dans toutes les directions, mais présentent un maximum d’émission perpendiculairement au faisceau de rayons X qui leur donne naissance. Leur vitesse ne semble dépendre ni de la nature du métal d’où ils sortent, ni de la distance qui sépare le tube à rayons X du corps générateur de rayonnement secondaire. Elle est égale à celle des rayons cathodiques produits dans le tube à rayons X (Beatty et Sadler).
  - * * *
  - Dans tout ce qui précède, nous avons simplement exposé les faits et les résultats expérimentaux, sans chercher à pénétrer ni leur mécanisme m la nature intime des divers rayonnements décrits. Nous allons au contraire maintenant nous attacher à résoudre ces problèmes, et nous verrons qu’ils ont fourni une abondante moisson de renseignements et d informations sur la constitution delà matière et le mécanisme du passage de l’électricité à travers les gaz.
  - Tout d’abord, les propriétés des rayons cathodiques nous ont conduits à admettre qu’ils étaient constitués par des corpuscules chargés négativement et se déplaçant à grande vitesse. Le premier problème qui se pose est évidemment de déterminer les trois grandeurs caractéristiques de ces rayons, dans l’hypothèse émise, c’est-à-dire la vitesse, la charge électrique ef la masse des projectiles qui les constituent.
  - La vitesse et le rapport de la charge électrique à la masse ^
  - Peuvent être mesurés avec précision par un grand nombre de méthodes. La détermination directe de e et de m est plus délicate.
  - Nous ne donnerons que le principe des méthodes les plus directes. Elles reposent toutes naturellement sur les propriétés des rayons cathodiques ^ue nous avons énoncées plus haut. L’une des plus simples fait intervenir ta déviation des rayons cathodiques par les champs magnétiques et électriques.
  - Voici comment on raisonne : Si e est la charge d’un corpuscule se depla-
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- - 154
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - çant avec la vitesse v, on peut l’assimiler à un courant ev. Dans un champ magnétique uniforme H, normal à la direction du déplacement, on sait qu’il se produira une force }lev normale au plan formé par la direction du courant et celle du champ magnétique. Or, un corps qui est soumis à une force constamment normale à sa trajectoire décrit un chemin circulaire, ainsi qu’on le démontre aisément en mécanique. L’accélération normale
  - y2
  - dans ce mouvement a pour expression générale —, r étant le rayon de
  - mv2
  - la trajectoire circulaire, et la force agissant sur le corps est finalement ——. Elle n’est autre que la force Hev, et, en égalant ces deux expressions, on a :
  - = H r.
  - mv
  - Si donc on connaît H et r, on a une première valeur —.
  - D’autre part, on sait que le champ électrique exerce également une influence sur les rayons cathodiques. Si un corpuscule de charge e se déplace entre deux plateaux électrisés créant un champ électrostatique V, la force à laquelle il est soumis est Ve. Si ce champ électrostatique est normal en direction au champ magnétique précédent, et si on s’arrange
  - pour que son action annule celle du champ magnétique, la trajectoire de
  - V
  - la particule cathodique étant alors rectiligne, on aura Ve = Hev, d’où v — =-p
  - Connaissant ainsi v et
  - mv
  - on en tire la valeur de —.
  - m
  - C 1 1 ”'"e'
  - Le dispositif expérimental est représenté schématiquement sur la figure 132. Les rayons émis de la cathode C sont limités à un pinceau rectiligne par deux blocs de métal A et B, dont l’un sert d’anode. Le pinceau passe dans un champ magnétique MM circulaire et dirigé normalement au plan de la figure, et au . même endroit deux plaques E et F peuvent être portées à un haut potentiel électrostatique. Quand le champ magnétique s’exerce seul, le point d’impact du faisceau se déplace de P en Q. La mesure de PQ permet de calculer le rayon r de la trajectoire décrite sous l’influence du champ H. Ensuite, on ramène le point d’impact à sa position initiale en établissant entre les deux plaques une différence de potentiel convenable.
  - Fig. 132. —Mesure de —
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ 155
  - Dans une autre méthode, on s’appuie sur les propriétés thermiques des rayons cathodiques. A cet effet, on les recueille dans un cylindre de Faraday relié à un électromètre à quadrant ; si N corpuscules pénètrent dans le cylindre par seconde, Ne est la charge Q mesurée par l’électromètre à quadrant.
  - D’autre part, ces rayons sont arrêtés, à l’intérieur du cylindre collecteur, par une soudure d’un couple thermo-électrique relié à un galvanomètre sensible, de sorte que l’on peut suivre la variation de température de la
  - CÉS
  - Fisr. 1^. — Mesure de—• 0 m
  - soudure par suite du bombardement par les projectiles cathodiques. Si 1 on connaît la capacité calorifique du couple, on peut mesurer 1 énergie W q
  - reçoit par seconde. Or, cette énergie est égale à l’énergie cinétique N -de l’ensemble des projectiles arrêtés par la soudure. On a donc .
  - W = - Nmt2.
  - 2
  - Comme :
  - Q = Ne,
  - en éliminant N entre ces deux relations, on a :
  - L = Q~-
  - m 2 W
  - Si on dévie le faisceau cathodique par un champ magnétique com la méthode précédente, on a :
  - eC en faisant les transformations algébriques :
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - i.0
  - 2 W e 2 W .
  - OHr m Q(Hy)2
  - La figure 133 montre la disposition schématique de l’appareil expérimental. Quelle que soit la méthode employée, on trouve toujours, pour la £
  - valeur du rapport —, le même nombre, i,76.io7 unités électromagnétiques. m
  - Quant à la vitesse, elle varie, suivant les conditions de l’expérience, entre des limites très grandes (10 ooo à 100 ooo kilomètres par seconde).
  - %
  - O
  - La constance du rapport —, quel que soit le gaz dans lequel on opère
  - m
  - et ses conditions de pression, quel que soit le métal d’où sont expulsés les corpuscules électrisés, suggère l’idée fondamentale que, dans tous les
  - e
  - cas, les particules ainsi décelées sont identiques entre elles et le rapport —
  - semble jouer un rôle analogue à celui de l’équivalent électrochimique
  - £
  - en électrolyse. Si on se rappelle que, dans l’électrolyse, le rapport — pour
  - l’hydrogène est égal à = 0,95 X 104, on voit que, pour les rayons cathodiques, l’équivalent électrochimique est en\ iron 1 860 fois plus petit que celui de l’hydrogène. Trois alternatives se présentent alors :
  - i° Il n’y a aucune relation, d’une part, entre lamasse de l’atome d’hydrogène et celle du corpuscule cathodique et, d’autre part, entre les charges portées par ces deux supports.
  - 2° Les masses, au contraire, peuvent être du même ordre de grandeur, 1 a charge portée par le corpuscule cathodique étant alors 1 860 fois plus faible que celle portée par un ion hydrogène dans l’électrolyse.
  - 30 Enfin, les charges peuvent être les mêmes dans les deux cas, la masse du corpuscule cathodique étant alors 1 860 fois plus faible que celle de l’atome d’hydrogène.
  - Pour pouvoir choisir entre ces trois possibilités, il faut déterminer directement et séparément e et m, et non plus le rapport de ces deux quantités. Anticipant un peu sur les résultats des expériences que nous allons maintenant rappeler rapidement, nous dirons que la troisième hypothèse s’est trouvée vérifiée par les observations et que le nom d'électron, suggéré initialement par Sir Honey, a été adopté finalement pour désigner cette
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ
  - 1.57
  - charge fondamentale d’électricité dont l’existence a été découverte d’abord dans les rayons cathodiques.
  - Nous allons montrer que Vélectron joue le rôle principal dans tous les phénomènes, que c’est le constituant primordial de la matière et qu’il se manifeste dans un grand nombre de circonstances. A la lumière de cette conception nouvelle, il sera facile d’expliquer les phénomènes que nous avons mentionnés simplement au cours des pages précédentes, en Particulier le phénomène si important de l’ionisation.
  - * * *
  - La détermination directe de la valeur de la charge e et de la masse ni d’un corpuscule d’électricité négative n’est pas possible à réaliser à 1 intérieur d’un tube de Crookes, mais heureusement, cet appareil n’est pas le seul dispositif que nous ayons à notre disposition pour produire les électrons. Nous allons en passer successivement plusieurs en revue.
  - Halbwachs trouve vers 1888 que, lorsque la lumière ultra-violette tombe sur une surface métallique chargée négativement, la surface perd rapidement sa charge, tandis qu’on ne constate aucun changement si elle est chargée positivement. C’est ce qu’on appelle l’effet photoélectrique-L explication de ce phénomène est la suivante : la lumière ultra-violette arrache des corpuscules négatifs de la surface du métal, et ceux-ci, sous J action répulsive exercée sur eux par la charge du métal, s écartent de celui-ci, ce qui explique la perte. Au contraire, si la charge est positive, d y a attraction, et les électrons ne sont plus libérés.
  - £
  - J- J. Thomson a calculé quel était le rapport — pour les corpuscules
  - supposés émis dans cette hypothèse, et il a trouvé un nombre très voisin de celui fourni par les rayons cathodiques, ce qui permet d’admettre qu ils sont identiques.
  - * * *
  - On sait depuis longtemps que l’air devient conducteur au voisinage d’un corps incandescent, mais c’est Richardson qui, en 1901, montra d’une façon définitive que ce phénomène est dû à l’émission de corpuscules uégatifs qui furent identifiés avec les électrons.
  - L’émission se produit aussi bien dans l’air que dans le vide, mais elle est plus complexe dans le premier cas, par suite de l’ionisation de l’air et de 1 émission de centres chargés positivement.
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 158
  - Ces phénomènes thermo-ioniques jouent un rôle fondamental dans le mécanisme de l’arc électrique ; c’est sur eux que reposent les applications des kénotrons et des lampes à trois électrodes si employées maintenant en télégraphie sans fil et du tube Coolidge à rayons X. Aussi feront-ils l’objet d’un chapitre spécial. Au point de vue particulier qui nous intéresse ici, il suffit de dire que, dans cette émission thermo-ionique, on a encore £
  - trouvé que le rapport — avait la même valeur que dans les rayons catho-m
  - diques de l’émission sous l’influence des radiations ultra-violettes.
  - * * *
  - Nous avons précédemment signalé que les rayons X donnent naissance à des électrons libres (rayons cathodiques secondaires). Nous verrons également que les rayons jî des substances radioactives sont constitués par des particules négatives animées de grandes vitesses.
  - £
  - Si on rassemble les valeurs de — trouvées pour les diverses émissions
  - m
  - d’électricité négative que nous avons passées en revue, on obtient le tableau suivant :
  - Rayons cathodiques............. 1.769. io7 unités électromagnétiques.
  - Électrons photo-électriques.... 1,2. io7 —
  - — photo-ioniques........ 1,76. 107 —
  - Rayons £ du radium............. 1,765. io7 —
  - — fj du polonium.......... 1,7. io7 —
  - Ces nombres ne diffèrent entre eux que par des quantités inférieures aux erreurs expérimentales; aussi peut-on dire que, dans tous les phénomènes précédents, les particules négatives sont des électrons identiques entre eux.
  - * * *
  - \ .
  - Nous sommes donc maintenant en possession de moyens divers pour produire des électrons, non plus dans des tubes où règne le vide le plus parfait, mais dans l’air, dans les gaz à la pression atmosphérique. Quels sont les phénomènes que provoquent ces électrons dans le milieu gazeux dans lequel ils sont émis, c’est ce qui nous reste à étudier.
  - Dans les conditions ordinaires, les gaz sont de très mauvais conducteurs de l’électricité, un corps chargé ne perdant que très lentement sa charge. Sous certaines influences, rayons cathodiques, rayons X, corps chauds, substances radioactives, des centres chargés positivement et négativement
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ
  - 159
  - aPparaissent en nombres égaux dans les gaz. On dit alors que ceux-ci sont ionisés, et les centres électrisés qui s’y trouvent sont appelés ions positifs et ions négatifs. Ces ions, sous l’action d’un champ électrique, se déplacent avec des vitesses proportionnelles à l’intensité de ce champ. Les centres négatifs sont attirés par l’anode, les centres positifs se déplacent vers la cathode. Nous avons donc un mécanisme analogue à celui du passage du courant dans un électrolyte.
  - Ces ions sont formés, à la température et à la pression ordinaires, par des agrégats de molécules neutres autour d’un centre chargé soit négativement (électron), soit positivement. Quand un ion négatif arrive sur l’anode, son électron passe dans le métal de l’anode qu’il charge négativement. L’ion positif, au contact de la cathode, prend un électron pour redonner nne molécule neutre, et la cathode se charge donc positivement. Le courant se ferme alors dans le circuit reliant les électrodes par le libre déplacement des électrons dans le métal.
  - On peut montrer expérimentalement que la conductibilité des gaz est Lien due à des centres électrisés des deux signes situés dans leur masse. Si, par exemple, l’ionisation est produite par une ampoule renfermant une substance radioactive placée à l’une des extrémités d’un tube dont l’autre ouverture aboutit dans la cage d’un électroscope (fig. 134), on constate, en aspirant l’air par le conduit C, que les feuilles de l’électroscope retombent,
  - Electroscope
  - Fig. 134. —- Mise en évidence du mécanisme de la conductibilité des gaz.
  - quelle que soit la charge qu’on leur ait communiquée. Si on place un tampon Le coton à l’intérieur du tube T, l’électroscope n’est plus déchargé, ce qui prouve que ce qui rend l’air conducteur a été arrêté par le tampon-filtre. Si, dans le tube T, on place une électrode isolée E et qu’on établisse une différence de potentiel entre le tube T et l’électrode E, on constate que l’électroscope n’est pas influencé, ce qui montre que la cause de la conductibilité de l’air a été supprimée. Ces expériences très simples prouvent nettement que la conductibilité de l’air était due à des particules électrisées (puisqu’elles sont sensibles à l’action du champ électrique établi entre T et E) et que ces particules sont de deux espèces, portant les
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- - i6o
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - unes de l’électricité positive, les autres de l’électricité négative (puisqu’elles déchargent l’électroscope, quel que soit son signe), et de plus qu’il y a le même nombre de particules de chaque signe, puisque le gaz ne présente aucune électrisation globale.
  - On peut enfin rendre visibles les ions existant à l’intérieur d’un gaz par un artifice dû à Towsend et perfectionné par C. T. R. Wilson, en 1897, et qui a permis de mesurer avec précision la charge même de l’électron. Si on fait en effet détendre brusquement de l’air saturé de vapeur d’eau, l’air se refroidit et la vapeur d’eau devient sursaturante. Si l’on opère dans une atmosphère parfaitement pure et dépourvue de poussières en suspension, il ne se passe rien, mais, si l’on produit l’ionisation du gaz par un procédé quelconque, la vapeur d’eau se condense en un fin brouillard, chaque ion prenant le rôle
  - de centre de condensation.
  - Fig. 135. — Mesure du courant d’ionisation.
  - Intensité
  - Pour étudier la conductibilité des gaz ionisés, on les place entre deux plateaux A et B entre lesquels on établit une différence de potentiel connue et on mesure le courant qui passe d’un plateau à l’autre (fig. 135). On constate qu’en augmentant la différence de potentiel entre les plateaux, le courant commence par croître en suivant à peu près la loi d’Ohm (portion OA de la courbe, fig. 136), puis ensuite son intensité tombe en dessous de celle correspondant à la loi d’Ohm (portion AB de la courbe), et finalement atteint une valeur maxima au-
  - dessus de laquelle il ne croît plus lorsqu’on continue à augmenter la différence de potentiel (portion BC de la courbe). Cette valeur I0 est ce qu’on
  - Fig. 136. — Variation du courant de conductibilité.
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ 161
  - aPpelle le courant de saturation. Si la différence de potentiel devient très grande, brusquement l’intensité recommence à croître très vite, et on arrive, en D, au potentiel disruptif pour lequel l’étincelle jaillit entre les deux plateaux.
  - La théorie des ions permet d’expliquer très simplement les diverses allures de la courbe.
  - Au début, l’action ionisante produit, par seconde, un certain nombre d ions des deux signes. Leur nombre total ne peut aller en augmentant indéfiniment, car, par suite de l’agitation des molécules, un certain nombre d ions de signe contraire viennent à se rencontrer et se détruisent mutuellement en donnant une molécule neutre. Plus il y aura d ions présents, plus il y en aura qui disparaîtront ainsi, et, à un certain moment, le nombre des ions qui disparaissent sera égal au nombre de ceux qui sont produits Par 1 action ionisante. Un équilibre statique se trouvera donc réalise . Ie nombre d’ions par unité de volume est constant.
  - Si on établit un champ électrique faible entre les plateaux, les ions se déplacent vers eux suivant leur signe, mais très lentement, de sorte que 1 état d’équilibre n’est pas modifié ; le courant résultant de la décharge des ions qui viennent au contact des plateaux est proportionnel à la différence de potentiel ; il suit donc la loi d’Ohm, nous sommes dans la région OA.
  - Lorsque le champ devient plus fort, les ions se déplacent plus rapidement et la concentration en ions dans le gaz ne peut plus être considérée comme constante, elle diminue, et le courant est en déficit par rapport à la loi d’Ohm (portion AB). Quand le champ devient encore plus intense, H arrive un moment où tous les ions produits sont attirés si rapidement Vers les plateaux qu’ils n’ont plus le temps de se recombiner ; on a atteint le courant de saturation (portion BC). Ce courant mesure donc 1 Intensité de l’ionisation, puisque tous les ions produits sont captes pai ^es plateaux.
  - Pour des champs encore plus considérables, un nouveau phénomène PParaît : c’est Y ionisation par choc. Les ions sont animés de si grandes Passes par le champ électrique que, lorsqu’ils heurtent des molécules eutres du gaz, ils les font éclater à la façon d’une balle de fusil rencontrant ja obstacle matériel. Les molécules ainsi rencontrées par un ion se séparent ç11 ^nx : un électron négatif leur est arraché, et il reste un résidu positif, nouveaux ions peuvent à leur tour en engendrer d’autres par le même Vigneron,
  - Électricité.
  - II
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- - IÔ2
  - PRINCIPES GÉNÉRA UX, LOIS ET MESURES
  - mécanisme. Finalement, il existera alors entre les deux plateaux un nombre très grand d’ions, et le courant recueilli sera très intense (partie CD).
  - C’est par l’ionisation par choc que l’on explique la décharge disruptive éclatant entre deux conducteurs portés à un haut potentiel. Nous verrons (voir chapitre sur l’électricité et le magnétisme terrestre) qu’il existe toujours un certain nombre d’ions libres dans l’atmosphère. Sous l’action du champ intense existant entre deux conducteurs, ces ions se trouvent animés de grandes vitesses, ionisent par choc des molécules de gaz qui à leur tour en désagrègent d’autres ; le nombre d’ions entre les deux conducteurs augmente rapidement et est bientôt suffisant pour permettre à la. décharge de passer de l’un à l’autre.
  - * * *
  - Nous avons vu que l’on pouvait rendre visibles les ions produits dans les gaz en leur faisant jouer le rôle de centres de condensation pour la vapeur d’eau sursaturée. C’est grâce à cette propriété, et en modifiant les conditions initiales des expériences, que Towsend, C. T. R. Wilson et finalement Millikan ont pu déterminer avec précision la charge portée par urt électron.
  - Nous ne dirons que quelques mots de ces expériences, dont le lecteur trouvera dans un autre volume un exposé plus complet (i).
  - Dans les premières expériences de Towsend, on provoquait la condensation de vapeur d’eau sur des ions. On mesurait la charge transportée par un centimètre cube de gaz et le poids total d’humidité, c’est-à-dire la masse totale des gouttelettes. Connaissant le volume des gouttelettes, supposées toutes de même dimension, que l’on déterminait par observation de la vitesse de chute du brouillard, on avait le nombre d’ions existant dans un centimètre cube. En divisant la charge parce nombre, on obtenait la charge de l’électron.
  - Les dernières expériences de Millikan ont été effectuées en vaporisant un nuage de gouttelettes d’huile extrêmement fines dans un réservoir plein d’air. Celui-ci est ionisé par une substance radioactive. En observant au microscope la chute d’une gouttelette dans un champ intense, on constate que celle-ci remonte ou descend, suivant sa charge et le sens du champ-Chaque fois qu’elle rencontre un ion, sa vitesse de déplacement change brusquement ; si la gouttelette est négative par exemple, lorsqu’elle capte un électron, si elle descendait sous l’influence du champ, sa vitesse de chute augmente ; si elle rencontre ensuite un ion positif, sa charge diminue et sa
  - (i) Voir Précis de chimie physique, par H. Vigneron (Masson, éditeur^.
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- - 163
  - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ
  - vitesse de chute est ralentie, etc. On conçoit, sans qu’il soit nécessaire d’entrer dans le détail des calculs, que de la variation de vitesse de chute dans un champ donné lorsque la gouttelette capte un ion, on puisse mesurer la valeur de la charge supplémentaire qu’elle a acquise. On trouve ainsi P°nr e, charge de l’électron, la valeur 4,77t.io-10 unité C, G. S. électrostatique ou 1,59.io~20 unité électromagnétique.
  - Quel que soit le procédé d’électrisation de la goutte employé, frotte-tt^ut, ionisation par un moyen quelconque ; quelle que soit la matière de goutte, huile, glycérine, mercure, etc., dans tous les cas sa charge est Un multiple entier de la charge de l’électron.
  - Ainsi donc, l’électricité statique se révèle comme constituée d’électrons, et le courant électrique n’est lui aussi autre chose qu’un déplacement d une charge électrique le long d’un conducteur. En d autres termes une charge électrique en mouvement est équivalente à un courant. Ainsi se trouve établie expérimentalement l’origine unique de tous les phénomènes électriques, en même temps que la structure granulaire de l électricité.
  - 1
  - * * *
  - Connaissant la charge de l’électron et d’autre part le rapport on
  - en tire la valeur de sa masse m = 0,9.10—27.
  - Comparons cette masse à celle de l’atome d’hydrogène ; on trouve qu’elle
  - est environ —— de celle de l’atome d’hydrogène, c’est-à-dire très petite 1 860 b r
  - Par.rapportàlui, et a fortiori par rapport à la masse d’un atome d’un autre élément.
  - C^n admet aujourd’hui que l’inertie de Vélectron est d origine uniquement électromagnétique, c’est-à-dire que c’est un atome d électricité négative sans support matériel. On suppose également qu il a la forme sphérique, l’électricité étant répartie uniformément à sa surface. Moyennant ces hypothèses, on calcule le rayon de Vélectron, et on trouve la valeur 1,9 x 10-13 centimètre.
  - Remarquons d’ailleurs que les résultats numériques précédents ne sont valables que pour des électrons animés de vitesses faibles par rapport à la vitesse de la lumière. Le calcul complet montre que, lorsque la vitesse devient de l’ordre de celle de la lumière, la masse de l’électron augmente,
  - c est-a-dire que le rapport — diminue. La loi de variation de — en fonc-
  - ti°n de la vitesse a été vérifiée d’une façon remarquable pour des vitesses
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- - IÔ4 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - de 150 000 kilomètres par seconde (rayons cathodiques rapides) et de 290 000 kilomètres par seconde (rayons (8 des substances radioactives). Le résultat le plus intéressant à signaler ici est que la masse apparente de l’électron tend vers l’infini quand la vitesse de déplacement tend vers celle de la lumière, c’est-à-dire qu’il faudrait dépenser un travail infini pour communiquer à l’électron une vitesse égale à celle de la lumière. Ici encore cette vitesse apparaît comme la limite absolue des vitesses, de même que, dans un autre domaine, le zéro absolu apparaît comme la limite inférieure infranchissable des températures.
  - *
  - * *
  - Puisque les électrons, quelle que soit leur origine, ont toujours les mêmes propriétés, puisqu’on peut les extraire à partir d’éléments chimiques de nature quelconque, la conclusion qui s’impose est que ces électrons sont un des constituants fondamentaux de la matière.
  - Un atome d’un corps quelconque se compose alors d’un noyau central chargé positivement, autour duquel gravitent des électrons en nombre fini et déterminé par les propriétés chimiques du corps. Comme l’atome est globalement neutre, s’il y a N électrons périphériques, la charge positive du noyau central est + Ne.
  - Les difficultés se présentent lorsque l’on cherche la configuration du système planétaire ainsi constitué. Nous verrons que, si l’on peut déterminer avec exactitude le nombre N d’électrons (et de charges positives) composant un atome d’un corps donné, on ne sait ni comment la charge positive est répartie au noyau (couche uniforme ou amas granulaire), ni comment les électrons se disposent autour de lui (1).
  - Le mouvement de l’électricité dans un conducteur est dû au déplacement des électrons dans ce conducteur. Un courant électrique est donc un flot d’électrons dirigé en sens inverse du sens admis par convention pour sens du courant. A l’état neutre, les électrons sont libres et se déplacent, sans qu’aucune force s’y oppose, dans les espaces intermoléculaires et sont animés de mouvements désordonnés analogues à ceux des molécules des gaz.
  - Lorsque la température s’élève, l’agitation des électrons augmente, et certains d’entre eux peuvent arriver à s’échapper à l’extérieur ; si un champ électrique les éloigne de la surface du conducteur, on obtient un courant. Cette « évaporation » électronique sera étudiée plus en détail à propos des phénomènes thermo-ioniques.
  - (1) Pour l’étude des divers modèles atomiques, voir Précis de Chimie physique, par H. Vigneron (Masson, éditeur).
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- - PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES- GAZ 165
  - Quand un champ électrique E est créé dans le métal, chaque électron est soumis à une force Ee qui lui imprime un déplacement parallèle au champ et de sens opposé. Sous l’action de cette force constante, la vitesse de déplacement de l’électron s’accélère, mais alors il vient buter contre Un autre électron ou un atome qui le renvoie dans une direction quelconque. Ces chocs transforment en chaleur une partie de l’énergie cinétique de 1 électron ; le conducteur s’échauffe.
  - On voit donc que l’électricité positive se confond avec la matière, tandis que l’électricité négative, l’électron, a une existence propre, de sorte que la théorie moderne de la nature de l’électricité fait revivre l’ancienne théorie du fluide unique d’Œpinus, élargie et singulièrement plus féconde. Orâce aux précisions que nous possédons, elle permet de donner une explication des phénomènes dont les conducteurs sont le siège qui rentre dans le cadre général des théories sur la constitution de la matière. A la notion ^e dissociation des molécules de Clausius et Arrhénius, vient maintenant Se juxtaposer la dissociation de la molécule elle-même en un électron et un résidu positif.
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- - CHAPITRE X
  - L’ÉMISSION D’ÉLECTRICITÉ PAR LES CORPS INCANDESCENTS
  - Actions électriques des solides incandescents. — Effet Edison. — Électro-vaporisation. — Expériences de Dupré. — Courants therrno-ioniques. — Émission par les sels chauffés. — Soupape de Fleming. — Kénotrons. — Courbes caractéristiques. — Effet rectifiant. — Courant limite. — Pliotrons. — Tube de Coolidge. —- Audion de Forest. —• Courant de plaque.— Courant de grille. — Réalisation pratique de Vaudion. — Effet amplificateur. — Effet détecteur. — L’audion comme générateur d’oscillations entretenues. — Emploi de substances spéciales. — Limite de fonctionnement.
  - Il y a plus de deux cents ans que l’on sait que l’air, au voisinage des corps chauds, a la propriété de conduire l’électricité. Au xvne siècle, un grand nombre de physiciens, Du Fay, Du Tour, Watson, Canton, Priestley, Cavallo, étudièrent ce phénomène. Puis l’oubli se fit, et c’est seulement en 1853 que Becquerel ramena l’attention des savants sur lui en montrant qu’au rouge blanc, l’air n’est plus un isolant. Un peu plus tard, en 1873» Guthrie observa qu’une boule de fer chauffée au rouge sombre pouvait rester chargée négativement, mais non pas positivement, et qu’à des températures supérieures, les charges des deux signes disparaissent également rapidement. Si ce phénomène peut sembler, à première vue, intéressant pour des savants, occupés à observer les particularités des actions physiques, il ne pouvait venir à l’esprit de personne que son étude conduirait à des résultats pratiques si importants qu’ils ont par exemple complètement modifié la technique des rayons X et augmenté la sensibilité des réceptions de télégraphie sans fil dans des conditions incroyables. L’émission d’électricité par les corps chauffés est une remarquable illustration de l’utilité de la science pure. Lorsque le savant découvre un phénomène nouveau et en formule les lois, il est impossible de prévoir les répercussions pratiques et l’influence qu’il peut avoir sur la technique industrielle.
  - * * *
  - Elster et Geitel commencèrent vers 1880 l’examen systématique des
  - actions électriques des solides incandescents. Ils constatèrent que le
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS
  - 167
  - potentiel d’une plaqué disposée au voisinage jd un fil chauffe a la pression atmosphérique est d’abord positif, puis croît, passe'par un maximum au rouge et descend ensuite jusqu’à zéro au rouge blanc. Si on opère à basse Pression, les résultats sont analogues, mais, après s’être annulé, le potentiel devient négatif et prend des valeurs croissantes avec la température. Tout Se passe donc comme si les fils émettaient de l’électricité positive à basse température et de l’électricité négative aux températures élevées.
  - Quelques années après ces premières expériences, Edison, en 1884, étudiant la lampe à incandescence qu’il venait de créer, découvrit un phénomène analogue aux précédents et qu’on appelle l’effet Edison. Voici en quoi il consiste.
  - Entre les filaments d’une lampe à incandescence aujcarbone, on dispose Une plaque métallique P (fig. 137) reliée au circuit d’utilisation à travers
  - un galvanomètre. Si le galvanomètre est branché entre l’électrode et l’extrémité positive du filament (cas de la figure), on constate le passage d’un courant allant dans le sens de la flèche, du filament vors l’électrode à l’extérieur de 1 ampoule. Si on branche le galvanomètre entre l’électrode isolée et l’extrémité négative du filament, on n’observe aucun courant sensible.
  - L’explication est la suivante : le potentiel de la plaque P est sensiblement celui existant à la borne du filament ; il est donc supérieur au potentiel des points du filament, particulièrement de ceux situés au voisinage de la borne négative. Il existe donc un champ électrostatique allant de la plaque au filaient et les particules chargées négativement émises par le filament incandescent sont attirées par la plaque, et il y a courant. Evi-
  - demment, si l’explication précédente est exacte, la partie bc du filament doit être la plus active et jouer le rôle prépondérant dans le phénomène. C est ce qu’a constaté Fleming : en l’entourant d’un cylindre métallique ou Volant, le courant devient presque nul.
  - On constate un effet Edison beaucoup moins intense lorsque le filament de charbon est remplacé par un filament de platine. Avec le charbon,
  - °o arrive à recueillir des courants de 0,4 ampère dans un vide de 7—
  - de millimètre de mercure.
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- - i68
  - ' PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Le courant est transporté, non par des atomes de carbone ou de platine électrisés (malgré le dépôt qui provoque le noircissement des parois de l’ampoule), mais par des électrons, ainsi que le montra J. J. Thomson
  - C '
  - en calculant le rapport — pour les particules négatives émises.
  - * * *
  - L’émission d’électricité par les corps chauffés dans l’air ou les gaz aux pressions notables est un phénomène complexe, et ses caractéristiques sont moins nettes. Aussi est-il préférable d’opérer dans le vide le plus
  - parfait que l’on puisse réaliser ; les lois de l’émission sont alors très nettes et très simples. Le dispositif expérimental est représenté schémati-. quement figure 138. Un filament de tungstène F est placé dans une ampoule dans laquelle le vide a été aussi poussé que possible. Il est chauffé par une batterie d’accumulateurs C, commandée par un rhéostat de réglage R. En face du filament, on a disposé une plaque P reliée à un milliampèremètre A, et, à l’aide d’une batterie d’accumulateurs B, on peut établir entre le filament et la plaque une différence de potentiel V de l’ordre de 40 à 80 volts déterminant un champ électrique E orienté de la plaque vers le filament.
  - Si on laisse le potentiel V constant et qu’on augmente la température, on constate que le courant de plaque augmente extrêmement rapidement. C’est ainsi que, dans une expérience sur un filament de sodium, le courant croît de 1,8.io~9 ampère à i,3.io-2 ampère quand la température s’élève de 2170 à 4270, c’est-à-dire qu’une élévation de température de 200° suffit pour rendre le courant dix millions de fois plus intense. En opérant avec un filament de tungstène à haute température (2 500° par exemple), il est facile d’obtenir des courants de plaque de plusieurs dizaines de milliampères, correspondant à plusieurs ampères par centimètre carré de la surface du filament. Il y a émission d'un torrent d’électrons (io19 par centimètre carré et par seconde), véritable vaporisation d'électricité dont la loi est d’ailleurs analogue à la formule de vaporisation de Dupré, et de la forme
  - R
  - Fig. 138.— Électrovaporisation dans le vide.
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS 169
  - te coefficient A ayant une valeur énorme (de 1 ordre de io26) et b étant egalement très grand (io4).
  - Sous l’influence du champ électrique, les électrons se dirigent vers la plaque en acquérant une énergie cinétique qui disparaît au moment du choc sur la plaque. Si celle-ci n’est pas suffisamment épaisse ou convenablement refroidie, elle s’échauffe et peut même être fondue.
  - Supposons au contraire que l’on laisse la température du filament constante et que l’on fasse varier le potentiel entre le filament et la plaque. t On constate que l’intensité commence par croître plus vite que la différence de potentiel (partie OA,
  - %• 139), puis l’intensité suit approximativement la loi d’Ohm (partie AB), ensuite est déficiente par rapport à la l°i d’Ohm (partie BC), et finalement atteint une valeur de saturation (par- __ fie CD). A chaque température du 0 filament correspond une valeur bien Fig. 139.
  - déterminée du courant de saturation.
  - L’explication est très simple : sous l’influence d’un champ faible, les électrons émis par le filament, qui ont une grande vitesse, peuvent seuls échapper à l’attraction électrostatique que crée autour de ce filament la buée d’électrons qui en émanent. Au fur et a mesure que la différence de Potentiel augmente, le champ est plus intense et détruit peu à peu le champ électrostatique antagoniste, le nombre des électrons qui peuvent s éloigner du filament augmente, et finalement, lorsque le champ est assez intense, tous les électrons émis sont attirés sur la plaque : on a atteint la saturation.
  - * * *
  - •
  - Nous avons dit que, d’après les expériences fondamentales d’Elster
  - Geitel, il existe une émission d’électricité positive par les métaux chauffés dans Te vide, indépendamment de la présence d’une atmosphère gazeuse.
  - Cette émission diminue d’ailleurs rapidement avec le temps, et il semble, fi après les nombreuses expériences de Richardson, Thomson, etc., qu elle s°it due à des gaz occlus dans le métal ou a des impuretés qui se décomposent en donnant des ions, en particulier les métaux alcalins et leurs sels.
  - Quand le filament a été chauffé dans le vide pendant longtemps, il Perd sa propriété d’émettre des ions positifs.
  - Les courants thermodoniques d’ions positifs suivent une loi analogue a celle des courants d’électrons.
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 170
  - * * *
  - Les sels chauffés peuvent également donner lieu à une émission d’ions positifs, ainsi que l’ont constaté J. J. Thomson en recouvrant des électrodes de dépôts salins et Arrhénius en volatilisant des sels dans la flamme d’un bec Bunsen. Même en l’absence de sels, les flammes contiennent des ions : on peut le montrer expérimentalement en déchargeant un corps chargé par léchage par une flamme. Le courant présente les mêmes caractéristiques qu’un courant d’ionisation, sans pourtant que l’on arrive au courant de saturation.
  - Quand on chauffe un sel dans le vide ou dans une atmosphère gazeuse, le courant de saturation varie avec le temps. Il croît d’abord, passe par un maximum, puis décroît suivant une loi exponentielle. On explique ces résultats en admettant que l’émission est due à la décomposition d’une substance contenue dans le sel.
  - Dans les flammes, en disposant deux électrodes entre lesquelles on crée un champ électrostatique l’une au-dessus de l’autre, la source de sel étant placée entre elles, on peut déterminer la vitesse des ions formés en ajustant le champ de façon à contre-balancer la vitesse dont ils sont animés par le mouvement ascendant de la flamme (fig. 140). Si l’électrode supérieure est positive, la présence du bloc de sel ne modifie pas le courant, a moins que le champ ne soit suffisamment intense pour attirer vers le bas les ions positifs avec une vitesse un peu supérieure à la vitesse avec laquelle la flamme les entraîne vers le haut. Wilson a trouvé que, dans un champ électrostatique dont le gradient est de 1 volt par centimètre, la vitesse des ions négatifs est d’environ 1000 centimètres pour seconde pour une température de 2 ooo°. La vitesse des ions positifs par les sels des métaux alcalins est d’environ 62 centimètres par seconde. En utilisant un courant d’air chaud, à 1 ooo°, les vitesses tombent à 26 centimètres pour l'électron et 7cm,2 pour les ions positifs des métaux alcalins et 3cm,8 pour les ions positifs des métaux alcalino-terreux. Ces faibles vitesses semblent indiquer que les ions entraînent un cortège d’atomes neutres; l’égalité de vitesse pour les ions des différents atomes montre que l’importance deces cortèges dépendde la charge de l’ion. Ilssont plusgrands dans le cas des ions divalents que dans le cas des ions monovalents.
  - Fig. 140.
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS
  - 171
  - L'émission d’électricité par les métaux chauffé s a donné lieu a un grand nombre d’applications extrêmement importantes et que nous allons passer en revue maintenant.
  - Laso upapede Fleming (1904) est la première application pratique des phénomènes thermo-ioniques. Elle a pour but de redresser les couran s alternatifs de basse et haute fréquence.
  - De nombreux dispositifs ont été proposés; ils consistent tous en une lampe ordinaire à filament de carbone F pourvue d’une électrode iso ee (%• 141) qui peut être un filament de carbone, une lame métallique plate °u cylindrique. Quand le filament F «st porté à l’incandescence, le courant ne peut passer dans le galvanomètre G (ou le circuit extérieur) que si la plaque P est portée à un potentiel supérieur à celui de l’extrémité négative du filament, c’est-à-dire quand une charge négative s’écoule du filament vers la plaque.
  - L’espace compris entre F et P possède donc une conductibilité unilatérale ; si A et B sont reliés à un circuit alternatif, une demi-periode
  - Fig. 141. — Soupape de Fleming.
  - de courant peut seule passer : l’ampoule fonctionne comme soupape.
  - Le rendement de l’appareil peut être considérablement améliore en remplaçant le filament de charbon par un fil de tungstène entouré d une électrode cylindrique en cuivre. On peut, en effet, porter le fil de tungstène à une température beaucoup plus élevée, ce qui assure une émission d électrons beaucoup plus intense. On pousse également le vide, de façon à avoir une émission purement électronique, non compliquée par les phénomènes d’ionisation. Ces soupapes peuvent servir à redresser les courants de haute fréquence comme ceux employés en télégraphie sans fil. On peut également les construire de façon à pouvoir redresser les courants alternatifs industriels. On les appelle alors lampes-valves ou kénotrons.
  - Dans les kénotrons, la puissance consommée pour échauffer la plaque Pur le bombardement des électrons peut atteindre plusieurs centaines de
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- - 172
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - watts ; le filament est en général un fil de tungstène enrouléjen hélice, placé dans l’axe d’un cylindre à parois très épaisses afin de limiter son
  - Kénotron.
  - échauffement. Si la surface totale*du filament est assez grande, on peut atteindre des courants redressés d’un ampère sous 200 volts. On peut également redresser des courants de plusieurs milliampères sous des potentiels alternatifs de 200000 volts. Dans ce dernier cas, les forces électrostatiques entre les parties actives du kénotron sont considérables et, pour éviter que le filament ne soit déformé et amené au contact de la plaque, on l’entoure d’un anneau a (fig. 142) réuni métalliquement à l’une de ses extrémités ; dans ces con-2100 2200 23oo 2400 2500 ditions, la différence
  - Fig. 143- — Caractéristiques d’un kénotron type pour courants potentiel plaque-
  - intenses. F r U
  - filament est presque
  - entièrement localisée dans l’espace intérieur à l’anneau de garde et le champ au voisinage du filament est notablement réduit.
  - Deux bornes / et p sont reliées au secteur alternatif ; le circuit de chauf-
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS
  - 173
  - fâge a une borne commune /' avec le circuit haute tension, ce qui nécessite des précautions spéciales d’isolement de l’installation.
  - La figure 143 donne les caractéristiques d’un kénotron type pour courants Plutôt intenses. Les courbes indiquent les courants supportés par le kéno-Lon, pour différentes températures de filament à divers voltages entre Ls électrodes.
  - Ainsi, sila température du filament est de 2 400°,le courant maximum qui Peut être obtenu avec un voltage déterminé est d’environ 0,112 ampère. Si cependant la résistance du circuit est capable de maintenir le courant à une valeur plus Lasse, 0,054 ampère par exemple, nous voyons alors par les courtes que la chute de voltage dans le kénotron sera de 75,5 volts, le voltage restant, qui peut atteindre plusieurs milliers de volts, étant absorbé dans le circuit en sérié avec le kénotron. Pour des capacités de débit allant jusqu’à 600 milliampères, on peut employer soit une anode cylindrique avec un filament descendant dans l’axe, soit un filament en W placé entre deux plaques parallèles. Le premier type peut être d un meilleur rendement en ce qui touche aux pertes dues à l’effet de saturation.
  - La où l’on a à redresser des courants de 100 milliampères et moins, si le voltage maximum du courant redressé ne dépasse pas 15 000 volts, le type à chapeau de molybdène est mécaniquement plus simple et d un très bon rendement.
  - Pour les voltages jusqu’à.ioo 000 volts, on a reconnu qu une anode cylindrique était très pratique et d’un bon rendement.
  - La figure 144 montre le montage de deux kénotrons permettant de re-diesser les deux demi-ondes d’un courant alternatif, avec connexions au point central du transformateur.
  - * î*î %
  - Fig. 144. — Montage de deux kénotrons pour modification des deux ondes du courant alternatif.
  - Lans une décharge d’électrons purs, si la température du filament est augmentée, on arrive toujours à un point où le courant est limité par la charge de l’intervalle compris entre les électrodes. Dans ces conditions,
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- - 174 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - une petite fraction seulement des électrons s’échappant de la cathode atteint l’anode, parce]qu’une partie d’entre eux est repoussée par les électrons dans l’espace, retourne à la cathode et est absorbée par elle. D’après ce point de vue, il est évident que, si un corps chargé négativement est placé dans l’intervalle entre l’anode et la cathode, le nombre d’électrons qui retourneront à la cathode va croître, de sorte que le courant vers l’anode décroîtra. D’autre part, si un corps chargé positivement est placé près de la cathode, les charges négatives des électrons dans l’espace seront largement neutralisées et permettront ainsi à un courant plus intense de partir de la cathode. Dans cette voie, il est possible de contrôler le courant circulant entre anode et cathode par le potentiel électrostatique d’un corps placé à proximité des deux électrodes. Ce contrôle peut être obtenu de meilleure façon en donnant au corps la forme d’une maille en fil fin, ou d’une grille placée entre les électrodes.
  - * * *
  - Le terme pliotron a été adopté pour désigner un kénotron dans lequel
  - Fig. 145. — Forme de pliotron.
  - A, anode ; C, cathode ; F, cadre de verre ; G, grille.
  - on a ajouté une troisième électrode pour contrôler le courant circulant entre l’anode et la cathode.
  - Dans la construction des pliotrons, il a été reconnu désirable de con-
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS
  - 175
  - stituer les fils composant la grille avec la plus petite section possible. Aussi, ïïieme si un potentiel positif est appliqué à la grille, le courant qui la traverse peut être rendu extrêmement petit. L’emploi d’un fil très fin est rendu possible par l’emploi d’un cadre de verre, de métal ou d’une matière convenable pour supporter la grille. Ainsi, dans les figures 145 et 146, le filament est monté dans le centre d’un cadre constitué par des tubes de verre sur lesquels la grille de fil fin est enroulée. Cette grille peut aussi être constituée avec des fils de tungstène d’un diamètre d’environ omm,oi et ceux-ci peu-
  - ci -20 -10
  - Potehtiel de la quille
  - 0 Volts +10
  - Fig. 147. — Caractéristiques du pliotron pour T. S. F.
  - 146.— Forme de A 11 . .
  - pliotron vent etre au nombre de 100 tours par centimètre, et
  - même plus, tout en restant séparés.
  - Les figures 145 et 146 montrent deux types de pliotron. La figure 145 rePresente un pliotron employé pour amplifier les signaux radio-électriques dans une station de réception ; la figure 146 représente un grand^pliotron qui peut être employé pour contrôler jusqu’à 1 kilowatt d’énergie pour la radiotéléphonie.
  - Les caractéristiques du pliotron dépendent des éléments suivants : longueur du filament employé, distance entre le filament et la grille, intervalle entre les fils de la grille, diamètre de ces fils, distance entre la grille ot 1 anode, forme et section de l’anode. Les éléments importants dans les caractéristiques d’un pliotron sont : i° la relation entre le courant circulant entre l’anode et la cathode en fonction du potentiel de l’anode et de oolui de la grille ; 20 le courant circulant vers la grille en fonction des potentiels de la grille et de l’anode.
  - La figure 147 donne les caractéristiques d’un petit pliotron comme celui la figure 145. La courbe A est celle du courant allant à l’anode pour
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 176
  - différents potentiels de la grille, tandis que le potentiel de l’anode est maintenu constant à 200 volts. La courbe G est celle du courant de la grille sous les mêmes conditions. Pour différents potentiels de l’anode, ces courbes sont modifiées verticalement, proportionnellement à la variation du potentiel de l’anode.
  - Les trois éléments cathode à filament chaud, grille et anode sont semblables aux éléments des audions, que nous étudierons plus loin, mais, tandis que, dans ces appareils, l’action d’amplification apparaît comme dépendant beaucoup de l’ionisation des gaz, nous sommes en présence, dans le pliotron, d’une émission électronique purement thermique.
  - * * *
  - Il en est de même dans le tube h rayons X de Coolidge qui peut être considéré comme la première application du kénotron. Un filament métallique chauffé à haute température émet un flux d’électrons. Si nous commu-
  - [f
  - Fig. 148. — Montage d’un tube de Coolidge.
  - niquons à ces corpuscules négatifs une vitesse considérable, en les soumettant à l’action d’un champ électrostatique intense, nous obtiendrons un faisceau de rayons cathodiques. En recevant ce faisceau sur une anticathode ou sur l’anode, un faisceau de rayons X sera engendré à la surface d’impact.
  - La disposition théorique de l’appareil sera donc la suivante (fig, 148) : une cathode, formée d’un filament de tungstène F, est chauffée par une batterie d’accumulateurs B munie d’un rhéostat R et émet des électrons. L’anode est constituée par une lame de tungstène A montée sur un bloc de cuivre solidaire d’un tube de molybdène T. Entre l’anode et la cathode, on
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS 177
  - etablit une différence de potentiel élevée à l’aide de la source S, qui transforme la « buée » d’électrons en un faisceau cathodique. Celui-ci, rencontrant l’anode A, donne naissance au faisceau de rayons X.
  - En agissant sur l’intensité de chauffage, on influence le nombre d’électrons émis par le filament F, c’est-à-dire l’intensité du faisceau cathodique, et par suite celle du faisceau de rayons X. En réglant la différence de potentiel appliquée entre A et F, on fait varier la vitesse des électrons, c’est-a-dire la longueur d’onde du rayonnement X émis.
  - La source S peut être simplement le secondaire d’un transformateur a courants alternatifs, puisque le tube forme lui-même soupape, et ne laisse passer que l’onde pour laquelle le filament est cathode. Cependant,
  - !l est préférable d’intercaler une lampe-valve entre la source et le tube, car, S1> au cours de la marche de l’appareil, l’anode A s’échauffe au point de rougir, elle se met à son tour à émettre des électrons, et le fonctionnement devient mauvais. On peut également, par l’emploi de deux valves, utiliser les deux ondes du courant alternatif.
  - Nous verrons, au chapitre sur l’électricité médicale, les diverses installions pratiques que l’on a réalisées, ainsi que les détails de construction du tube Coolidge.
  - * * *
  - Dans les kénotrons et les tubes Coolidge, la conductibilité unilatérale est °btenue en s’appuyant uniquement sur l’émission d’électrons par les cathodes chauffées. Mais on sait que les électrons, lorsqu’ils sont doués de grandes vitesses et se déplacent dans une atmosphère raréfiée, Produisent une ionisation intense qui peut être utilement mise en œuvre dans certains cas.
  - L un des perfectionnements les plus intérèssants de la soupape de Fie-mmg à gaz raréfié est dû à Forest qui, grâce à l’introduction d’une troi-Sjenie électrode (comme dans le pliotron), transforme la soupape en une sorte de relais à gaz pouvant amplifier les oscillations électriques reçues :
  - ^ appareil a reçu le nom d’audion.
  - Son importance en télégraphie sans fil, aussi bien comme amplificateur fiUe comme détecteur, sera mise en évidence dans le chapitre sur la télégraphie sans fil. Nous allons simplement ici étudier son fonctionnement théorique.
  - La troisième électrode est constituée par une lame métallique perforée °u par un tissu métallique, et on lui donne le nom de grille.
  - La plaque d’une part, la grille de l’autre sont isolées du filament et lsolées l’une par rapport à l’autre (fig. 149).
  - Entre la plaque et le filament, on établit une différence de potentiel fiUl» en pratique, est au maximum voisine de 80 volts. Laissant fixe la Vigneron. — Électricité. 12
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- - 178 PRINCIPES GÉNÉRAUX. LOIS ET MESURES
  - température du filament générateur d’électrons et celle de la plaque, si on fait varier le potentiel v de la grille, on obtient une courbe dite caractéristique de la plaque en mesurant les intensités du courant de plaque en fonction de v.
  - Si le potentiel de la grille est nul, les électrons se dirigent librement vers la plaque P en produisant un courant dans le circuit filament-plaque.
  - La grille a pour but de produire un champ électrique qui se superpose à celui de la plaque et modifie le nombre des électrons qui atteignent celle-ci (c’est-à-dire modifie l’intensité du cou rant dans le circuit filament-plaque).
  - Il est facile de se rendre compte du fonctionnement de ce régulateur d’intensité que constitue la grille.
  - Supposons que son potentiel soit fortement négatif par rapport à celui du filament. Il le sera aussi par rapport à la plaque (puisqu'elle est chargée positivement) et, par conséquent, toutes les lignes dé force partant soit de la plaque, soit du filament, viendront aboutir sur la grille (fig. 150, 1). Il est alors évident qu’aucun des électrons émis par le filament ne pourra atteindre soit la grille, soit la plaque, et il n’y aura aucun courant dans les circuits filament-grille et filament-plaque.
  - 2° Si on diminue le potentid négatif de la grille, certaines des lignes de force peuvent échapper à son attraction, et, s’il n’y a aucun transport d’électrons du filament vers la grille, iLy a un léger courant filament-plaque (fig. 151, 2).
  - 30 Enfin, si la grille est chargée positivement par rapport au filament, tout en étant négative par rapport à la plaque, les lignes de force partant de la plaque aboutissent aussi bien sur la grille que sur le filament (fig. 150, 3), et il se produit un fort courant dans le circuit filament-plaque et un courant plus faible dans le circuit filament-grille. Le courant de grille est donc toujours faible par rapport au courant de plaque.
  - La figure 151 traduit graphiquement ces différents résultats : pour des potentiels v de la grille fortement négatifs (—20 volts par exemple), il n’y a pas de courant (cas 1 précédent) ; à mesure que v croît, la grille laisse passer de plus en plus d’électrons et la caractéristique est une courbe ABC tangente en A à l’axe des v (cas 2). Quand la grille devient positive
  - R
  - Fig. 149. — Montage d’un audion.
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- - 179
  - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS
  - (cas 3) > elle agit comme la plaque dans le kénotron ; le nombre des électrons qui jla traversent augmente d’abord rapidement (partie CD), puis on arrive au courant de saturation (branche horizontale DE). Simultanément, la grille ne reçoit qu’un courant faible ( courbe OC), car la*plupart des électrons passent ; entre ses mailles et vont se dé-
  - Plaque +
  - Filament;
  - Plaque +
  - Filament
  - charger sur la plaque. Sa caractéristique part du
  - point O tangentiellement à l’axe des v. Quand le courant de plaque est de l’ordre de plusieurs milliampères, le courant de grille est seulement une traction de milliampère.
  - Nous pouvons juger maintenant de l’impor-
  - Plaque +
  - Filament
  - Fig. 150. — Position des lignes de force du champ électrique entre la plaque et le filament pour divers potentiels de la grille.
  - Maintenant de l’importance du rôle que joue la grille intercalée entre le filament et la plaque
  - -20 ^ O 30 v 60
  - volts -grille
  - Fig. 151..— Variations du courant de plaque efidu courant de grille.
  - ^ans tes tubes à vide à trois électrodes. C'est celui d’un' clapet extrême-
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- - i8t> PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - ment souple, qui est fermé lorsque la grille est négative, empêchant ainsi le passage des électrons et l’établissement du courant plaque-filament. Ce clapet s’ouvre lorsque la grille est positive, laissant passer librement les électrons et le courant plaque-filament. Toutes les positions intermédiaires peuvent être occupées par ce clapet et chaque position dépend seulement du potentiel de la grille.
  - * * *
  - Le modèle le plus courant en France est celui représenté par la figure 152. Le filament est un fil rectiligne de tungstène; la grille est une
  - hélice en nickel entourant le filament ; la plaque est un cylindre de nickel qui enveloppe le tout. Quatre broches sortent du culot de la lampe : deux permettent le chauffage du filament ; une autre, communiquant avec la plaque, est reliée à la source de potentiel; enfin, la quatrième, qui est en relation avec la grille, est reliée au circuit à étudier.
  - Nous verrons, à propos de la télégraphie sans fih quelques-uns des multiples montages que l’on peut réaliser avec les lampes à trois électrodes ; nous n’expliquons actuellement que le principe de leur fonctionnement comme amplificateur et comme détecteur.
  - Supposons que l’on réunisse la grille à un circuit dans lequel existe une force électromotrice alternative très petite, de l’ordre du millivolt par exemple. En nous reportant aux courbes caractéristiques que nous reproduisons amplifiées figure 153, le potentiel de la grille variera entre deux valeurs om, om , et le courant de plaque entre les valeurs «M et m'W-Au courant continu de plaque OC on a donc juxtaposé un courant alternatif dont l’intensité maxima est CP ou CP' (la portion BC étant sensiblement rectiligne). Quant à la grille, quand elle est négative, elle ne
  - plaque
  - Filament
  - Support en verre
  - raccords en platine
  - broches de connexion
  - Fig. 152. —- Forme classique de l’audion.
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS 181
  - consomme aucun courant ; quand elle est positive, elle consomme un courant wM0 extrêmement faible (de l’ordre des micro-ampères).
  - Intensité
  - Il en résulte que si, dans le circuit grille, on envoie, un courant oscillant de quelques micro-ampères , on obtient dans le circuit plaque un courant alternatif de plusieurs milliampères : la lampe fonctionne comme amplificateur.
  - Rien n’empêche de se servir de ce courant amplifié Pour impressionner le circuit grille d’une seconde lampe et recueillir dans son circuit plaque un courant encore plus intense. Un bon audion amplifie environ cinq fois les impulsions initiales. En en disposant trois en cascade par exemple, on arrive à amplifier cent vingt fois.
  - Fig. 153-
  - Volts Grille
  - * * *
  - Les lampes audion peuvent également servir de détecteur. Nous Verr°ns qu’un détecteur est un dispositif sélectionnant, dans les ondes
  - électromagnétiques dont la
  - intensité fréquence énorme (20 000 à
  - 2 000 000 par seconde) ne permet pas d’actionner des appareils mécaniques doués d’inertie (membrane de téléphone par exemple), les ondes d’un même signe dont les effets s’ajoutent alors et peuvent être décelés. Une soupape de
  - ----------------- Fleming est donc un détec-
  - m' b m 0 Volts Grille , , „ ,. i. tti
  - teur, et, effectivement, ble-
  - Fig. 154. ming l’a utilisée à cet effet.
  - n audion peut jouer le même rôle, et voici comment.
  - Reportons-nous encore une fois aux courbes caractéristiques. Nous v°yons qu’au voisinage du point B, la caractéristique de plaque présente
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- - 182
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - un "coude. C’est un point détecteur. En effet, si les variations égales et opposées du potentiel de grille produisent des variations inégales en valeur absolue du courant de plaque, il y a alors prédominance d’un courant du à une variation d’un certain signe du potentiel, et par suite détection.
  - Portons donc la'grille au potentiel négatif O b (fig. 154). Le courant de pla" que a la valeur Z?B. Appliquons à la grille une différence de potentiel alternative oscillant entre la valeur bm, bm'. Le courant de plaque varie alors entre
  - 'NL'fH' —|— ]
  - les valeurs wM et m'M' dont la valeur moyenne est --------—-—, différente
  - de B b. L’intensité du courant plaque est donc modifiée et, par suite, si un téléphone est intercalé dans le circuit, il y aura effet détecteur.
  - Remarquons que, pour le point B de fonctionnement en détecteur, il n’y a pas de courant grille-filament, et par suite pas d’emprunt de courant au circuit oscillant. La résistance de l’intervalle grille-filament est donc pratiquement infinie et le circuit oscillant n’est pas amorti comme dans le cas d’un détecteur ordinaire (galène, par exemple) qui ne présente qu’une résistance de quelques milliers d’ohms. Le tube à vide permet donc une très bonne syntonie.
  - Ajoutons que l’on peut également utiliser le point détecteur qui se trouve sur la courbe caractéristique de la grille. Le fonctionnement est analogue.
  - * * *
  - L’audion peut enfin servir pour produire des oscillations électriques entretenues.'Le montage est représenté figure 155. Une bobine B,, dite
  - bobine de grille, est intercalée dans le circuit grille-filament ; une seconde bobine B2, dite bobine de plaque, est couplée par induction avec Bx et est intercalée dans le circuit plaque-filament. Aux deux extrémités de cette bobine, on connecte la terre et l’antenne. Reprenons les courbes caractéristiques et plaçons-nous au point C (fig. 156). Par un choix delà tension de plaque et du chauffage du filament, on s’arrange pour que ce point C soit au milieu de la partie ascendante rectiligne de la caractéristique de plaque. Supposons que nous fermions le manipulateur M (fig. 155). La grille prend alors le potentiel de l’extrémité négative du filament et il circule
  - Fig. 155.
  - -Production d’oscillations entretenues.
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- - L’ÉLECTRICITÉ ET LES CORPS INCANDESCENTS 1*83
  - dans la bobine de plaque B2 le courant OC (fig. 156)- Ce courant provoque une oscillation dans l'antenne, mais en même temps, quoique avec un léger retard, il se développe dans la bobine Bx une force électro-motrice d’induction qui fait varier le potentiel de la grille entre les deux valeurs Om, Ont' et par conséquent une variation du courant de plaque entre M m et M'm' permettant l’entretien des oscillations de l’antenne. En effet, en proportionnant les self-inductions des bobines Bj et B2,
  - °n donne aux variations de potentiel de la grille la même période que celle de l’antenne.
  - En réalité, le fonctionnement est beaucoup plus complexe que nous ne l’indiquons, et a conduit à des modifications du montage précédent, dont nous dirons quelques mots au chapitre sur la télégraphie sans fil.
  - * * *
  - Lieben et Reisz ont augmenté la puissance d’amplification des audions de 5 à 30 environ, en utilisant la propriété qu’ont certains corps d émettre des électrons sous de faibles tensions. Tels sont les oxydes de calcium et de baryum en particulier. Nous avons signale cette propriété précédemment. La cathode est recouverte d’oxyde et l’atmosphère raréfiée est fournie par un amalgame de mercure ayant une faible tension de vapeur. Ces appareils sont peu employés depuis le développement des pliotrons.
  - * * *
  - Quand la tension de la batterie qui fournit le potentiel à la plaque a une valeur suffisante, Y ionisation du gaz se produit et se manifeste par 1 apparition d’une lueur bleue dans l’ampoule. Cette lueur est très préjudiciable à la durée de l’appareil, par suite de la désagrégation du filament fiui se produit sous l’influence du bombardement par les ions positifs. De plus, la lueur bleue et les autres phénomènes provenant de la présence d un gaz résiduel entraînent des irrégularités dans le fonctionnement.
  - Dans l’audion et le tube Lieben-Reisz, l’action d’amplification apparaît comme dépendant beaucoup de l’ionisation des gaz, meme si 1 appareil fonctionne bien au-dessous du point où la lueur bleue apparaît. Le phé-
  - Intensité
  - volts Grille
  - 7tvo[
  - Fig. 156.
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- - 184 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - nomène est probablement le suivant : il y a normalement une petite quantité de gaz ionisé due au passage des électrons de la cathode à l’anode. La présence des ions positifs neutralise partiellement la charge de l’espace qui limite le courant circulant entre les électrodes. Si un petit potentiel est appliqué à la grille, la vitesse des électrons la traversant est quelquefois accrue, et ils produisent plus d’ions dans le gaz. D’autre part, si le potentiel de la grille est augmenté, le nombre d’électrons la traversant l’est aussi, ce qui tend à nouveau à accroître la valeur de l’ionisation. Une très légère augmentation de la valeur de l’ionisation ainsi apportée réduit notablement la charge de l’espace et augmente le courant qui peut circuler entre les électrodes. Ainsi,pour un modèle donné, l’action de relais peut être plus importante qu’en l’absence de gaz.
  - S’il y a trop de gaz présents, ou si le potentiel de la plaque ou le courant circulant vers la plaque sont trop grands, l’ionisation positive peut atteindre de telles valeurs qu’elle neutralise complètement la charge d’espace et permette à un courant intense de circuler. Le fonctionnement comme relais de l’audion est alors nul. Entre ces deux extrêmes, il existe une région instable dans laquelle la sensibilité de l’audion est énorme, mais iln’estpas très pratique d’utiliser l’appareil dans cette région, à cause des difficultés de maintien du réglage.
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- - CHAPITRE XI
  - LES RAYONS X ET LA CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
  - ^ ^Soyption des rayons X par la matière. — Rayons X caractéristiques. — Expériences de Barkla et Sadler. — Séties K et L. — La longueur d’onde des rayons X. — Rayonnement caractéristique des métaux. — Loi de Moseley. — Les rayons canaux. — Influence de la nature du gaz dans l’émission des rayons canaux des tubes à vide. — Expériences de T. T. Thomson. — Spectrographe de masse. —- Les isotopes. — Expériences de Aston.
  - Nous allons étudier dans ce chapitre les propriétés des rayons X, sur lesquelles nous n’avons fait que passer rapidement dans 1 exposé de ta conductibilité des gaz aux basses pressions. Ces propriétés ont permis fie pousser beaucoup plus loin que par tout autre moyen 1 analyse de la constitution de la matière, et les résultats trouves servent a 1 heure actuelle ^ta point de départ pour toutes les théories de l’atome. Aussi croyons-nous devoir consacrer un chapitre spécial à ces questions si importantes au point de vue scientifique. Nous ne dirons rien des moyens de production des rayons X, ampoules à focus, tube Coolidge, ni du mode d emploi expérimental ; ces questions seront traitées au chapitre sur 1 électricité médicale.
  - * * *
  - L absorption des rayons X par les substances sur lesquelles ils tom-t a fourni de très intéressants résultats.
  - °n appelle coefficient d’absorption \ la fraction de l’intensité du faisceau de rayons X qui est absorbée par passage à travers une épaisseur de 1 centimètre de la matière en expérience. On le mesure en observant à 1 aide d’un électromètre ou d’un électroscope la variation d ionisation Produite par le pinceau de rayons X avant et après passage à travers rm écran. Le dispositif expérimental peut être analogue à celui représenté figure i57. Une feuille d’aluminium A est enfermée dans un récipient à parois fi’aluminium BB. On établit une différence de potentiel de plusieurs centaines de volts entre A et B, suffisante pour produire le courant de satura-
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- - i86
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - tion dans le gaz renfermé dans le récipient. L’électromètre E mesure la variation de potentiel de A, qui renseigne sur l’intensité du faisceau de
  - rayons X. Un écran S peut être interposé sur le trajet du faisceau de rayons X. et de la variation du courant de saturation il est facile de tirer la valeur du coefficient ra^onsx d’absorption.
  - Nous avons dit que, lorsque les rayons X tombent sur un corps, ils produisent l’émission d’un rayonnement secondai!e comprenant en particulier des rayons X caractéristiques, c’est-à-dire dépendant de la nature du corps qui les émet.
  - Barkla et Sadler ont montré que presque toutes les substances émettent un ou plusieurs rayonnements secondaires homogènes. C’est par l’étude de leur absorption qu’on a pu les classer. Au lieu de déterminer simplement le coefficient d’absorption X, on obtient des résultats beaucoup plus
  - intéressants en considérant le coefficient d’absorption de masse 1^--
  - défini comme le quotient du coefficient d’absorption par la densité de la substance. Puisque l’absorption dépend de la masse de matière traversée, l’absorption, par centimètre d’épaisseur,[ varie considérablement d’une matière à l’autre, même lorsque l’on emploie le même faisceau incident.
  - Si l’absorption était strictement proportionnelle à la densité, - serait
  - constant pour tous les corps. On constate, au contraire, que ce coefficient augmente avec le poids atomique de la matière absorbante.
  - Barkla mesura alors, en se servant d’écrans absorbants en aluminium, le coefficient d’absorption de masse pour les rayons X caractéristiques produits par divers corps placés sur le trajet d’un faisceau de rayons X-Il trouva que ces rayons X caractéristiques se groupent en deux séries distinctes, certains corps (argent, antimoine, iode et baryum) émettant les deux radiations. Barkla appela ces séries, série K et série L. En général, lorsqu’un corps émet les deux radiations, celles de la série K sont environ trois cents fois aussi pénétrantes que celles de la série L. Si on traduit graphiquement les résultats, en portant, pour simplifier, comme coordonnées
  - les logarithmes du poids atomique et du coefficient -, on obtient deux
  - P
  - droites parallèles représentant les deux séries K et L (fig. 158). On sait
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- - RAYONS X ET CONSTITUTION DE LA MATIÈRE 187
  - maintenant que la série K comprend quatre raies de longueurs d’onde différentes, et la série L plusieurs groupes de raies.
  - Whiddington a trouvé une relation entre le poids atomique des éléments
  - et la puissance de pénétration de leurs rayons X caractéristiques. Si un élément de poids atomique *AK émet des radiations secondaires caractéristiques appartenant à la série K et ayant même pouvoir de pénétration que les radiations secondaires de la série L d’un .corps de poids atomique AL, on a :
  - AK = - (Al-48).
  - 2
  - \Ag
  - F St\ • 1 \Ba
  - \Cr SERIES L
  - _ 1*0 C’est ainsi par exemple que
  - la radiation de la série K du p..g l5g_. brome (poids [atomique: 80) a la même puissance de pénétration que muth (poids atomique : 208). En effet :
  - 2.0
  - Log ,0 Poids atomiques — Les séries K et L des corps simples.
  - la radiation de la série L du bis-
  - 80 = - (208 48).
  - Whiddington a aussi trouvé que la vitesse minima des rayons cathodiques nécessaire pour produire des rayons de meme pénétrabilité que les rayons caractéristiques est proportionnelle au poids atomique de 1 élément. On a :
  - vK = A io8 centimètres-seconde
  - pour une radiation de la série K, et :
  - v — - (A —48) io8 centimètres-seconde
  - Pour la série L, A étant le poids atomique de l’élément (1).
  - (*) On peut encore écrire ces relations :
  - = 2 (N — 2) io8 et vi ^ étant le nombre atomique de l’élément.
  - = (N — 15) 108,
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- - i88
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Les rayons X se propagent avec la vitesse de la lumière ; d’autre part, iis sont constitués par un ébranlement de l’éther analogue à celui qui constitue une onde lumineuse. L’analogie serait complète si on pouvait produire avec les rayons X les phénomènes d’interférence et de diffraction que l’on réalise avec les ondes lumineuses, et si on pouvait déterminer leur longueur d’onde.
  - Nous avons vu que les essais tentés n’avaient donné aucun résultat : les rayons X, s’ils sont constitués par une perturbation électromagnétique analogue à celle des rayons lumineux, doivent avoir une longueur d’onde extrêmement petite, pour laquelle nos appareils, en particulier les réseaux, sont extrêmement grossiers et par suite inefficaces. Il n’est pas possible de produire des interférences lumineuses à l’aide d’un réseau constitué par des traits distants de i centimètre par exemple, parce que la longueur d’onde de la lumière est infiniment plus petite que l’écartement des traits du réseau : 1:appareil et le phénomène à étudier ne sont pas à la même échelle. Pour la même raison, les rayons X ne peuvent être diffractés par nos réseaux les plus parfaits, dont le nombre de traits dépasse cependant ioo par millimètre.
  - Le problème semblait donc insoluble lorsque Lawe, en 1913, proposa de prendre, comme réseaux de diffraction, les réseaux cristallographiques que l’on supposait- exister, d’après la théorie de Bravais, dans les corps cristallisés. L’expérience réussit et permit de vérifier la théorie de Bravais, tout en démontrant la nature vibratoire des rayons X dont les longueurs d’onde dont de l’ordre de io~8 centimètre (1).
  - * %
  - Choisissant un cristal de ferrocyanure de potassium comme réseau de réflexion des rayons X, Moseley étudia le rayonnement X caractéristique des métaux. Il trouva que, de l’aluminium à l’argent, le spectre des rayons X consiste en deux lignes, appartenant à la série K, la plus forte, .Ka, ayant une longueur d’onde supérieure à celle de la plus faible, K;, les lignes formant une série continue. En traçant une courbe ayant pour coordonnées la racine carrée de la fréquence de la radiation caractéristique et l’ordre de l’élément dans la classification périodique, on obtient une droite (fig. 159).
  - Pour les métaux, du zirconium à l’or, on trouva que la même relation
  - (1) Pour plus de détails, voir Précis de chimie physique, par H. Vigneron (Masson, éditeur).
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- - RAYONS X ET CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
  - 189
  - linéraire se vérifie pour les radiations caractéristiques de la série L, qui se compose de cinq lignes (La, L3, ...). Pour chaque sérié, une équation de la forme v = a (N— b)2 représente les résultats expérimentaux, v étant la fréquence de la radiation caractéristique, N le nombre qui représente la position de l’élé-
  - ment dans la classification périodique des éléments, et que Moseley appelle le nombre atomique de l’élément, et qui donne le nombre d’électrons 'existant dans l’atome de l’élément.
  - Pour la série K,;, la constante b de la formule précédente a la valeur 1, et, pour la série Ltt, la valeur 7,4.
  - Nous n’insisterons pas plus sur les remarquables ré-
  - P O 46
  - Mo 42
  - N b 4 I
  - Zr 40
  - Zn 30
  - Cu 29
  - Ni 28
  - Co 27
  - Fe 26
  - Mn 25
  - Cr 24
  - Ti 22
  - CL 17
  - 2 5x10"
  - 5x10
  - '^'Tréauence
  - Fig. 159. — Courbe de Moseley.
  - snltats obtenus'par Moseley et ses successeurs ;. ils montrent que, grâce aux rayons X, nous pouvons pénétrer à l’intérieur de l’atome et commen-cer à en explorer la structure intime.
  - * * *
  - Dans l’espace noir cathodique, les électrons constituant le faisceau cathodique se déplacent avec des vitesses énormes, atteignant io9 centimè-tres Par seconde. Par suite, s’il existe dans cet espace des ions positifs, seront énergiquement attirés par la cathode.
  - En d autres termes, le passage de la décharge exige que le gaz soit ionisé a 1 intérieur du tube ; par suite, il y a création d’électrons et d’ions positifs Se ^Plaçant en sens inverse ; la cathode reçoit un afflux positif qui se manifeste par l’existence de la zone lumineuse cathodique. Si donc la cathode est percée de^trous, un certain nombre des ions positifs la traversera et y aura création, en arrière de la cathode, d’un faisceau de rayons posî-tlfs ou rayons canaux.
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 190
  - Ces rayons, découverts par Goldstein en 1886, se manifestent par l’illumination des gaz qu’ils traversent et leur ionisation intense, la phosphorescence qu’ils excitent à leur point d’impact, etc. Ils sont déviés par le champ magnétique et le champ électrique et se conduisent bien comme un train de particules positives. Leur vitesse est très petite (quelques milliers de kilomètres à la seconde), mais leur masse est énorme, de dix mille à cent mille fois celle des électrons ; aussi ne peuvent-ils voyager loin dans les gaz, ni être considérablement déviés par l'action des champs.
  - Ajoutons que l’on a trouvé que les rayons a des substances radioactives sont également constitués par des centres positifs en déplacement, et on a donné le nom de rayons positifs à l’ensemble des rayons a et des rayons canaux.
  - * * *
  - Dans un tube à vide, les rayons positifs sont de nature complexe, mais, en prenant de larges ampoules de façon à ce que la décharge puisse être
  - obtenue sous une grande différence de potentiel sans abîmer le tube, J. J. Thomson a trouvé l’existence de rayons positifs dont la nature dépend des propriétés du gaz présent dans l’ampoule.
  - Afin de dissocier le faisceau complexe de rayons positifs, J. J. Thomson combine l’action d’un champ magnétique et d’un champ électrique intenses, la direction étant la même pour les deux champs. Dans ces conditions, si la vitesse de propagation du faisceau est supposée parallèle à l’axe de x (fig. 160) et les deux champs perpendiculaires à cette direction suivant l’axe Oz, le champ magnétique aura pour effet d’exercer sur la particule une force F, dirigée parallèlement à Oy, tandis que le champ électrique exerce une force F' parallèle à l’axe des z.
  - On calcule facilement que la déviation due à la force magnétique est
  - 6 I
  - proportionnelle à — - z) et celle due à la force électrique est propor-
  - 6 Z
  - tionnelle à - — (= y), m v-
  - C’est à-dire que l'on a :
  - z
  - E H
  - Fig. 160.
  - - = kv,
  - y
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- - igi
  - un
  - RAYONS X ET CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
  - et> par suite, toutes les particules ayant même vitesse donneront, sur écran normal à la direction de propagation initiale Ox, une ligne droite
  - Passant par O.
  - On voit aussi que
  - K
  - m
  - c’est-à-dire que toutes les particules ayant la meme valeur de wse t
  - veront sur une parabole passant par O. „nnn,«ipei reoré-
  - Si l’écran est une plaque photographique, on a»» te sentées sur la figure iôi.En particulier, si on pren a —^
  - OF par exemple, on voit d’après ce qui précède que le rapport dejHP
  - -—— 2, ô '
  - a GF est égal au rapport de — pour
  - une particule à — pour l’autre partira
  - cule.
  - L’appareil de J. J. Thomson est représenté schématiquement figure 162.
  - B est une large ampoule à vide d°nt la cathode est percée d un trou central. L’électro-aimant Mj produit L champ magnétique. Ses surfaces polaires sont isolées et réunies à une
  - source à •haut'potentiel qui crée le champ électrique, es rayo
  - Fig. 161.
  - — Appareil de J. J- Thomson.
  - Fig. 162.
  - Vlcnnent inscrire leur trajectoire sur un écran E ou une plaque .pho
  - tographique.
  - * * *
  - Ln perfectionnement très important de cet appareil, qui en a conside-rablement augmenté la sensibilité, est dû à Aston. Ce dispositif, porte le n°m de spectrographe de masse.
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- - 192 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - Au lieu de produire simultanément les déviations magnétique et électrique du faisceau positif, on fait d’abord agir le champ électrique, qui produit une faible dispersion des rayons d’inégale vitesse, et ensuite le champ magnétique, de façon que la déviation précédente soit annulée et
  - Fig. 163. — Spectrographe de masse.
  - queles^deux rayons extrêmes du faisceau dispersé se trouvent à nouveau ramenés en un même point formant foyer. La figure 163 montre la marche des
  - £
  - rayons. A chaque valeur de — correspond un foyer. Tous ces foyers sont
  - m
  - situés sur une courbe qui est presque une ligne droite et peut être enregistrée sur une plaque photographique convenablement placée. On obtient les
  - Masse atomique 16 18 20 22 24 26 28
  - r 1 1 1 1 R
  - 28 32 35 36 37 38 44
  - | 1 k k k i 1
  - Fig. 164.— Spectres de masse.
  - apparences représentées figure 164, qui donne les spectres de masse du néon et du chlore.
  - Si on admet que la charge e de l’électron est toujours égale à une même charge élémentaire ou à un multiple entier de cette charge, on voit que
  - la mesure du rapport des valeurs de — relatives à deux ions permet de
  - mesurer le rapport des masses des atomes qui les constituent, en d’autres termes le rapport des masses atomiques des éléments qui les produisent.
  - * * *
  - Aston a trouvé que certains corps se comportent comme un mélange de plusieurs éléments. C’est ainsi que le chlore, de masse atomique 35,46,
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- - RAYONS X ET CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
  - 193
  - donne des raies doubles comme s’il était composé d'un mélange de deux déments de masses atomiques 35 et 37. Ces deux éléments sont appelés des isotopes et leurs propriétés chimiques sont identiques, de sorte qu’il est impossible de les discerner au cours des réactions chimiques auxquelles Participe l’élément. Il semble cependant qu’en s’appuyant sur les propriétés physiques des gaz (diffusion, distillation fractionnée, effusion), on soit arnvé dans quelques cas à séparer tout au moins partiellement certains
  - isotopes.
  - Nous donnons ci-dessous le tableau des isotopes actuellement connus, d’après Aston :
  - H
  - He
  - Li
  - Be
  - B.
  - C.
  - N
  - O. F. Ne Na
  - P. S.. Cl A. K. Ca Sc Ti V. Cr Mn C0 Ni Cu Zn Ga Ge As Br Kr
  - Rb
  - Sr
  - Y.
  - Fg
  - Ne
  - Cs
  - Hg.
  - Masses des isotopes
  - Nombre Poids
  - atomique. atomique. d’isotopes. par ordre de densité.
  - 1 1,008 1 1,008
  - 2 3.99 1 4
  - 3 6,94 2 7,6
  - 4 9,i 1 9
  - 5 10,9 2 11, 10
  - 6 12,00 1 12
  - 7 14,01 1 14
  - . 8 16,00 1 16
  - 9 19,00 1 19
  - 10 20,20 2 20, 22, (21)
  - 11 23,00 1 23
  - 12 24,32 3 24, 25, 26
  - H 28,3 2 28, 29, (30)
  - 15 31,04 1 3i
  - 16 32,06 I 32
  - 17 35,46 2 35, 37, (39)
  - 18 39,88 (2) 40, 36
  - 19 39,io 2 39, 41
  - 20 40,07 (2) (4°. 44)
  - 21 45,i 1 45
  - 22 48,1 1 48
  - 23 51,0 I 5i
  - 24 52,0 1 52
  - 25 54,93 1 55
  - 27 58,97 1 59
  - 28 58,68 2 58, 60
  - 29 63,57 2 63, 65
  - 3° 65,37 (4) (64, 66, 68, 70)
  - 3i 69,72 2 69, 71
  - 32 72,5 3 74. 72, 7°
  - 33 74,96 1 75
  - 35 79,92 2 79, 81
  - 36 82,92 6 84, 86, 82, 83, 80, 78
  - 37 85,45 2 85, 87
  - 38 87,63 1 88
  - 39 88,9 1 89
  - 47 107,88 2 107, 109
  - 53 126,92 1 127
  - 54 130,2 5 (7) 129, 132, 131, 134, 136, (128) (130?)
  - 55 132,81 1 133
  - 80 200,6 (6) (197-200), 202, 204
  - Absorption des rayons X conduisant à la loi de Moseley, spectroscopie
  - Vigneron. — Électricité. 13
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- - 194
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - des rayons X permettant de déceler la nature intime des cristaux et l’arrangement des molécules à l’intérieur de l’édifice cristallin, spectres de masse fournis par les rayons canaux aboutissant à la notion nouvelle d’isotopie, montrent combien l’étude des rayons X a été féconde, et, sans nul doute, la moisson des résultats n’est pas encore terminée. Aussi avons-nous cru devoir exposer succinctement l’état de la question, afin de mettre le lecteur à même d’en juger l’intérêt et d’en suivre les développements ultérieurs.
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- - CHAPITRE XII
  - LA RADIOACTIVITÉ
  - Historique. — Travaux de Becquerel, Curie, Debierne. — Étude de l ionisation. Élec-troscopes. —Différents rayonnements émis. —Rayons y., p, y. — Étude de chacun des rayonnements. — Rayons a, courant d’ionisation. — Rayons [i. Complexité du rayonnement [}. — Rayons y.— Les transformations radioactives. — Émission de chaleur par les sels de radium.
  - L’étude des phénomènes radioactifs, bien que n apportant pas, au Point de vue électrique, de notions vraiment nouvelles, puisque nous y retrouverons seulement les rayonnements qui ont fait l’objet des pages Précédentes, n’en constitue pas moins un chapitre extrêmement captivant de la physique moderne et une illustration frappante du développement extraordinairement rapide de la science dans les trente dernières années.
  - A la fin du siècle dernier, nos renseignements sur la nature des atomes étaient des plus sommaires. On connaissait leur masse relative pour les divers éléments, ainsi que les lois suivant lesquelles ils réagissent entre eux. On les considérait comme ayant chacun une personnalité bien défi-nie> indépendante de celle de tous les autres atomes et sans relation avec eux. On soupçonnait seulement que des charges électriques devaient se trouver dans les atomes, mais on ignorait qu’il existât, entre les atomes de tous les éléments, un « facteur commun », un « plus grand commun diviseur » si l’on veut prendre des comparaisons mathématiques, qui est 1 elec tr°n. On était impuissant à passer de l’un à l’autre, à transformer un élément en un élément différent, à réaliser, en un mot, une transmutation.
  - La découverte, vers cette époque, des rayons cathodiques, puis des rayons X, avait produit une vive sensation parmi les physiciens. Henri Lecquerel en particulier, frappé du fait que les rayons cathodiques heur-tant la paroi de verre de l’ampoule y allument une vive fluorescence, s était demandé si toute phosphorescence n’est pas due à un bombarde Iûent analogue à celui des rayons cathodiques, hypothèse qu Henri Caré émettait presque simultanément. Becquerel avait à sa disposition les échantillons de sels d’uranium préparés par son père, et dont certains
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- - ig6 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - présentaient une vive fluorescence. Il les étudia et, le 24 février 1896, présenta une note à l’Académie des sciences sur les radiations de phosphorescence émises par certains sels d’uranium. Nous reproduisons ci-dessous quelques passages de cette note dont l’importance n’échappera pas lorsque nous aurons dit que le travail de Henri Becquerel qu’elle résume est la première pierre de l’édifice auquel plus tard fut donné le nom de « radioactivité ».
  - « On enveloppe une plaque photographique Lumière au gélatino-bromure avec deux feuilles de papier noir très épais, tel que la plaque ne se voile pas par une exposition au soleil durant une journée.
  - « On pose sur la plaque, à l’extérieur, une plaque de la substance phosphorescente (sulfate double d’urane et de potasse) et on expose le tout au soleil pendant plusieurs heures. Lorsque l’on développe ensuite la plaque photographique, on reconnaît que la silhouette de la substance phosphorescente apparaît en noir sur le cliché. Si l’on interpose, entre la substance phosphorescente et le papier, une pièce de monnaie ou un écran métallique percé d’un dessin à jour, on voit l’image de ces objets apparaître sur le cliché.
  - « On doit donc conclure de ces expériences que la substance phosphorescente en question émet des radiations qui traversent le papier opaque à la lumière et réduisent les sels d’argent. »
  - Sans vouloir diminuer le génie des Curie et l’importance de leurs travaux, il faut remarquer que, deux ans avant eux, Henri Becquerel découvrait le rayonnement radioactif et ses plus importantes propriétés. Comme on a pu le.voir par la lecture de sa première note sur ce sujet, il croyait à tort que l’insolation préalable était indispensable, mais une seconde note vint rectifier cette erreur, et finalement il établit que la propriété radiante était absolument indépendante de la phosphorescence, que tous les sels d’uranium, même les sels uraneux qui ne sont pas phosphorescents, donnent des effets analogues, en particulier ionisent les gaz, c’est-à-dire les rendent conducteurs de l’électricité. Ces phénomènes correspondant à une émission continue d’énergie ne semblent cependant pas la conséquence d’un emmagasinement sous l’influence d’un rayonnement extérieur ; spontané et constant, le rayonnement est insensible aux variations de température et d’éclairage.
  - Mme Curie reprit l’étude du phénomène et, en 1898, trouva que le thorium présente des propriétés radioactives analogues à celles de l’uranium-Elle montra également que deux minerais d’uranium étaient plus actifs que l’uranium lui-même, et que cette anomalie disparaissait lorsque les minerais étaient reconstitués, par synthèse à partir des sels purs. Elle
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- - LA RADIOACTIVITÉ
  - 197
  - conclut qu’il devait exister dans ces minerais un element radioactif inconnu, plus actif que l’uranium.
  - En étudiant à l’électromètre la variation d’activité des divers fractionnements obtenus par traitement chimique, les Curie découvrent d abord une nouvelle substance, quatre cents fois plus active que l’uranium, de propriétés chimiques voisines de celle du bismuth et à laquelle ils proposent, dans leur note du 18 juillet 1898, de donner le nom de polonium.
  - « Certains minéraux contenant de l’uranium et du thorium (pechblende, chalcolite, uranite) sont très actifs au point de vue des rayons de Bec-cpierel. Dans un travail antérieur, l’un de nous (Mme Curie) a montre' qne leur activité est même plus grande que celle de l’uranium et du thorium et a émis l’opinion que cet effet était dû à quelque autre substance ires active renfermée en petite quantité dans ces minéraux... Nous avons cherché à isoler cette substance dans la pechblende, et 1 expérience est Venue confirmer les prévisions qui precedent... Nous croyons donc que les substances que nous avons retirées de la pechblende contiennent un métal n°n encore signalé, analogue au bismuth par ses propriétés analytiques.
  - Si 1 existence de ce nouveau métal se confirme, nous proposons de 1 appe-ier polonium, du nom du pays d’origine de 1 un de nous. »
  - Mais la méthode mise au point est si précisé, les minerais essayes sont si riches aussi, que bientôt, au cours des séparations, un nouvel element, analogue au baryum et d’activité au moins mille fois supérieure à celle rïe 1 uranium, commence à manifester sa présence. Le poids atomique du « haryum radifère » que l’on détermine de temps à autre au cours des Purifications successives s’éloigne de 137 (1), monte de plus en plus, finalement arrive à se fixer aux environs de 226. Le spectre du « baryum radifere », en même- temps, s’enrichit d’une nouvelle raie spectrale de longueur d’onde 3 814,8 (2). Il n’en faut pas plus pour pouvoir caractériser un nouvel élément, et, le 26 décembre 1898, dans une note en collaboration avec M. Bemont, les* Curie annoncent la découverte de l’élément nouveau, le radium. Nous donnons ci-dessous quelques passages de cette note fondamentale qui donne les propriétés chimiques caractéristiques nouvel élément.
  - * La nouvelle substance radioactive que nous venons de trouver a toutes les apparences chimiques du baryum presque pur : elle n’est précipitée ni Par l’hydrogène sulfuré, ni par le sulfure d’ammonium, ni par l’ammoniaque ; le sulfate est insoluble dans l’eau et les acides ; le carbonate est insoluble dans l’eau ; le chlorure, très soluble dans l’eau, est insoluble dans 1 acide chlorhydrique et dans l’alcool... »
  - (b Le poids atomique du barÿum.
  - (2) D après Demarçay, Académie des sciences, 26 décembre 1898.
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- - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 198
  - En 1900, Debierne retira également de la pechblende un autre métal radioactif, d’activité comparable à celle du radium, auquel il donna le nom d’actinium. Actuellement, on connaît une trentaine d’éléments radioactifs.
  - * * *
  - C’est par l’examen de l’ionisation produite par les corps radioactifs que l’on étudie les propriétés des divers rayonnements qu’ils émettent. L’appareil d’observation et de mesure est soit un électroscope, soit un électromètre.
  - Divers modèles d’électroscopes ont été proposés afin d’augmenter la sensibilité. Le plus simple (fig. 165) se compose d’un plateau A, sur lequel on répartit le sel à étudier, disposé en
  - face d’un plateau parallèle B relié à la feuille d’or d’un électroscope que l’on charge préalablement. L’observation
  - Fig. 165.— Électroscope pour radioactivité. Fig. 166. — Électroscope de Wilson.
  - de la vitesse de décharge de l’électroscope, par suite de l’ionisation du gaz compris entre les plateaux, fournit la mesure de la puissance ionisante de la substance.
  - Un autre dispositif extrêmement sensible est dû à C.T. R. Wilson (fig. 166). La feuille d’or L est attirée par une plaque P chargée à potentiel constant, 200 volts par exemple. On réunit la feuille d’or à la paroi métallique de l’appareil, et celui-ci est incliné jusqu’à ce que la feuille se trouve dans le champ de vision d’un microscope d’observation (non figuré). On peut faire varier la sensibilité en inclinant plus ou moins l’appareil et en agissant sur la distance de la feuille d’or au plateau P. Celui-ci est commandé par une vis micrométrique M, et les meilleures conditions sont réalisées lorsque la position de la feuille devient instable par suite de son voisinage de la plaque P. On réunit ensuite la feuille par le conducteur C au corps dont on veut mesurer la variation de potentiel.
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- - LA RADIOACTIVITÉ
  - 199
  - * * *
  - Si l’on place sur le plateau A de l’électroscope un sel de radium, on constate, en interposant entre les deux plateaux une feuille de fer-blanc, que la déperdition de l’électroscope est extrêmement ralentie : l’ionisation tombe au dixième, par exemple.
  - Si les rayons émis par la substance étaient homogènes, 1 interposition d’une plaque d’épaisseur double devrait faire tomber l’ionisation au centième de sa valeur primitive. Or, on constate que tel n’est pas le cas. Par suite, il existe dans le rayonnement au moins deux sortes de rayons, dont l’une est facilement absorbable et l’autre beaucoup moins. Appelons, avec Rutherford, rayons a les rayons les plus absorbables, rayons p les autres.
  - Continuons à interposer des feuilles en nombre de plus en plus grand ou encore introduisons entre les deux plateaux des lames d épaisseur croissante : on constate que l’absorption qu’elles produisent n’est pas aussi intense qu’on pourrait s’attendre à le constater, et Rutherford attribue ce fait à l’existence de radiations beaucoup plus pénétrantes que les rayons a et p, auxquelles ils donne le nom de rayons y.
  - En résumé, les sels de radium émettent trois rayonnements distincts, qui se caractérisent, si on mesure leur puissance d absorption, de la façon
  - suivante :
  - a P y
  - Épaisseur d’aluminium réduisant l’ionisation de moitié. ocm,ooo5 ocm,o5 8 cm. Puissance relative de pénétration ............... 1 100 10 000
  - Anticipant sur les résultats des expériences que nous décrirons plus loin, on a montré que ces rayons sont de nature très differente.
  - i°Les rayons a, peu pénétrants, sont constitués par des atomes d’hélium chargés positivement, leur charge étant égalé a deux fois la charge élémentaire.
  - 2° Les rayons p, cent fois plus pénétrants que les rayons a, sont formés Pur des électrons lancés à de très grandes vitesses.
  - 3° Les rayons y, cent fois plus pénétrants que les rayons p, sont des vibrations électromagnétiques analogues aux rayons X, mais de très courte longueur d’onde.
  - fl nous reste à légitimer rapidement ces conclusions.
  - * * *
  - Ecs rayons a excitent la phosphorescence. Si on place au voisinage d’un Sel radioactif un écran au sulfure de zinc, on constate, en l’examinant à
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - la loupe, une multitude de points brillants qui s’allument et s’éteignent aussitôt. On montre que cette scintillation est due au choc des particules a en interposant une lame de mica qui arrête les rayons a sans absorber notablement les rayons (3 et y. La cause de la lumière est probablement la rupture des cristaux microscopiques de sulfure de zinc lorsqu’ils sont heurtés par une particule a.
  - Connaissant la quantité de matière radioactive mise en expérience, le nombre d’étincelles allumées dans un temps donné sur un écran limitant un angle solide connu, on peut calculer qu’un milligramme de radium émet 136 millions de particules a par seconde.
  - Les rayons a ne sont déviés que difficilement par les champs magnétiques, et leur déviation indique qu’ils sont chargés positivement. Ils sont également sensibles aux champs électrostatiques, et on a pu, comme
  - g
  - dans le cas des rayons cathodiques, calculer leur vitesse v et le rapport — • On a : '
  - v = 2,5.10® centimètres-seconde. - = 6 X io3.
  - m
  - En éliminant, par l’action du champ magnétique, les rayons [3, on peut recueillir les particules a dans un cylindre de Faraday et on a trouvé que, quel que soit le corps radioactif en expérience, la charge d’une particule a est comprise entre 3,10 et 3,20.io~20 unité électromagnétique, c’est-à-dire deux fois la charge élémentaire (-j- 1,59.10—20).
  - On peut alors calculer m ; on trouve que la masse d’une particule a est égale à celle d’un atome d’hélium. Or, on admet que l’atome d’hélium est constitué par un noyau central portant deux charges positives et autour duquel gravitent deux électrons. La particule a est donc le noyau central de l’atome d’hélium et, lorsqu’elle s’arrête et fixe deux électrons, elle redonne le gaz hélium, comme Rutherford l’a montré directement.
  - Bragg et Kleeman ont observé que le pouvoir d’ionisation des rayons a reste constant pendant une certaine longueur de leur trajectoire, puis cesse brusquement. Rutherford a montré que l’ionisation cesse au moment où la vitesse de la particule a tombe au-dessous de i,i2,io9 centimètres par seconde. Par suite, des rayons a ayant des vitesses inférieures à cette limite ne pourraient être décelés parleur ionisation, et ainsi beaucoup de substances émettent peut-être des rayons a, bien que leur radioactivité soit insoupçonnée.
  - En interposant diverses substances sur le trajet des rayons a, on a trouvé que le parcours des particules a, c’est-à-dire le chemin dans l’air à 150 et sous pression normale qu’effectuent les rayons avant de perdre leur pouvoir ionisant, est en raison inverse de la racine carrée du poids moléculaire.
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- - 201
  - LA RADIOACTIVITÉ
  - Une particule a perd son énergie en produisant 1 ionisation proport'
  - tellement à -L, v étant sa vitesse, jusque vers la fin de sa trajectoire,
  - \J V
  - °ù la chute du pouvoir ionisant est extrêmement rapide. On a constaté que le courbe représentant l’ionisation (mesurée par la valeur du courant de saturation) en fonction du parcours de la particule a (fig. 167) présentent, quelles que soient les substances génératrices de rayons a, toutes fa même terminaison. C’est-à-dire que, si UB CD est la courbe d’ionisation pour une particule de parcours OD, BCD est la courbe d’ionisation pour une particule dont fe parcours n’est que ED.
  - Enfin, Geiger a trouvé que le parcours D tionnel au cube de sa vitesse '.
  - D = kV\
  - Connaissant D et V pour une particule, on peut déterminer k et, si on a mesuré expérimentalement le parcours d’une particule a emise pa substance quelconque, il est possible de calculer sa vitesse .
  - * * *
  - 0 particules**.
  - Fig l67_ _ Courbe d’ionisation.
  - d’une particule a est propor-
  - ^es rayons fj sont facilement déviés par les champs électrique et magné-bque5 et leur étude montre qu’ils sont constitués, comme les rayons catho-fiues, par des électrons animés de grandes vitesses.
  - Le* recberches de Kaufmann sur la vitesse v des électrons et le rapport -
  - m
  - °nt fourni des résultats extrêmement importants. Il a trouvé les nombres
  - expérimentaux suivants :
  - Vitesse.
  - Valeur de —
  - 2,36 x io10 centimètres-seconde.
  - 2,48 x io10 —
  - 2,59 x io10 —
  - 2,72 x io10 —
  - 2,85 x io10 —
  - 1,31 X io7 1,17 X io7 0,97 x io7 0,77 X io7 0,63 X io7
  - Ainsi donc f diminue aux très grandes vitesses. Comme « reste con
  - m
  - stant, il faut en conclure que m augmente.
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- - 202
  - PRINCIPES GÉNÉRA UX, LOIS ET MESURES
  - Or, la théorie de Lorentz indique que la masse est une fonction de la-vitesse :
  - m =
  - V2
  - S
  - v étant la vitesse de déplacement et c la vitesse de la lumière. Nous avons déjà signalé ce fait lors de l’étude des rayons cathodiques.
  - Les rayons 8, très rapides, permettent donc la vérification expérimentale
  - de l’hypothèse à laquelle conduit la théorie électromagnétique que la masse est d’origine électromagnétique.
  - * * *
  - L’examen du faisceau de rayons ? dévié par un champ magnétique montre par son épanouissement que l’émission n’est pas homogène et le « spectre » des rayons p se révèle comme assez complexe, puisque Rutherford a trouvé seize groupes pour le radium B et quarante-huit pour le radium C.
  - Une expérience intéressante du professeur Strutt permet de visualiser la perte d’électricité par les rayons |3 et, inversement, la charge positive que tendent à acquérir les sels radioactifs enfermés dans une enceinte non conductrice. Un sel de radium est enfermé dans une ampoule dont les parois sont suffisamment épaisses pour arrêter les rayons x, mais non les rayons [3. Deux feuilles d’or sont attachées à la partie inférieure du tube (fig. 169). Le tube A acquiert une charge positive et les feuilles d’or divergent peu à peu jusqu’à ce qu’elles viennent toucher les parois du tube extérieur dans lequel est placée l’ampoule. Elles se déchargent alors à ce moment, retombent, puis recommencent à diverger. Comme le phénomène de l’émission est indépendant de toutes les actions extérieures que l’on peut faire agir sur lui, un tel dispositif constitue une horloge dont le fonctionnement durera tant que l’émission de rayons 8 continuera, c’est-à-dire, dans le cas du radium, pendant plusieurs centaines d’années.
  - Fig. 168. — Analyse par un champ magnétique de la radiation complexe du radium.
  - * * *
  - Les rayons y ont des propriétés toutes différentes des deux rayonnements précédents. En particulier, ils ne sont pas sensibles à l’action des champs électrique et magnétique et ils ont un grand pouvoir de pénétration,
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- - LA RADIOACTIVITÉ
  - 203
  - certains d’entre eux traversant jusqu’à 22 centimètres de plomb. Ils produisent également une ionisation intense.
  - De nombreuses expériences ont montré leur identité avec les rayons X. Le coefficient d’absorption de masse (voir p. 186) correspond aux radiations des séries K et L des éléments de poids atomique égal ù celui de la substance qui les émet. Par la méthode des réseaux cristallins, on a pu mesurer leur longueur d’onde, qui varie de 1,365.10-8 à 7,i.io~9 centimètre,
  - c est-à-dire de l’ordre de---d’Angstrôm ; ce sont les ra-
  - 100
  - diations de plus courte longueur d’onde connue.
  - Les rayons y sont les rayons X émis par les atomes de D substance radioactive frappés par les rayons [4 ; ils constituent donc plutôt un rayonnement secondaire.
  - * * *
  - Fig. 169.
  - J- J. Thomson, vers 1905, a pu mettre en évidence Lexistence d’un quatrième rayonnement, les rayons 0, analogues aux rayons [i, mais dont la vitesse, de l’ordre de grandeur de 3.108 centimètres-seconde, est inférieure à la vitesse limite produisant 1 ionisation, ce Toi rend leur étude très difficile.
  - * * *
  - X ous terminerons ce chapitre par l’étude succinctedes transformations radioactives qui accompagnent l’émission de rayons a, p ou y.
  - Si on dissout un sel de radium dans l’eau, puis qu on évapore à sec la solution, le précipité est beaucoup moins actif, tout au moins au début, Pois peu à peu reprend son activité initiale. On en conclut que 1 on avait, Par dissolution, enlevé un produit de transformation du radium : c est 1 émanation, gaz se liquéfiant à la pression atmosphérique à 71°:
  - En opérant dans le vide, on peut extraire l’émanation produite par le radium. Pour un gramme de radium, on recueille omm3,59 de gaz.
  - Cette quantité d’émanation qui existe en équilibre avec un gramme de radium est appelée le curie’, c’est l’unité de radioactivité.
  - En résumé) le radium émet un rayonnement a et en même temps dégage de l’émanation, et l’on traduit ce fait par la relation, vérifiée par l’expérience :
  - Radium = Hélium + Émanation 226 = 4 + 222
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - L’émanation dégage un rayonnement émis aux dépens de ses atomes. On met cette destruction en évidence en mesurant le pouvoir ionisant en fonction du temps. On définit ainsi ce qu’on appelle la vie moyenne, qui est la durée au bout de laquelle la moitié du produit initial a disparu en donnant les nouveaux rayonnements. C’est ainsi que la vie moyenne de l’émanation est de 3,83 jours, c’est-à-dire qu’au bout d’environ 4 jours, la quantité primitive en expérience a été réduite de moitié. Le loi de disparition est donc une loi exponentielle, de la forme : .
  - n = n0 e— .
  - n0 étant le nombre d’atomes radioactifs présents à l’origine et n le nombre restant au temps t. La constante ?, est la constante radioactive. Il est facile, connaissant les caractéristiques de l’émanation et la quantité de cette émanation qui est en équilibre avec un gramme de radium, de calculer la vie moyenne du radium. On trouve une durée égale à 1730 ans.
  - * * *
  - Si on laisse un objet quelconque enfermé quelques jours dans un récipient avec un sel de radium, il devient radioactif. Cette radioactivité induite se détruit d’ailleurs avec une grande vitesse : sa vie moyenne est de l’ordre de 30 minutes. Elle est due au dépôt sur l’objet de substances solides provenant de la désintégration de l’émanation. L’étude de la courbe de décroissance des rayonnements oc et {3 émis par ces dépôts de radioactivité induite permet de la représenter par des sommes d’exponentielles d’exposants différents; en un mot, tout comme un courant alternatif complexe peut être décomposé en une somme de courants alternatifs simples, de même on peut décomposer la courbe de décroissance des rayonnements en une somme de courbes simples correspondant chacune à un élément de vie moyenne déterminée qui, en disparaissant, donne naissance à l’élément suivant.
  - On a pu d’ailleurs isoler et caractériser chimiquement ces éléments intermédiaires, assez nombreux et éphémères, comme le montre le tableau suivant :
  - Rayonl émis n. a a P P 8
  - Radium —. Emanation Rad. A Rad. B ->~Rad. C Rad. C -> - Rad. D
  - Poids
  - atomique. 226 222 218 214 214 214 210
  - Vie moyenne. 1 730 ans. 3.83 ]'• 3 min. 26,7 min. 19 min. 10—6 sec. 16,5 ans.
  - Après ces transformations très rapides (Ra A, Ra B, Ra C, RaC'), on trouve ensuite une série de transformations plus lentes :
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- - LA RADIOACTIVITÉ
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  - Rayonnement émis. 3 a a
  - Radium Z)->- Radium E->- Radium F->~
  - Poids atomique............... 210 210. 206
  - Vie moyenne.................. 16,5 ans. 4,85 jours. 136 jours.
  - On sait maintenant que le radium est un des produits de la série de l'ura-mum, mais qu’entre les deux corps se trouvent deux intermédiaires dont ta vie moyenne est très longue : l’uranium 2 (2 X io6 années) et l’ioniùm (2 X io5 années).
  - Nous n’entrerons pas dans de plus amples détails sur les transformations radioactives, qui relèvent beaucoup plus du domaine de la chimie physique et de l’atomistique que de celui de l’électricité (1).
  - Il y a deux autres séries radioactives : celle du thorium et celle de l’acti-niUm, contenant chacune une dizaine de termes.
  - * * *
  - On sait que les sels de radium émettent non seulement des rayonnements variés, mais aussi de la chaleur. On a trouvé que cette émission est d’environ 100 calories par heure et par gramme de radium. Actuellement, on admet le nombre de 134,7 calories, se répartissant comme suit :
  - Radium seul ................................... 25,1
  - Émanation...................................... 28,6
  - Radium A..................................... 3°,3
  - Radium B..................................... j
  - Radium C.....................................)
  - On a pu calculer qu’un gramme de radium émet, au cours de son exis-rence, une quantité de chaleur de l’ordre de io1» calories, quantité énorme, Puisque, d’après Strutt, la présence d’une masse de 270 tonnes de radium dans le noyau intérieur de la Terre serait plus que suffisante pour expliquer le degré géothermique constaté dans les sondages (1 degré environ Par 33 mètres).
  - On a également pu compter avec précision le nombre de particules y. émises par le radium et ses produits de désintégration successive pendant uue seconde. On est arrivé au nombre formidable de 13,6 X io10 particules a.
  - (J) Pour de plus amples détails, voir Précis de Chimie physique, par H. Vigneron (Masson, éditeur).
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- - CHAPITRE XIII
  - MAGNÉTISME ET ÉLECTRICITÉ TERRESTRES
  - Magnétisme terrestre. — Déclinaison. — Inclinaison. — Lignes d'égale déclinaison. — Isogones. — Pôles magnétiques. — Carte magnétique. — Variations des éléments magnétiques. — Variations séculaires. — Variations annuelles. — Variations journalières. — A dion du soleil sur le magnétisme terrestre. — Théorie actuelle de l’origine du magnétisme terrestre. — Les perturbations sont d’origine terrestre. — Les aurores boréales. — Leur hauteur. — Répartition géographique. — Leur fréquence. — Recherches de Birckland. — Théorie de Stôrmer. — Actions perturbatrices locales des éléments magnétiques.— Les phénomènes électriques terrestres. — La charge de la Terre. — Le gradient de potentiel. — Ses variations.— Origine de la charge de la Terre. — Les ions atmosphériques. — Émanations radioactives. — Radiation pénétrante. — Les courants telluriques. — La foudre. — Mécanisme de la décharge. — Ordre de grandeur des phénomènes de l’éclair.
  - La Terre est le siège de phénomènes magnétiques et électriques
  - dont l’importance, pour l’ingénieur électricien, ne peut plus être ignorée à l’heure actuelle et rend nécessaire l’étude de ces manifestations. Non seulement pour le magnétisme terrestre, celle de ses modifications générales dans le temps à la surface du globe, mais aussi ses perturbations locales passagères, orages magnétiques par exemple. Quant à l’électricité atmosphérique, dont les orages et les éclairs sont la preuve la plus frappante de l’existence, il est nécessaire d’en tenir compte maintenant que les fils télégraphiques et téléphoniques couvrent la surface du globe et que les transports de force à haut potentiel et à grande distance se généralisent de plus en plus. La protection de ces installations contre les décharges atmosphériques et les perturbations dues aux courants telluriques est un des gros problèmes qu’ont à résoudre les ingénieurs; aussi est-il indispensable d’en étudier les causes, tout au moins succinctement, afin de mieux comprendre leurs effets et les mesures préventives que l’on a adoptées.
  - * * *
  - Nous commencerons par l’étude du magnétisme terrestre. Il est défini en chaque point de la terre, par la direction et l’intensité du champ
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- - MAGNÉTISME ET ÉLECTRICITÉ TERRESTRES
  - 207
  - Magnétique en ce point ; pratiquement, on a trouvé plus simple de définir k champ par certains éléments ou composantes qui sont : la déclinaison x, 0U angle que fait le méridien magnétique (c’est-à-dire le plan vertical comprenant la direction du champ magnétique) avec le mé-ndien géographique (c’est-à-dire le plan ver-tlcal passant par les pôles géographiques), la imposante horizontale H du champ magné-dfiue et Y inclinaison 0, qui est l’angle que fait la direction du champ magnétique avec l’horizontale du lieu. Il est facile de voir que la connaissance de ces trois éléments définit entièrement en grandeur et direction le champ magnétique qui peut être ensuite exprimé en fonction de telles autres coordonnées désirées. La figure 170 permet de s’en rendre compte. En effet, connaissant la composante horizontale H et l’inclinaison 6, on en déduit immédiatement la valeur de la eomposante verticale V d’après la relation
  - V
  - H =t§ 9
  - et la valeur du champ magnétique I est alors donnée par :
  - P = V2 + H2.
  - h*ous ne décrirons pas les méthodes employées pour déterminer H, 0 et a, car il est très rare que, dans la pratique courante, même pour des navigateurs, on ait à calculer ces éléments. Ils sont donnes par des tables et des cartes dont l’examen est particulièrement intéressant,
  - 3c ïfc 3ï
  - «
  - En reliant sur la carte les points du globe pour lesquels la déclinaison a même valeur, on obtient le réseau représenté figure 171, le système de projection adopté étant celui de Mercator. On constate que ces lignes °n isogones convergent vers quatre points : les deux pôles géographiques deux autres points appelés pôles magnétiques. Il y a deux lignes « isogone zéro » passant par les points de la Terre pour lesquels la déclinaison est nulle, c’est-à-dire que l’aiguille aimantée indique la direction nord-sud Biographique. L’une de'ces lignes joint le pôle nord magnétique au pôle
  - Déclinaison
  - Fig. 170. — Les composantes du champ magnétique terrestre.
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- - 208
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - sud géographique à travers l’Amérique et l’Atlantique ; l’autre réunit le pôle nord géographique au pôle sud magnétique en passant par l’Europe centrale, l’Arabie, l’océan Indien et l’Australie. Suivant certaines lignes
  - joignant le pôle nord géographique au pôle nord magnétique, la déclinaison est de i8o°, c’est-à-dire que, comme le pôle nord de la boussole se dirige vers le pôle magnétique, il indique la direction opposée à celle du pôle nord géographique. Il en est de même au voisinage du pôle sud. On
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- - MAGNÉTISME ET ÉLECTRICITÉ TERRESTRE
  - 209
  - Se rend mieux compte de ce résultat, d’ailleurs paradoxal, en traçant les lsogones sur une jmappemonde, la représentation plane, quel que soit le système de projection employé, étant toujours insuffisante.
  - d
  - o
  - w
  - .S
  - 'o
  - ^0>
  - <D
  - bJO
  - 'b
  - , A l’est de l’isogone zéro traversant l’Amérique, la déclinaison est ouest, c est-à-dire que l’aiguille aimantée se dirige à l’ouest du nord géographique (lignes pleines, fig. 171j.Au contraire, à l’ouest de cette ligne, la déclinaison est est (lignes ponctuées, fig. 171). On constate que les lignes isogones sont Vigneron. — Électricité. ^4
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- - 210
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - loin d’être régulières ; elles atteignent leur maximum d’importance dans l’Asie centrale, où il existe une région entourée complètement par une
  - ligne d’isogone zéro, et à l’intérieur de laquelle la déclinaison est ouest. C’est ce qu’on appelle l’« ovale sibérien ». U est probable qu’il existe une ligne analogue dans le Pacifique oriental.
  - Ces cartes sont extrêmement importantes pour les navigateurs, et elles sont souvent revues et complétées, car le champ magnétique change dans le temps, comme nous le verrons plus loin. La figure 173
  - Fig. 173. — Lignes d’égale déclinaison en France, montre les anomalies très im-On remarque une forte anomalie dans le bassin portantes que présentent les parisien. r r
  - déclinaisons en France, particulièrement dans la région de Paris et de Beauce.
  - Les courbes d’égale déclinaison (fig. 172) sont beaucoup plus régulières que celles de déclinaison. Quant aux cartes donnant l’intensité horizontale en chaque point de la Terre, elles n’ont qu’une importance théorique.
  - * * *
  - Les variations des éléments magnétiques peuvent être décomposées en un certain nombre de variations quasi périodiques auxquelles viennent se juxtaposer des perturbations irrégulières, dites orages magnétiques.
  - i° Variations séculaires. — La déclinaison subit une variation de longue période. A Paris, en particulier, les observations permettent de remonter jusque vers 1540, et elle peut être représentée par la courbe de la figure 174. D’abord
  - orientale (c’est-à-dire que le nord magnétique était à l'est du nord géographique), elle a passé par un maximum vers 1600, puis a décru, s’est annulée en 1660 et est ensuite devenue occidentale, croissant jusqu’à un
  - Fig. 174. — Variations séculaires de la déclinaison à Paris.
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  - 2X1
  - Maximum, d’environ 240, vers 1800, puis elle a décru constamment depuis cette époque et est voisine de 8 à io° actuellement. D après lord Kelvin, le système magnétique terrestre tourne lentement de 1 est a 1 ouest, accomplissant une révolution en 960 ans environ, le pôle nord décrivant un Petit cercle d’environ 170 de rayon.
  - 2^Variations annuelles.
  - Il y a une variation de déclinaison dont la période est d’une année, qui se produit simultanément dans des directions opposées dans les deux hémisphères et dont l’amplitude est dans nos régions d’environ 2',5* La déviation maxima vers 1 est a Heu en août, la déviation maxima vers l’ouest en février.
  - 3° Vaviations journalières. — Enfin, on observe egalement des variations ayant une période de vingt-quatre heures. La figure 175 donne en A la
  - variation de déclinaison Sa (variation d’environ 4 minutes à l’est vers 8 heures du matin, et 5 minutes à l’ouest vers 1 heure de l’après-midi), en B la variation d’intensité horizontale SH (minimum 10 heures du soir, maximum vers 7 heures du matin) et la variation d’inclinaison (courbe C; minimum vers 7 heures du matin, maximum vers n heures du soir).
  - Ces variations journalières ne sont pas les mêmes tous les jours, ainsi que le montrent les courbes de la figure 176 qui donnent, d’après le Dr Chru, les varia-ut}ns pour les jours ordinaires (courbe O), jours très calmes (courbe C)
  - jours pendant lesquels les perturbations sont maxima pour la déclinai-Sori (courbe P). Les nombres sont les moyennes des observations de onze
  - années.
  - L après Schuster, les variations journalières sont produites par des causes extérieures à la Terre, probablement l’existence de courants ciectriqu.es dans l'atmosphère, et ces variations provoquent des courants
  - 7'
  - 6 heures soir.
  - 176.'—-Amplitude de la variation magnétique quotidienne.
  - + 0.0002
  - K +0.0001
  - h -0.0001
  - J- -0.0002
  - 2 4-6 8 '10
  - matin
  - Soir
  - Fig.. 175. — Variations quotidiennes des éléments
  - magnétiques.
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- - 212
  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - induits dans le sol qui réduisent l’amplitude de la composante verticale et augmentent celle de la composante horizontale.
  - Les courants terrestres qui produisent les variations magnétiques indiquent que la Terre n’est pas une sphère conductrice uniforme : la couche superficielle est plus conductrice que les couches profondes.
  - i): ÿ ÿ
  - D’autre part, on constate une analogie entre ces variations et celles qne produirait le mouvement de l’atmosphère sous l’action de marée de la Lune et du Soleil. Enfin, si on compare l’amplitude des variations journalières et la fréquence des taches solaires, on arrive à des résultats extrêmement curieux, qui montrent, entre les deux phénomènes, un parallélisme rigoureux.
  - On constate que la période de onze ans qui constitue le cycle de la fre-
  - 1870
  - 1880
  - Fig. 177. — Relation entre la fréquence des taches solaires et la variation
  - tiques.
  - des éléments magne'
  - quence des taches solaires coïncide exactement avec la période des varia* tions d’amplitude des perturbations journalières.
  - Dans la figure 177,00, amplitude de la variation journalière, est exprimée en minutes d’arc et oH, variation de l’intensité horizontale, en pour cent de l’intensité.
  - 40 A côté de ces changements réguliers, on en enregistre fréquemment de très intenses et très irréguliers, affectant la surface totale de la Terre, souvent concordants avec des aurores boréales très fortes, et que l’on attribue à de véritables orages magnétiques.
  - * * *
  - Quelle est l’origine du magnétisme terrestre ? On ne peut encore répondre avec certitude à cette question, mais il est certain qu’il faut chercher la solution dans les actions exercées par le Soleil. Celui-ci est charge
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  - . 213
  - électriquement, ainsi qu’on a pu le mettre nettement en évidence, et il est logique de penser que le déplacement de la Terre dans le champ magnétique créé par cette énorme charge en mouvement, à la façon de 1 induit d une dynamo dans le champ de ses électro-aimants, serait la cause initiale du magnétisme terrestre.
  - Quant à ses variations, elles ont été expliquées d’une façon satisfaisante en supposant que le Soleil émet des radiations analogues aux rayons cathodiques qui se produisent dans un tube à vide traversé par un courant électrique. Ces rayons sont constitués par de très petites particules, chargées négativement, qui, en traversant l’atmosphère terrestre, l’ionisent et la rendent conductrice. Toute différence de potentiel se produisant entre les couches de la haute atmosphère donne alors naissance à des courants électriques dont le champ magnétique perturbe l’aiguille aimantée à la surface de la Terre.
  - Des phénomènes tels que la période de onze ans de la variation de 1 intensité journalière du champ magnétique terrestre fournissent des arguments très sérieux à cette théorie, car la nature et 1 intensité des radiations émises par le Soleil dépendent évidemment de l’état de sa surface. Les variations quotidiennes peuvent également être interprétées de la même ^açon, mais il faut en plus tenir compte des variations de température Provenant des différences d’énergie radiante reçue du Soleil et qui concourent à perturber le régime électrique et magnétique du globe. C’est amsi qu’au cours de l’éclipse totale de Lune de 1904» °n constata, en tous Ds points situés sur le trajet du cône d’ombre, une perturbation de 1 aiguille aimantée d’un caractère analogue à celui de la variation diurne.
  - * * *
  - Lord Kelvin a montré qu’il ne fallait pas attribuer aux modifications de l’état magnétique du Soleil les perturbations observées à la surface de la Terre. Ces perturbations ont une origine essentiellement *errestre, car la quantité d’énergie que devrait rayonner le Soleil pen-riant une tempête magnétique durant quelques heures serait égalé a 1 énergie totale rayonnée par cet astre pendant plusieurs mois sous forme calorifique et lumineuse. Il est probable que c’est une radiation, analogue a celle dont nous avons parlé plus haut, ne correspondant pas à une §rande dépense d’énergie solaire, qui modifie la conductibilité des couches SuPérieures de l’atmosphère et permet la formation de courants électriques ri°nt la source d’énergie est la Terre elle-même.
  - * * *
  - Des orages magnétiques ne sont pas toujours accompagnés d aurores
  - 14*
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  - boréales, mais les aurores boréales, par contre, sont toujours liées à des perturbations magnétiques. Sans entrer dans la théorie complète de ces phe' nomènes, nous signalerons que les recherches de Birkeland, Sturmer, etc.-ont montré qu’ils s’expliquent par l’existence d’un faisceau de rayons cathodiques soumis à l’action magnétique de la Terre.
  - Les arcs des aurores boréales sont orientés de l’est à l’ouest, normalement au méridien magnétique, et souvent, mais pas toujours, s’étendent jusqu’à l’horizon. Leur partie inférieure est nettement définie, de telle
  - sorte que, par contraste, la portion du ciel à leur voisinage apparaît exceptionnellement noire. Les rayons des aurores sont parallèles aux lignes de force du champ magnétique (fig. 178 et 179). La couleur des aurores boréales est très variable ; beaucoup sont blanches, mais on en observe souvent de rouges, jaunes et vertes. Certaines sont rouges vers leur por' tion inférieure, puis jaunes, et finalement vertes à leur partie supérieure-Comme beaucoup d’aurores sont extrêmement changeantes, semblables parfois à une immense draperie agitée, ou à des langues de feu géantes provenant d’un mystérieux foyer, ou encore aux rayons d’un projecteur explorant le ciel, on conçoit que les observateurs aient beaucoup de peine à en obtenir des photographies nettes.
  - * * *
  - Stôrmer, Vegard et Krogness ont opéré plus de 2 500 déterminations de hauteur d’aurores boréales, et ils ont trouvé que la hauteur de la portion inférieure varie de 85 à 170 kilomètres, avec deux maxnna nettement définis, l’un à 100 kilomètres, l’autre à 106 kilomètres. Quant
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  - a la hauteur de la partie supérieure des aurores, elle varie de 300 kilomètres, hauteur moyenne, à 600 et 700 kilomètres dans certains cas.
  - * * *
  - En ce qui concerne leur position géographique, on a pu tracer des ügnes d’égale fréquence des aurores, tout au moins pour l’hémisphère nord; ce sont des cercles ayant pour centre le point où l’axe de l’aimant
  - Fig. 179. — Aurore boréale, 3 mars 1910.
  - terrestre rencontrerait la surface de la Terre (ce point est différent du pôle Magnétique et du pôle géographique). On trouve que le maximum de fréquence (environ 100 par an) s’observe autour des latitudes 6o° (sur 1 Atlantique Nord et l’Amérique) et 70° pour l’Europe. Quand on s’éloigne dn pôle nord, la fréquence décroît si rapidement que, dans l’Europe méridionale, c’est un phénomène tout à fait exceptionnel. A Paris (lati-tude 450), on peut observer encore assez fréquemment des aurores boréales. Nous ne citerons que celle de la nuit du 22 au 23 mars 1920, ’P11 fut une des plus remarquables que l’on ait observées. En Scandinavie, s°n éclat était incomparable, et, grâce à sa durée, M. Stôrmer put en Prendre plus de six cents photographies durant la nuit, constituant ainsi Une documentation de tout premier ordre.
  - 't' Ÿ •l'
  - Quant à la fréquence des aurores boréales, on a constaté qu'en Moyenne elles sont plus nombreuses durant les années de maximum des Saches solaires que pendant les années de minimum des taches. Elles
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- - 2IÔ
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  - apparaissent aussi plus souvent avant minuit qu’après. Ces résultats semblent indiquer que le Soleil n’est pas étranger à la production des aurores boréales, et, comme, d’autre part, les aurores brillantes et mobiles s’accompagnent d’orages magnétiques, il est à peu près certain que les aurores boréales sont dues à des décharges électriques, provenant du Soleil ou provoquées par lui.
  - * * *
  - Tel était à peu près l’état de nos connaissances sur l’origine des aurores boréales lorsque M. Stôrmer, quq avant de se consacrer à l’astrophysique, était un mathématicien remarquable, attaqua le'problème par l’analyse mathématique. Ce sont les expériences de Birkeland, essayant en laboratoire de reproduire les apparences des aurores boréales, qui lui fournirent le point de départ de ses raisonnements. Birkeland a montré que, si l’on approche un aimant puissant d’un tube de Crookes, on observe une déviation de la lueur, et celle-ci présente alors, dans la partie déviée, des apparences qui rappellent, bien qu’à une très modeste échelle, celles que l’on admire dans les aurores boréales.
  - Or, la Terre peut être considérée comme un grand aimant et, si nous supposons que le Soleil émet des rayons cathodiques, elle doit agir sur eux de la même façon que dans l’expérience simple de Birkeland.
  - D’autre part, en entourant l’aimant par une sphère électrisée, c’est-à-dire en se rapprochant des conditions réalisées dans la nature, ce savant a constaté l’existence de deux zones de concentration au voisinage des pôles, c’est-à-dire exactement le même résultat que celui qu’a fourni l’étude de la répartition des aurores boréales.
  - On pourrait penser qu’il n’y a plus qu’à poser l’équation et à la résoudre pour avoir la solution complète du problème. Malheureusement, s’il est simple de mettre le problème en équation, l’intégration ne va pas sans diffi' cultés considérables. Sans entrer dans le détail, nous dirons simplement que l’équation différentielle est du second ordre et peut être intégrée une fois, introduisant ainsi une constante d’intégration. Pour aller pins loin, on n’a pas d’autre ressource que de calculer par points les trajectoires particulières correspondant aux différentes valeurs de la constante. Ce n’est pas une petite besogne ; il a fallu quatre ans à M. Stôrmer et à ses aides pour calculer cent vingt trajectoires seulement, et les calculs forment un manuscrit comprenant plus de 7 000 pages grand format. Ce travail fof' midable a été couronné de succès ; il a permis de retrouver la distribution géographique des aurores boréales, leur apparition surtout avant minuit, la forme de draperies est-ouest, etc.
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  - 217
  - Il semble donc que les aurores boréales soient dues à des torrents de Particules [1 chargées négativement, émises par les substances radioactives renfermées dans le Soleil, particules fl qui sont captées par le champ magnétique de la Terre et pénètrent dans la haute atmosphère. La vitesse de ces rayons cathodiques est d’environ 120 000 kilomètres par seconde.
  - Si les aurores boréales sont les seuls phénomènes nous renseignant sur la composition de la haute atmosphère terrestre (les ballons-sondes ne dépassant pas 30 ou 40 kilomètres) qui se révèle comme constituée principalement par de l’azote, elles pourront peut-être conduire à des conclusions intéressantes en ce qui concerne le Soleil lui-même. En effet, M. Stôr-mer a trouvé par le calcul une distribution des faisceaux de particules négatives émises par le Soleil, si analogue à la distribution des flammes dne l’on observe au moment des éclipses totales, qu’il semble bien qu’une nouvelle explication puisse être proposée pour l’origine de ces immenses lueurs qui s’échappent de l’astre du jour.
  - * *
  - Nous ne nous étendrons pas plus longuement sur le magnétisme terrestre, dont l’étude, extrêmement captivante, formerait facilement la matière d’un gros volume. Ajoutons cependant qu à toutes les variations dans l’espace et dans le temps dont nous venons de parler se juxtaposent encore, pour les navigateurs, des actions perturbatrices provenant des navires eux—mêmes. La coque entièrement métallique et les divers 0rganes en métaux magnétiques qui s’y trouvent placés (machines, turbines, tourelles pour les navires de guerre, etc.) exercent sur 1 aiguille aimantée One action dirigeante impossible à calculer et malheureusement variable d un voyage à l’autre. La coque est aimantée d’une façon permanente, de magnétisme étant acquis pendant la construction et dépendant de 1 orientation de la cale du chantier ; de plus, les masses de fer doux disposées verticalement ou horizontalement dans le navire sont aimantées par la imposante verticale ou horizontale du champ terrestre et viennent encore c°mpliqUer ie problème. Aussi faut-il fréquemment vérifier les indications fournies par les boussoles et les corriger en tenant compte de tous ces Acteurs. Les compas gyroscopiques, qui suppriment tous ces inconvé-rrients, remplaceront sans doute dans l’avenir la boussole ordinaire, tout au moins pour les voyages au long cours.
  - * * *
  - Nous venons de voir que notre globe possède des propriétés magnétiques ;
  - 14 **
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- - 2l8
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  - il est aussi le siège de phénomènes électriques intenses, même en l’absence de tout orage ou autre manifestation violente.
  - La Terre n’est pas un corps électriquement neutre. Sa surface est recouverte d’une couche d’électricité négative suffisante pour produire dans
  - l’atmosphère un champ électrique considérable. En effet, le potentiel croît, au voisinage de la Terre, de 150 volts environ par mètre d’élévation (c’est ce que l’on exprime en disant que le gradient vertical de potentiel est de 150 volts).
  - Presque toujours cette charge est négative, mais, si elle est pratiquement constante en signe, elle varie non seulement avec l’altitude, mais encore, comme le champ magnétique terrestre, suivant l’époque de l’année et l’heure du jour. Le gradient est toujours plus élevé en hiver qu’en été, ainsi que l’indique la figure 180.
  - Le gradient n’est pas constant lorsque l’on s’élève dans l’atmosphère. Il décroît progressivement et, vers 9 kilomètres d’altitude, il n’est plus que de 2 volts par mètre, et, à 10 kilomètres, il doit être pratiquement nul. Les lois de l’électrostatique montrent que la seule explication de cette diminution du gradient de potentiel en fonction de l’altitude est l’existence dans l’atmosphère d’une charge d’électricité positive dont la valeur est juste égale à celle de la charge négative de la Terre. Les expériences directes ont vérifié cette conclusion.
  - * * *
  - L’ensemble du système charge négative à la surface du sol et charge positive dans l'atmosphère persisterait indéfiniment si l'atmosphère était un isolant parfait. Il n’en est rien, et la conductibilité électrique de l’air, bien qu’extrêmement petite, est néanmoins suffisante pour assurer en moins de dix minutes l’écoulement de 90 p. 100 de la charge du sol. Comme cette charge négative persiste, il faut donc qu’elle se reconstitue perpétuellement, par un mécanisme qui est resté longtemps mystérieux.
  - La découverte des ions et de leurs propriétés a fourni une explication vraisemblable de la charge électrique de la Terre. On sait que, sous
  - Ç 160
  - P 80
  - 1 n miyv 'açnvmix.xxixii 1 Alois
  - Fig. 180. — Variations du gradient de potentiel au cours de l’année.
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  - certaines influences, une molécule peut perdre un électron et reste alors chargée positivement. L’électron ainsi libéré ne tarde pas à se fixer sur une molécule neutre qui constitue alors un ion négatif. Ces ions rendent l’air conducteur; sous l’influence d’un champ électrique, les ions positifs et négatifs se déplacent en effet en sens inverse, les uns vers les corps chargés négativement, les autres vers les corps chargés positivement, et ils les déchargent,
  - Supposons qu’il existe dans l’atmosphère une source permanente d ions. Le nombre des ions existant par centimètre cube d’air irait en croissant constamment, si les corpuscules négatifs et positifs ne tendaient pas à se recombiner par attraction mutuelle ; plus ils sont nombreux, plus cette recombinaison est rapide. On conçoit donc qu’il s’établisse un équilibre entre le nombre d’ions produits et le nombre de ceux qui se recombinent. Ainsi, on admet que 6 paires d’ions sont produits dans 1 atmosphère par seconde et par centimètre cube. Lorsque le nombre de paires d ions par centimètre cube atteint 2 400, il se trouve que, dans une seconde, 6 paires d ions se recombinent ; à ce moment, l’équilibre est atteint et le nombre des ions ne peut plus augmenter.
  - * * *
  - Il nous reste à trouver quelle est l’origine de ces ions, quel est le méca-nisme de leur production incessante dans l’atmosphère. Il semble que l’on Puisse distinguer deux sources principales :
  - 10 Les émanations radioactives dans l’air ;
  - 2° Ce que l’on appelle la radiation pénétrante.
  - Cn sait que la radioactivité consiste en une désintégration spontanée 1 atome de certains corps simples. Cette désintégration est accompagnée de 1 émission de trois radiations de nature et de propriétés différentes : les rayons a, constituant une émission d’atomes d’hélium chargés positi-vement, dont la masse est égale à quatre fois celle de l’atome d’hydrogène dont la vitesse initiale est de l’ordre de 3 000 kilomètres par seconde ; s rayons p, formés d’électrons négatifs animés de vitesses voisines de Celle de la lumière, et dont la masse est environ deux mille fois plus petite ClUe celle de l’atome d’hydrogène ; enfin, les rayons y, simples pulsations e 1 éther et analogues aux rayons X.
  - I» ^es Afférentes sortes de radiations ont toutes trois le pouvoir d’ioniser air‘ Les particules a sont des ioniseurs excellents ; aussi épuisent-elles rapidement leur énergie dans ce mécanisme et elles sont absorbées dans 11116 COlIche d'air de quelques centimètres d’épaisseur. Les particules (3 °nt moins actives et en conséquence peuvent traverser plusieurs mètres
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - •d’air avant d’épuiser leur action ionisante. Les rayons y sont plus pénétrants encore, et leur intensité atteint encore 36 p. 100 de la valeur initiale après la traversée d’une épaisseur d’air de 100 mètres.
  - Or, le sol contient du radium et d’autres substances radioactives dont la désintégration donne naissance à de l'émanation, produit gazeux lui-même radioactif qui se diffuse dans l’atmosphère en se désintégrant à son tour, émettant des rayonnements a, [3 et y qui ionisent l’air. La quantité d’émanation de radium dans l’atmosphère varie beaucoup, mais est toujours extrêmement faible, puisque, sur une épaisseur de 1 kilomètre à partir du sol, la couche d’air qui enveloppe tout notre globe ne contient guère que 250 grammes d’émanation. Un centimètre cube d’air atmosphérique ne contient qu’une à deux molécules d’émanation de radium, contre 30 millions de millions de millions d’autres molécules. Néanmoins, en additionnant l’ionisation produite par les rayons a, [3 et y de l’émanation et de ses produits, on arrive à un pouvoir de génération de 1,7 ion par seconde et par centimètre cube de l’atmosphère. Si on tient compte des autres causes d’ionisation, émanation du thorium, action directe du radium du sol par ses rayons y (la teneur moyenne du sol est en effet de 4.io—12 gramme de radium par centimètre cube, dont le rayonnement y provoque l’apparition de 0,8 ion par centimètre cube), on arrive à un total d’environ 4,35 ions produits par seconde et par centimètre cube, se répartissant comme suit, d’après A. S. Eve :
  - Rayons. Origine. Radium. Thorium. Total.
  - a Air. 1,63 1 2,63
  - ? — 0,035 0,025 0,06
  - T — 0,035 0,025 0,06
  - Y Sol. 0,80 0,80 1,6
  - Nombre d’ions par cc./minute. 2,5 1,85 4-35
  - En tenant compte de la vitesse avec laquelle les ions se recombinent, on arrive à la conclusion que, dans un centimètre cube d’air, il existe en moyenne 1 320 ions de chaque signe. Lorsque l’on ne considère que les ions les plus rapides, ce nombre se ramène à 800 ions de chaque signe par centimètre cube.
  - * * *
  - Malgré les difficultés que présentent les mesures directes, on peut dire que les expériences ont montré que la radioactivité de l’air est suffisante pour rendre compte de l’ionisation produite. Il n’en est plus de même sur mer : la radioactivité de l’air y est beaucoup plus faible, 2,5 p. 100 seule-
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  - 221
  - ment de celle trouvée au-dessus des terres, et, d’autre part, la teneur de la mer en substances radioactives est infiniment petite. Les causes d’ionisation que nous avons fait intervenir précédemment disparaissent donc, et cependant le nombre des ions par centimètre cube au-dessus de l’océan est aussi grand, sinon plus, qu’au-dessus des terres, comme le montrent les chiffres suivants :
  - Nombre Tiens les plus rapides par centimètre cube.
  - Ions positifs. Ions négatifs.
  - Moyenne des observations terrestres......................... 737 668
  - — — marines, durant la croisière du
  - Carnegie................................................. 804 677
  - C est alors que l’on fait intervenir la seconde cause d’ionisation : la r&diation pénétrante, que l’on peut mettre.en évidence de la façon sui-vante. Si on prend un récipient hermétiquement clos et ne contenant pas d air radioactif, on constate cependant qu’il s’y produit des ions, à la vi-fesse à peu près constante de 10 ions par seconde. On peut attribuer cette génération partiellement à l’action des rayons y émanant des substances radioactives contenues dans le sol, ces rayons traversant les parois métalliques du récipient. Mais, si on répète l’expérience sur mer, c’est-à-dire en 1 absence de produits radioactifs, il se forme cependant encore 4 ions Par seconde et par centimètre cube dans un récipient métallique. De plus, raeme sur terre, si on supprime l’action des rayons y d’origine terrestre, €n entourant le récipient d’une chemise d’eau d’épaisseur suffisante, on trouve encore qu’il y a génération de 4 ions par seconde et par centimètre cube.
  - Enfin, si l’on effectue les observations en ballon, c est-a-dire a différentes altitudes, on constate que l’ionisation diminue d abord jusque vers 1 altitude de 700 mètres, ce qui s’explique facilement par l’absorption Par l’atmosphère des rayons y issus du sol. Mais, au-dessus de cette alti-tude, l’ionisation se met à croître, et d’autant plus que l’observation est laite à plus grande hauteur. C’est ainsi qu’à 9 °°o mètres de haut, son Intensité dépasse de 80 ions par seconde celle qu’on observe à la surface du sol, et le gain, dans le dernier kilomètre seul, est de 20 ions par centimètre cube, ce qui permet de supposer qu’à de plus grandes altitudes encore, l’ionisation doit devenir très considérable.
  - T
  - . °Us-ces phénomènes montrent nettement qu’il existe une source d'io-
  - dation autre que les substances radioactives contenues dans le sol ou dans A9 "K X
  - asse atmosphère. On est donc conduit à chercher l’explication dans ^ existence d’une radiation provenant d’une source extra-terrestre, radia-°n dont le pouvoir pénétrant devrait être au moins dix fois supérieur à
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  - PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - celle des rayons y les plus pénétrants que nous connaissions dans les sub-stances radioactives.
  - Nous sommes donc ici encore ramenés à l’étude de la radiation y issue du Soleil et dont les aurores boréales ont déjà révélé l’existence, et l’ionisation de l’air serait due, comme les aurores boréales, aux chocs des corpuscules solaires contre les molécules gazeuses de l’atmosphère. Nous avons dit que la surface du globe était chargée et que l’atmosphère était conductrice. Il en résulte donc un courant, extrêmement faible à la vérité, puisqu’il n’est que de 2 io—16 ampère par centimètre carré de la surface du sol, c’est-à-dire que, pour toute la Terre, il ne dépasse pas 3 000 ampères. Malgré cette intensité minime, en dix minutes la Terre perdrait 90 p. 100 de sa charge électrique.
  - Il existe donc une source qui recharge perpétuellement le sol, au fur et à mesure que son électricité se dissipe. Ici encore, il faut faire intervenir la radiation pénétrante. L’étude des rayons y, analogues aux rayons X, et qui sont émis par les substances radioactives, a montré que l’ionisation qu’ils produisent consiste en une émission d’électrons, projetés dans la direction des rayons y incidents, doués d’une grande vitesse et d’un pouvoir de pénétration d’autant plus considérable que la radiation qui leur donne naissance a un pouvoir pénétrant plus élevé. Il s’ensuit que les électrons provenant de l’ionisation par la radiation extrêmement pénétrante issue du Soleil peuvent parcourir dans l’atmosphère des trajets considérables avant d’être amenés au repos.
  - Les couches successives de l’atmosphère sont donc traversées par des électrons libérés dans les couches supérieures par la radiation solaire ; ces corpuscules viennent heurter des molécules matérielles, donnant naissance à une nouvelle radiation pénétrante qui provoque à son tour l’émission de nouveaux électrons ; le mécanisme recommence, et, de proche en proche, un flux d’électrons se constitue, qui finalement vient charger la surface du sol.
  - En chaque point de l’atmosphère, il y a donc un courant d’électrons dirigés vers le bas, animés de grande vitesse par la radiation pénétrante, et un courant de conduction, en sens inverse, qui ramène l’électricite du sol à l’atmosphère. Un état d’équilibre s’établit alors, et c’est cet état que nous observons.
  - * * *
  - Nous venons de parler de l’état électrique normal de la surface terrestre et de l’atmosphère. Il nous reste maintenant à dire quelques mots des manifestations extraordinaires qui viennent perturber cet état et
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  - 223
  - ^°nt l’importance pratique est considérable: courants telluriques et foudre.
  - Les courants telluriques se manifestent par des courants parasites <ïui circulent dans les lignes télégraphiques et téléphoniques et se juxtaposent aux émissions ordinaires. Leur, force électromotrice est parfois considérable, voisine de 1 000 volts, surtout lorsque les lignes sur lesquelles on les observe sont très longues, et il se produit, entre les diverses parties des appareils récepteurs, des étincelles contre lesquelles il faut protéger les installations.
  - Ces courants ne semblent pas avoir de rapports avec les circonstances atmosphériques, mais, au contraire, ils paraissent être reliés très étroitement avec les phénomènes magnétiques dont laTerre est le siège. En particulier, ils présentent comme ceux-ci des variations périodiques et, lorsque !eur intensité est anormale, on constate l’apparition simultanée d’aurores boréales, de taches solaires de grandes dimensions, d’orages magnétiques mtenses, et souvent aussi d’importants mouvements sismiques. Ces coïncidences sont suffisantes pour que l'on puisse considérer les courants telluriques comme en relation directe avec l’activité solaire.
  - La- foudre, au contraire, est . un phénomène essentiellement terrestre anssi le mécanisme de l’éclair est-il mieux connu. Franklin a montré, vers ie milieu du xvme siècle, que l’éclair et la décharge d’une machine électrostatique sont des phénomènes identiques. Il y a pourtant une différence ^portante qui semble parfois avoir passé inaperçue : c’est que la distribution des charges électriques génératrices de la décharge n’est pas la ferrie dans les deux cas. Tandis qu’elles sont localisées à la surface des c°rps conducteurs de la machine électrostatique dans les expériences de j oratoire, elles sont au contraire distribuées irrégulièrement au sein de ^asse énorme de nuages dans le cas des éclairs. Par suite, les deux dé-cbarges se différencieront par un certain nombre de détails.
  - Quoi qu’il en soit, dans les deux cas, il faut que l’air ait été ionisé avant la décharge puisse passer, et cette condition semble se réaliser en généré façon progressive et spasmodique, c’est-à-dire qu’une petite
  - ral d1
  - déch d’
  - arge se produit initialement, s’étendant sur une petite distance, suivie j,Une autre progressant un peu plus loin, et ainsi de suite jusqu’à ce que ^SLace entre les deux pôles soit suffisamment ionisé pour permettre la arge franche, l’étincelle. Les photographies d’éclairs prises sur les
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- - 224
  - PRINCIPES GÉNÉRA UX, LOIS ET MESURES
  - plaques animées de mouvements rapides montrent nettement ce caractère pulsatoire et la façon dont l’éclair se fraye peu à peu son chemin à travers l’atmosphère. Ellés montrent également que l’éclair est constitue par plusieurs décharges extrêmement rapprochées.
  - * * *
  - Sans nous attarder à décrire les diverses apparences que peuvent présenter les éclairs, il reste à expliquer la genèse de la décharge initiale, qui est encore obscure à l’heure actuelle. Si on s’appuie sur les résultats de laboratoire, il faut une différence de potentiel d’environ 30 000 volts pour produire une étincelle de 1 centimètre de longueur, et il est bien évident que l’on ne peut extrapoler dans le cas de l’éclair, car on arriverait à des potentiels fantastiques pour des éclairs de 2 à 3 kilomètres de longueur. De plus, s’il existait une différence de potentiel aussi énorme, la vitesse de chute des gouttes d’eau et leur dimension seraient fortement influencées. En effet, les gouttes de pluie d’orage sont chargées et portent souvent jusqu’à 6 unités électrostatiques d’électricité par centimètre cube. Dans un champ de 30 000 volts par centimètre, la force électrique s’exerçant sur les gouttes d’eau serait environ 0,6 de la force de gravitation, de sorte que, suivant le sens du champ, la chute des gouttes serait ou extrêmement ralentie ou au contraire tellement accélérée que les gouttes se briseraient en gouttes très petites, ce qui n’est pas le cas.
  - Les théories modernes admettent que la distribution des charges électriques à l’intérieur d’un nuage orageux est la suivante : la portion inférieure du nuage est très fortement chargée positivement et la partie supérieure est chargée d’électricité négative, de sorte que la décharge de la-couche positive peut se faire soit vers le sol, soit vers la partie supérieure du nuage, ce qui est bien conforme à l’observation. D’autre part, à l’inferieur du nuage existe un régime troublé de vents ascendants déterminant, au point de vue électrique, la formation de colonnes d’air ionisé ou de vapeur d’eau chargées négativement et disposées verticalement entre deux surfaces horizontales (les limites supérieure et inférieure du nuage) chargées de signes contraires.
  - C’est cette distribution en volume particulière des charges qui permet de comprendre le mécanisme de l’éclair.
  - * * *
  - Il est intéressant de donner l’ordre de grandeur tout au moins des caractéristiques des éclairs. Leur durée tout d’abord ; elle semble varier, d’après les mesures de De Blois, de 0,0002 à 0,0006 seconde pour
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- - MA GNÉTISME ET ÉLECTRICITÉ TERRESTRES
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  - des éclairs uniques, ceux durant un dixième de seconde ou plus étant certainement multiples, constitués par des séries de décharges se produisant a des intervalles très rapprochés et suivant le même chemin.
  - Les décharges peuvent se produire entre le nuage et la Terre, entre deux nuages différents ou à l’intérieur d’un nuage, ce qui fait que leur longueur Peut être extrêmement différente, variant, suivant les cas, de 2 à 3 kilomètres à plus de 15 kilomètres.
  - Ces décharges, même lorsqu’elles sont multiples, ne sont pas alterna-Lves; le sens d’écoulement de l’électricité est toujours le même, contrairement à ce qui se passe dans la décharge d’un condensateur. Les actions ^ectriques provoquées par la foudre ont nettement mis ce résultat en évidence.
  - ecra-
  - Un des phénomènes les plus curieux de la décharge électrique est 1’ Sement des conducteurs creux, écrasement qui permet de se faire une |dée tout au moins approximative de l’intensité du courant et de la quantité eLctricité mise en jeu ; aussi allons-nous y consacrer quelques lignes, j Cn constate souvent que la tige creuse d’un paratonnerre frappé par a foudre est non seulement fondue à sa partie terminale, mais encore ecrasée sur une grande longueur. L’explication de cette déformation Par la pression résultante d’une onde explosive dans l’air due à l’échauf-ent brusque de l’air le long du trajet de l’étincelle est inadmissible, amsi que pont montré Pollock et Barraclough. Ces auteurs attribuent les °rmations mécaniques observées à des actions attractives électro-magnétiques.
  - sait en effet que chaque fibre longitudinale d’un conducteur par-°Uru Par un courant est attirée par ses voisines, par suite des actions utuelles des champs magnétiques dus à leurs courants respectifs, la P ession « magnétique » totale résultante ayant pour effet de comprimer conducteur. Si celui-ci est creux et si la résistance mécanique de sa est affaiblie par suite de réchauffement dû au passage d’un courant
  - îïltcncp
  - de . 0n conÇ°if qu’il puisse s’écraser, comme on l’observe dans le cas ^bges de paratonnerre.
  - r horp a calculé la pression P ainsi exercée par un courant d’intensité I t an': dans un conducteur creux cylindrique de rayon extérieur a
  - et de
  - rayon intérieur b. Cette pression est donnée par :
  - P --
  - l2 / 2 b2 1 b\
  - 100 7r (a2 — b2) \ a2 — b2 °^e a)
  - Lar
  - exemple, si le conducteur a 18 millimètres de diamètre extérieur, Gnerqn-Électricité. 15
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- - 226 PRINCIPES GÉNÉRAUX, LOIS ET MESURES
  - 16 millimètres de diamètre intérieur, et si on admet que, à la température à laquelle le métal est porté, il suffit d'une pression de i atmosphère pour amener l’écrasement du tube, on trouve qu’un courant de 19 500 ampères environ produira ce résultat.
  - On peut raisonner d’une autre façon. Généralement, les soudures et brasures des tiges de paratonnerre sont fondues par le passage de la décharge, ce qui nécessite que les pièces aient été portées à une température d’au moins 1 050°. Connaissant la résistance de la tige en expérience, la chaleur spécifique du cuivre à haute température (0,11 environ) et si on admet que la durée de la décharge est 0,01 seconde, on trouve facilement l’intensité minima du courant qui a parcouru le conducteur. Le calcul donne 90 000 ampères comme valeur moyenne, ce qui correspond sans doute à une intensité maxima de 100 000 ampères.
  - Cette intensité, si on se reporte à la formule précédente, produit une pression de 2 638 X io4 dynes par centimètre carré, soit environ 25 kilogrammes, amplement suffisante pour expliquer les déformations mécaniques subies par le conducteur. Une intensité de 90 000 ampères pendant 0,01 seconde correspond à 900 coulombs, soit 27 X io11 unités électrostatiques d’électricité, charge énorme si on la compare à celles que l’on peut emmagasiner dans les condensateurs de laboratoire, mais cependant très petite si on se rappelle qu’elle ne peut produire l’électrolyse que de o§r,o84 d’eau ! Il ne faut pas oublier non plus que souvent les décharges ne produisent pas de déformations mécaniques, c’est-à-dire qu’elles sont beaucoup plus faibles.
  - Ainsi, pour terrifiantes que paraissent les manifestations électriques atmosphériques, elles ne mettent en jeu que des quantités d’électricite relativement très faibles. Cependant, elles n’en constituent pas moins un danger pour les installations électriques aériennes, et nous verrons qu’elles ont nécessité, pour se défendre contre elles, la création de tout un matériel de protection extrêmement important.
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- - DEUXIÈME PARTIE
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERQIE ÉLECTRIQUE
  - CH A PITRE XIV
  - LES MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES EN ÉLECTROTECHNIQUE
  - Les
  - Volants. — Décharge conduciive. — Résistivité. — Décharge disruptive. — Dis-ce explosive. — Rigidité électrostatique. — Revue des principales matières isolantes : Riante, arcanson, ardoise, bakélite, basalte, bitumes, caoutchouc, chatterton, diélec-e, ebonite, galalithe, gutta-percha, gomme laque, huiles, marbre, mica, papier, a1pne, porcelaines, quartz, résines, soufre, stéatite, verres. — Les conducteurs solides.
  - V
  - Le
  - cuivre : le cuivre de Matthiessen. — Les bronzes. —Le fer. Les aciers, dluminium. — Comparaison entre le cuivre et l’aluminium. Le duralumin, inducteurs mixtes. — Le zinc. — Les alliages. — Variations de la résistivité en fonctcn de la température. — Le charbon. — Les conducteurs liquides. — Conducti-bihte des électrolytes. — Les matériaux magnétiques. — Aciers. — Classifications d O smon d. Choix suivant les usages.
  - tri GS nia^r^aux dont on se sert pour la construction des appareils élec-GS rï°^Ven^ rempdr un certain nombre de conditions spéciales concer-11, ^eurs propriétés isolantes, conductrices ou magnétiques. La mise en de l^6 ^ ^H^da-tions à haut voltage, à grande intensité, le développement des a ^légraphie sans fil ont rendu plus impérieuses encore les exigences s électriciens. Aussi de nombreux produits ont-ils été étudiés afin de i aire aux divers besoins de l’industrie électrotechnique. Dans ce P re> nous les passerons rapidement en revue, ayant simplement pour
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - but de donner aux lecteurs une vue générale de la question. Nous étudierons successivement les isolants, les conducteurs et les matériaux magnétiques.
  - LES ISOLANTS
  - Les isolants sont employés pour séparer deux corps conducteurs entre lesquels existe pne différence de potentiel, leur but étant d’éviter que l’un d’eux ne se décharge sur l’autre. Or cette décharge, suivant la différence de potentiel existant entre les deux conducteurs, peut avoir lieu de deux manières différentes.
  - Si la différence de potentiel est peu élevée, la décharge est dite conductive et a lieu d’une manière continue, suivant la loi d’Ohm, en donnant un
  - courant dont l’intensité est I = —,E étant la différence de potentiel
  - entre les deux conducteurs et R la résistance de l’isolant. Par suite, dans le cas considéré, la valeur des isolants dépendra de leur plus ou moins
  - Rs\
  - grande résistance et on les classera d apres leur résistivité p = — I expri-
  - mée en millions de mégohms par centimètre.
  - Nous donnons ci-dessous quelques résistivités d’isolants, à la tempe rature ordinaire, afin de fixer l’ordre de grandeur de cette quantité.
  - Air sec.......
  - Paraffine......
  - Ébonite.......
  - Gomme laque. Gutta-percha..
  - Mica..........
  - Cristal........
  - Verre ordinaire
  - Porcelaine.....
  - Marbre blanc.. Ardoise........
  - Pratiquement infinie. 34 oo°
  - 28 oot 9 000 450 80 6 000 90
  - 2.000
  - 0.008
  - 0,0002
  - On voit que les substances constituant les tableaux sur lesquels on monte les différents organes de commande des appareils électriques, interrupteurs, commutateurs, etc., le marbre et l’ardoise, sont de très mauvais isolants, et, lorsque les tensions sont élevées, il faut prendre des précautions spéciales pour éviter les fuites électriques.
  - * * *
  - Si la différence de potentiel entre les deux conducteurs est considérable, la décharge se produit brusquement, par une étincelle jaillissant d’un corps à l’autre ; elle est dite disruptive. Or les isolants ne se classent pas du tout dans le même ordre, suivant que l’on considère leur résistance à la décharge
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  - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - conductive ou à la décharge disruptive. C’est ainsi que l’air, qui est le Meilleur isolant pour la décharge conductive, est très médiocre lorsque 1 °n considère la décharge disruptive. En général, les isolants liquides s°nt les meilleurs dans ce cas.
  - On caractérise les isolants, lorsqu’il s’agit de s’opposer aux décharges hisruptives, par leur distance explosive, c’est-à-dire la distance a laquelle 1 étincelle jaillit entre deux conducteurs sépares par 1 isolant. Voici quelques chiffres donnant la distance explosive exprimée en centièmes de millimètre en fonction de la différence de potentiel V exprimée en milliers de volts.
  - 0,24 v
  - 7.65 v
  - V
  - 12,40 V
  - .... 12,so V
  - V
  - * * *
  - On désigne souvent sous le nom de rigidité électrostatique le rapport la différence de potentiel disruptive a l’epaisseur ; on 1 évaluera par exemple en milliers de volts par centimètre. Voici quelques chiffres à titre
  - h indication :
  - soo à 1 100
  - 20
  - 100 à 1 500
  - r ^ ... 80 à 200
  - ... 40 à 90
  - 75
  - 300 à 450
  - 160 à 5°°
  - •Vica....................................... i 500
  - A côté de ces propriétés purement électriques, les isolants doivent encore te!tls^e à un certain nombre de conditions mécaniques et physiques :
  - acité, résistance aux vibrations, imperméabilité à l’humidité, indiffé-e^ce aux agents chimiques, résistance à la chaleur, etc.
  - ant donné le grand nombre de substances isolantes actuellement ^ployées en électrotechniques et la variété de leur origine, il est impossible ^ ctablir une classification rationnelle de ces substances ; nous avons c suivi simplement la classification alphabétique dans les lignes qui v°nt suivre.
  - * * #
  - •4m *
  - dÇg tra,antC — L’amiante ou asbeste, silicate hydraté de chaux et de magnésie avec les p C.eS,^e *er d’alumine, se rencontre en France dans la Haute-Loire, la Savoie, PoUryrenées’ en Russie, en Italie et au Canada. On ne l'a utilisée que récemment prn S.es Pr°priétés isolantes, ses principaux emplois reposant auparavant sur ses Pietés calorifuges.
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Sous forme de fibres, on l’emploie pour garnir les conducteurs électriques, le tissu d’amiante étant plongé dans une solution de ciment. On évite ainsi la carbonisation lente qui se produit toujours lorsque les fils conducteurs sont recouverts de coton.
  - La porcelaine d’amiante, qui constitue un très bon isolant, s’obtient en transformant l’amiante en poudre impalpable par les moyens mécaniques et en la délayant ensuite dans l’eau après l’avoir lavée aux acides forts. Le produit ainsi obtenu forme une matière plastique qu’on peut, à la façon de l’argile, tourner, mouler, couler, puis cuire comme la porcelaine vers i 6oo°, température nécessaire à sa vitrification, On peut l’utiliser non seulement pour la confection des supports et des plaques de surface plane, mais également pour celle des pièces moulées, telles qu’intérieurs de douilles de lampes à incandescence, interrupteurs, etc. Son pouvoir isolant est supérieur à celui de la porcelaine ordinaire.
  - On prépare également des isolants divers à base d’amiante, tels que le réfragor (amiante, io; oxyde de plomb ou de manganèse, i ; huile de lin, 3), et la ténacité (amiante résines et bases alcalino-terreuses), utdisés pour la confection des fiches de connexion, disques, bornes, etc.
  - Arcanson. — C’est une résine jaunâtre obtenue par distillation de la térébenthine brute. On l’appelle souvent aussi colophane. On en confectionne des mastics isolants, dont voici une formule due à G. Planté :
  - Arcanson................................................ 1 000
  - Suif ou cire jaune...................................... 100
  - Plâtre albâtre pulvérisé................................ 250
  - Noir de fumée (colorant)................................ 2,5
  - Pour isoler les fils des bobines d’induction, on peut se servir simplement d’un mélange de deux parties d’arcanson pour une de cire.
  - A rdoise. — C’est un isolant assez médiocre, car, lorsqu’il a été mouillé, il ne reprend que très lentement sa valeur d’isolement. C’est ainsi qu’une plaque mouillée vernie sur les deux faces, qui avait une résistance d’isolement superficiel de 0,047 mégohm, au bout d’une heure ne présente encore qu’une résistance de 1,8 mégohm, tandis que la résistivité • moyenne est de 250 mégohms.
  - Les propriétés semi-conductrices de l’ardoise proviennent de la présence dans sa masse de sulfures métalliques (cuivre et fer). Elle absorbe aussi trop facilement l’humidité et ne la laisse évaporer que très lentement. Elle a cependant l’avantage de coûter moins cher que le marbre et de se laisser facilement travailler. On l’utilise pour les tableaux de distribution, socles d’interrupteurs, etc.
  - Bakélite. — On donne ce nom à une résine artificielle obtenue par l’action du formol sur le phénol. On peut distinguer trois produits correspondant à trois stades de condensation.
  - La résine à l’état A correspondant au premier stade est liquide, mais devient rapidement solide si l’on pousse légèrement la condensation : on lui fait généralement subir cette dernière opération si l’on ne prévoit pas son utilisation directe en résine liquide. A l’état solide, elle est friable, fusible et soluble dans les alcools. Elle pourra donc être soit pulvérisée, soit coulée ou refondue, soit dissoute dans l’alcool, suivant l’usage auquel elle est destinée.
  - Les vernis à la bakélite servent pour l’imprégnation des enroulements de machines , le papier traité par ce vernis peut servir à faire des cubes isolants. La bakélite A réduite en poudre est moulée facilement (bacs d'accumulateurs, pièces isolantes de téléphone, etc.).
  - Au deuxième stade, la résine B est celle qui est obtenue en laissant transformer
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 231
  - lentement la résine du premier stade, à. une température peu elevee. Elle est alors solide et dure ; elle se ramollit à chaud et se ressoude facilement à elle-même sous 1 effet de la pression.
  - Enfin, l’action prolongée de la chaleur combinée avec la pression achevé la transformation du produit et l’amène à son état final, l’état C. Cette résine a des propriétés toutes différentes des précédentes : elle est dure, infusible et résiste a 1 action de la Plupart des dissolvants.
  - On peut la travailler comme un métal, et elle présente une grande résistance à la traction, à la pression et au choc.
  - La bakélite n’est pas hygroscopique, ne se décompose pas avant 2500, et sa rigidité diélectrique est de 20 000 volts environ par millimètre.
  - BasaIte. — On donne le nom de basaite à des roches très dures, plus ou moins oompactes, noires ou grises, quelquefois verdâtres ou bleuâtres, qu’on trouve en abondance dans la nature et qui sont d’origine éruptive.
  - L analyse chimique donne pour principes constituants du basalte, la silice (50 à do p. 100), l’alumine (10 à 15 p. 100), l’oxyde de fer (20 à 25 p. 100), enfin quelques Parties de chaux, de soude, de potasse et de magnésie.
  - Les roches basaltiques sont très répandues dans le monde. En France, on en trouve surtout en Auvergne et dans les Alpes-Maritimes. En Allemagne, on en rencontre en Saxe, en Bohême, et sur les bords du Rhin, dans le voisinage de Cologne. Le basalte est abondant en Amérique, particulièrement dans la chaîne des Andes.
  - Le basalte est une pierre extrêmement dure. Sa dureté est très supérieure à celle du granit ; aussi est-il employé depuis fort longtemps dans la confection des routes et dans la construction des édifices (marches d’escalier) et des ouvrages d’art (arches de Pont, murs de soutènement).
  - Sa densité est supérieure à celle du granit. Sa résistance électrique est très grande, Puisque des plaques de 18 millimètres d’épaisseur ne sont percées dans l’huile que Pour une tension de 55 000 volts environ.
  - On se sert du basalte pour préparer par un moulage à chaud des isolateurs dans esquels, au moment de la solidification, on peut incorporer des pièces de fer même assez volumineuses, ce qui supprime les scellements au soufre par exemple. Ces isotours présentent une très grande résistance de fuite, par suite de 1 g présence à la SUr^ace des pièces d’une sorte de « couverte » vitreuse qui va en s'atténuant de la Poriphérie à l’intérieur de la masse.
  - fis sont employés pour supporter le rail de prise de courant des chemins de fer ectriques. Sous forme de plaques, le basalte sert à recouvrir ces rails dans la traversée es gares, aux bifurcations, etc.
  - Bitumes. — La poix, le goudron et le bitume sont souvent employés pour l’isole-ment b es conducteurs de bas voltage. En général, le bitume est utilisé après vulcanisation ; fi contient alors 5 à 20 p. 100 de soufre. Dans beaucoup d’applications, pour 6S k°îtes de jonction des câbles par exemple, on lui ajoute des matières inertes, plâtre, si e, etc., de façon à obtenir un remplissage peu coûteux. La dialiie, isolant icuhèrement efficace contre l’humidité, est une composition à base de bitume.
  - ^^'a°lltchouc.— Il provient de la dessiccation et de la coagulation par la chaleur
  - 1 Suc blanc laiteux s’écoulant de certains arbres des régions tropicales lorsqu’on a final6 *GUr dcorce' Traité par des dissolvants et des réactifs convenables, ce suc donne
  - ernent le caoutchouc ordinaire, de teinte grisâtre. C’est un carbure d’hydrogène
  - 2 , rcnule (C5H8)n, polymère de l'isoprène, soluble dans l’éther, le sulfure de carbone, ^huiles essentielles, etc.
  - caoutchouc pur possède la propriété de se souder à lui-même par simple com-1Qn. On utilise cette propriété pour la confection des câbles isolés au caout-
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - chouc : un simple ruban de caoutchouc est replié autour du câble de cuivre nu et donne une gaine continue par soudure des deux bords rapprochés du ruban.
  - Le caoutchouc pur devient visqueux vers ioo° et est cassant à basse température, vers 8° déjà. Aussi les limites de température dans lesquelles on peut l’employer sont pratiquement très voisines, io° et 350 par exemple. Sa résistivité est considérable : 10 goo millions de mégohms-centimètre.
  - On étend les limites de température entre lesquelles le caoutchouc possède ses propriétés élastiques, en le vulcanisant. Sa résistance mécanique est considérablement augmentée par ce traitement et en même temps il est moins sensible à l’action de l’air. Il ne durcit plus par le froid et ne fond qu'au-dessus de 200°. Sa résistance à24° est de 7 500 x ios mégohms-centimètre. Le seul inconvénient du caoutchouc vulcanisé est de ne pouvoir être appliqué directement sur le cuivre des conducteurs, car le soufre qu’il renferme attaquerait le métal. On est alors obligé de galvaniser celui-ci.
  - La vulcanisation consiste à incorporer au caoutchouc une certaine quantité de soufre, soit par chauffage en étuve à une température de 140° pendant plusieurs heures, soit par action d’un mélange de chlorure de soufre et de sulfure de carbone.
  - Le caoutchouc vulcanisé contient 10 à 25 p. 100 de soufre, dont pas plus de 2 a 3 p. 100 est combiné chimiquement ; très souvent, on y incorpore des substances inertes : craie, sulfate de baryum, résine, afin d’augmenter sa densité (aux dépens de ses qualités) ou des substances colorantes : blanc de zinc, céruse, minium, sulfure d’antimoine, etc., mais les qualités isolantes du caoutchouc vulcanisé sont alors diminuées.
  - Chatterton. — Il sert surtout à fabriquer des rubans destinés à l’isolement des câbles électriques. Sa composition moyenne correspond à la formule suivante :
  - Gutta-percha............................................. 3
  - Goudron de Norvège....................................... 1
  - Résine................................................... 1
  - On imprègne à chaud des rubans de coton, et on laisse sécher avant de les enrouler. L’intérêt que présente le chatterton est de servir d'intermédiaire entre le cuivre du conducteur et la gutta-percha, celle-ci n’adhérant pas au métal.
  - Diélectrine. — C’est un mélange de soufre et de paraffine fondus ; sa couleur est légèrement jaunâtre., sa résistance mécanique analogue à celle du celluloïd- Son pouvoir diélectrique est moyen. On peut la travailler au tour.
  - Ébonite.— Si on incorpore 20 à 30 p. 100 de soufre dans le caoutchouc, on obtient le caoutchouc durci ou ébonite. C’est une masse noir jaunâtre, cornée, ayant la durete du marbre ou de l’ivoire, à cassure conchoïdale, résistant aux acides, à l’action de l’air et de l’eau.
  - Ses propriétés électriques sont remarquables, puisque l’étincelle ne traverse une lame d’ébonite de 1 millimètre que pour des potentiels de 30 000 à 50 000 volts, a condition naturellement que les composants (la charge en particulier) ne contiennent pas de métaux ou d’oxydes métalliques. Son seul inconvénient est son inflammabilité.
  - L’ébonite peut être tournée, limée, etc., et est susceptible d’un beau poli ; mais son travail est assez pénible, car le soufre qu’elle contient en grande quantité use les outils par sulfuration et il faut les affûter fréquemment.
  - Fibre. — On la prépare généralement en traitant les fibres de bois par le chlorure de zinc et l’acide sulfurique ; les fibres partiellement dissoutes sont agglomérées sous une pression considérable (500 atmosphères), puis séchées. Ce séchage est très long et jamais parfait, et on ne parvient jamais à éliminer l’eau et les matières dissolvantes acides qui nuisent aux propriétés électriques du produit final. Aussi la fibre,
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
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  - bien qu’elle se laisse facilement travailler, ne peut être employée que dans les installations où l’air est toujours sec et où le potentiel ne dépasse pas quelques centaines volts. On s’en sert abondamment dans le petit appareillage (prises de courant, bornes, interrupteurs ordinaires, etc.).
  - Galalithe. — C’est un corps provenant de la solidification de la caséine du lait de vache écrémé auquel on a enlevé tous ses éléments aqueux par un traitement approprié, et qui se laisse travailler comme l’ébonite. Il possède une grande résistivité.
  - Gutta-percha. — C’est un produit analogue au caoutchouc, provenant d’unarbre croissant en Malaisie. On l’extrait en épuisant par le toluène les feuilles sèches ou fraîches. Ce n’est pas un carbure d’hydrogène comme le caoutchouc, mais un mélange de trois substances :
  - Gutta proprement dite (C20H22)............... 75 à 80 p. 100.
  - Albane (C20H22O2)............................ 20 à 15 —
  - Fluravile (C20H22O).......................... 4 à 6 —
  - Ces deux derniers corps sont des résines qui augmentent la résistivité de la gutta-Percha (voisine de 500. io6 mégohms-centimètre), ainsi que sa rigidité diélectrique 1 *aut environ 15 000 volts pour percer une lame de 1 millimètre), mais nuisent à Sa conservation ; cristallisant peu à peu, ils désagrègent la gutta et lui font perdre
  - Son élasticité.
  - La gutta résiste mieux que le caoutchouc à l’action des alcalis et des acides dilués. e ne peut être vulcanisée, ce qui la différencie nettement du caoutchouc.
  - Ses propriétés électriques varient considérablement avec la température et la Pression, ce qui est très important pour l’établissement des câbles sous-marins. C’est ainsi qu’à une profondeur de 4 000 mètres, sa résistance spécifique est plus que dou-e. Elle n’adhère pas au cuivre, de sorte qu’on est obligé d’interposer entre le con-cteur et la gomme une couche de chatterton (voir ce mot).
  - La principale propriété mécanique de la gutta est sa grande puissance d’extension, n qu’à la température ordinaire sa dureté soit comparable à celle du bois. Entre 5°° et ioo°, elle devient plastique et peut être travaillée.
  - Gomme laque. — La gomme laque est une résine produite par la piqûre d’un lUsecte dans les jeunes branches d’un certain nombre d’arbres des Indes.
  - Les vernis à base de gomme laque sont très employés en électricité. Us ont un ^rta*n nombre de propriétés qui justifient leur emploi. Après étuvage, la gomme que adhère fortement aux fils ou papiers qu’elle recouvre et forme un enduit résistant faisant bloc avec les parties vernies. Ces vernis sèchent très vite. Enfin, la résistance spécifique de la gomme laque est de 9 000 mégohms-centimètre à la température ordinaire.
  - La
  - doit-c
  - gomme laque a l’inconvénient d’absorber l’humidité atmosphérique; aussi 'On en général recouvrir l’enduit de gomme laque d’une couche de paraffine. x-es enduits à la gomme laque sont très nombreux et sont constitués soit par une ^uiple dissolution de la résine dans l’alcool à 40° Baumé, soit par une solution dans Co°f de mélanges de gomme laque et de gomme sandaraque ou de résine blanche, ec addition dans certains cas de caoutchouc, de gutta-percha, de baume du Canada, etc.
  - J^u^es- — La plupart des huiles ont une résistivité suffisante pour pouvoir être de • CS comme isolants. Les conditions qu’on leur impose dépendent évidemment e 1 usage auquel on les destine.
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - Dans les interrupteurs à haute tension, on se sert de l’huile pour faciliter l’extinction de l’arc au moment de la rupture, tout en augmentant l’isolement des diverses pièces de l’interrupteur. Il faut dans ce cas que l'huile ne renferme ni acides ni dérivés sulfurés capables d’attaquer le métal des contacts ; elle ne doit pas se carboniser trop rapidement sous l’action de l’arc de rupture, ni donner des dépôts et sédiments. Enfin, son point d’inflammation doit être aussi élevé que possible.
  - Dans les transformateurs, on emploie de l’huile lourde ou de l’huile résineuse, afin d’empêcher l’humidité de venir diminuer la valeur de l’isolement.
  - Les huiles légères, en effet, ont tendance à absorber l’humidité de l’air, et, au bout de quelques jours, leur résistivité peut avoir diminué de ce fait de 25 p. 100 et même plus.
  - Les huiles servent à préparer de nombreux isolants ; on en imprègne des toiles de lin, de coton, etc., qui résistent à des tensions élevées. Dans certains cas, on ajoute aux huiles servant à l’imprégnation des substances telles que le minium, qui diminuent leur inflammabilité et leur hygroscopicité. Des vernis à l’huile sont également utilisés pour recouvrir les fils électriques. ' •>
  - Voici quelques chiffres relatifs à la résistivité moyenne de certaines huiles :
  - Huile de goudron de bois......... 1 670.io6 mégohms-centimètre.
  - Huile d’olive.................... 1.106 mégohms-centimètre.
  - Huile lourde de paraffine........ 8.106 —
  - Marbre. — On l’emploie surtout pour faire des tableaux de distribution, des coupe-circuits, etc. La résistivité est de l’ordre de 10 mégohms. La variation de la résistance d’isolement est considérable suivant l’état d’humidité des plaques, mais, lorsque le marbre est poli, il reprend rapidement sa résistance d’isolement. C’est ainsi que, dans un essai, après avoir soumis une plaque de marbre à un jet de vapeur pendant deux minutes, sa résistance d’isolement de surface était tombée à 0,37 mégohm, et au bout d’une heure elle avait repris une valeur de 270 mégohms.
  - Mica. — C’est un isolant excellent, sa résistivité est de plus de 50 millions de mégohms par centimètre à 140. Au point de vue chimique, c’est un silicate d’alumine et de potasse avec de petites quantités d’oxydes de fer, de manganèse et de magnésium. On le trouve surtout au Canada, en Chine, au Pérou, dans les Indes et en Russie.
  - Le mica du Canada et celui du Bengale sont particulièrement recherchés, car ces variétés, de couleur ambrée, possèdent la plus grande résistivité.
  - Si, à la température ordinaire, le mica se comporte comme un isolant parfait, il n’en est plus de même aux températures élevées. Au-dessus de 200°, le mica acquiert une conductibilité partielle qui croît assez rapidement avec le temps de chauffe. Si on laisse refroidir la lame, elle reste conductrice à la température ordinaire, mais il suffit de laver ses bords avec de l’alcool, puis de dessécher pendant quelques minutes à I4°0> pour lui rendre ses propriétés premières. Cette conductibilité accidentelle serait donc due à une altération de la surface du minéral.
  - Certains corps, en particulier les. huiles de lin et de paraffine, exercent une influence conductrice sur les propriétés du mica. En effet, bien que les deux substances, huile et mica, prises séparément, soient des isolants de première qualité, la présence de l’huile sur le mica abaisse le pouvoir isolant de celui-ci dans une telle proportion qu’il peut, dans certains cas, ne plus supporter que la moitié de la tension à laquelle il résiste à l’état sec.
  - Le phénomène est le même, quelle que soit la nature chimique de l’huile employée. L’eau, adhérant même légèrement à la surface du mica, supprime cette action. Au point de vue pratique, il convient donc d’éviter tout contact direct entre l’huile et le mica ; il faut, par conséquent, protéger les collecteurs isolés au mica et disposés au voisinage d’un palier dans les. machines dynamos. Il est même avantageux d'éli-
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  - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - miner toute pièce de mica dans la construction des transformateurs isolés à 1 huile, le contact des deux substances pouvant nuire considérablement au rendement et a la conservation de ces appareils.
  - Les grandes feuilles de mica coûtent extrêmement cher, de l’ordre de ioo francs le kilogramme. Aussi emploie-t-on des succédanés du mica, tels que la micanite et la micacémentite.
  - La micanite est un aggloméré de mica et de gomme laque pouvant rivaliser avec le mica au point de vue isolant.
  - On prépare l’aggloméré en enduisant de gomme laque une feuille de papier et en projetant sur la surface ainsi préparée de la poudre de mica. Celle-ci se prend dans la gomme liquide et le tout se solidifie après dessiccation complète, on reforme une seconde épaisseur du mélange, puis une troisième, et ainsi de suite, jusqu à ce que la plaque ait l’épaisseur désirée. On la soumet alors à une assez forte pression (140 kilogrammes Par centimètre carré) en même temps qu’elle est chauffée par la vapeur. Le produit qu on obtient après refroidissement est remarquable par son homogénéité, car il est totalement exempt de crevasses. Il se laisse scier, couper et percer très facilement.
  - La micacémentite est préparée dans le but d’éviter la désagrégation rapide des vernis protecteurs des bobines inductrices des moteurs de traction. Après avoir enroulé chaque tour de spire et passé la couche de vernis isolant, on saupoudre de niicacémentite de façon à boucher les vides existant entre les spires. Lorsque 1 enroulement est terminé, on sèche à l’étuve pendant quarante-huit heures à 8o° environ.
  - Papier. — C’est un très bon isolant lorsqu’il est sec ; aussi l’emploie-t-on en général irnprégné de paraffine ou d’huile. On s’en sert pour de multiples usages : séparation des tôles dans toutes les parties feuilletées des appareils électriques (induits de dynamos, noyaux de transformateurs, diéleofriques de condensateurs, etc.).
  - La résistivité du papier est très grande, de l’ordre de 3 000.io6 mégohms par centimètre, mais elle est fonction de la pression, décroissant rapidement quand celle-ci augmente, c’est-à-dire quand la cohésion de la substance est meilleure. Elle varie également beaucoup avec la composition chimique du papier.
  - On utilise en général du papier de manille disposé en couches régulières, adhérent bien entre elles et ayant subi préalablement une dessiccation dans le vide.
  - On. fabrique couramment des câbles dont l’isolant est en papier, aussi bien pour les lignes téléphoniques souterraines 'que pour les installations a haute tension ; seulement, comme la rigidité diélectrique du papier est inférieure à celle du caoutchouc, 11 faut, dans ce dernier cas, employer des épaisseurs très fortes de papier.
  - Il semble aussi que le papier et le carton résistent mieux aux applications de courant continu qu’à celles de courant alternatif. C’est ainsi qu’un échantillon de carton glacé de 5 millimètres d’épaisseur, percé deux fois au bout de deux minutes par une différence de potentiel alternative de 10 000 volts, a pu résister douze minutes à une tension continue de plus de 15 000 volts et n’a cédé qu’après quatre minutes à 25 000 volts continus.
  - P a raffine.— On désigne sous ce nom des mélanges de carbures d hydrogéné satures solides, fondant entre 450 et 9°° et que l’on obtient par distillation soit de 1 ozokérite (cire fossile que l’on rencontre dans les Karpathes et le Caucase), soit de la houille, du pétrole et de certains schistes.
  - La paraffine de bonne qualité est blanche et sans odeur. Sa résistivité est très élevée. On l’emploie parfois à la place de l’huile dans les transformateurs. Lorsqu on veut en confectionner des plaques, supports, etc., on lui incorpore en général de la résine et de la chaux dans des proportions analogues à celles-ci :
  - Paraffine...................................................... 75
  - Chaux éteinte.................................................. 10
  - Résine....................................................... 15
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - On utilise surtout la paraffine pour imprégner les papiers destinés à la fabrication des tubes isolateurs dont on recouvre les fils conducteurs que l’on désire protéger de l’humidité.
  - Porcelaines.— La porcelaine employée en électrotechnique est de la porcelaine dure, c’est-à-dire un produit céramique composé de matières premières minérales transformées par l’action du feu en un minéral nouveau.
  - Ces matières premières sont des kaolins, des argiles, des pegmatites, des silices, des feldspaths et quelquefois du carbonate de calcium. Elles fournissent les constituants élémentaires : silice, alumine, alcalis, chaux.
  - Par cuisson à une température de i 4000 environ, le mélange de ces matières su transforme en un corps isolant au point de vue électrique, de densité sensiblement égale à 2,25, blanc, sonore, translucide, rayant les aciers les plus durs, imperméable à l’eau, inattaquable à tous les acides, sauf l’acide fluorhydrique, résistant à l’action des alcalis, supportant sans rupture des changements de température brusques de 6o° C. pour les grandes pièces et de plus de ioo° C. pour les petites pièces, ce qui permet de sceller, quand il est nécessaire, la porcelaine au plomb fondu et d’employer cette matière à la construction des bougies d’automobile. La porcelaine se présente-sous deux variétés cuisant à la même température et ayant les mêmes qualités au point de vue diélectrique : x° non revêtuede couverte, elleestdite biscuit deporcelaine ; 2° revêtue de couverte, elle constitue la porcelaine proprement dite. Sous un troisième aspect : cuite à 900°, on l’appelle « dégourdi de porcelaine >>.
  - La couverte alamême composition qualitative que la pâte, à l’exception absolue des sels de plomb et de borax.
  - Cette couverte, quoique plus fusible que la pâte, est inattaquable aux acides, ne subit pas d’altération du fait des agents atmosphériques ; de plus, elle ne fendille pas à la surface de la pâte comme le font, au bout d’un temps plus ou moins long, toutes les couvertes de grès ou de faïence.
  - La porcelaine n’est pas hygroscopique comme le verre, de sorte qu’il est plus facile de lutter contre l’humidité superficielle en donnant aux isolateurs des formes appropriées que nous étudierons plus loin.
  - La porcelaine est employée dans tout l’appareillage destiné aux installations intérieures : boîtes de dérivation, interrupteurs, douilles de lampes, coupe-circuit,, poulies, etc.
  - La rigidité diélectrique de la porcelaine est grande ; il faut une tension de 92 000 volts pour perforer une épaisseur de 1 centimètre lorsque la porcelaine est bien homogène.
  - Quartz— La silice fondue est un isolant bien supérieur au verre ; sa résistivité est de 2.io8 mégohms par centimètre entre 15 et 1500, et sa rigidité diélectrique de 200 000 volts-centimètre. Aussi peut-elle être utilisée pour la confection des bornes de transformateurs isolateurs, entrées de cabines de transformation, etc., lorsqu’on opère à très haut voltage.
  - Résinés.— On se sert, pour la préparation des vernis isolants, d’un grand nombre de résines, gomme laque (voir ce mot), colophane ou arcanson (voir ce mot), cire blanche, baume du Canada, gomme copal, ambre, etc. Ils donnent tous un excellent isolement et adhèrent fortement aux conducteurs.
  - Soufre. — On s’en sert particulièrement pour cimenter les cloches d’isolateurs de verre ou de porcelaine aux tiges métalliques qui les supportent, et pour préparer des mastics isolants résistant à la chaleur et aux acides.
  - Pour cimenter les isolateurs, on prend un mélange de 100 parties de soufre en canon et de 12 parties de limaille de fer. Pour le mastic, une bonne composition est la suivante : soufre, 100 ; suif, 2 ; résine, 2.
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 237
  - Le soufre brut, même fondu, est un excellent isolant. On sait que ce corps présente deux variétés allotropiques (soufre octaédrique, soufre prismatique) et une autre variété dite soufre mou. Par suite de ces propriétés,la résistance électrique du soufre a une allure très complexe et très intéressante au point de vue physique.
  - Pour les applications, il suffit de considérer le soufre solide. Sa résistivité varie considérablement avec la température, comme le montrent les nombres suivants :
  - Résistivité en mégohms-
  - Température. centimètre.
  - T T70 . . 7.39 13.5 65 X IO6
  - t mo . . . X IO6
  - TnnO . . . X IO6
  - I 210 X IO6
  - / / 6q° 3 93° X IO°
  - Aux températures inférieures, la résistivité est pratiquement infinie.
  - Stéatite.— C’est une sorte de talc compact et granulaire de couleur gris clair ou verdâtre, constitué par un silicate de magnésie hydrate que 1 on rencontre dans le Liard, l’Ariège et les Pyrénées-Orientales. Très facile à travailler, cette substance est Un bon isolant, mais sa résistance mécanique est plus faible que celle du marbre et elle se fendille et s’effrite beaucoup plus facilement.
  - Verres.— Les verres sont d’excellents isolants, leur résistivité étant voisine de
  - millions de mégohms-centimètre pour le verre ordinaire. Leur rigidité diélectrique est aussi considérable : une feuille de verre à. vitre de omra,8 d épaisseur résisté a plus de 60 000 volts continus. Quand la tension appliquée est alternative, la rigidité est Joindre.
  - Le verre a d'es qualités isolantes supérieures à celles de la porcelaine, mais il est très hygroscopique et condense facilement l’humidité sur sa surface; aussi,lorsqu on veut limiter la perte électrique, est-on obligé de recouvrir le verre avec un vernis a
  - paraffine par exemple.
  - Le verre sert à préparer des bacs d’accumu.lateurs, et surtout des isolateurs destines aux lignes aériennes à haute et basse tension, emploi dans lequel il peut lutter avantageusement avec la porcelaine.
  - La résistivité du verre varie avec la température. Voici, a titre d’exemple, quelques nombres relatifs à un verre ordinaire à base de soude et de chaux de densité 2,539
  - (Foussereau) ;
  - 5jo _ ................ 0,705.10e mégohms-centimètres.
  - 200....................... 91.10» —
  - — 170........................ 7 970.10» —
  - cristal est le plus résistant des verres, environ 1 500 fois plus que le verre ordi-naire> tandis que le verre dur de Bohême est 10 fois moins résistant que le verre ordinaire.
  - Nous ne dirons rien d’un grand nombre d’isolants dont la composition est tenue secrète par leurs fabricants, tels que la cégéite, la gummite, la hardite, la roburine, la lactolithe, l’isolit, etc.
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- - 238 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - LES CONDUCTEURS
  - Le cuivre est le métal qui convient le mieux pour les conducteurs électriques. En effet, lorsqu'il est pur, sa conductibilité est très grande et atteint celle de l'argent. Mais il suffit de traces d’impuretés pour que sa conductibilité baisse dans de grandes proportions. Par exemple, un cuivre à 99 p. ioo a une conductibilité de 86 (évaluée en unités arbitraires), tandis que le cuivre ne titrant que 98,76 a seulement une conductibilité de 42 (évaluée avec la même unité arbitraire). Aussi est-on obligé de n’utiliser en électrotechnique que du cuivre électrolytique, à cause de sa grande pureté.
  - Pour évaluer les conductibilités des divers échantillons de cuivre, on prend pour terme de comparaison un échantillon type, dit cuivre de Mat-thiessen, dont on désigne arbitrairement la conductibilité 100, de sorte qu’un cuivre ayant une conductibilité de 90 a une conductibilité égale à 90 p. 100 de celle du cuivre étalon de Matthiessen.
  - La résistivité du cuivre de Matthiessen est de 1,593 microhm-centi-mètre à o°, et son coefficient de température à 20° est égal à 0,00388.
  - Le choix de cet étalon est absolument arbitraire ; ce n’est même pas du cuivre pur, car on a souvent des cuivres dont la conductibilité est mesurée par des nombres supérieurs à 100 (102, 103, par exemple).
  - La Commission électrotechnique internationale de 1913, tenue à Berlin, a cherché à remédier à cet inconvénient et a défini le cuivre type recuit dont la résistivité à o° est de 1,588 microhm-centimètre, avec un coefficient de température à 20° égal à 0,00393 (à masse constante, c’est-à-dire la résistance conservée entre deux prises de potentiel rigidement attachées au fil). Ce coefficient est positif, c’est-à-dire que la résistance augmente quand la température s’élève. C’est par rapport à ce nouvel étalon que doivent être maintenant classés les différents échantillons de cuivre.
  - Quel que soit l’étalon adopté, le système de classification des cuivres est irrationnel ; il vaudrait beaucoup mieux donner en valeur absolue la résistivité de l’échantillon considéré. Mais les fabricants n’ont pas encore renoncé à leurs anciennes habitudes.
  - * * *
  - Les bronzes. — Si la conductibilité électrique est la propriété la plus importante à considérer lorsque les fils électriques ne sont soumis qu’à des efforts mécaniques très faibles, comme dans les enroulements
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 239
  - ffes transformateurs, des induits et meme des rotors de dynamos, il n en est plus de même lorsque les fils sont destinés à la construction des lignes télégraphiques, téléphoniques, de transport de force, etc. Dans ces cas, en efïet, la ligne est supportée par des poteaux assez éloignés les uns des autres et tend à se rompre sous l'action de son propre poids et des actions mécaniques extérieures (vent, dépôts de verglas, etc.). Il faut donc, en même temps qu'une bonne conductibilité, rechercher un résistance à la rupture élevée.
  - Dr le cuivre pur se rompt sous un effort relativement faible (28 kilogrammes par millimètre carré) ; on est conduit a lui incorporer d autres éléments afin de réaliser un alliage dont les propriétés mécaniques soient satisfaisantes. Ce sont les bronzes.
  - La composition de ces bronzes varie considérablement, ainsi que leurs propriétés électriques et mécaniques, comme on peut s en rendre compte Par le tableau suivant.
  - Nature.
  - Bronze phosphoreux.
  - Haute conductibilité.....
  - Fils télégraphiques......
  - Fils téléphoniques.......
  - Bronze siliceux.
  - Télégraphique A..........
  - — B...........
  - — C ..........
  - Bronze chromé.
  - Télégraphique............
  - Téléphonique.............
  - Longue portée............
  - Bronze à 2 p. 100 d’étain. Bronze téléphonique L. W
  - Ténacité en kilogramme: I par millimètre carré. Conductibilité [ par rapport à l’étalon Matthiessen, Résistivité à o° I en microhms-centimètre. Coefficient moyen 1 de température à 20b.
  - 44.9 98-100 1,6
  - 48 99 1,6 0,00394
  - 82 28 5.6 0,00394
  - 45 97 1,65 0,0039
  - 50 80 1,82 0,0035
  - 75 42 3.84 0,0023
  - 45 98,5 1,641
  - 75 34.5 4.7i
  - 100 20 7.8
  - 75 35 4.57 0,00152
  - 80 50 3.23 0,0032
  - Dn remarque que la conductibilité et la ténacité varient en sens inverse , ^ fil très résistant au point de vue mécanique l’est aussi au passage de électricité : sa conductibilité est faible.
  - Le fer
  - a été utilisé pendant quelque temps pour équiper les lignes télégraphiques aériennes avant la mise au point des bronzes. Mais si le fer et
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- - 2-40
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - surtout l’acier ont une grande résistance à la rupture, leur faible conductibilité électrique impose l’emploi de conducteurs beaucoup plus gros, et, à longueur et résistances égales, une ligne de fer pèse 6,6 fois plus qu’une ligne de cuivre. Voici quelques nombres permettant de fixer les idées :
  - Nature.
  - . --
  - U
  - -5.
  - s o S &.
  - o S
  - 3 S
  - s
  - 'S
  - « •
  - ©
  - g. CM § 'S
  - Fer pur....................................
  - Fil d’acier................................
  - Fil de fer homogène........................
  - Fil de fer ordinaire.......................
  - Acier à 0,13 p. 100 de manganèse (Hadfield)..
  - » I7'5 9,065 0,00625
  - 100 10,8 15,803 0,00390
  - » 12 13.273 0,00414
  - 38 11,4 13,906 0,00426
  - 160 2,1 75 0,00136
  - Dans les aciers au carbone, la résistivité augmente avec la teneur en carbone. 1
  - Dans les aciers au manganèse, la teneur en carbone ne semble pas avoir d influence ; la résistivité passe par un maximum pour une teneur de 12 à 13 p. 100 de manganèse.
  - Dans les aciers au nickel, pour une même teneur de nickel, la résistivité augmente considérablement avec la teneur en carbone.
  - Un autre inconvénient du fer est son aimantation, qui correspond, surtout lorsque la ligne est alimentée en courant alternatif, à une perte considérable.
  - Pour les lignes téléphoniques en particulier, l’aimantation transversale du fer fait que les lignes même rectilignes présentent un coefficient de self-induction considérable, qui entraîne une augmentation apparente de résistance qui affaiblit rapidement les signaux téléphoniques.
  - On a cherché à tourner la difficulté en constituant des câbles mixtes dont l’âme centrale est en fer ou en acier et la périphérie formée de conducteurs de cuivre. En fait, un certain nombre de lignes téléphoniques sont ainsi équipées;par exemple, la ligne New-York-Chicago (1 625 kilomètres) est formée de fils dont l’âme en acier a 4 millimètres de diamètre, la gaine de cuivre ayant une épaisseur de imm,5, ce qui donne pour le conducteur un diamètre total de 7 millimètres.
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 241
  - Lorsqu’il s’agit d’alimenter les lignes de traction électrique par le système dit du troisième rail, on est forcé de se servir de conducteurs en fer, puisque les rails de roulement servent de conducteurs de retour d’une part et que, d’autrepart, le rail de prise de courant, pour des raisons économiques et mécaniques, est également en acier.
  - La résistance des rails de roulement théoriquement n’intervient pas, Puisque, n’étant pas isolés, le courant revient également par la terre ; uiais, pour réduire au minimum les courants vagabonds, on est conduit à donner aux rails la meilleure conductibilité possible.
  - On peut admettre qu’un rail de 38^,75 au mètre courant, en acier contenant 0,4 à 0,5 p. 100 de fer et 0,7 p. 100 de manganèse, a une résistance d’environ 36 microhms par mètre courant, c’est-à-dire une résistivité de 18 microhms-centimètre environ.
  - En diminuant la proportion de carbone et de manganèse, on arrive à une résistivité de 14 microhms-centimètre environ pour un rail en acier correspondant à la composition suivante :
  - Carbone.................................... °<2 P- 100
  - Manganèse.................................. °>4
  - Soufre..................................... °’°5
  - Phosphore.................................. °>I ~~
  - * *
  - L'aluminium tend de plus en plus à jouer un grand rôle dans l’industrie électrique. Ce n’est guère qu’en 1898, lorsque son prix de revient tut tombé suffisamment bas, que son utilisation fut sérieusement envi-sagée, en Amérique d’abord, puis en Europe.
  - Lien que l’aluminium soit moins bon conducteur que le cuivre, sa légèreté est une qualité si précieuse, pour les lignes aériennes en particulier, malgré la résistance des constructeurs à cette innovation qui venait troubler leurs habitudes et leurs traditions, de très importants réseaux aériens et souterrains'sont actuellement équipés avec de l’aluminium. Eans le cahier des charges des chemins de fer de l’État, en 1913, l’alumi-ruum a une place équivalente à celle du cuivre.
  - Le seul inconvénient de l’aluminium est sa faible résistance mécanique, qui tombe à 9 kilogrammes par millimètre carré quand il est recuit. Il faut donc augmenter la section du conducteur, et par suite perdre une partie bénéfice de la légèreté du métal. Aussi les nombreuses discussions sur Es mérites comparés du cuivre et de l’aluminium ne sont-elles pas encore
  - terminées.
  - E aluminium commercial doit contenir au moins 99 P- 100 d aluminium, Es éléments étrangers, fer et silicium principalement, qu’on y incorpore
  - Vigneron. — Électricité.
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- - 242 '
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - afin d’augmenter sa ténacité,ne doivent pas dépasser 1 p. 100. Dans le tableau suivant, nous donnons les propriétés de l’aluminium commercial ainsi défini et celles du cuivre commercial, afin de permettre les calculs de comparaisons technique et économique.
  - Densité (métal écroui)..................................
  - Chaleur spécifique (eau = 1)............................
  - Conductibilité thermique (argent = 10)..................
  - Résistivité à o° écroui (microhms-centimètre)...........
  - Résistivité à o° recuit.................................
  - Résistivité à 20° écroui................................
  - Résistivité à 20° recuit................................
  - Coefficient de température à 20°........................
  - Conductibilité électrique...............................
  - Coefficient de dilatation linéaire......................
  - Tension de rupture en kilogrammes par millimètre carré :
  - Écroui...............................................
  - Recuit...............................................
  - Limite d’élasticité en kg. par millimètre carré.........
  - Allongement à la rupture du métal ;
  - Écroui ..............................................
  - Recuit...............................................
  - Rapport des sections à égalité de conductibilité........
  - Rapport des diamètres à égalité de conductibilité.......
  - Rapports des poids à égalité de conductibilité..........
  - Rapports des sections à égalité d’échauffement..........
  - Rapports des poids à égalité de section.................
  - Rapports des conductibilités à égalité de section.......
  - Rapports des poids à égalité de section.................
  - rapide, la densité du courant n’est pas la même dans toute- la section : elle est plus faible au centre qu’à la périphérie, et cela d’autant plus que la fréquence- est plus élevée, la perméabilité du métal plus grande, sa résistivité plus faible et le conducteur plus gros. C’est l’effet de surface {skin effect des Anglais).
  - Lorsque l’on se sert des conducteurs en aluminium poui les transmissions téléphoniques et télégraphiques multiples, la fréquence des courants peut atteindre 500 000 par seconde. Ace moment,l’effet de surface,que l'on peut négliger dans les courants ordinaires à 25 ou 50 périodes, devient important, et la résistance effective du conducteur varie comme le montre le tableau suivant :
  - A luminium. Cuivre.
  - 2,7 8,95
  - 0,203 0,092
  - 35 70
  - 2,722 1.63
  - 2,68 1,60
  - 2,95 1,76
  - 2,89 1,72
  - 0,00419 0,0039
  - 60 100
  - 0,0000228 0,000016
  - 20 42
  - 9 22
  - 11 à 12 23 à 25
  - 2 p. 100 2 p. 100
  - 25 p. 100 35 P- 100
  - 1,666 1
  - 1,29 1
  - 50.25 100
  - i.4°5 1
  - 42 100
  - 0,6 1
  - 30 100
  - >ar un courant alternatif
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 243
  - Résistances en ohms par kilomètre à o°.
  - Diamètre. 1 millimètre. 2 millimètres. 3 millimètres.
  - Fréquences. Al Cu Al Cu Al Cu
  - 0 x 34-4 20,75 8,6 5.18 3,82 2,31
  - 10 x io4 42,6 30,7 18,7 14,2 11,85 9A5
  - 20 x io4 55,2 4i,5 25,5 19,2 16,4 12,6
  - 30 X io4 66,3 49,8 30,4 23,3 19,85 15,25
  - 40 X io4 75 57 35,6 26,7 22,8 17,55
  - 5° X io4 82,6 62,4 38,6 29,8 25,3 19,6
  - Oii sait que raluminium, aux hautes fréquences, n’est plus que 1,3 fois Plus résistant que le cuivre, tandis que, pour le courant continu, il est r>66 fois plus résistant.
  - Comme pour le cuivre, dont la résistance mécanique est peu élevée, on a cherché à fabriquer des alliages d’aluminium pour remédier à ce défaut. En particulier, le duralumin, dont la résistance.mécanique et la dureté dépassent le double de la résistance mécanique et de la dureté de l’alumi-nium pur, a une conductibilité'environ moitié de celle du cuivre pur, c’est-a'dire comparable à celle du bronze dur. C’est un alliage de composition
  - approximative :
  - Aluminium................................. 95 P- 100
  - Cuivre..................................... 3 M •—
  - Magnésium.................................. a —
  - Cn peut également réaliser des conducteurs mixtes, aluminium-acier,
  - institués par une âme en acier de haute résistance mécanique sur laquelle s°nt câblés les fils d’aluminium en une ou plusieurs couches.
  - -^n début de laguerre,le zinc a été proposé comme un substitut du cuivre; ^is sa faible résistance mécanique d’une part, d’autre part son instabilité lclUe (sous l’action du froid, le zinc cristallise) et sa sensibilité aux
  - ations ont limité son emploi aux installations intérieures et aux fils isolés.
  - * * *
  - nornbreux alliages servent à fabriquer des appareils électriques :
  - qI I in « « .
  - ges très résistants pour les rhéostats ; alliages spéciaux pour résistances
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- - 244
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de chauffage, pour appareils de mesure, etc. Leur étude détaillée nous
  - entraînerait trop loin, et nous nous contenterons de donner ci- -dessous
  - quelques indications sur les plus employés. s 0 0 O , S o*
  - •2^ s 1 'e
  - «S ^ S 0 s -g ‘-S g S •S «
  - 0 e O ^ ^ « s s «o > s « *te> .2.
  - V O ^
  - Laiton (Cu 66 p. 100, Zn 34 p. 100; . . . 3,2 5,5 0,001
  - Constantan (Cu 60 p. 100, Ni 40 p. 100) • • • 3,2 50 0,000
  - Rhéostatine (Fe 70 p. 100, Ni 30 p. 100) ... » 86 0,0007
  - Maillechort (Cu 60 p. 100, Zn 25 p. 100, Ni 15 p. 1 00). 5,3 30 0,00036
  - Manganine (Cu 84 p. 100, Ni 4 p. 100, Mn 12 p. 100) ... » 46>7 0,00000
  - Rhéostan (Cu 55 p. 100, Ni 25 p. 100 , Zn 15 p. ioo, , Fe
  - 5 P- 100) • • • 3 52,5 0,00041
  - Acier invar (Ni 36 p. 100, Fe 64 p. 100) ... » 75 0,002
  - Ferro-nickel (Fe 74 p. 100, Ni 25 p. 100, C 0,8 p. 100).. ... 2 78,3 0,00093
  - Alliage R. N. C. 1 ... » 100 0,00030
  - . O. ... » 103 0,00025
  - — 3 ... » 96 o,oool5
  - * * *
  - Il est à remarquer que, pour tous les corps métalliques, la conductibilité diminue quand la température sèleve. La résistivité diminue donc quand la température s’abaisse, et cette diminution est très rapide à basse tempe' rature, de sorte qu’au voisinage du zéro absolu, la résistivité devient nulle-C’est-à-dire qu’un courant électrique induit dans un circuit conducteur fermé à la température de — 2730 continuera à y circuler indéfiniment.
  - Les expériences de Kamerling Onnes ont montré qu’il en est bien ainsi, et que, pour certains métaux, la résistance s’annule même avant le zéro absolu. Le tableau suivant donne quelques résultats d’expériences de Nicolai à ce sujet.
  - Température Résistivité en microhms-centimètre.
  - en degrés centigrades. ALUMINIUM ARGENT FER plomb platine
  - 400 7-991 3,772 43-345 » 25,985
  - 200 5>I72 2,676 23,928 38,047 18,885
  - 100 3,858 2,097 16,630 27,844 15,102
  - O 2,618 1,505 IO,68l 19,803 ii,i93
  - — 25 2,321 1,350 9,308 17,958 10,234
  - — 100 1.538 0,916 5,929 12,610 7,212 3,58o
  - — 180 0,641 0,419 2,653 6,648
  - — 260 » 0,006 » » »
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 245
  - La figure 181 traduit géographiquement ces résultats.
  - * * *
  - Le charbon entre dans la confection d’un grand nombre de conducteurs employés en électrotechnique. Citons simplement :
  - i° Les charbons pour l’éclairage au moyen de lampes à arc.
  - 2° Les frotteurs pour dynamos et moteurs électriques,presque toujours
  - a base de charbon ou de graphite éventuellement mélangé de métaux divers.
  - 3° Des pièces en charbon ou en graphite de qualité analogue à celle des balais destinées à établir des contacts sur des pièces spéciales d’appareillage : disjoncteurs, rupteurs, etc.
  - L’emploi du charbon est plus avantageux que celui des métaux, par suite de la résistance du charbon aux actions désagrégeantes des arcs produits à chaque ou-verture ou fermeture du circuit.
  - 4° L’industrie électrochimique et électrométal-lurgique absorbe des ton-na§es extrêmement importants d’électrodes dont les dimensions peuvent etre très considérables.
  - 5° La soudure et le découpage électrique utilisent tantôt des électrodes métalliques, tantôt des électrodes en charbon ; ces dernières sont même à Préférer pour les travaux exécutés sur des pièces en fonte, et aussi pour les
  - découpages.
  - d° De petites pièces en charbon de qualité spéciale sont employées en téléphonie (plaques de microphones, grenaille, etc.).
  - 7° Des agglomérés de charbon ou de graphite et de matière isolante s°rit employés pour fabriquer des résistors spéciaux pour fours chauffés electriquement. Dans certains cas, ces résistors, au lieu d’être agglomérés, °nt constitués simplement par du charbon granulé de grosseur convenables.
  - température en degrés centigrades
  - Fig. 181. — Variation de'la résistivité en fonction de la température.
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- - 246 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 8° D’autres agglomérés analogues, mais en général très pauvres en graphite ou en charbon, et qui sont principalement à base de carborund'um, servent comme résistances très élevées dans des dispositifs de parafoudres ou résistances chauffantes non soustraites à l’action de l’air. Us sont employés aussi en T. S. F.
  - 9° Les piles électriques comportent à peu près toutes une anode en charbon. Cette anode peut être recouverte d’une couche dépolarisante constituée par un comprimé de graphite naturel ou artificiel et de bioxyde de manganèse ; dans certains cas, elle est poreuse, de manière à permettre la dépolarisation directe au moyen de l’air.
  - io° Le charbon ou le graphite sont employés enfin dans des cas spéciaux, par exemple dans des fours électriques lorsque le creuset ou le tube en graphite doit servir en même temps de résistor.
  - Suivant les emplois auxquels on le destine, le charbon présente des caractéristiques électriques différentes. Nous verrons au chapitre sur l’éclairage comment on prépare les charbons de lampes à arc, et à propos des moteurs électriques nous exposerons succinctement la fabrication des balais de dynamo.
  - * * *
  - Il nous reste à dire quelques mots des conducteurs liquides que l’on rencontre dans diverses applications. Leur conductibilité est d’origine ionique, c’est-à-dire repose sur un tout autre phénomène que la-conductibilité des métaux (voir chapitre Électrolyse, Théorie des ions). Nous donnerons, afin de fixer les idées, les résistivités de quelques solutions, d’après Kohlrausch.
  - Teneur en p. 100 du corps anhydre. Résistivité à i8°.
  - S04H2 NOsH HCl KOH NaOH NaCl KC1
  - 5 4.8 3.35 2,53 6,7 5,08 14.87 I4,Û
  - 10 2,56 2,2 i,59 3,°5 3,20 8,25 7>36
  - 15 1,84 1,65 i,34 2,3 2,89 6,09 4,95
  - 20 1.53 1,40 i.3i i,95 3.06 5.II 3.73
  - 25 i,39 i,3° 1,40 1,85 3,8 4,68
  - 30 i,35 1,27 i,5i
  - 50 1,83 1,58
  - 80 9,09 [
  - La figure 182 traduit ces résultats. On constate nettement l’existence d’une résistivité minima, c’est-à-dire d’une conductibilité maxima, pour une certaine teneur de chacun des corps.
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 247
  - LES MATÉRIAUX MAGNÉTIQUES
  - Tous les matériaux magnétiques utilisés en électrotechnique ont'pour clément constitutif essentiel le fer, et ils varient depuis la fonte jusqu’au fer pur, en passant par la gamme de tous les aciers.
  - Les propriétés magnétiques sont extrêmement variables suivant la composition chimique des fers ou des aciers, suivant leurs propriétés
  - 15
  - ____HCl
  - 0 5 10 15 10 25 30 35 HO U5 50 55 60 65 70 75 80
  - Fig. 182. — Résistivité de quelques électrolytes à 180.
  - Physiques, etc. Quatre, à cinq millièmes pour cent de manganèse suffisent pour diminuer notablement les qualités magnétiques d un acier. La trempe et le recuit modifient la force coercitive des aciers. Aussi ne Peut-on donner, pour chaque type d’acier utilisé, que quelques indications générales.
  - La figure 183 représente la variation de l’intensité d’aimantation I en fonction du champ lorsque celui-ci varie de 0 à 5° unités C. G. S. On v°it combien l’allure de la courbe est différente d’un échantillon a 1 autre.
  - Ln pratique, on détermine de préférence non l’intensité d aimantation T-h intervient rarement dans les calculs, mais l'induction magnétique ol = p.H, jx étant la perméabilité magnétique).
  - Lour le fer très pur, on constate que le recuit augmente la perméabi-hté et diminue l’hystérésis. L’expérience a montré que, si l’on ajoute au fer
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- - 248
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de très faibles quantités de carbone et de silicium, on obtient des produits ayant des propriétés magnétiques supérieures à celles du fer pur, en particulier au point de vue de la diminution de l’hystérésis.
  - On a trouvé que l’augmentation de la teneur en carbone d’un acier diminue sa perméabilité.
  - Osmond classe les aciers, au point de vue magnétique, de la façon suivante :
  - i° Aciers non magnétiques : présence de 25 p. 100 de nickel ou de
  - ® Ô00 j_
  - « 200
  - 0 2 4 6 8 >0 12 II» 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34- 36 38 40 42 44 46 48 50
  - Force magnétisante en unités C.G.S
  - Fig. 183. — Variation de l’aimantation en fonction du champ.
  - 13 p. 100 de manganèse; aciers à teneur moindre en nickel et manganèse, mais à teneur plus élevée en carbone.
  - 20 Aciers magnétiques ne conservant pas une aimantation permanente '• aciers au carbone refoidis lentement; aciers à o à 12 p. 100 de nickel ou o à 3,5 p. 100 de manganèse.
  - 30 Aciers magnétiques conservant l’aimantation : aciers ordinaires trempés ; aciers à basse teneur en carbone et contenant de 12 à 24 p. i°° de nickel ou 3,5 à 7 p. 100 de manganèse.
  - Les aciers à coupe rapide trempés sont très peu magnétiques. Le nickel est fortement magnétique, mais, pur, il perd ses propriétés vers 340° et, dans ses alliages, à partir de 50 p. 100 de cuivre, 45 p. 100 d’antimoine, 10 p. 100 de chrome.
  - Certains alliages de manganèse sont légèrement ferro-magnétiques. L’alliage manganèse-aluminium est magnétique pour certaines teneurs, surtout en présence de cuivre. L’alliage manganèse-étain présente un maximum magnétique correspondant à SnMn4. Les alliages de Heusler (Mn-Cu-Al ou Mn-Cu-Sn) jouissent également de cette propriété. Les aciers au cobalt ont aussi des propriétés magnétiques remarquables
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- - MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES
  - 249
  - * * *
  - Suivant les usages auxquels on les destine, on choisit dans toute la série des liages ceux qui présentent les qualités les plus désirables : lorsqu’il s a§d, par exemple, d'inducteurs, c’est-à-dire lorsqu’on cherche à entretenir un flux magnétique fixe dans un circuit donné, on recherche surtout une haute Perméabilité, de façon à ne pas avoir une trop grande dépense de c°urant dans les ampères-tours magnétisants. Dans ce cas, la question de 1 hystérésis est en général de peu d’importance.
  - Au contraire, pour construire des induits, rotors de dynamos, alternateurs, transformateurs, etc., comme ces pièces sont le siège de renversements du thix plus ou moins rapides et plus ou moins fréquents, il faut tout d abord, pour éviter les courants de Foucault, les construire en tôles super-P°sees et isolées les unes des autres, ce qui limite le choix des matériaux aux tôles de fer et d’ acier. De plus, on s’attachera à avoir la plus petite Perte possible par hystérésis. Sauf pour les transformateurs, où tout le Clrcuit magnétique est formé avec les tôles considérées, et où la perméabilité influe notablement sur le courant à vide, cette grandeur magnétique ne loue pas le rôle principal, à l’opposé de ce qui se produit dans le cas des lnducteurs. On se sert dans ce cas d’aciers au silicium (2 à 4 p. 100 environ).
  - Par i . , v /
  - recuit, on arrive à conférer des propriétés remarquables aux tôles ordinaires, mais, au bout de quelque temps de service, elles « vieillissent », et on observe un relèvement progressif de l’hystérésis.
  - . ^0Ur la confection des aimants permanents, c’est une grande force coerci-due l’on recherche beaucoup plus qu’une grande induction résiduelle.
  - Ce P°mt de vue, d’après Mme Curie, la meilleure proportion de carbone
  - e$t • ,
  - voisine de 1,2 p. 100 ; l’adjonction de certains métaux : chrome, tungstène, molybdène, améliore le champ coercitif.
  - ^°us ne donnons aucun chiffre, car, ainsi que nous l’avons dit au début, etat physique et les impuretés chimiques ont une importance dont il est ^possible de tenir compte.
  - 1
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- - C H A PITRE XV
  - LES PILES
  - Généralités. — Description des diverses piles. — Pile de Volta. — Pile Daniell. — P^e Carré. — Pile Callaud. — Pile Cabaret. — Pile Meidinger. — Pile Bunsen. — PU* bouteille de Poggendorff. — Pile O’Keenan. — Pile Leclanché. — Pile Leclanche-Bertier. — Pile Bergonié. — Pile Lalande et Chaperon. — Piles sèches. — Pile Fery• — Pile A. D. — Pile Neu. — Piles étalons. — Elément Clark. — Elément Wes' ton. — Résistance intérieure des piles. — Capacité des piles.
  - La génération du courant électrique à l’aide d’actions chimiques est le plus ancien mode connu, puisque c’est il y a plus de cent ans que la pile de Volta révolutionna la science en mettant enfin à la disposition des expérimentateurs une source capable de débiter des quantités d’électricité considérables.
  - Pendant de longues années, les piles furent les seules sources d’électricite industrielle, et c’est grâce à elles que le télégraphe et même l’éclairage par lampes à arc purent se développer, sans compter les applications électrochimiques, telles que la galvanoplastie.
  - Lorsque Garnier construisit l’Opéra, c’est à une énorme batterie de piles Bunsen, installée dans les sous-sols, que l’on demanda de fournir Ie courant destiné à alimenter les lampes à arc qui éclairaient la scène. De nos jours encore, les chemins de fer emploient des piles pour actionner certains signaux et l’électricité domestique les utilise pour de multipleS applications. Nous avons exposé la théorie des piles; il nous reste à décrire les divers modèles actuellement en service, ainsi que les piles réversibles, ou accumulateurs, dont les applications sont extrêmement importantes. Ce sera le but de ce chapitre.
  - * * *
  - La pile de Volta, sous sa forme la plus simple, utilise le couple*'.
  - Cuivre | Acide sulfurique | Zinc.
  - + , —
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- - LES PILES
  - 251
  - Elle est représentée schématiquement figure 184.
  - Les réactions dont elle est le siège sont les suivantes : au pôle négatif (2inc), l’acide sulfurique attaque le métal, produisant du sulfate de zinc fiui reste en solution, tandis qu’au pôle positif (cuivre) on observe un dégagement d’hydrogène. Le dégagement gazeux autour de l’électrode ^ entoure d’une gaine mauvaise conductrice de l’electricité, qui augmente en fur et à mesure du fonctionnement, accroît la résistance intérieure de la pile et diminue Sa force électromotrice, de sorte qu’au bout de quelque temps, le passage du courant cesse.
  - On dit que la pile est polarisée.
  - La lutte contre la polarisation est le principal problème que posent les piles, au point de vue pratique, et la valeur des différentes piles dépend de l’efficacité des substances oxydantes employées comme dépolarisants, pour empêcher la formation de la gaine d’hydrogène au pôle positif.
  - Les dépolarisants peuvent être liquides, solides ou gazeux ; les plus employés sont :
  - Le sulfate de cuivre (pile Daniell et modifications).
  - L acide nitrique (pile Bunsen et modifications).
  - L acide chromique (pile Poggendorff et .modifications) .
  - Le bioxyde de manganèse (pile Leclanché et modifications)
  - L oxyde de cuivre (pile Lalande et Chaperon).
  - L oxygène de l’air (piles Féry, Neu, A. D.).
  - Nous allons dire quelques mots de chacune de ces piles.
  - * * *
  - La pile Daniell est la plus simple des modifications de la pile initiale ^ Vol ta. Elle se compose, comme le représente la figure 185, d’une lame de zinc amalgamé (1) plongeant dans l’eau additionnée d acide sulfurique, l’autre électrode, en cuivre, étant enveloppée d’une solution de sulfate de cuivre destinée à empêcher la polarisation et renfermée dans vase poreux. La formule de la pile Daniell est la suivante .
  - Cu | S04Cu | S04H2 | Zn.
  - + “
  - (L Quand la pile ne fonctionne pas, en circuit ouvert comme on dit, le zinc impur est attaqué par l’acide, ce qui produit une usure inacceptable de l’électrode. Aussi emPloie-t-on du zinc amalgamé (traité par une certaine quantité de mercure), quin est Pas attaqué en circuit ouvert et, de plus, ne se polarise pas.
  - A
  - Pile Volta.
  - Fig. 184.
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- - 252
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Les réactions dont elle est le siège peuvent s’expliquer très facilement : dans la pile, le courant va du zinc au cuivre. En traversant le sulfate de cuivre, il le décompose, le cuivre se déposant sur la lame de cuivre et le radical sulfurique s’unissant à l’hydrogène que nous cherchons à éliminer,
  - Fig. 185. ^ Fig. 186. — Pile Daniell.
  - pour redonner l’acide sulfurique. A l’électrode de zinc, l’action est, comme précédemment, attaque avec formation de sulfate de zinc et production d’hydrogène. On a donc :
  - Autour du zinc :
  - \
  - S04H2 pf Zn = SC)4Zn + H2.
  - Autour du cuivre :
  - SO‘Cu + H2 = SO4 H2 + Cu. y
  - Nous pouvons également interpréter les résultats parla théorie des ions ;
  - en solution, le sulfate de cuivre et l’acide sulfurique sont décomposés
  - ----+ + ,
  - (tout au moins partiellement) en leurs ions SO4, Cu d’une part et
  - ----, .
  - SO4, H2 d’autre part. Dans l’intérieur de la pile, c’est le cuivre qui constitue
  - l’électrode négative, puisque le courant va du zinc au cuivre. Par suite,
  - Cu et H2 se déplacent vers le cuivre, tandis que les deux anions SO4 se
  - dirigent vers le zinc. Le cuivre de dépose sur l’électrode, et l’hydrogène
  - H, rencontrant SO4 issu du sulfate de cuivre, se combine avec lui. L’autre
  - anion SO4 va vers le zinc et s’unit avec lui pour donner du sulfate de zinc.
  - En résumé, au cours du fonctionnement, le zinc se transforme continuellement en sulfate de zinc, tandis qu’une quantité équivalente de cuivre
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- - LES PILES
  - 253
  - Se dépose. La solution de sulfate de cuivre s’appauvrit donc continuelle-^^t, tandis que, dans l’autre compartiment, la solution s’enrichit en SuHate de cuivre.
  - La pile Daniell est extrêmement constante et donne une force électro-m°trice de 1,08 volt, mais sa résistance intérieure est assez grande (4 à 5 ohms) par suite de la présence d’un vase poreux séparant les deux solu-tions (fig. 186). De plus, au cours du fonctionnement, les pores du vase se bouchent par des dépôts de sulfate de cuivre, ce qui augmente encore la • résistance intérieure, de sorte que l’on ne peut débiter avec la pile Daniell des intensités notables.
  - Aussi a-t-on cherché à la perfectionner en supprimant le vase poreux a 1 aide de divers artifices.
  - * * *
  - Lans la pile Carré, on emploie un vase en parchemin, ce qui permet d abaisser la résistance intérieure à un dixième d’ohm environ, ce qui est Un résultat très remarquable pour une pile de ce genre.
  - * * *
  - Dans la pile CnHaud.on supprime totalement le vase, P-ux^ on utilise, pour séparer les liquides, leur différence de dens , cuivre en solution saturée étant plus dense que la solution acidulée.
  - La figure 187 montre le schéma de la construction.
  - La plaque de cuivre placée au fond du vase, et recouverte d’une solution de sulfate de cuivre dont on assure la saturation en ajoutant un excès de cristaux, est reliée à la borne posi- , . r^vAfpment
  - Lve par un fil de cuivre assez gros et isolé par un epa
  - e gutta-percha. La lame de zinc est disposée à la partie supérieure et plonge dans une solution acidulée faible. Pour le remplissage, Verse dans le récipient de l’eau acidulée peu concentrée et, à l’aide d’un ^tonnoir qui va jusqu’au fond, on introduit une solution concentrée , Sulfate de cuivre. Ce liquide, étant plus dense que l’eau acidulée, se J“Pand au fond du vase, et les deux liquides restent superposés à cause ^Ur différence de densité. Si l’on a soin de ne pas agiter les liquides et de
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- - 254
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - ne pas transporter l’élément, les liquides restent séparés très longtemps et ne se mélangent pas plus vite que s’ils étaient séparés par un vase poreux.
  - * * *
  - Dans un modèle dû à M. Cabaret (fig. 188), on remplace la plaque de cuivre et le fil qui. la termine par un tube de plomb qui reste inattaqué et dont l’extrémité inférieure est évasée de façon à former à la fois le pôle positif remplaçant la plaque de cuivre et un support pour la boîte que l'on remplit de cristaux de sulfate de cuivre pour entretenir la pile.
  - Fig. 188. — Pile Cabaret.' Fig. 189. — Pile Meidinger,
  - * * *
  - Quand les piles doivent rester montées pendant très longtemps (comme dans les installations télégraphiques), on leur donne la forme représentée figure 189, qui est due à Meidinger.
  - Le pôle positif est formé par un fil de cuivre en spirale, terminé par un bout isolé qui sort du vase. Cette spirale est disposée au fond d’un gobelet rempli de sulfate de cuivre et dans lequel aboutit le bouchon percé d'un ballon renversé plein de cristaux de sulfate de cuivre. Le vase extérieur, rétréci vers son milieu, empêche le mélange des deux solutions ; le cylindre de zinc repose directement sur l’évidement. Cette pile a une grande résistance intérieure par suite de la forme de son récipient, mais peut fournir pendant des mois, sans surveillance, des courants faibles, mais constants.
  - Le seul entretien consiste à renouveler le sulfate de cuivre quand il eS^ épuisé et à enlever une partie de la solution acide lorsqu’elle s’est trop enrichie en sulfate et à la remplacer par de l’eau pure.
  - Dans la pile Bunsen, le dépolarisant est de l’acide nitrique et, comme le cuivre serait attaqué par cet acide, on le remplace par une lame de charbon à laquelle est fixé le conducteur qui sert de pôle positif. La formule de cette pile est donc :
  - Charbon. | Acide nitrique [ Acide sulfurique | Zinc.
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- - LES PILES
  - 2 55
  - La figure 190 en montre la constitution. L’acide nitrique est placé dans le vase, l’électrode de zinc amalgamé l’entoure complètement et 1 elec-trode de charbon, en charbon de cornue, assez volumineuse afin de ne présenter qu’une faible résistance électrique, porte une vis, permettant d’y fixer les conducteurs extérieurs.
  - Comme dans les piles de Volta, de Daniell, le zinc forme du sulfate de zinc, tandis que 1 hydrogène réduit l’acide nitrique :
  - NO®H + H = NO2 + HlO.
  - fi y a donc dégagement de vapeurs rouges de peroxyde d’azote, ce qui est un gros inconvénient de cette pile et limite ses applications. Elle a cependant une force électro-motrice considérable, 1,8 volt, et sa résistance, grâce à la bonne conductibilité de l’acide nitrique, n’est que de 0,1 ohm environ, ce qui fait qu elle peut débiter une intensité considérable, pendant un temps assez court €ePendant, car l’acide nitrique s’épuise et on n’a pas la ressource de i enrichir en marche, comme dans les piles précédentes.
  - * * *
  - Pour remédier à ces inconvénients, Poggendorff a remplacé 1 acide citrique par l’acide chromique, oxydant également très énergique, et, comme le prix de cet acide pur est assez élevé, on le produit directement ^ans la pile par action de l’acide sulfurique sur du bichromate de potassium mi de sodium, d’où le nom de pile au bichromate donné à cet élément.
  - Les électrodes sont en charbon et en zinc soigneusement amalgamé,
  - la réaction de la pile peut s’écrire :
  - 3 Zn + Cr207K2 + 7 SO*H2 = S04K2(S04)3Cr* -f 3 S04Zn + 7 HaO.
  - , \
  - 11 y a formation d’alun, de potasse et de chrome, de sulfate de zmc, et disparition du zinc de l’électrode, du bichromate et de l’acide sulfurique (c est-a-dire de l’acide chromique).
  - La force électromotrice de cet élément est considérable, elle est de 2 volts, et sa résistance intérieure est très faible, car les solutions qu'elle Enferme sont très conductrices. Par suite, on peut en tirer une intensité plusieurs ampères, ce qui fait qu’on l’emploie avec succès dans les
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- - 256 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - expériences de laboratoire, les petits éclairages domestiques et les apph-cations médicales.
  - Pour ces derniers usages, on a été conduit à renverser la disposition de la pile Daniell ou Bunsen : le zinc et l’eau acidulée sont à l’intérieur du vase poreux, tandis que le dépolarisant est à l’extérieur, ainsi que le charbon positif. Cette disposition augmente le volume du dépolarisant et
  - permet de recharger la pile moins souvent.
  - Le plus fréquemment, la pile de Poggen-dorff se présente sous la forme d’une p^e bouteille (fig. iqi)qui ne contient qu’un seul liquide formé par :
  - Eau.................... i ooo grammes.
  - Bichromate de potassium.. ioo — Acide sulfurique....... 200 —
  - Sa construction est la suivante. Les deux lames de charbon, sont portées par une plaque annulaire de cuivre, fixee sous une plaque isolante en ébonite ; cette plaque d’ébonite sert de couvercle à un vase de verre contenant la solution acide de bichromate. La lame de zinc est portée par une tige, qui coulisse dans un tube de cuivre ajusté sur le couvercle ; on peut donc à volonté plonger le zinc dans le liquide ou l’en retirer. Deux bornes, reliées, l’une à la tige, l’autre à la plaque de cuivre qui porte les charbons, constituent les pôles de cette pile.
  - Fig. 191. — Pile au bichromate.
  - * * *
  - Les piles à dépolarisant liquide ont l’inconvénient d’exiger des manipulations désagréables pour leur recharge ; aussi a-t-on cherché à utiliser des dépolarisants solides, qui peuvent être soit des plaques d’accumulateur sulfatées (pile O’Keenan), soit le bioxyde de manganèse (pile Leclanché), soit le bioxyde de cuivre (pile Lalande et Chaperon).
  - La pile O’Keenan (fig. 192) fonctionne comme une pile Daniell, Ie dépolarisant étant seulement du sulfate de plomb au lieu du sulfate de cuivre. Comme ce sel est insoluble, on n’aura pas à craindre le mélange des liquides. De plus, lorsque le pôle positif est épuisé, il suffit de mettre la plaque à l’air pour que le plomb spongieux s’oxyde et, en trempant ensuite au bout de quelques heures la plaque dans l’acide sulfurique, on reforme
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- - LES PILES
  - 257
  - Ie sulfate et la plaque peut de nouveau être montée'] dans la pile.
  - L’inconvénient de cette pile, très pratique et peu coûteuse a d autres Points de vue, est de n’avoir qu’une force électromo-trice de 0,5 volt environ.
  - * * *
  - La pile Leclanché est certainement la plus répandue des piles. Elle utilise un couple différent de celui des piles précédentes et qui est le suivant :
  - Charbon | Chlorhydrate d’ammoniaque j Zinc.
  - + —
  - La pile Leclanché ordinaire se compose (fig. 193) d un Vase poreux renfermant un mélange de charbon de cornue et de bioxyde de manganèse en grains tassés autour d une électrode de charbon constituant le pôle positif.
  - Le vase poreux est introduit dans le récipient extérieur 9ui contient un crayon de zinc et une dissolution de chlorhydrate d’ammoniaque. Celui-ci est sans action sur ^ zinc lorsque le circuit est ouvert, mais, sitôt que la pile débite, le chlorhydrate d’ammoniaque est décomposé, le chlore se porte sur le zinc et le transforme en chlorure qui reste en solution ; le radical ammonium AzH4 se dirige vers le pôle positif et donne de l’ammoniaque et de l’hydrogène qui, réagissant sur le bioxyde de manganèse, donne de l’eau et du sesquioxyde. La réaction chimique peut être représentée globalement par :
  - Zn + 2 AzH4Cl + 2 MnO2 = ZnCl2 + H2Q + 2 AzH3 + Mn2Q3.
  - Fig. 192. Pile O’Keenan.
  - 193.
  - Leclanchf
  - — Pile modèle Primitif.
  - Probablement l’ammoniaque formée se combine en grande partie avec le chlorure de zinc pour former un sel double ZnCl2 2 AzH3 qui reste en solution.
  - Lu général, on ajoute dans la pile du chlorure de zinc, sel déliquescent, qm cornpense la perte d’eau par évaporation et empêche la formation des arborescences et des sels grimpants sur les parois de la pile.
  - Ln peut monter la pile Leclanché soit avec le chlorure d’ammonium, avec le chlorure de zinc (Gaiffe) ; mais la force électromotrice, dans ce ^ s> tombe de 1,48 volt à 1,2 volt. On a même proposé d’utiliser du chlorure Manganèse, mais son prix est beaucoup plus élevé et est un obstacle à ^ emploi. L’addition au bioxyde de manganèse de grains de charbon ou graphite a pour but de rendre la masse conductrice.
  - Vigneron. — Électricité. * 17
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- - 258
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - caoutchouc
  - Un autre perfectionnement a été la suppression du vase poreux qui augmente la résistance intérieure, en constituant l’électrode positive par un _ sac de toile à larges mailles et l’emploi d’une élec-
  - trode négative circulaire de grande surface. La résistance intérieure tombe alors à un dixième d’ohm. La force électromotrice monte à 1,57 volt en service normal. Dans les éléments Léclanché-Barbwr, le vase poreux est supprimé ; le pôle positif est constitué par un aggloméré de charbon et de peroxyde de manganèse, formant un cylindre creux, pTro^df au milieu duquel se trouve, bien isolé par de la porcelaine, le bâton de zinc amalgamé négatif. Le charbon est maintenu dans le col du vase de verre par un anneau de caoutchouc formant fermeture étanche
  - — 2inc
  - (fig. 194).
  - Fig. 194. — Pile Le-clanché-Barbier.
  - La pile Bergonié est une pile Leclanché, mais dont la résistance intérieure est très réduite par suite de l’emploi d’une solution de chlorure d’ammonium très concentrée (130 p. 100). Sa résistance intérieure est de 0,1 ohm environ.
  - La pile Lalande et Chaperon (fig. 195) a une résistance intérieure encore plus faible (0,03 ohm), mais une force électromotrice faible, 0,8 volt. Elle utilise le bioxyde de cuivre comme dépolarisant et l’électrolyte est une solution de potasse caustique. Le couple utilisé est :
  - Cuivre | Potasse | Zinc.
  - Lorsque le circuit est fermé, la potasse se trouve décomposée et s’unit au zinc pour former du zincate de potasse :
  - Zn 4- 2 KOH = ZnK202 4- 2 H.
  - L’hydrogène qui se dégage se porte sur le bioxyde de cuivre et le réduit :
  - 2 H 4- CuO — H:?0 4- Cu.
  - briquette
  - d'oxyaedecuiMre
  - Solution
  - dépotasse
  - Fig- 195- — Pile Lalande et Chaperon.
  - Il reste donc du cuivre métallique comme dans la pile Daniell, et il n V a pas de dégagement gazeux. On constitue le pôle positif par une briquette
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- - LES PILES
  - 259
  - d'oxyde de cuivre (95 p. 100) comprimé avec de l’argile (5 p. 100) que 1 on cuit au four.
  - Un des graves inconvénients de cette pile est 1 emploi de potasse caustique, corps très dangereux à manier et qui, de plus, à 1 air, se transforme en carbonate de potasse, enlevant ainsi a la pile une partie de son
  - efficacité.
  - * * * *
  - Pour éviter l’inconvénient des liquides, on enrobe 1 électrolyte dans une matière inerte (sciure de bois, gélose, etc.) ; l’électrode positive est placée au centre ; le zinc forme l’enveloppe extérieure, et l’ensemble est rendu hermétique par un revêtement de cire. On a ce qu on appelle très improprement une «pile sèche ». Ces piles sont presque toutes du type Leclanché, et leurs emplois multiples (lampes de poche, sonneries de téléphone, etc.).
  - Leur force électromotrice est assez élevée (1,5 V°L environ), mais leur résistance intérieure est considérable (0,5 ohm environ), ce qui limite le courant qu’elles peuvent fournir. D’autre part, elles s usent extrêmement vite, même lorsqu’elles ne fonctionnent pas. Le zinc se recouvre d une couche blanche d’oxychlorure qui empêche l’attaque du métal par la solution excitatrice. C’est pourquoi il est préférable, chaque fois que cela est possible, d’employer des piles ordinaires ou de petits accumulateuis a liquide immobilisé dont nous parlerons plus loin.
  - * * *
  - Malgré les nombreuses recherches auxquelles ont donné lieu les piles depuis un siècle, les savants modernes n’ont pas perdu tout espoir d obtenir Un meilleur rendement de l’énergie disponible dans les piles, et peut-être celles-ci, dans un avenir assez proche, reprendront-elles une place impor-tmite dans un grand nombre d’applications dans lesquelles les machines génératrices dynamiques les avaient totalement supplantées.
  - Les progrès actuels résultent, non de l’utilisation des couples nouveaux, a f°rce électromotrice élevée, mais du fait que le dépolarisant adopte est l’oxygène de l’air, qui ne coûte rien, est disponible en quantités dilatées et se distribue automatiquement dans la pile au cours de son fonctionnement, sans nécessiter aucune surveillance. Nous citerons les Pües Féry, la pile A.D. et la pile Neu, et ces exemples suffisent poui montrer f Intérêt des recherches dans la voie du dépolarisant atmosphérique.
  - Le pile Féry est constituée par un couple
  - Charbon ] Chlorure d’ammonium | Zinc
  - +
  - c°hime la pile Leclanché.
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- - 2ÔO
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La figure 196 montre comment elle est construite : la plaque de zinc est placée horizontalement au fond du vase qui contient la solution ammoniacale. Le cylindre de charbon formant électrode positive repose sur la plaque de zinc, dont il est isolé par une rondelle de bois. Un fil de cuivre isolé relie la plaque de zinc à la lame négative de l’élément, tandis que le charbon dépasse le niveau du liquide et est facilement accessible.
  - Le principe du fonctionnement est le suivant (fig. 197). Lorsque la püe débite, le sel ammoniac se décompose ; le chlorure de zinc, qui prend naissance, forme une couche lourde qui reste autour du zinc, tandis que l’ammonium, qui se porte autour du charbon, se scinde en hydrogène et
  - d'isolant
  - Fig. 196. — Pile Féry.
  - Ammoniaque
  - Zinc
  - Chanta
  - H2 O
  - m
  - /-
  - H"0
  - Oxygène.de l’air
  - -Solution de.sel ammoniac "
  - Dé£Ôt_e/bxycîe,
  - de zincfiydrate Chlorure de zinc
  - Fig. 197. — Mécanisme de fonctionnement de l’élément Féry.
  - en gaz ammoniac (AzH3). Ce dernier se dissout en donnant une couche légère qui monte à la surface de l’élément. Il en résulte qu ; le charbon est recouvert, dans sa partie inférieure, d’hydrogène, tandis que la partie supérieure baigne dans un liquide saturé d’oxygène de l’air dissous dans les couches superficielles du liquide. L*e charbon joue le rôle de catalyseur entre l’oxygène de l’air et l’hydrogène qui produit la polarisation, et ceci, grâce en particulier à sa position verticale. En effet, le couple de dépolari' sation résultant de la dissymétrie électrochimique entre les deux parties inférieure et supérieure du charbon fonctionne en même temps que Ie couple principal. L’oxygène qui se dégage, sous son influence, à la partie inférieure du charbon, se combine avec l’hydrogène provenant de la polarisation du couple principal, tandis qu’à la partie supérieure du char bon, il se produit un dégagement d’hydrogène qui se combine à l’oxygeIie dissous dans le liquide
  - Le succès de l’élément Féry provient notamment de la disposition
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- - LES PILES
  - 261
  - horizontale de l’électrode négative, au fond du vase, c’est-à-dire à l’abri de 1 oxydation pouvant résulter de son contact avec l’air ;*de plus, grâce a la couche de chlorure de zinc qui se forme autour de la plaque, elle est paiement protégée contre l’ammoniac qui attaque le zinc.
  - La force électromotrice de l’élément Féry est de 1,5 volt, et l’utilisation des matières est très bonne :
  - «Unélémentàgranddébit,montédansun vase carré deio x iocentimètres et de 14 centimètres de haut, contenant 750 centimètres cubes d’eau et I9o grammes de sel ammoniac, avec un zinc de 135 grammes, peut fournir, eri Service continu ou intermittent, une énergie totale correspondant à l05 ampères-heure.
  - « Pour un tel élément, le régime peut être maintenu rigoureusement c°ntinu à 150 milliampères. La force électromotrice de l’élément est de I’4 v°lt ; la différence de potentiel, à ce régime, est de 0,9 volt au début, Se maintient au-dessus de 0,7 volt pendant les deux tiers de la décharge, 9ue 1 on considère comme terminée lorsque la pile atteint 0,5 volt.
  - « Le même élément peut fournir un courant d’intensité égale à 1,5 ampère Sous une différence de potentiel de 0,9 volt pour les contacts instantanés. >>
  - Les piles sont utilisées dans les bureaux télégraphiques de certaines villes.
  - La pile D. utilise le même couple que l’élément Féry, mais le Mécanisme en est un peu différent. Le charbon constitue une chambre de réaction, car il est très poreux aux gaz, mais non aux liquides, et hydrogène se combine avec l’oxygène qui s’y trouve dissous, tandis 4ue 1 ammoniac passe en solution dans l’eau provenant de cette réaction. Lette dissolution provoque dans la chambre de réaction une dépression Partielle qui assure l’appel d’une nouvelle quantité d’ammoniac et °xygene. De plus, l’électrode positive est disposée de façon à produire Un Couple secondaire qui régénère partiellement le chlorure d’ammonium assure une usure moindre du zinc. La force électromotrice est voisine de U2 volt.
  - * * *
  - La pile jVgU (fig. 198) est différente des précédentes en ce que le couple Utilisé est le couple :
  - Fer | Potasse | Zinc.
  - + —
  - dei ^e<drode de zinc est disposée sous forme d’un cylindre placé le long a Par°i interne du vase ; l’électrode positive, en fer, occupe le centre ^ Uri sac en toile d’amiante rempli de charbon de cornue concassé. Le sac Passe le niveau du liquide suffisamment pour que la pile puisse large-
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- - 262 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - ment «respirer» l’air ambiant. La force électromotrice est de i volt environ,
  - La pile n’use pas en circuit ouvert, sa résistance intérieure est faible, le niveau du liquide se maintient automatiquement constant à cause du degré de concentration de la solution de potasse qui est tel que l’humidité de l’air est suffisante pour éviter toute évaporation.
  - Lorsqu’on regarnit la pile, on lessive le sac d’amiante à l’esprit de sel et on le regarnit de grains neufs de charbon de cornue, de façon à avoir toujours la porosité voulue de l’électrode positive.
  - Un élément de 20 centimètres de hauteur et 12 centimètres de diamètre,
  - Fig. 198. — Pile Neu. Fig. 199. — Variation de la tension de la
  - pile Neu en fonction du temps pour uû débit de 50 milliampères.
  - débitant 50 milliampères, a fonctionné pendant trois cents jours, donnant 330 ampères-heure (fig. 199).
  - On voit donc que, dans les piles nouvelles, le rendement de la matière est considérablement amélioré par rapport aux anciennes piles à dépo-larisants solides ou liquides.
  - Il est un autre genre de- piles dont il nous reste à parler : ce sont les P^eS étalons. Ces piles sont destinées non à fournir du courant, et il faut même éviter de les faire débiter, mais une force électromotrice de valeur par* faitement connue et qui puisse servir, dans les mesures électriques de potentiel, d’élément de référencé.
  - Les conditions à remplir par ces piles sont les suivantes :
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- - LES PILES
  - 263
  - i° Les produits dont elles sont composées doivent être parfaitement définis chimiquement ;
  - 2° Lorsqu’on les place dans les mêmes conditions (de température Particulièrement), elles doivent redonner identiquement la même force électromotrice ;
  - 3° Si elles débitent accidentellement, elles doivent ensuite revenir à Lur état initial ;
  - 4° Enfin, les substances employées doivent être en équilibre chimique stable, ou, si cette condition n’est pas réalisable, la diffusion à l’intérieur de ces piles doit être très lente.
  - Les principales piles étalons que l’on a proposées sont les suivantes :
  - Zn I S04Zn | S'O'Hg2 Zn | SCUZn | HgO
  - Zn 1 ZnCl2 | AgCl
  - Zn | ZnCl2 | Hg2Cl2
  - Cd 1 S04Cd | S04Hg2
  - Hg (Clark).
  - Hg (Gouy).
  - Ag (de 1a. Rue).
  - Hg (Helmholtz, Ostwald). Hg (Weston).
  - Nous ne décrirons que deux de ces piles : l’élément Clark et l’élément
  - Weston.
  - * * *
  - La pile Clark a généralement la forme de la figure 201, due à lord Rayleigh. Une des branches est remplie sur un cinquième de sa hauteur environ par un
  - ÿA so**cd
  - 1 solution
  - • — SO^Cd
  - “ . cristaux
  - — S01|Hg1\.
  - t/'rPrï Solide
  - |p «9 HgCd
  - Fig. 200. — Élément Weston. Fig. 201. — Élément Clark.
  - amalgame de zinc : l’au- T
  - tre contient du mercure recouvert de sulfate mercureu . l’appareil est rempli d'une solution saturée de sulfate de réaction de la pile Clark est :
  - Zn + SQ4Hg2 —S04Zn + Hg2.
  - La réaction est réversible, le sens de gauche à droite correspondant à la cnarge. La force électromotrice, fonction de la température, a les valeurs
  - suivantes :
  - A 150................................................ 1,4328 volt.
  - A 2o°................................................ 1,4267 —
  - A 300................................................ i,4t34 —
  - Une forme plus robuste, dite forme du Board of Trade, est représentée %ure 202.
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- - 264
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - L’élément Weston ne diffère de l’élément Clark que par le remplacement du zinc par le cadmium. Sa formule est :
  - Cadmium | Sulfate de cadmium | Sulfate mercureux | Mercure — +
  - Fig. 202. — Élément Clark.
  - et la réaction qui s’y passe est : Cd + S04HgJ SO'Cd + Hg2.
  - La force électromotrice est de 1,0183 volt et est pratiquement constante à toutes les températures usuelles, ce qui fait que cette pile tend à supplanter l’élément Clark. La forme de laboratoire et la forme pratique sont représentées figures 200 et 203.
  - * * *
  - La résistance intérieure des piles est, comme nous l’avons vu, un facteur essentiel de leur valeur pratique. En effet, si E est la force électromotrice d’une pile, r sa résistance intérieure et R celle du circuit d’utilisation, l’intensité I du courant qui circule dans le circuit est donnée par :
  - i-STV
  - Si nous supposons qu’on court-circuite la pile (ce que l’on ne doit jamais
  - r r
  - fil de platine
  - tube de verre
  - bouchon de lue marine malgame de cadmium
  - cristaux-de Sulfate decadmium
  - pâte de
  - sulfate mercureux
  - mercure
  - Fig. 203. — Élément Weston.
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- - LES PILES
  - 265
  - faire), R sera alors nul et l’intensité I dans ce cas est l’intensité maxima que peut donner la pile. Si l’on calcule cette intensité, on trouve, pour le classement des piles, l’ordre suivant :
  - Daniell................. I maximum de l’ordre de 2 ampères.
  - Leclanché....................... — 5
  - Bunsen.......................... — 10
  - Lalande et Chaperon..... — 2 5
  - Poggendorff..................... — 4°
  - Ceci ne veut pas dire que l’on puisse obtenir ces ampérages, puisqu’il se produirait forcément une polarisation importante, mais que certaines piles peuvent, sur un circuit de résistance donnée, débiter une quantité d électricité beaucoup plus considérable que d’autres.
  - La capacité est une autre donnée intéressante. On sait qu un courant de 1 ampère correspond au passage de 1 coulomb par seconde dans le circuit, et que 1 coulomb libère oms,327 de cuivre et oms,337 de zinc par exemple dans une pile Daniell. En pratique, pour avoir un terme de comparaison avec les accumulateurs, on calcule la capacité des piles en
  - ampères-heure.
  - Pour fixer les idées, nous dirons que la capacité d’uneipile Leclanché Moderne à gros sac peut atteindre 250 ampères-heure, ce qui veut dire que la quantité totale d’électricité que peut fournir la pile est de :
  - 253 x 3 600 = 900 000 coulombs.
  - (Un ampère-heure vaut en effet 3 600 coulombs.)
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- - C H AP 1T RE XVI
  - LES ACCUMULATEURS
  - Réversibilité des accumulateurs. — Fonctionnement à la décharge et à la charge. — L’accumulateur au plomb. — Caractéristiques; force électromotrice ;~ résistance intérieure; différence de potentiel aux bornes; capacité. — Influence de l’intensité de décharge, de l’épaisseur des plaques, de la concentration de l’électrolyte, de la température. — Les actions locales dans les accumulateurs : sulfatation ; actions électrochimiques. — Rétablissement de la force éleclromotrice après repos à la charge et à la décharge. — Construction des accumulateurs : électrodes à grande surface, à oxydes rapportés. Grilles simples, grilles doubles, grilles en deux pièces. — L’empâtage des plaques. — La formation des accumulateurs. — Choix de Vélectrolyte. — Les bacs. — Perfectionnements récents. — L’accumulateur Edison au fer-nickel. — Groupement des piles et des accumulateurs ; tension, parallèle, mixte. — Dangers des groupements en parallèle et mixte. — Force électromotrice et différence de potentiel aux bornes.
  - Un accumulateur est une pile électrique qui possède la propriété d’être réversible, c’est-à-dire de pouvoir être régénérée, après son épuisement, par le passage d’un courant électrique de sens inverse au sens du courant de décharge. Cette condition implique forcément que les réactions chimiques soient les mêmes, mais de sens contraire, pendant les deux opérations. C’est le cas, par exemple, pour l’élément Weston dont la formule est :
  - Hg I S04Hg2 I S04Cd I Hg + Cd, la réaction réversible qui s’y produit étant :
  - Cd + S04Hg* 2 Hg + S04Cd.
  - De même, la pile Daniell :
  - Zn |,S04Zti | S04Cu | Cu
  - est une pile réversible, la réaction chimique dont elle est le siège étant réversible :
  - Zn + SQ4Cu S04Zn + Cu.
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 267
  - Depuis la découverte, par le physicien français Gautherot (1801), du Principe de la réversibilité, de nombreux accumulateurs, basés sur les couples électrochimiques les plus divers, ont été réalisés, mais c’est l'accumulateur au plomb, qui date des travaux de Planté (1859), qui reste le plus pratique actuellement. Aussi allons-nous l’étudier en détail, et nous dirons seulement quelques mots des autres types d’accumulateurs que l’on a Proposés dans ces dernières années.
  - * * *
  - L’accumulateur au plomb est basé sur le couple réversible :
  - Peroxyde de plomb | Acide sulfurique | Plomb.
  - Considérons un élément sous sa forme la plus simple (fig. 204) ; on peut cxpliqUer de la façon suivante les phénomènes qui se produisent dans 1 accumulateur.
  - A la décharge, l’ensemble fonctionne comme une véritable pile, le courant circulant dans la pile de la cathode a l’anode. Sous son action, l’acide sulfurique est électrolysé : l’hydrogène se dégage à l’anode, le radical acide se portant sur la cathode. On a :
  - + —
  - S04H2 = H2 + SO4.
  - Aux électrodes se produisent les réactions secondaires suivantes : A l’anode :
  - PbO2 + H2 + S04H2 = S04Pb + 2 H20 ;
  - Par suite, le peroxyde de plomb disparaît et est transformé en sulfate. A la cathode :
  - Pb + SO4 = S04Pb ;
  - donc le plomb de la cathode est attaqué et transformé également en sulfate, on ajoute les deux équations, on a :
  - PbO2 + 2 S04H® + Pb = PbSO4 -f 2 HaO + PbSO4.
  - Il y a donc formation de sulfate de plomb aux deux électrodes, et la Matière active est constituée à la fin de la décharge par un mélange de Peroxyde et de sulfate de plomb à l’anode et un mélange de plomb spongieux et de sulfate de plomb à la cathode.
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- - 268
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - En même temps, il y a disparition de deux molécules d’acide sulfurique et formation de deux molécules d’eau, d’où diminution de la concentration de l’électrolyte.
  - Pendant la charge, l’accumulateur fonctionne comme une simple cuve électrolytique (fig. 204). Le courant pénètre dans l’élément par
  - peroxyde de plomb. anode
  - plomb
  - cathode
  - peroxyde
  - anode
  - Charge.
  - Fonctionnement d’un accumulateur.
  - Décharge.
  - Fig. 204.
  - plomb
  - cathode
  - l’anode, traverse l’électrolyte en allant de l’anode à la cathode et sort par la cathode.
  - De nouveau, l’acide sulfurique est électrolysé, mais maintenant l’hydrogène est dégagé à la cathode et le radical acide se porte à l’anode, où il se combine à l’eau avec mise en liberté d’oxygène, suivant la réaction :
  - SO4 + H2 O = S04H2 + O.
  - Tout se passe donc comme si c’était l’eau qui était électrolysée, tout comme dans le voltamètre ordinaire. Mais l’hydrogène et l’oxygène réagissent avec la matière des électrodes et donnent les réactions secondaires suivantes :
  - A l’anode :
  - S04Pb + O + H20 = PbO2 + S04H2.
  - A la cathode :
  - S04Pb + H2 = S04H2 4- Pb.
  - De sorte que, si l’on additionne les deux équations pour avoir la réaction globale, on a :
  - S04Pb + 2 H20 + S04Pb = PbO2 + 2 S04H2 + Pb
  - qui est l’inverse de l’équation de décharge.
  - La théorie des ions permet l’explication satisfaisante du processus de
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 269
  - charge et de décharge d’après la double sulfatation. Si l’on admet que le peroxyde de plomb possède une certaine solubilité dans l’eau (LeBlanc), °n a les réactions suivantes à la décharge :
  - P)
  - (3)
  - +-M—h —
  - PbO2 + 2 H2O = Pb + 4 OH
  - Pb + Pb -f 2 SO* = 2 PbSO4
  - 4 OH + 4+H - 4 H20.
  - Le peroxyde en solution se dissocie en ions Pb tétravalents (1). Ces ions cèdent deux charges positives à la cathode, par le circuit extérieur,
  - de sorte que celle-ci envoie à son tour des ions Pb en solution qui s unissent,
  - comme les premiers redevenus bivalents, aux ions SO4 (2). A la charge, 011 a les équations :
  - (•1)
  - (5)
  - (6) (7)
  - 2 PbSO4 solide = 2 Pb + 2 SO4
  - ++ ++++
  - 2 Pb = Pb + Pb
  - + Ph~ + 4 ÔH = PbO2 + 2 H20 4 H + 2~S04 = 2 H2S04.
  - Le sulfate de plomb envoie en solution des ions Pb bivalents aux deux Pôles (4). puis ies ions bivalents de la positive prennent deux charges positives et passent à l’état d’ions tétravalents, tandis que les ions bivalents à la négative abandonnent leurs deux charges et se précipitent h l’état métallique (5). De même, à la positive, le peroxyde de plomb Se reprécipite dès que la concentration des ions de plomb tétravalents atteint celle qui correspond à la limite de solubilité du peroxyde (6). h) après Liebenow, on pourrait considérer la positive comme réversible
  - Par rapport aux ions PbO2, de même que la négative est réversible par
  - rapport aux ions Pb. A Içl décharge, la négative se comporte comme dans
  - 1 hypothèse précédente, pendant que les ions PbO2 de la positive réagissent
  - SUr les ions H d’après les équations :
  - --- + "b
  - PbO2 + 4 H = Pb + 2 H20
  - ++------
  - Pb + SO4
  - PbSO4.
  - hiss<
  - ^ la charge, les phénomènes inverses ont lieu, le sulfate de plomb se °ciant de la façon suivante :
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- - 270
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - H—h + --- ------
  - 2 PbSO4 + 2 H20 = Pb + 4 H + PbO' + 2 SO4,
  - + 4--------
  - et les ions Pb et PbO2 cédant simplement leurs charges pour redonner le plomb spongieux et le peroxyde de plomb.
  - . * * *
  - Il nous faut maintenant étudier les caractéristiques de Vaccumulateur au plomb : force électromotrice, résistance intérieure, différence de potentiel aux bornes, capacité, etc., en fonction des divers facteurs sur lesquels nous pouvons influer (concentration de l’électrolyte, régime de charge et de décharge, etc.).
  - Nous commencerons par l’étude de la force électromotrice. Cette étude a été rendue précise dans ces dernières années par l’emploi d’électrodes auxiliaires. En effet, la force électromotrice, comme la différence de potentiel aux bornes, dépendent du potentiel de chaque électrode et
  - par suite, il est indispensable, si l’on veut avoir une vue nette du phénomène, de mesurer les variations de ce potentiel séparément pour chacune d’elles. On emploie pour cela une petite électrode supplémentaire que l’on place dans l’élément et par rapport à laquelle on détermine le potentiel de la positive et de la négative. Nous n’entrerons pas dans le détail de la constitution de ces électrodes supplémentaires, qui doivent satisfaire aux conditions suivantes : être insolubles dans l’électrolyte, être impolarisables et avoir un potentiel constant. Donnons seulement les résultats.
  - La force électromotrice varie considérablement avec la concentration de l’électrolyte,
  - 1.8
  - volts
  - 2.2
  - Fig.- 205. — Variation de la force électromotrice d’un accumulateur en fonction de la concentration de l’électrolyte.
  - ainsi que l’expérience le montre et que
  - la
  - théorie thermodynamique établie par Dolezalek permet de le prévoir.
  - La figure 205 montre l’allure de la variation d’après les nombres de Dolezalek, et le tableau suivant donne les résultats expérimentaux d’apres plusieurs auteurs. Les différences constatées sont dues principalement à la difficulté d’égaliser la densité de l’acide à l’extérieur des plaques et dans le sein de l’électrolyte extérieur.
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 271
  - Variation de la force éïectromotrice avec la concentration, d’après Gladstone et Hibbert, Streintz, Dolezalek et Jumau.
  - Degrés Baume'. Densité de l'acide. S04H2 p. 100. S04H2 en grammes par litre. Fc Streintz. >rce électron Gladstone et Hibbert. lotrice en vc Dolezalek. ilts. Jumau.
  - 5,9 1,044 6,7 70 1,889 1,887 1,892 1,867
  - 8,4 1,063 9,2 98 1,907 1,898 1,917 1,889
  - I,°75 10,8 116 1,920 1,910 1,930 1,901
  - ^ 5 1,116 16,2 181 i,957 1,943 i,975 1,928
  - 20 1,162 22,2 258 i,997 1,983 2,019 - 1,963
  - 2 5 1,210 28,4 344 2,043 2,039 2,060 2,001
  - 30 1,263 34,7 438 2,096 2,098 2,107 2,048
  - 35 1,320 41,6 549 2,163 2,156 2,161 2,096
  - 40 1,383 48,3 668 2,227 » 2,217 2.147
  - La formule suivante, due à Dolezalek, donne la force électromotrice a zéro degré en fonction de la teneur c de l'électrolyte en molécules-grammes Par litre :
  - Ec = 1,917 + 0,120 log c + o,oot c.
  - L accord avec les nombres expérimentaux est très satisfaisant. L’influence de la température sur la force électromotrice est beaucoup
  - Plus faible. Le coefficient de température ^ a des valeurs tantôt posi
  - dt
  - Lves, tantôt négatives, suivant la concentration de l'électrolyte. Il est positif pour les densités d'acide supérieures a 1,044 (avec un maximum de °,38 millivolt par degré pour une densité de 1,125 correspondant à 2 molécules-grammes d’acide sulfurique par litre) et négatif par les densités ^ acide inférieures. Pour c =0,7 molécule-gramme par litre, la force electro-motrice est indépendante de la température.
  - Au point de vue du fonctionnement de l’accumulateur, on voit donc due 1 élément rempli d'acide de densité usuelle s'échauffe pendant la charge et se refroidit pendant la décharge, le coefficient de température étant Positif. Au contraire, si la solution d’acide a une densité inférieure à 1,044, c est l’inverse qui se produit.
  - La ' •
  - tr' resistance intérieure de l’accumulateur au plomb est toujours ^,6s -faible. Dans les grands éléments, elle est de quelques dix-millièmes ^°hm, et, dans les petits, au maximum de quelques centièmes d’ohm. C’est e due la chute de potentiel qui en résulte est au maximum de quelques
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- - 272
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - centièmes de volt, correspondant à une perte d’énergie de 3 à 4 p. io° au maximum par effet Joule.
  - Ce fait est dû à la grande conductibilité des solutions d’acide sulfurique et à la surface importante offerte au passage du courant. Aussi les variations de la résistance intérieure en fonction du régime et suivant les états de charge ou de décharge n’ont aucune importance pratique.
  - Disons seulement qu’elle augmente pendant la décharge plus rapidement vers la fin : elle peut doubler ou même tripler. Pendant la charge, elle repasse à peu près par les mêmes valeurs en sens inverse.
  - L’augmentation de la résistance intérieure à la décharge provient de la diminution de la densité de l’électrolyte, de la formation d’une couche de sulfate sur les électrodes et de la dilution de l’acide dans les pores des plaques. Oii trouve qu’en général la plus grande variation de résistance provient de la positive ; cependant, vers la fin de la décharge, la négative augmente rapidement de résistance.
  - A la fin de la charge, la plus grande partie de la résistance intérieure est donnée par l’électrolyte. La résistivité de celui-ci passe par un minimum (1,365 ohm-centimètre à 180) pour une certaine concentration (30 p. i°° d’acide sulfurique), ainsi que le montre la courbe figure 206, d’après Kohl-rausch. La résistance varie également en fonction de la température qui diminue la résistivité de l’acide sulfurique de 1,45 à 1,7 p. 100 par degre pour les densités ordinaires.
  - Fig. 206. — Courbe de résistivité des solutions sulfuriques.
  - * * *
  - Ayant la force électromotrice et la résistance intérieure de l’accumulateur, il est facile de tirer la valeur de la différence de potentiel aus bornes e qui est donnée par :
  - e — E ± î'F,
  - le signe -j- s'appliquant suivant que l’élément est en charge 011 décharge.
  - La figure 207, d’après Dolezalek, montre la variation de la différence de potentiel pour une densité de courant de 0,5 ampère par décimètre carre
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 273
  - de surface d’électrode et une concentration d’acide de 20 p. 100. L’allure est la même dans tous les cas.
  - La courbe de décharge présente d’abord une baisse rapide AE, due à ce que la formation de sulfate produit une diminution de concentration de 1 acide dans le voisinage immédiat de la matière active. Pendant la plus grande partie de la décharge, de E en F, le voltage baisse lentement, par suite de la diminution de densité de l’acide et de la difficulté de plus en Plus grande qu’éprouve l’acide à se diffuser. Enfin, la chute brusque du v°ltage a lieu quand la diffusion devient incapable d’amener à l’intérieur 1 acide nécessaire, les pores se bouchant sur les Plaques par suite de la formation du sulfate de Plomb. D’après Dolezalek, le minimum E doit être attribué à la formation d une solution sursaturée de sulfate de plomb.
  - Pendant la charge,
  - 1 augmentation initiale Provient de la mise en liberté de l’acide sulfuri-
  - ffue par suite de la décom- Fig> 207_ — Courbe de charge et décharge de l’accumula-Position du sulfate. En teur au plomb.
  - T}
  - on observe parfois un
  - maximum lorsque la quantité de sulfate formée pendant la décharge a été assez considérable pour que la résistance initiale au début de la cbarge ait une valeur élevée. Pendant la plus grande partie de la obarge, la montée BC provient de l’augmentation de densité de l’acide dans les pores et de la difficulté de plus en plus grande de la diffusion, la matière active travaillant en profondeur. Vers la fin de la charge, le voltage augmente brusquement au voisinage deD, car on électrolyse alors le sulfate de plomb qui se trouve en solution dans l’acide quand tout le sulfate solide des électrodes a été transformé par le courant. A ce moment,le dégagement §azeux commence à se produire aussitôt que, le sulfate en solution ayant été transformé, c’est l’acide sulfurique qui est électrolysé ; il en résulte ffim la diffusion de l’acide des plaques est facilitée et la tension baisse
  - légèrement.
  - * * *
  - des facteurs les plus importants à considérer est la capacité de
  - Vigneron. — Électricité.
  - s Heures
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- - 274
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - l’accumulateur, définie comme la quantité d’électricité que l’on peut retirer d’un accumulateur pendant une décharge poussée jusqu’à la limite pratique, c’est-à-dire jusqu’au crochet F de la courbe de décharge, qui se produit pour une différence de potentiel de 1,8 volt en moyenne. On ne retire donc pas la quantité théorique d’électricité que devrait fournir la matière active.
  - En pratique, quand on arrête la décharge, on constate que la plus grande partie du plomb spongieux et du peroxyde est restée inutilisée et qu'il existe encore dans l’électrolyte un grand excès d’acide sulfurique. Cela tient à ce que l’acide sulfurique ne pénètre plus assez vite dans les pores de la matière lorsque ce sont les couches profondes de celle-ci qui doivent travailler, et, de plus, ces pores se bouchent par suite de la formation du sulfate.
  - On est alors conduit à considérer le coefficient d’utilisation, qui est le rapport entre le poids de matière qui participe réellement aux réactions et le poids total de cette matière.
  - Il faut i ampère-heure pour libérer 3**85 de plomb et 4*r,44de peroxyde, d’après les lois de Faraday. Il en résulte que, théoriquement, 8*r,29 de matière active pourraient donner 1 ampère-heure, et, par suite, 1 kilogramme donnerait 120 ampères-heure.
  - Mais il faut tenir compte, comme nous venons de le dire, du fait que toute la matière active ne peut être utilisée, et ce n’est que dans des conditions tout à fait exceptionnelles, et en prenant de multiples précautions, que l’on peut arriver à un coefficient d’utilisation de 60 p. 100. Si, de plus, on tient compte des supports de la matière et des accessoires, le rendement tombe à 25 a 33 p. 100 ; c’est dire que les capacités spécifiques par kilogramme de matière active tombent à 3° a 40 ampères-heure. Théoriquement, on pourrait arriver à 60 ampères-heure. La différence entre ces deux nombres donne la marge que le progrès peut espérer arriver a combler.
  - Fig. 208. — Variation de la capacité de * * *
  - l’accumulateur au plomb en fonction du régime’de décharge.
  - La capacité d'un accumulé' teur est d’autre part influencée par un grand nombre de facteurs, et nous allons rapidement passer en revue les effets de chacun d’eux.
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- - LES A CC UM U LA TE U RS 275
  - ^ intensité de décharge peut faire varier dans de grandes limites
  - capacité des accumulateurs, comme le montre la figure 208 (Liebenow). ^lus la décharge est rapide, plus la capacité diminue. On voit par exemple rpre si l’accumulateur considéré débite ampères, sa capacité n’est que de 5 am,pères-heure environ, tandis que si °n ne lui demande que 4° ampères, il Présente une capacité sept fois plus grande. De nombreuses formules ont ^fé proposées pour relier la capacité a 1 intensité ; il est préférable de déterminer la courbe expérimentalement.
  - épaisseur des plaques a égale-Iïlenf une influence notable, comme 1 a trouvé M. Jumau auquel nous empruntons les figures 209, relatives, la Première aux plaques positives, la Sec°nde aux plaques négatives du |ype dit à grille (voir plus loin). Plus
  - intensité rnoin
  - 10 15 20 25 30 35
  - densité en degrés Baume Fig. 210. — Maximum de capacité en fonction de l’intensité de décharge.
  - A, 0,5 ampère ; B, 0,75 ampère ; C, 1,25 ampère ; D, 2 ampères ; E, 3 ampères.
  - é du courant est élevée, et
  - S On 7
  - 11 gagne de capacité en prenant des épaisseurs croissantes de ma-
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- - 276
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - tière active. Les capacités pour les négatives croissent plus rapidement que pour les positives aux régimes faibles et plus lentement aux régimes élevés.
  - La concentration de l’électrolyte augmente la capacité de l’accumulateur jusqu’à une certaine densité, puis, lorsque la densité augmente, la capacité diminue.
  - Jumau a montré que la densité optima est variable suivant le régime de décharge : plus celui-ci est intense, plus la densité optima se déplace vers les fortes concentrations (fig. 210).
  - De même, le maximum de capacité ne correspond pas à la même densité pour les positives et les négatives, comme le montrent les chiffres suivants :
  - Positives. Négatives.
  - Déchargé lente............................ I>20 1,12
  - Décharge rapide........................... ^38 I)2o
  - Ces chiffres, d’ailleurs, n’ont rien d’absolu et ne sont valables que pour le type de plaque étudié.
  - La température, lorsqu’elle s’élève, fait croître la capacité qui varie, suivant les types de plaques et l’intensité de décharge, de 0,5 p. 100 à 2,2 p. 100 environ par degré.
  - Enfin, les états antérieurs ont une influence sur la capacité, et il produit des effets complexes, qui constituent une véritable hystérésis.
  - * * *
  - Il nous faut maintenant dire quelques mots des actions locales dont les accumulateurs sont le siège. On désigne sous ce nom les actions chimiques qui se produisent sans donner lieu à une libération d’énergie électrique utilisable.
  - Tout d’abord la sulfatation, nom impropre donné à la cristallisa^0*1 en gros cristaux du sulfate de plomb pendant le repos de l'accumulateur-On explique ce phénomène par les petites variations de température extérieure qui provoquent la dissolution, puis la cristallisation, du sulfate des électrodes. Cette cristallisation «nourrit» certains cristaux, qui grossissent alors jusqu’à recouvrir toute la plaque d’un dépôt blanchâtre, opa<luÇ' de sulfate faiblement soluble et difficilement transformable par le courant-Il en résulte une augmentation considérable de la résistance intérieure et
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 277
  - une diminution de capacité telle que parfois l'accumulateur est mis hors d’usage.
  - _ Les actions électrochimiques qui se produisent entre le support et ta matière active qui, n'étant pas de nature chimique identique, donnent Leu à des couples, sont très importantes.
  - A la négative cependant elles sont très faibles, puisque entre le plomb °u les alliages de plomb du support et la matière active, qui est du plomb sP°ngieux, n’existe pas une grande force électromotrice de contact. Il n en est pas de même à la positive où, le peroxyde étant en contact avec le Plomb doux ou les alliages de plomb des supports, la force électromotrice Lu couple parasite est égale à celle de l'accumulateur. Quand l’épaisseur Le matière active augmente, l’action de ce couple devient heureusement Le plus en plus faible.
  - Les impuretés que l'on peut rencontrer dans les différentes substances dm constituent l’élément, et principalement dans l’acide, ont un rôle néfaste très considérable.
  - p<i
  - est ainsi qu’un acide sulfurique ordinaire contenant comme imputés, en grammes par litre, 0,05 de fer, 0,072 d’acide chlorhydrique, ’°i d arsenic et 0,075 d’oxyde azotique a donné, au bout de vingt jours, Une perte de 3 p. 100 à la positive et 18 p. 100 à la négative.
  - L acide nitrique attaque le plomb spongieux, qui finalement se trouve Sldfaté ; l’acide chlorhydrique agit de même, et de plus attaque le peroxyde dm se transforme en sulfate (formation de chlorure de plomb transformé sulfate avec régénération de l’acide chlorhydrique). Le fer est néfaste, Pmce qu’ïl présente deux degrés d’oxydation qu’il prend successivement c°ntact des deux électrodes d’après les réactions :
  - 2 S04Fe + PbO2 + 2 S04H2 = (S04)3Fe2 + S04Pb -f 2H20
  - et :
  - (SO^Fe2 + Pb = 2 S04Fe + S04Pb.
  - Pratiquement, il faut donc prendre un acide aussi pur que possible, taiblLépourvu de fer (couleur jaunâtre) et employer des solutions aussi es que le permet la capacité de l’accumulateur.
  - * * *
  - en ^ C°UrLes donnant la variation de la différence de potentiel
  - Vq^ ar&e et en décharge nous ont montré qu’au début de la charge, le a£e monte rapidement et qu’au contraire, il baisse dans la décharge.
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- - 278
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Si l'on abandonne au repos un accumulateur chargé ou déchargé, on constate le phénomène inverse. Pour l'accumulateur chargé, la force électromotrice décroît d'abord rapidement, puis plus lentement, pour
  - revenir à sa valeur proportionnelle à la densité de l'acide après quelques minutes. C’est l’inverse dans le cas de la décharge. La figure 211, d'après Moore, montre l’allure des courbes de charge et décharge (traits pleins) et de rétablissement de la force électromotrice (traits ponctués). Ce phénomène est dû à la diffusion à travers la matière active du sulfate de
  - Fig. 211. — Courbes de rétablissement de la force électromotrice par le repos après charge et décharge.
  - plomb (charge) ou de l'acide sulfurique (décharge).
  - * *
  - Dans les pages précédentes,.nous avons étudié les phénomènes dont les accumulateurs sont le siège. Grâce à ce que nous avons dit, le lecteur sera à même de saisir la raison des multiples spécifications et recomman-dations que les fabricants d’accumulateurs conseillent de suivre afin d’obtenir le meilleur rendement de leurs appareils. Il pourra également interpréter les courbes caractéristiques des batteries fournies par leS constructeurs. Aussi n’entrerons-nous pas dans les détails d’entretien des accumulateurs, ce qui ferait double emploi avec les notices très bien eta blies qui accompagnent chaque appareil. Après avoir ainsi fait la théorie de l’accumulateur, il nous reste à voir comment pratiquement on les construit d’abord, et ensuite comment on les « forme », c’est-à-dire comment on transforme leurs éléments en « matière active ». Les types de plaqu®s d'accumulateurs étant innombrables et, actuellement, donnant tous très sensiblement le même résultat, nous n’en décrirons que quelques exempt caractéristiques.
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 279
  - * * *
  - Les électrodes, aussi bien au point de vue historique <Ju’au point de yue de la fabrication, peuvent être rangées en deux grandes classes :
  - i° Les électrodes à grande surface, type Planté, dans lesquelles la matière active est formée aux dépens du support et est répartie en couche mince sur une surface aussi grande que possible.
  - 2° Les électrodes à oxydes rapportés, type Faure, dans lesquelles la matière active est insérée dans un support en plomb qui sert en même temps de conducteur de courant, mais n’est pas attaqué par l’électrolyte.
  - Les électrodes à grande surface sont entièrement en plomb pur ; eLes sont formées d’une âme de forme quelconque, munie de dents ou
  - Plaques à grande surface. Fig. 212. — Plaque à âme Tudor.
  - Fig. 213. — Plaque Pfaff.
  - Nervures ayant une forme et une disposition curieusement variable. La figure 212 montre un fragment de plaque à grande surface (Tudor), et la figure 213 une autre disposition des lamelles inclinées a 45° (Pfaff) afin de rendre la plaque indéformable.
  - Les électrodes à oxydes rapportés sont constituées par un grillage en plomb antimonié afin d’augmenter leur résistance mécanique et fie diminuer leur attaque par les acides. On peut les rapporter à trois types principaux :
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- - 280
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - i° Grilles simples ;
  - 2° Grilles en deux pièces et plaques à cadres ;
  - 3° Grilles doubles en une seule pièce.
  - Les grilles simples (Faure-Selton, etc.), dont la figure 214 montre un type,
  - Plaques à oxydes rapportés. Grille simple.
  - -J "121.51.81 .Si JSl-SL*! 2! 2l2l2I2I2I2J2I2I il il »j "I ! 1) il il il I il 1 I ±( IJ il il il il il il il il il i! li il il il il ll i! il i) il il il il il ilil il il il il il il il il il il il il il il ilililililililililililililililililil il il il il il il il il il il il il ilil il ilil il il il il il il il il il il il il il il il il il il il
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  - 1 yyyyyyyyuxwxxuggH
  - Fig. 214. — Grilles Faure-Selton.
  - F'ig. 215. — Plaque à augets.
  - forment des alvéoles dans lesquels on introduira les pastilles.
  - Malheureusement, étant donnée la forme même des alvéoles, on voit que les pastilles ont une tendance à sortir de leur logement sous l’action
  - Grilles en deux pièces.
  - ÜDDÛDD
  - ^D0aDD0, ÜDDÜDD 0QDD0QDa
  - Fig. 216. — Grille Gadot.
  - Fig. 217. — Plaque à cadre Dinin.
  - des dégagements gazeux et des changements de constitution physique et chimique résultant du fonctionnement, ce qui diminue la capacité de la plaque et peut provoquer des courts-circuits. Aussi, dans certaines
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 281
  - plaques (T.E.M., par exemple), donne-t-on aux logements la forme d’augets (fig. 215).
  - Afin de maintenir la substance active dans ses alvéolés, on constitue la Pille en deux pièces (Gadot), dont les barreaux, de section triangulaire, sont opposés par le sommet ; l'assemblage est fait par rivets de plomb, et il est facile de voir (fig. 216) que les pastilles ne peuvent plus sortir de leur
  - Grille double.
  - '^Tpeut rapprocher de ce type les plaques à grandes pastilles ou à cadres (Dinin), dans lesquelles fes pastilles ont à peu près la même action que celles des plaques en deux pièces, mais des dimensions beaucoup plus grandes (fig. 217).
  - Actuellement, ce sont les grilles doubles en une seule pièce qui sont les Plus employées (Di-oin, etc.). Les barreaux triangulaires ou trapézoïdaux sont disposés horizontalement et al-
  - Fig. 218. — Grille double en une seule pièce (Dinin).
  - — «.vjuLcueinenr et alternés, les sommets tournés vers l’extérieur. Des nervures verticales ayant la même épaisseur que la plaque, comme dans les grilles simples, les réunissent entre eux. La figure 218 montre clairement comment on obtient ainsi des pastilles ayant toute la hauteur de la plaque et maintenues s°Hdement par les barreaux alternés.
  - Hc H: *
  - Ayant ainsi réalisé le support de la matière active, l’opération suivante dela fabrication est Vempâtage, qui consiste à remplir les alvéoles de Matière active. Les mélanges que Ton emploie sont très variés, et chaque constructeur garde le sien jalousement secret, persuadé qu’un certain Produit spécial qu’il y incorpore conféré a 1 accumulateur des qualités Précieuses. Voici quelques formules classiques :
  - Positives : 1 partie litharge, 3 parties minium délayés avec acide sulfurique à 150 B.
  - Négatives : 1 partie minium, 3 parties litharge délayés avec acide sulfurique a io°U.
  - Certains constructeurs remplacent en totalité ou partiellement 1 acide
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- - 2&z PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sulfurique par des sulfates, prenant, par exemple, des formules analogues aux suivantes :
  - Positives : 80 minium, io litharge, io sulfate de magnésie, solation sulfuriqueà I5°B.
  - Négatives: lominium, 80 litharge, io sulfate de magnésie, solution sulfuriqueà xo° B-
  - On ajoute parfois de la glycérine au mélange, afin d’obtenir du sulfo-glycérate de plomb ; dans d’autres cas, on malaxe le minium avec une solution de potasse caustique qui durcit la masse ; enfin, on incorpore parfois des liants organiques les plus variés, depuis l’anthracène en solution acétique jusqu’à la pyridine en solution alcoolique, en passant par tous les liants ordinaires : essences, brai, asphalte, bitume, etc.
  - L’empâtage, qui est une opération très délicate et de laquelle dépend la vie de l’accumulateur, est presque toujours fait à la main ; pour les négatives seulement, on comprime à la presse à la fin de l’opération, afin d’éviter le retrait de la matière.
  - * * *
  - La formation des accumulateurs est la dernière opération qu’il nous reste à décrire. Elle a pour but de transformer la couche superficielle de plomb pur ou les mélanges de sels des plaques à oxydes rapportés en peroxyde de plomb à l’anode et en plomb spongieux à la cathode. Cette transformation comprend deux phases :
  - i° Transformation chimique formant du sulfate de plomb aux deux électrodes ;
  - 2° Transformation électrochimique oxydant le sulfate à la positive et le réduisant à la négative.
  - La première opération s’effectue, soit pendant le malaxage des produits constituant les pastilles, soit après, par trempage dans des bains d’acide.
  - La seconde, dans les cas des plaques à oxydes rapportés, consiste essentiellement en une charge lente (0,2 à 0,5 ampère par décimètre carré de surface totale des électrodes) pendant un long temps (soixante à cent heures) dans une solution d’acide étendue (30 à io° Baumé).
  - Pour les plaques à grande surface, il est difficile d’arriver, en une seule opération, à transformer une quantité notable du plomb pur en matière active. Au début, Planté opérait par charges et décharges alternées, mais il fallait un temps très long et une consommation de courant exa-gérée pour arriver au résultat final.
  - Dans les méthodes modernes, on ajoute à l’acide sulfurique des substances qui donnent facilement des anions susceptibles de former des sels de plomb plus solubles que le sulfate. Dans ces conditions, le métal
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 283
  - est toujours découvert et son attaque par l’acide sulfurique plus intense.
  - Un grand nombre de substances sont susceptibles de remplir ce rôle : citons l’acide nitrique et les nitrates, les chlorates, perchlorates, bichromates, permanganates alcalins, l’acide sulfureux et les sulfites, 1 acide tartrique et les tartrates, les acides oxalique, formique, acétique et meme le glucose. Nous n’entrerons pas dans l’étude des réactions successives dui se produisent alors pendant la formation.
  - * * *
  - U électrolyte que l’on place dans la cuve de l’accumulateur est de 1 acide sulfurique, ainsi que nous l’avons dit, et, pour chaque genre d accumulateurs, le constructeur recommande une concentration qui donne les meilleurs résultats. Signalons que, pour les petits accumulateurs transportables remplaçant les piles sèches, on utilise ce que l’on appelle 1 électrolyte immobilisé et qui est presque toujours constitué par un mélange Pâteux d’acide sulfurique (1 partie à 30° Baumé, par exemple) et de silicate de soude ou de potasse (3 parties de silicate à 220Baumé, par exemple). Parfois, on ajoute en plus de l’amiante en poudre. Naturellement, la résistance intérieure des éléments est considérablement augmentée et leur CaPacité très réduite.
  - * * *
  - Quant aux bacs, ils doivent être inattaquables à l’acide sulfurique et tt°lr une résistance suffisante aux actions mécaniques et calorifiques. n ^es constitue en verre, ébonite, celluloïd, et certaines substances mou-®es (ambroïne, etc.). '
  - * * *
  - Le développement de l’industrie automobile d’une part, de la télégraphie sans fil de l’autre ont donné à la fabrication des accumulateurs une extension considérable. Les accumulateurs de traction, ceux destinés à l’éclai-a la propulsion des sous-marins, ont également un vaste domaine utilisation ; aussi l’accumulateur au plomb a-t-il été l’objet de nombreux Perfectionnements dans ce s dernières années, aussi bien dans la construc-mécanique proprement dite (rigidité des plaques, isolement et prétention des courts-circuits intérieurs, diminution du poids total) que dans es Propriétés électriques.
  - Actuellement, de gros accumulateurs peuvent supporter sept cents
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- - 284 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - décharges complètes sans que leurs plaques négatives aient perdu leurs propriétés et, en ce qui concerne le poids total, on est arrivé aux chiffres moyens suivants :
  - Batteries de démarrage et éclairage.
  - Tension : 6 volts;
  - Capacité. Poids de la batterie.
  - Ampères-heure. Kilogrammes.
  - 4° ............................
  - 60 ............................
  - 80 ............................
  - 100 .................'..........
  - Tension : 12 volts.
  - 4° ............................
  - 60 ............................
  - 80 ............................
  - îÇO ............................
  - 15
  - 20
  - 25 3°
  - 26 35 45 58
  - H» H*
  - Est-il possible de faire mieux en s’adressant à d’autres métaux que le plomb et d’autres électrolytes que l’acide sulfurique ?
  - Nous ne passerons pas en revue les nombreux essais qui ont été faits, sans grand succès pratique d’ailleurs (accumulateurs au zinc, remplacement du plomb de la cathode par le cadmium ou le cuivre, accumulateurs à gaz, accumulateurs aux halogènes, remplacement de l’acide sulfurique par des électrolytes alcalins, etc.).
  - Le seul accumulateur qui soit à l’heure actuelle en exploitation commerciale est l’accumulateur fer-nickel, proposé par Edison en 1901.
  - Nous en dirons seulement quelques mots, car sa théorie est encore très obscure et on n’est pas encore absolument certain delà composition même de la matière active.
  - Cet accumulateur est fondé sur la réversibilité du couple :
  - Oxyde de nickel —Potasse —Fer.
  - D’après Jugner, la formule de la réaction globale serait :
  - NiO2 + 2 Fe (OH)2 + H20 - NiO + 2 Fe (OH)3, tandis que Jumau admet :
  - Fe + KOH + Ni2Os FeO + KOH -f 2 NiO.
  - L’allure de la décharge et de la charge est représentée schématiquement
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 285
  - figure 219. On voit qu’elle est analogue à celle de l’accumulateur au plomb.
  - Les avantages que présentent ces accumulateurs résident dans leur robustesse et l’absence de sulfatation. L’électrolyte ne participant pas à la réaction, on peut en réduire le volume, et, par suite, le poids de l’accumula-
  - Volls
  - leur, comparé à l’accumulateur au plomb et rapporté à l’unité de capacité, est beaucoup plus réduit. Mais l’écart ne subsiste plus en sa faveur si on rapporte le poids a l’unité d’énergie. Il ne faut Pas oublier, en effet, dans cette comparaison, que la tension aux bornes d’un
  - - t
  - un
  - _ —Cimye q
  - !
  - ÏÏe—'N.
  - rr
  - !—v
  - 1
  - |
  - Fig. 219. — Courbes de charge et décharge de l’élément alcalin nickel-fer.
  - élément au fer-nickel n’est que de 1,6 volt au début de la charge, au Heu de 2,2 volts pour les accumulateurs au plomb.
  - Mais, d’autre part, l’accumulateur alcalin ne date que de 190J, et 1 on sait qu’il a fallu de nombreuses années pour amener l’élément au plomb a son état actuel de perfectionnement.
  - GROUPEMENT DES PILES ET ACCUMULATEURS
  - Liles ou accumulateurs ne donnent qu’une force électromotrice très petite, de l’ordre de 2 volts, et nous avons vu qu’on ne peut leur demander, méme sous ce faible voltage, un débit considérable, sous peine de les pola-riSer, de les épuiser ou de les détériorer. Mais, dans la pratique, on ne peut accepter de se soumettre à ces restrictions. Sauf dans des cas très particuliers (petites lampes de poche, par exemple), on emploie plusieurs générateurs simultanément, et ceci nous amène à dire quelques mots des différentes façons dont on peut les grouper suivant le but à atteindre.
  - ________13,5 volts------------
  - Fig. 220. — Montage en série.
  - Le premier[mode d’association est le couplage en tension ou en série. es déments sont reliés les uns aux autres par leurs pôles de nom contraire
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- - 286
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - (fig. 220). Dans ces conditions, les forces électromotrices s’ajoutent, ainsi que les résistances. C’est-à-dire que tout se passe comme si on avait une pile unique dont la force électromotrice serait n~E et la résistance nr, n étant le nombre des piles ainsi groupées.
  - Remarquons que le courant « maximum » que l’on peut obtenir d’une telle association en court-circuitant l’ensemble est seulement égal au courant débité par un élément seul.
  - Si la résistance du circuit extérieur est R, l’intensité du courant qui y circule est :
  - riE
  - 1 “ i t + R*
  - Ce mode de groupement est particulièrement indiqué lorsque le circuit extérieur présente une grande résistance. En effet, on peut négliger dans ces conditions le terme nr devant le terme R, et le courant peut alors s’exprimer par :
  - mE 1 = ~R’
  - il est sensiblement proportionnel au nombre d’éléments associés.
  - Un second mode de groupement est le groupement en parallèle ou en quantité, dans lequel on réunit toutes les piles de même nom. Pour réaliser pratiquement ce montage, on peut employer deux barres de cuivre
  - Fig. 221. — Montage en parallèle.
  - portant des vis de prise de courant; sur l’une on fixera les fils provenant des pôles positifs et sur l’autre les fils provenant des pôles négatifs (fig. 221)-Il est facile de voir que la force électromotrice reste la même que celle d’un élément E, mais que la résistance intérieure est égale à celle d’un
  - fl *
  - élément divisée par le nombre d’éléments associés : - • Le courant « maxi-
  - r
  - mum » que l’on peut obtenir a pour expression :
  - E
  - i — — •
  - Y
  - n
  - c’est-à-dire qu’il est n fois plus grand que celui fourni par un seul élément.
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 287
  - Si R est la résistance du circuit extérieur, on a, pour valeur de l’intensité qui y circule :
  - Ce mode de couplage convient extérieur a une résistance très petite Par rapport à celle d’un des éléments.
  - En résumé, avec le montage en série, °n peut obtenir des forces électro-motrices aussi grandes que l’on veut, mais un débit limité ; avec le couplage en parallèle, on peut fournir des courants de plus en plus intenses, maïs de force électromotrîce faible. En combinant ces deux modes de couplage, on a le groupement mixte qui permet de réaliser toutes les combinaisons que l’on désire (fig. 222). Il est facile de montrer que si, on forme
  - au cas où le conducteur
  - 4,5 volts
  - Fig. 222. — Montage mixte.
  - l’ensemble force électromotrice est
  - dans le circuit
  - spécialement
  - n séries de m éléments et qu’on couple les n séries en parallèle, se comporte comme un élément unique dont la
  - mE et la résistance intérieure — L’intensité qui pa#se
  - n
  - extérieur de résistance R est *.
  - m E E
  - ^ mr r R
  - ~n "b n "b m
  - Pour que I soit maximum, il faut que le dénominateur soit minimum. Qn remarque que le produit de ses deux termes est constant, puisqu’il
  - ^st égal à mnétant le nombre total des éléments. Il s’ensuit, d'après
  - mn
  - Un théorème de mathématiques, que la somme sera minime lorsque les ^eux termes seront égaux. Il faudra donc que :
  - r n R ~ m
  - ^ cette relation est satisfaite, — = R, et la résistance de l’ensemble est
  - al0 ' n
  - egale à celle du circuit extérieur.
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- - 2 88
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Nous ne dirons rien de plus sur le groupement des éléments, car le seul qui soit à recommander est le couplage en série. Il faut absolument éviter le couplage en parallèle et le couplage mixte, nous allons dire pourquoi.
  - Prenons un exemple concret : supposons que l’on associe en parallèle une pile Leclanché et un accumulateur ; nous réunissons leurspôles de même nom, mais les forces électromotrices étant différentes (2 volts et 1,5 volt),
  - l’accumulateur débitera dans l’élément Leclanché, et cela en pure perte (fig. 223).
  - Sans prendre un cas aussi frappant, on peut dire que jamais deux générateurs n’ont exactement la même force électromotrice (variation de concentration de l’électrolyte dans un accumulateur, pureté plus ou moins grande des produits chimiques des piles, polarisation plus ou moins marquée des divers éléments). Or si on a, par exemple, quarante éléments d’accumulateurs groupés en deux séries de vingt éléments montées en parallèle, si on admet une différence d’un centième de volt seulement par élément d’une des séries (dont l’acide, par exemple, a été récemment renouvelé), on a 0,20 volt d’excès de force électromotrice de cette série sur l’autre, ce qui est plus que suffisant pour qu’elle débite dans cette dernière lorsqu’on les accouple en parallèle.
  - Si l’on veut avoir de grands débits, il faudra prendre de grands éléments capables de les fournir, plutôt que de monter des éléments plus petits en parallèle ; on sera sûr de faire une économie notable en fin de compte.
  - Fig. 223. —• Association en parallèle d’un accumulateur et d’une pile Leclanché.
  - Une discrimination très nette doit être faite entre la force électro-motrice des piles et la différence de potentiel aux bornes. Nous avons vu què si E est la force électromotrice de la pile mesurée en circuit ouvert, l’intensité circulant dans un circuit extérieur de résistance R est '
  - T - E 1 “ r -F R’
  - d’où :
  - E = lr + IR.
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- - LES ACCUMULATEURS
  - 289
  - Mais, la résistance R étant parcourue par un courant I, la différence de Potentiel aux bornes de la pile est, d’après la loi d Ohm :
  - V = IR
  - c est-à-dire que : bu encore :
  - E = Ir + V
  - I
  - E — r
  - V
  - Mous pouvons chercher Pans quelles conditions le rendement de la pile sera maximum, ce rendement étant défini par le rapport entre l’énergie récupérée dans le circuit VI et 1’ énergie fournie par la pile El ; il est donc
  - égal à Y E
  - ou encore à :
  - E — E
  - — - 1
  - I.
  - Ce rendement augmente à mesure que l’intensité du courant décroît.
  - a signifie que l’on utilise une fraction d’autant plus grande de l’énergie chimique mise en jeu dans la pile que l’intensité du courant est plus faible.
  - I)ans certains cas, on a intérêt à sacrifier le rendement et à faire rendre 4,1 *
  - a Pde la puissance maxima dans le circuit extérieur. Cherchons à quelle édition ce résultat est atteint. La puissance utile P est égale à VI, ou :
  - r _ V (E- V)
  - r
  - Cr le dénominateur de cette expression est constant, tandis que le Urtrérateur est le produit de deux termes (V et E — V) dont la somme constante (égale à E). Par suij:e, leur produit sera maximum quand ces x fermes seront égaux, c’est-à-dire que :
  - ou: V = E_v
  - V- =
  - 2
  - Cette condition nécessite, comme on peut le voir très facilement, que :
  - r — R.
  - ^Urn110 ^°Ur Cfue P^e fravaiHe dans les conditions de puissance maxi-’ ^ saffit que la résistance extérieure soit égale à la résistance inté-
  - Ueron. -— Électricité. rq
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- - 290
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - rieure. A ce moment, le rendement est égal à 50 p. 100, c’est-à-dire qu’il y a la moitié seulement de l’énergie disponible.
  - Pratiquement, on aurait intérêt à travailler à un meilleur rendement, mais alors la puissance serait quelquefois insuffisante, et il faut faire un compromis.
  - Il est facile de montrer par un calcul élémentaire que, quel que soit le mode de couplage utilisé, le travail maximum, rapporté à chaque élément, est toujours le même.
  - * * *
  - Il est difficile, surtout actuellement, de donner des prix de revient de l’énergie électrique produite soit par les accumulateurs, soit parles piles. Mais il est certain que ces derniers générateurs sont beaucoup plus coûteux que les accumulateurs. La pile est un générateur de luxe, dont l’emploi doit être limité aux applications où la question de prix de revient est insignifiante et où l’on n’a besoin que de faibles quantités d’énergie-Au contraire, les accumulateurs ont de multiples applications industrielles (batteries tampons, en particulier).
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- - CHAPITRE XVII
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - Anneau tournant deDelezenne. — Dynamo àcourant continu.— Principe. —Inducteurs.
  - ' Formes diverses. —Excitation.— Auto-excitation.—Excitation en sérié. Excitation en dérivation. — Excitation compound. — Caractéristiques des divers modes
  - A’excitation. Induit. — Enroulement en anneau, enroulement en tambour.
  - ^présentation des schémas d'enroulement. — Enroulement imbriqué. — Enroulement ondulé. — Le collecteur et les balais. — Calage des balais. — La commutation. ~~ Pôles auxiliaires de commutation. — Enroulements compensateurs. — Couplage des dynamos. — Réalisation pratique. — Inducteur : culasse, noyau polaire, pièces Polaires. —- Induit : denté, à encoches, enroulements. — Collecteur. — Balais, carac-ténstiques et emplois; densité de courant, chute de tension au contact. — Alternateurs.
  - Généralités. — Alternateurs multipolaires. — Enroulement des alternateurs. Alternateurs à inducteurs tournants. — Enroulement: ondulé, imbriqué. Alter-
  - nateurs polyphasés. — Enroulement en tambour. — Fréquence du courant alternatif, disposition des inducteurs. — Groupement en triangle et en étoile. Réaction, d'mduit. — Caractéristiques des alternateurs : caractéristique à circuit ouvert ; carac-
  - ièristique externe. _ Puissance des alternateurs. — Couplage des alternateurs.
  - indicateur de phase. — Fréquencemètres. — Construction des alternateurs. — Stator. — Rotor. — Alternateurs de différentes puissances. — Montage. Bobinage.
  - ^éntilation des alternateurs.
  - La production du courant électrique par les piles ou les accumulateurs est extrêmement coûteuse et conduirait, lorsque l’on envisage les emplois mdustriels, à des installations si volumineuses et si in-c°mmodes qu’elles seraient pratiquement inutilisables.
  - contraire, les phénomènes d’induction fournissent üne solution élégante du problème et que 1 on peut ^àe illimitée, puisque actuellement des machines gene-ratrices en service développent des puissances de 45 ooo kilowatts.
  - i
  - L’anneau tournant de Delezenne peut être con-l(^ré comme la première machine génératrice d élec-tricité industrielle. On sait en quoi il consiste : un cadre circulaire était monté sur un axe de rotation vertical (fig. 224). es extrémités de la bobine enroulée sur ce cadre étaient réunies à deux a§ues métalliques sur lesquelles s’appuyaient deux frotteurs eux-mêmes
  - Fig. 224.
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- - 2J2
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - reliés au- circuit extérieur. En faisant tourner le cadre dans le champ magnétique terrestre, on constate qu’il se produit aux bornes une force électromotrice alternative E, dont la valeur est donnée à chaque instant par :
  - E = mbSH sin u,t,
  - S étant la surface du cadre, n le nombre de tours de fil (nS, par conséquent, la surface totale du circuit électrique tournant), o> la vitesse angulaire et H l’intensité du champ magnétique.
  - Naturellement, laforce électrorr.otrice E est très faible dans Inexpérience que nous venons de rappeler et, pour obtenir des courants utilisables industriellement, les ingénieurs ont été conduits à intensifier les facteurs dont elle dépend. La formule nous montre immédiatement que le résultat peut être atteint en agissant simultanément sur les trois facteurs suivants •'
  - i° Augmentation de la vitesse de rotation M (elle atteint couramment i 500 à 3 000 tours par minute).
  - 2° Augmentation de la surface à travers laquelle le flux varie (nS), et, pour cela, emploi de bobines de surface et de nombre de tours de fil convenables.
  - 3° Augmentation du champ H par l’emploi d’électro-aimants puissants
  - remplaçant le champ magnétique terrestre et de masses métalliques concentrant les lignes de force.
  - Ces transformations compliquent le phénomène, car les conditions simpfeS réalisées dans l’expérience théorique n’existent plus, et nous en dirons quelques mots plus loin. Quoi qu’il en soit, on voit donc que le courant alternatif est celui qui se présente comme le plus simple à produire et cependant, fait assez curieux, son emploi ne s’est développé pratiquement que longtemps après celui du courant continu.
  - DYNAMOS PRODUISANT DU COURANT CONTINU
  - Voyons comment, en modifiant les dispositifs de la génératrice à courant alternatif, on a pu arriver à produire du courant continu.
  - A cet effet, reprenons la machine théorique à courant alternatif (fig. 225, à gauche). Aux deux extrémités du cadre ABCD rectangulau-6 tournant entre les pôles N et S d’un aimant (ou d’un électro-aimant), de5 balais H et G recueillent sur les bagues E et F le courant sinusoïdal dont le graphique inférieur donne la variation de la force électromotrice en fonction de la position de rotation du cadre (la position initiale corres pondant au cadre horizontal). Supposons maintenant que les deUX
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- - / lE°\ 270 / * \ / » * / 1 * / 1 \ /VM
  - 90° 18 K j /m V 0 90° 180 270 360,
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 293
  - extrémités du cadre soient réunies à une seule bague, mais divisée en deux moitiés E et F, comme l'indique la figure de droite; il est facile de voir que les deux frotteurs H et G recueilleront alors un courant dont la force Gectromotrice variera comme l’indique le graphique de la figure. Bien que constant en direc-fi°n, le courant n’est Pas constant en valeur dans le circuit extérieur, ef la force électromotrice °scüle dans ce circuit.
  - disposons alors deux cadres rectangulaires 1 un par rapport à l’au-*rel dans ces conditions, le collecteur est divisé en quatre segments cgaux.Chacun des cadres donne une force électromotrice analogue à la précédente, mais décalée de 9°°i fa f°rce élec-fcomotrice recueillie par les balais H et G oscillera alors entre les valeurs ^0 et Et. Nous aurons donc diminué l’amplitude de sa variation. Si, au heu de deux cadres, nous en considérons un plus grand nombre, il est facile de voir que l’amplitude de variation E0 — Ex diminue de plus en Plus et, finalement, l’ondulation de la force électromotrice sera suffisamment faible pour qu’on la considère comme nulle pratiquement. On aura alors ce que l’on appelle du courant continu.
  - Nous allons, suivant l’usage généralement admis, commencer par 1 étude ^es générateurs de courant continu. Nous parlerons ensuite des alterna-leurs.
  - 90° 180 270 360
  - Fig. 225. — Principe de la production du courant alternatif et du courant continu industriel.
  - ^ ut Qénérateur d'électricité comporte comme organes essen-Du inducteur ayant pour fonction de produit un champ magnétique
  - puissant ;
  - induit muni d’un collecteur placé dans le champ produit par l’in-^teur et dans lequel se développent des courants d'induction ; pGs reliant la dynamo au circuit d’utilisation. assons-les successivement en revue.
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- - 2Q4
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Les inducteurs, sauf pour les générateurs de très faible puissance, sont des électro-aimants dont les pôles ont une forme concentrique à l’induit. Ils sont constitués par trois parties principales : les noyaux en fer doux sur lesquels on enroule les bobines d’aimantation ; la culasse en fonte qui les réunit, et les pièces polaires entre lesquelles tourne l’induit.
  - Dans les modèles primitifs (Edison, fig. 226 ; Gramme, fig. 227), dont la forme rappelle celle de l’électro-aimant classique, les bobines étaient trop exposées aux chocs, aux intempéries. Les machines étaient très volumi-
  - Fig. 226. — Typeinfcrieur Fig. 227. — Type supérieur _ Fig. 228.—Type symétrique (Edison). (Gramme). (Manchester).
  - Fig. 229. — Inducteur cuirassé Fig. 230. — Inducteur Fig. 231. — Inducteur rectangulaire. cuirassé circulaire. à 4 pôles.
  - Diverses formes d’inducteurs.
  - neuses et, de plus, les pertes de flux étaient considérables. Aussi a-t-ou complètement abandonné ces dispositifs dans les machines modernes. Le type symétrique dit Manchester (fig. 228) donne un flux symétrique bien utilisé ; on lui reproche cependant un encombrement trop grand.
  - Les machines modernes sont du type cuirassé, dont la figure 229 donne les caractéristiques générales. Les électro-aimants sont intérieufs et très rapprochés de la périphérie de l’induit, ce qui évite la dispersion des lignes de force. La carcasse de la dynamo en fonte ferme l’intérieur et met les organes à l’abri de tout accident mécanique. On remarque de plus flue les deux moitiés de la carcasse sont magnétiquement montées en parallèle. Une descomplications de construction tient justement à cette concentration du système électrique à l’intérieur d’une enveloppe fermée. La température
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 295
  - tend à s’y élever par suite du dégagement de chaleur par effet Joule, aussi bien dans les bobines d’excitation que dans le bobinage de l’induit, et il faut soit limiter l’intensité des courants dans la machine, soit la munir, lorsque les puissances deviennent notables, de dispositifs de ventilation.
  - Les dynamos dont nous venons de parler sont dites bipolaires, car le C1rcuit inducteur possède deux pôles. Il est cependant possible, et même üecessaire, pour les puissances assez fortes, de donner à l’inducteur un plus grand nombre de pôles. Les bobines excitatrices doivent être montées de façon que le courant qui y circule y ait le sens convenable, afin que Ls pièces polaires présentent successivement un pôle nord, un pôle sud, Un pôle nord, un pôle sud (fig. 230 et 231).
  - On construit des dynamos àsix,huit pôles et même plus, d’après le même Principe. Les dynamos bipolaires sont de moins en moins courantes, même pour les faibles puissances, car les machines multipolaires permettent de réduire la vitesse angulaire et facilitent la commutation.
  - * * *
  - Pour produire le champ magnétique, il faut que les enroulements des électro-aimants soient parcourus par un courant continu. Autrement dit, il faut que les électro-aimants soient excités. Cette excitation peut etre obtenue de plusieurs manières.
  - Lans certaines dynamos, le courant d’excitation est fourni par une s°urce indépendante, dynamo ou batterie d’accumulateurs. On dit que la dynamo est à excitation indépendante (fig. 232).
  - Le plus souvent, on utilise F auto-excitation, c’est-à-dire que les électro-aimants sont alimentés par le courant que produit la dynamo elle-même, auto-excitation s’explique par l’existence du magnétisme rémanent ans Ls électro-aimants. Supposons, en effet, que le fil des inducteurs soit redé aux balais et que l’induit soit mis en rotation par le moteur méca-^fiue avec lequel il est accouplé. Le faible champ dû au magnétisme renianent donne un courant induit peu intense qui, passant, en totalité ou jj1 Partie, dans les inducteurs, leur communique une aimantation plus forte. en resuite une augmentation du courant induit et, le même phénomène ^produisant, la machine s'amorce peu à peu et arrive à son régime Normal.
  - Le mode de couplage du circuit inducteur et du circuit induit d’une fHamo auto-excitatrice peut être réalisé de trois façons différentes : ^erie, dérivation et compound ou composée. Nous allons les passer en
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- - diff.de pot. aux balais
  - 296 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Dans l’excitation en série, les bobines inductrices sont parcourues par le courant total de la machine (fig. 233). Elles sont donc constituées par un
  - • » '
  - Fig. 232. — Excitation indépendante.
  - intensité débitée
  - Fig. 233. — Excitation en série.
  - fil de grand section, afin d’éviter un échauffement anormal et pour que la puissance absorbée par l’excitation soit faible.
  - L’excitation en dérivation ou shunt est réalisée en reliant aux deux balais deux circuits : l’un, à fil fin, sert à l’alimentation des noyaux de l’inducteür ; l’autre est le fil de ligne (fig. 234).
  - Enfin, les dynamos à excitation compound comportent deux circuits d’alimentation des bobines: l’un, à fil gros et court, en série avec le circuit d’utilisation ;l’auire, à fil fin et long, est mis en dérivation soit aux bornes des balais, c’est ce que l’on appelle alors la courte dérivation, soit à l’extre-mité d’un des balais et à l’extrémité de l’excitation série, c’est la longu6 dérivation, beaucoup moins employée (fig. 235).
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- - dif£ de potaux balais
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 297
  - * * *
  - Quelles sont les caractéristiques de ces divers modes d’excitation ? En Particulier, lorsque l’on fait tourner la dynamo à une certaine vitesse
  - 34. — Excitation en dérivation ou shunt. Fig. 235. — Excitation compound.
  - intensité débitée
  - intensité débitée
  - c°ustante, comment le courant s’établit-il, c’est-à-dire comment la dynamo s arnorce-t-elle » et comment se comporte-t-elle lorsque l’intensité
  - 0n lui fait débiter dans le circuit d’utilisation augmente progressivement ?
  - Pour répondre à ces questions, il suffit de tracer ce que l’on appelle la C9r&ctéristique externe de la machine qui donne \a. tension axrx bornes relevée sur la génératrice en fonction des courants fournis au réseau exté-neur (ï).
  - à la aPPe^e cette courbe caractéristique externe ou en charge par opposition eil , Cara-ctéristique interne ou à vide qui donne la valeur de la force électromotrice pOUr ctl°n de l’intensité du courant d’excitation. Cette courbe a la même allure
  - ihaa !°Utes les dynamos et est analogue à la courbe d’aimantation d’un circuit Saetique.
- p.297 - vue 306/834
- - 298
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Pour l’excitation indépendante, le voltage part de la valeur de la force électromotrice et décroît au fur et à mesure que l’intensité débitée augmente (fig. 232).
  - Il est évident que la dynamo série ne peut pas s’amorcer en circuit ouvert, car alors il ne passe aucun courant dans les inducteurs. Tout se passe comme si une résistance infinie était insérée entre ses bornes. Si on diminue progressivement cette résistance, il arrivera que, pour une certaine valeur, appelée résistance critique, la machine s’amorcera et donnera sa force électromotrice de régime. Si on diminue encore la résistance, le courant continue à sortir dans le circuit, puis, à partir d’une certaine valeur, la capacité de débit possible du circuit dépasse la puissance de production de la génératrice, et, bien que l’intensité du courant continue a croître, le voltage aux bornes diminue.
  - La caractéristique externe a l’allure représentée figure 233 pour chaque vitesse de la machine : une partie rapidement ascendante AB, partant du point A, correspondant à la petite force électromotrice due au magnétisme rémanent ; une région BC où le voltage varie peu quand l’intensite varie notablement ; enfin, une partie plongeante CD. Dans quelle région convient-il de faire travailler la machine ?
  - La région ascendante AB doit être exclue, parce qu’elle correspond a un fonctionnement instable. En effet, quand l’intensité diminue dans le circuit extérieur, c’est-à-dire quand on supprime un appareil d’utilisation, le voltage diminue également, et la machine tend à se désamorcer.
  - La région BC doit également être exclue, bien qu’a priori elle corresponde à un fonctionnement particulièrement intéressant, puisque la différence de potentiel aux bornes est sensiblement constante et indépendante du débit. On aurait alors ce que l’on pourrait appeler une machine autorégulatrice à potentiel constant. Malheureusement, cette région est trop peu étendue pour être utilisable et, d’autre part, les machines à excitation en dérivation donnent beaucoup plus sûrement le même résultat. C est donc dans la partie CD que l’on utilisera la caractéristique des dynamos en série. C’est en effet dans cette région que la stabilité est la plus grande • si l’intensité tend à augmenter, la différence de potentiel aux bornes diminue, ce qui limite rapidement cette augmentation.
  - Pour régler la marche de la dynamo, on se sert d’un rhéostat de champ en dérivation sur le circuit des inducteurs et qui agit alors sur l’excitation. D’après ce que nous venons de dire, la dynamo série, de construction d’ailleurs très simple, présente de graves inconvénients : elle ne s’amorce pas en circuit ouvert ; elle se désamorce pour une trop grande résistance, lorsqu’un court-circuit se produit à ses bornes, l’induit peut être brûle-Aussi est-elle peu utilisée.
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 299
  - La dynamo dérivation ou shunt, au contraire, s’amorce en circuit ouvert, puisque tout le courant dû au magnétisme rémanent passe dans les inducteurs. Inversement, si lesbalaissont réunis parun circuit extérieur de faible résistance, la machine ne s’amorce pas, car la fraction du courant Ûui passe dans les inducteurs est alors très faible. C’est dire qu’en cas de eourt-circuit, la machine se désamorce automatiquement.
  - La caractéristique externe a l’allure représentée sur la figure 234. On voit que le voltage aux bornes est maximum quand la machine ne débite Pas (circuit ouvert). Au fur et à mesure que l’intensité augmente dans le circuit extérieur, le voltage baisse. Après une certaine intensité correspondant au point de rebroussement de la courbe, si on diminue encore la résistance extérieure, l’intensité diminue aussi et la machine se désamorce.
  - Pour maintenir constant le voltage aux bornes de la machine, on agit sur un rhéostat de champ monté en série sur le circuit d’excitation. Quand k débit extérieur augmente, le voltage tend à diminuer et on le rétablit a sa valeur normale en intensifiant le courant d’excitation par diminution de la résistance variable.
  - Remarquons que, dans l’excitation shunt, la self des bobines inductrices est considérable, de sorte que, si l’on coupait brusquement le courant d excitation, des étincelles dangereuses pour la machine se produiraient, ^ussi le rhéostat de champ n’a pas de plot mort.
  - On voit que la machine dérivation possède de précieuses qualités : amorçage à vide, désamorçage s’il se produit un court-circuit qui alors 11 est plus fatal à la dynamo. Par contre, la nécessité d’une surveillance €°nstante pour le réglage de l’excitation est un inconvénient assez grave, surtout dans les petites installations.
  - Enfin, l'excitation compound participe des deux systèmes précédents et est surtout employée pour obtenir un voltage constant aux bornes. Pur suite de l’enroulement shunt qu’elle comporte, elle démarre a vide et, au cours du fonctionnement, les enroulements série et shunt compensent Ls actions de sens opposé qu’entraîne une variation de débit extérieur.
  - La caractéristique externe d’une dynamo compound parfaite devrait ^tre une droite parallèle aux abscisses. Mais la compensation n est réalisée Pratiquement que pour un seul régime de débit, le débit maximum. On ne Peat, en effet, dans la construction de la machine, prévoir des dispositifs faisant varier suivant les régimes le rapport des enroulements série aux enroulements dérivation, ce qui serait nécessaire pour assurer la compensation parfaite (fig. 235).
  - Les machines sont utilisées dans les petites installations, car elles ne
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- - 300 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - nécessitent pas (1e surveillance, de réglage, et surtout dans la traction électrique, car les variations brusques de courant qui se produisent aux arrêts et aux démarrages des trains seraient difficilement suivies par un surveillant d’une machine en dérivation. (Nous ne parlons pas évidemment ici des dispositifs de réglage automatiques.)
  - On peut également réaliser très facilement une dynamo hypercom-pourtd destinée à maintenir constante la différence de potentiel non plus aux bornes de la machine, mais à une distance plus ou moins grande de celle-ci, ce qui est en particulier désirable dans'le cas des réseaux de traction. Il suffit alors d’amplifier dans un rapport convenable le nombre d’ampères-tours série, afin de donner à l’excitation série une légère prédominance sur l’excitation shunt. La tension aux bornes croîtra ainsi de quelques volts lorsqu’on passera de la marche à vide à la marche en charge.
  - C’est ainsi que les dynamos hypercompound de traction Thomson-Houston donnent fréquemment 500 volts à vide et 550 volts en charge.
  - îfc sfc
  - L’induit est le second élément essentiel d’une dynamo. C’est le circuit qui, par suite de la variation du flux magnétique qui le traverse, sera le siège de la force électromotrice d’induction. Celle-ci, recueillie par les balais sur le collecteur, donnera aux bornes de la machine la force électromotrice qui alimentera le circuit extérieur.
  - D’après l’étude théorique que nous avons faite de la dynamo au début de ce chapitre, il semble naturel de constituer l’induit par des séries de cadres enroulés sur un cylindre métallique afin de concentrer les lignes de force magnétiques qul les traversent.
  - Ce n’est cependant pas ainsi que furent construites les premières dynamos. Les machines primitives de Paccinotti et Gramme comportaient des enroulements en anneaux (fig. 236), tandis qu’actuellement on ne construit plus que des machines à enroulement en tambour (fig. 237).
  - En effet, on fait à l’enroulement en anneaux les graves reproches suivants : la partie inactive des conduc-
  - Fig. 237.—Enroulement en tambour.
  - Fig. 236. — Enroulement en anneaux.
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 3°i
  - teurs est plus grande que dans les enroulements en tambour ; à l’intérieur de l’induit, il passe un flux de force qui coupe les conducteurs intérieurs de i'anneau et y crée une force électromotrice qui est de signe °Pposé à la force électromotrice utile ; la commutation est plus délicate flue pour les enroulements en tambour ; enfin, l’enroulement ne peut être fait qu’à la main, tandis que l’enroulement en tambour permet l’emploi de bobines faites d’avance sur gabarit. Aussi ne dirons-nous rien sur cet
  - enroulement.
  - C’est Hefner Alteneck qui, en 1872, inventa l’induit en tambour. Nous ne donnerons pas ici une théorie complète des divers enroulements que
  - face avant
  - ! J face
  - ronductcu’^erawr j/ arrière
  - Fig. 238.
  - °n peut réaliser; nous nous contenterons d’indiquer le principe sur lequel ds reposent et leur mode de représentation.
  - Prenons d’abord le cas simple d’une machine bipolaire. Son induit est c°nstitué par un certain nombre de cadres (ou de bobines) enroulées sur Un cylindre métallique, chacune de ces bobines étant reliée à deux lames v°isines du collecteur. Si on regarde la machine face à ce collecteur (fig. 238, a), °n appelle face avant la face où se trouve le collecteur, face arrière la face apposée, conducteurs d’aller ceux que l’on suit pour aller de l’avant à arriere, conducteurs de retour ceux que l’on prend pour revenir à l’avant (%• 238, b). On remarquera que le nombre de lames du collecteur doit être au plus égal à la moitié du nombre des conducteurs, puisqu’il faut au moins deux conducteurs pour constituer une spire.
  - Considérons donc une machine bipolaire à six cadres ou bobines. Nous Pourrons la représenter comme l’indique la figure 239 : le collecteur c°uiporte six touches, a, b, c, d, e, /, et les cadres sont constitués par des Parallèles aux génératrices du cylindre de l’induit, qui donneront douze traces (numérotées 1 à 12 sur la figure), reliés deux par deux à la face arnère (les connexions sont indiquées en traits ponctués).
  - ^ Comment ces cadres sont-ils reliés entre eux et reliés au collecteur ?
  - est ce qu’indique très nettement la figure. Le côté 1 du premier cadre esf relié à la touche a du collecteur et on voit que le circuit est constitué Par les conducteurs 1, 1 — 6 (face arrière), 6; ce conducteur est relié à touche b du collecteur, qui est aussi connectée au conducteur 3 du
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- - 302
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - second cadre, relié au conducteur 8 par la face arrière, ce conducteur 8 étant relié à la touche e du collecteur, etc.
  - On peut traduire ce schéma par le tableau suivant. Dans la colonne P se trouvent les numéros des conducteurs reliés sur la face arrière ou postérieure ; dans la colonne A, les numéros des conducteurs reliés sur la face avant ; entre ces deux derniers numéros se trouve la lettre de la lame du collecteur correspondante.
  - Face arrière. P Face avant. A
  - i — 6 6— b— 3
  - 3— 8 8— c— 5
  - 5— io io— d— 7
  - 7 12 12 — e — 9
  - 9— 2 2 / Il
  - II— 4 4— a— i
  - On peut également traduire graphiquement ce schéma de la façon suivante. Supposons que l'on coupe le cylindre de l’induit suivant une génératrice et qu'on déroule sa surface sur un plan. On obtiendra douze droites parallèles représentant les douze côtés des cadres. Remarquons d’ailleurs que les droites correspondent alternativement à un conducteur d’aller et un conducteur de retour. Aussi, pour les différencier, trace-t-on en pointillé les conducteurs
  - de retour. La figure 239 donne le schéma du bobinage. Cette représentation
  - est particulièrement commode, comme nous allons le voir, lorsque 1 on a des dynamos à pôles multiples.
  - Prenons un exemple, et considérons une dynamo à quatre pôles et seize
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 303
  - conducteurs (fig. 240) formant quatre groupes de deux bobines. On voit facilement que 6 correspond à 2, 4 à 8, etc., et il faudra relier les conducteurs dans l’ordre suivant :
  - 1 — 6— 3— 8— 5— 10— 7— 12— 9— 14— 11 — 16— T3— 2— 15— 4— 1.
  - Fig. 240. — Enroulement imbriqué.
  - La figure 240 donne le schéma de bobinage dans ce cas. On remarquera (llle l’on revient en arrière pour faire une boucle; on obtient ainsi 1 enrou liment imbriqué, parallèle ou bouclé.
  - Au contraire, du conducteur 6, par exemple, au lieu de revenir en arrière au conducteur 3, on peut aller en avant et prendre sous le pôle nord suivant conducteur 11 qui est équivalent au conducteur 3. Les connexions Vivent alors être établies dans l'ordre :
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- - 304 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ i— 6— ii— 16— 5— io— 15— 4— 9 — 14— 3—-8— 13 — 2'— 7— 12— i-
  - La figure 241 montre le schéma de bobinage, et 1 ’enroulement est dit en série ou ondulé.
  - Fig. 241. — Enroulement ondulé.
  - De nombreux autres bobinages sont aussi réalisés, enroulements Perry, Arnold, série-parallèle, etc. ; leur étude sortirait du cadre de cet ouvrage.
  - * * *
  - Le collecteur et les balais constituent l'organe de connexion de la-machine au circuit extérieur, et les problèmes qui se posent à ce sujet méritent de retenir tout particulièrement notre attention.
  - En effet, si l’on a disposé les balais suivant la ligne neutre, on constate qu’en circuit ouvert il existe aux bornes une force électromotrice E. Lorsqu’on ferme le circuit, et par suite lorsqu’un courant circule dans l’induit, ce courant donne naissance à un certain nombre de phénomènes accessoires qu’on ne peut négliger.
  - On constate qu’il se forme des étincelles aux balais. Ces étincelles détériorent les lames du collecteur et les balais ; on les évite en décalant les balais par rapport à la ligne neutre d’un certain angle dans le sens du mouvement de l’induit. On constate également une diminution de la tension aux bornes, qui a pour causes :
  - i° Le décalage des balais, qui diminue le nombre de spires ou de bobines de l’enroulement concourant efficacement à la production de la force électromotrice ;
  - 2° Le courant qui traverse l’induit et y occasionne une chute de tension par suite de la résistance ohmique des enroulements ;
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- - 3°5
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 3° Le courant circulant dans l'induit, qui y produit également un flux Magnétique dont les effets, connus sous le nom de réaction d'induit, affaiblissent le flux inducteur dans l’entrefer.
  - Examinons un peu plus en détail le mécanisme du fonctionnement de la dynamo et prenons un exemple concret simple : celui d’une dynamo bipolaire à anneau Gramme.
  - Remarquons tout d’abord que, dans une bobine déterminée de l’induit, le courant doit se renverser deux fois par four. De plus, lorsque la bobine passe par la position neutre, qui correspond justement au renversement de sens du courant induit, elle se trouve court-cir-cuitée, comme le montre la figure 242 b,
  - Par le balai B ou B' qui appuie sur deux lames consécutives du collecteur.
  - Rans la position qui précède immédia-fement le court-circuit (a), la bobine est traversée par le courant dans un certain Sens; elle est ensuite court-circuitée (b) au moment où elle traverse la zone . neutre ; puis le courant circule dans le Sens opposé (c).
  - Le renversement du courant dans la bobine en court-circuit s’accompagne Manifestations électriques dont l'ensemble porte le nom de commutation.
  - En effet, pendant la durée du court-cncuit, les bobines, qui ont une self-induction qui n’est pas négligeable, sont siégé d’une force contre-électro-^cfrice d’induction, appelée tension de réactance, qui s’oppose au renversement du courant. Il en résulte que celui-ci ne peut atteindre son intense normale avant que la bobine entre dans la seconde portion de 1 induc-eM et une étincelle jaillit au moment où la lame quitte le balai. Cette fMcefle est d’autant plus forte que la force contre-électromotrice est b|Us grande, c’est-à-dire que la self-induction et la vitesse de rotation sont
  - b Us considérables.
  - décale alors les balais de façon à ce que la commutation s effectue
  - 011 plus dans la zone neutre des inducteurs, mais dans une région où la
  - VlG
  - m
  - 'Néron. — Électricité.
  - 20
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- - 306 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - bobine est soumise à l’action d’un flux qui y induit une force électromotrice inverse de la force contre-électromotrice de self-induction.
  - Remarquons que, puisque la force électromotrice de la machine varie suivant l’intensité débitée dans la ligne, le calage des balais est également fonction de ce débit.
  - Un autre phénomène d’origine magnétique oblige encore à opérer un nouveau décalage des balais en avant. Le courant circulant dans chacune
  - N—jg
  - Fig. 243.
  - des moitiés de l’induit aimante l’armature, qui se comporte alors comme si elle était constituée par deux aimants demi-annulaires ayant leurs pôles de même nom en contact : un pôle nord double en n et un pôle sud double en s. Les lignes de force de ce champ secondaire, se composant avec celles du champ principal, donnent un champ résultant analogue a
  - celui représenté figure 243' et dont la ligne neutre est décalée d’un certain angle dans le sens du mouvement. Il faut donc faire tourner les balais du même angle.
  - Dans la plupart des machines, on atténue les effets nuisibles que nous venons d’étudier en saturant les masses polaires, en donnant à 1 en trefer des dimensions convenables, enfin en donnant aux ampères-tours d’excitation une valeur nettement supérieure (1,5 à 2 fois) à celle des ampères-tours de l’induit.
  - On emploie également d’autres artifices qui améliorent encore la commu
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 3°7
  - tation. Nous n’en citerons que deux : les pôles auxiliaires de commutation et les enroulements compensateurs.
  - Les pôles auxiliaires sont disposés entre chaque groupe de deux pôles Principaux, c’est-à-dire en regard de la zone neutre de l’induit (fig. 244 et 245)- L’enroulement qui porte un pôle est disposé de telle sorte que le nombre de ses ampères-tours crée un nombre de lignes- de force convenable Pour que, dans la bobine d’induit coupant ces lignes de force, il se produise une force électromotrice d’induction égale et opposée à la tension de réactance, qui se trouve ainsi supprimée. Comme la tension de réactance est fonction du courant dans l’induit, par suite du débit de la machine dans circuit extérieur, la tension compensatrice créée par le pôle auxiliaire doit être proportionnelle à la charge.
  - 0n réalise très simplement cette condition en ne donnant à l’enroulement du pôle auxiliaire qu’un très petit Nombre de tours de gros fil dans lequel circule le courant-principal. C’est dire que les pôles auxiliaires sont montés en série avec l’enroulement de
  - Linduit.
  - ^ous avons vu que le courant débité,par l’induit produit une force
  - Pôles auxiliaires,
  - enroulement du | pôle principal
  - enroulement du pôle de commutation.
  - enroulement des pôles
  - \ de compensation y
  - Fig. 246. — Schémas d’enroulements compensateurs.
  - ^a§nétomotrice appelée réaction d’induit, qui a pour effet de tordre le x inducteur. Pour combattre cette torsion qui détermine une chute de fo S1°n ^ans l'induit, on emploie des enroulements de compensation îmés en principe de quelques tours de fil fixés après l’inducteur, en série
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- - 3°8
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - avec l’induit, et qui produisent à chaque instant une force magnéto-motrice égale et opposée à celle de l’induit.
  - Ces enroulements sont très employés dans les dynamos de grande puissance et les machines à grande vitesse dans lesquelles la réaction d’induit est très forte. On utilise toujours, en même temps que ces enroulements, des pôles de commutation.
  - Les enroulements compensateurs sont constitués par des bobines logées dans des encoches percées à travers les masses polaires principales. La figure 246 montre le principe des connexions établies.
  - % sf:
  - \
  - Comme les piles et les accumulateurs, les dynamos peuvent être couplées soit en tension, soit en parallèle ; mais alors les connexions à réaliser diffèrent suivant le mode d’excitation de la génératrice. Nous donnons dans la figure 247 les schémas de montage correspondant aux divers cas qui se présentent dans la pratique.
  - Pour le groupement en tension, il n’y a aucune remarque à faire, Ie couplage est intuitif.
  - Dans le montage en parallèle, les bornes positives de toutes les génératrices sont reliées au conducteur principal positif et les bornes négatives au conducteur négatif, de sorte qu’il faut que toutes les dynamos donnent une tension identique, leurs puissances et par conséquent l’intensité qu’elles fournissent pouvant être quelconques.
  - Dans le couplage en parallèle des dynamos série, il faut prévoir nn conducteur (ab sur la figure), dit fil d’équilibre, qui relie tous les balais positifs et permet de conserver une différence de potentiel identique aux bornes des induits et d’égaliser l’intensité de l’excitation dans les diffé' rentes dynamos.
  - Lorsque les dynamos à coupler en parallèle sont des dynamos dérivation et doivent pouvoir être mises successivement en service, au fur et à mesure de la demande du réseau, les connexions sont un peu plus compliquées-Les bornes négatives sont reliées à l’un des conducteurs du circuit par des interrupteurs. Des rhéostats d’excitation R1; R2 sont intercalés sur leS circuits inducteurs, ainsi que des interrupteurs C4, C2, C3, C4 quipermettent de les réunir aux conducteurs aboutissant aux bornes négatives aux points a, b, c, d. Les interrupteurs C2, C4, grâce auxquels on peut envoyer dans les inducteurs d’une des machines qui n'est pas en service le courant produit par celles qui sont en marche, servent à éviter le renversement des pôles de cette dynamo. Enfin, des résistances variables R3’ peuvent être insérées sur le circuit des dynamos
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- - COUPLAGE EN TENSION
  - to
  - O
  - *
  - circuit extérieur
  - Dynamos shunt.
  - circuit exter/eor
  - j£=
  - Dynamos série,
  - circuit extérieur
  - Dvnamos dérivation,
  - COUPLAGE EN PARALLÈLE
  - circuit exteneur
  - circuit exi
  - Dynamos série.
  - Fig. 247. — Divers modes de couplage des dynamos à courant continu.
  - Dynamos parallèle.
  - Dynamos compound.
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
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- - 310 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Supposons que, la première machine étant en fonctionnement, on veuille
  - mettre la dynamo 2 en service. On ouvre les interrupteurs et on fait tourner la dynamo. Quand elle a atteint sa vitesse normale, on ferme C3, puis L2, et on intercale les résistances variables R4 jusqu’à ce que les conditions de charge soient les mêmes que la dynamo déjà en service. On agit ensuite sur le rhéostat d’excitation, on règle la tension d’après les indications du voltmètre V, on ferme I2 on élimine les résistances R4 en ouvrant L2 et finalement on ferme C4 et on ouvre C3-Dans le cas des dynamos compound, on réunit les balais positifs par un fil de compensation (ab, fig. 247) et la mise en circuit ou le retrait s’effectuent par simple manœuvre d’un interrupteur bipolaire.
  - Réalisations pratiques.
  - Après l’étude théorique des génératrices à courant continu, il nous faut donner quelques indications sur leur réali- 2^‘ générateur avec ses bobines de champ placées.
  - sation pratique et leur construction. Nous allons suivre le même ordro
  - Fig. 248. — Armature en une seule pièce.
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 311
  - que dans l’exposé précédent : inducteur, induit, collecteur et balais.
  - Fig. 250. — Le rotor du générateur.
  - L'inducteur a très sensiblement laCmême forme dans les machines
  - des divers constructeurs. On y distingue la culasse, les noyaux polaires et les pièces polaires (fig. 248).
  - La culasse est généralement en fonte pour les dynamos shunt et en acier moulé pour les dynamos compound. Ce sont les conditions électriques qui déterminent ce choix : en effet, dans ces dernières, comme la fonte a une grande force coercitive, elle met beaucoup plus de temps que
  - mumentde la fonte.
  - l’acier ou le fer doux Pour s’aimanter, et par suite le flux inducteur ue pourrait pas suivre les variations rapides de la force magnétomo-frice due à l’enroulement série.
  - Les noyaux polaires sont presque toujours en matières magnétiquement très Perméables (acier coulé °u fer fondu, tôle) et 0n leur donne autant que possible la forme eircul aire pour réduire
  - mi minimum le cuivre lorsaue les machines sent
  - <ks bobines d'excitation. Malheureusement, lorsque
  - Fig. 252. — Le générateur terminé.
  - Lïg. 251. — Pôle en tôles lami-nees encastré dans l’armature au
  - rnnmnr, J _ e
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- - 312 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - puissantes, on doit les constituer par des tôles, afin d’éviter les courants de Foucault trop intenses, et la forme circulaire, difficile à réaliser dans ces conditions, est alors abandonnée ; les noyaux polaires sont dans ce cas de section rectangulaire.
  - Quant aux pièces polaires, elles sont en général venues de fonte avec les noyaux ou, dans le cas des noyaux feuilletés, elles sont simplement constituées par un élargissement, suivant un profil convenable, des tôles formant le noyau.
  - La réunion de ces divers éléments est réalisée soit par des boulons, soit par des emmanchements à queue d’aronde, soit en plaçant les pièces polaires dans le moule dans lequel on coule la carcasse.
  - Les enroulements des bobines sont effectués sur des gabarits et au tour, la régularité de disposition des spires en couches parallèles n’étant pas indispensable. Les enroulements compensateurs peuvent être montés de deux façons différentes. Dans une disposition, l’inducteur, qui est tout entier en tôle, ne porte pas de pôles saillants et est percé de rainures étroites dans lesquelles sont logées des bandes de cuivre isolées formant l’enroulement compensateur. Dans d’autres machines, les pièces polaires sont plus importantes et percées de trous dans lesquels passent les barres de cuivre de l’enroulement compensateur, l’inducteur étant établi d’autre part comme celui d’une dynamo ordinaire.
  - * * 4=
  - L induit des dynamos est, dans les machines modernes, du type défichés conducteurs sont logés dans des cavités, des dents, ce qui présente de multiples avantages sur les anciens induits lisses ; la fixation des bobines est plus solide, donnant une rigidité mécanique et une puissance d’entraînement considérable ; l’entrefer (distance entre les surfaces en regard de l’induit et de l’inducteur) peut être réduit à quelques milh' mètres seulement, ce qui diminue la dépense d’énergie pour l’excita' tion ; enfin, les courants de Foucault sont presque entièrement supprimes dans les conducteurs, que l’on peut alors prendre de diamètre assez gros (fig. 253)-
  - On sait en effet que les diverses parties d’un conducteur de dimensions non négligeables se déplaçant dans un champ non uniforme ne coupent PaS au même instant le même nombre de lignes de force (fig. 255) et par suite ce conducteur est le siège de courants de Foucault d’autant plus intenses que ses dimensions sont plus considérables.
  - On peut distinguer trois catégories d’induits dentés :
  - i° Les induits a trous (fig. 256, i, 2),dans lesquelles conducteurs sont
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 313
  - entièrement protégés contre les courants de Foucault. Ces induits ne sont Pas employés dans les machines à courant continu, car le flux produit par le courant circulant dans les conducteurs peut se fermer entièrement dans
  - Fig. 253. — Induit à ailettes.
  - le fer, ce qui augmente la self-induction de l’induit et nuit par conséquent a la commutation, comme nous l’avons vu précédemment.
  - 2° Les induits a dents droites (fig. 256, 3)» seuls employés pour les Machines à courant continu, dans lesquels il est très facile de loger les inducteurs, mais l’induction n’y est Pas nulle et, si les dents ne sont pas très profondes, on ne peut employer de inducteurs trop massifs, par crainte ^es courants de Foucault.
  - 3° Les INDUITS A ENCOCHES reperds (fig. 256, 4), qui participent des ^eux types précédents. Les courants Foucault y sont faibles, mais la Self-induction des conducteurs y est trop forte pour qu’on les utilise dans les machines à courant continu.
  - Les induits, afin d’éviter leur échauffement sous 1 action des courants de Foucault, sont toujours feuilletés, constitués par des tôles découpées au profil convenable, isolées et empilées sur l’arbre et maintenues solide-^it soit par clavetage direct sur l’arbre, soit par fixation sur un croi-sifion ou lanterne, lui-même claveté sur l’arbre. Nous ne nous étendrons Pas sur les problèmes purement mécaniques que les constructeurs ont eu a foudre pour assurer la fixation des tôles sur le croisillon, leur serrage leur entraînement par l’arbre actionné< par le moteur mécanique.
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- - 3H
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - * *
  - L’enroulement des conducteurs et leur disposition dans les rainures constituent l’étape suivante de la construction de l'induit. Les conducteurs sont soit des fils de section circulaire, soit des barres de section rectangulaire dans le cas des dynamos de grande puissance.
  - L’isolement est obtenu en garnissant les. parois des encoches de papier.
  - Fig. 255.
  - 000
  - imr
  - 4
  - Fig. 256.
  - de toile huilée ou de vernis, les conducteurs étant simplement entoures d’un ruban de toile et d’une couche de coton.
  - Le bobinage est fait sur des gabarits et les bobines, une fois terminées, sont placées dans leurs logements respectifs et y sont maintenues soit par des frettes, soit plutôt par des clavettes en fibre ou en bois.
  - * * *
  - Le collecteur est un organe très délicat, et sa construction doit être l’objet de soins particuliers. Il a la forme d’un cylindre dont la surface est constituée par des lames sur lesquelles viennent frotter les balais.
  - Sous l’influence de ce frottement, les lames s’usent lentement ; on les-construit en cuivre rouge, à cause de la grande homogénéité que l’on peut donner à ce métal, ce qui assure une usure régulière de toutes les lames-Leur épaisseur ne doit pas tomber en dessous de 3mm,5 à 4 millimètres, sans quoi on pourrait craindre les déformations mécaniques, ni supérieure à 15 à 20 millimètres, car les courants de Foucault qui s’y produiraient seraient trop intenses. Enfin, il est bon de ne pas dépasser un débit de 300 ampères environ par lame. Quand la machine est plus puissante, on augmente le nombre des pôles ou en emploie un enroulement en parallèle multiple.
  - Les lames du collecteur doivent être isolées avec soin les unes des autres , le mica et parfois la micanite sont seuls employés ; l’épaisseur des lamelle5
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 3i5
  - isolantes varie de omm,5 (dynamos ordinaires à 220 volts) à 1 millimètre (dynamos à haute tension, 2 000 volts).
  - Pour monter le collecteur, on assemble les lames métalliques, dont la section est trapézoïdale, en les séparant par les lamelles isolantes, puis on les fixe définitivement par serrage, par exemple en enfonçant à la presse un fort collier d’acier dans le cas des petits collecteurs, ou à l’aide de colliers à vis en plusieurs pièces. On porte plusieurs fois le collecteur à une température de 20c0 à 5oo° et, après chaque chauffe, une fois le collecteur refroidi, on le resserre à bloc.
  - Avec un tel mode de serrage, le collecteur devient absolument indéformable. On tourne alors sa surface extérieure avec soin et on le monte ensuite sur sa douille °u lanterne, qui est la partie de l’induit (en fonte ou en acier) sur laquelle sont fixées les lames du collecteur. Cette lanterne est en général constituée par deux plateaux dont 1 un est claveté sur l’arbre de l’induit et dont l’autre peut être relié au premier, en serrant énergiquement le collecteur, au moyen de boulons et d écrous.
  - Naturellement, on isole le collecteur de sa lanterne par des couronnes en micanite. Ceci fait, on peut enlever le collier de serrage qui avait servi au montage, et on passe une dernière fois au tour la surface du collecteur.
  - Les connexions qui relient l’enroulement de 1 induit aux lames du collecteur sont soudées ou brasées et rivées à ces lames. La figure 257 ^présente un collecteur en perspective.
  - * * *
  - Fig. 257. — Collecteur.
  - fie courant est recueilli sur le collecteur par des balais, généralement en charbon, montés dans des supports spéciaux qui assurent une pression suffisante des surfaces de contact et permettent en même temps de régler e Calage de l’ensemble.
  - fies porte-balais sont de modèles différents avec chaque constructeur chaque type de machine. Nous en reproduisons divers types dans a figure 258.
  - ^ Nous allons donner quelques indications sur la fabrication des balais e charbon qui, nous le verrons, sont également utilisés dans les généra-es et moteurs à courant alternatif.
  - fies premières machines à collecteur étaient munies de balais en toile
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- - 3ï6
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - métallique, généralement toile de cuivre. L’expérience a montré qu’en général les résultats étaient mauvais,par suite delà formation d’étincelles entre le collecteur et ces balais. Il en résultait une usure très rapide des collecteurs et par conséquent des dépenses importantes pour le changement des collecteurs ainsi que l’immobilisation temporaire des machines en cours de réfection. Une étude théorique et expérimentale de la question a montré que les étincelles se produisent surtout au moment où le balai appuie simultanément sur deux lames voisines du collecteur (phénomène
  - Fig. 258. — Divers types de balais.
  - de commutation). On a pu remédier à cet inconvénient en utilisant des balais qui présentent une résistance apparente au contact entre balai et collecteur supérieure à une certaine limite. L’emploi de balais en charbon s’est montré particulièrement intéressant à ce point de vue.
  - Les balais en charbon, fabriqués au début avec des moyens plus ou moins grossiers et des matières premières incomplètement connues et fréquemment variables, se sont montrés dans certains cas un peu abrasifs.
  - Un nouveau progrès a été accompli lorsque le balai en charbon a été transformé partiellement ou complètement en graphite artificiel au moyen de cuisson (graphitation) à température très élevée dans des conditions bien définies de température et de durée.
  - L’emploi de machines avec des vitesses périphériques de plus en plus élevées a conduit aussi à rendre les balais auto-lubrifiants. A cet effet, le carbone amorphe très dur a été remplacé par des variétés onctueuses et molles de graphite naturel de meilleure qualité.
  - L’emploi du courant alternatif et surtout des moteurs asynchrones a fait étudier de nouvelles qualités de balais pour lesquelles la chute de potentiel au contact entre balai et bague devait être la plus réduite possible. Ainsi ont apparu des conglomérats de graphite naturel et de métaux, en général du cuivre, alliés avec des quantités plus ou moins importantes de plomb, d’étain et de zinc.
  - Des balais métallisés du même genre sont employés enfin sur des collecteurs de dynamos à bas voltage, par exemple pour les applications électrolytiques et pour les dynamos d’éclairage et démarreurs des automobiles-
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  - 317
  - Il résulte de ce qui précède que les balais se classent d’après leur composition suivant les diverses catégories ci-après :
  - i° Les balais durs, constitués en majeure partie par du carbone amorphe. On peut y introduire des quantités plus ou moins importantes de graphite naturel ou artificiel pour abaisser le coefficient de frottement.
  - 2° Les balais électro-graphitiques, obtenus par la graphitation artificielle des balais de la catégorie précédente.
  - 3° Les balais graphitiques tendres, préparés par agglomération de graphite naturel avec des ingrédients spéciaux. Ces ingrédients peuvent être, suivant les cas, carbonisés à haute température ou bien subsistés s°ns leur forme originelle, sans aucune cuisson.
  - 4° Les balais cupro-graphitiques ou carbo-métalliques, renfermant un taux de métal en général élevé, avec des quantités plus ou moins importantes de graphite naturel et même de carbone amorphe.
  - Les principales qualités exigées d’un bon balai sont d’abord l’absence d Inconvénients pour le bon fonctionnement de la machine. Il en résulte fine, pour une machine donnée, on doit mettre le balai qui résiste le mieux aux étincelles en produisant le minimum d’usure du collecteur et le mini-
  - mum d’échauffement.
  - On peut avoir a priori une idée des qualités d’un balai en déterminant comment varie la chute de tension au contact entre balai et collecteur finand varie la densité de courant du balai. Cette détermination doit ailleurs être entreprise sous des pressions variées et à des températures différentes. On se rend compte également des limites admissibles pour la vffesse périphérique du collecteur en déterminant les variations du coeffi-cient de frottement en fonction de la vitesse périphérique du collecteur S0Us Une série de pressions et de températures déterminées.
  - Dans le cas de moteurs soumis à des chocs ou à des trépidations très ^Portantes (par exemple moteurs de ponts roulants, d’automobiles et surtout de tramways et de locomotives électriques), aux qualités ci-dessus al°ute la nécessité d’avoir des balais extrêmement solides.
  - , ^a vérification de cette qualité se fait en soumettant les blocs fabriqués , ^es épreuves de rupture statiques et dynamiques absolument semblables Celles utilisées pour le contrôle des métaux.
  - ^ Une dernière qualité exigée en général des balais est leur durée, car e deux balais donnant les mêmes résultats au point de vue commu-^ 011 et de solidité mécanique égale, le meilleur est celui qui s’use le
  - P
  - qu > ^ sur^ace du collecteur et le balai existe une différence de potentiel
  - diff°n mesurer,Llans les mêmes conditions de fonctionnement, cette erence de potentiel est plus grande pour le balai négatif (le courant
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- - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 318
  - passe du balai au collecteur) que pour le balai positif (le courant passe du collecteur au balai).
  - La somme de ces deux différences de potentiel est ce que nous appelons la chute de tension au contact.
  - Cette caractéristique varie dans de grandes proportions avec la composition et le procédé de fabrication du balai ; elle est aussi sous la dépendance de certaines conditions de fonctionnement (telles que densité de courant, pression d’utilisation, état du collecteur, etc.).
  - Dans les conditions normales de fonctionnement, une chute de tension au contact :
  - très grande correspond à une perte supérieure à 2,2 volts ; grande — —-de 1,8 à 2,2 volts ;
  - moyenne — — de i„6 à 1,8 volt ;
  - faible — — de 1,2 à 1,6 volt ;
  - très faible — — inférieure à 1,2 volt.
  - Il pourrait sembler plus intéressant d’utiliser des balais à chute de tension très réduite pour diminuer les pertes de la machine et réchauffement du collecteur. En pratique, il est nécessaire de conserver à la chute de tension une valeur suffisante si l’on veut assurer une bonne commutation à la machine.
  - Les balais à chute de tension élevée conviennent donc aux machines dont la commutation est difficile (machines d’ancienne construction, machines à tension élevée sans pôles de commutation) ; les balais à chute de tension moyenne, aux machines normales de puissance limitée, dont la commutation est bonne.
  - Sur les machines modernes, où des pôles supplémentaires assurent a toutes les charges une commutation parfaite, on utilise des balais admet' tant des densités de courant élevées et présentant une faible chute de tension au contact.
  - Pour des machines à courant cpntinu basse tension et surtout pour les bagues de moteurs asynchrones et de commutatrices, la chute de tension doit être très faible.
  - Suivant la qualité du balai, la densité de courant qu’il peut support61" et la pression avec laquelle il appuie sur le collecteur ont des valeurs différentes. Afin de fixer les idées, nous dirons que pour les machines fixes on ne doit pas dépasser les pressions de :
  - 200 grammes par centimètre carré pour les qualités dures.
  - 175 — — pour les qualités moyennes.
  - 150 — — pour les qualités tendres.
  - Pour les qualités dures destinées aux moteurs de traction et d’enginS
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 319
  - de levage, cette pression peut être fortement augmentée. Néanmoins, dans ces cas, il convient de s’en tenir à la pression minimum trouvée par expérience et pour laquelle la commutation est bonne.
  - La chute de tension au contact diminue quand la pression du balai augmente. Il faut donc que la pression soit rigoureusement la même Pour chacun des balais d’une même machine, afin de répartir uniformément le courant dans les balais.
  - L est donc prudent de mesurer la pression sur les balais à l’aide d’un Petit dynamomètre.
  - Quant aux intensités, elles varient de ;
  - 5 à 7 ampères par centimètre carré pour les qualités dures.
  - 6 à 10 — — pour les qualités moyennes.
  - 10 à 15 — — jpour les qualités tendres.
  - 15 à 30 __ — pour les qualités carbo-métalliques.
  - ÿ ^ ^
  - ALTERNATEURS
  - ^°us avons passé rapidement en revue les machines génératrices de c°urant continu; ilnous faut maintenant étudier les génératrices de courant aLernatif, auxquelles on donne le nom d'alternateurs pour les distinguer des dynamos produisant le courant continu.
  - Au début de ce chapitre, nous avons montré comment le courant alter-*?a*if Se présentait d’une façon presque intuitive lorsque l’on reliait à Ux bagnes circulaires sur lesquelles frottent les balais, un circuit c nqne fermé tournant dans un champ magnétique. Il suffit donc, pour ç lr un courant alternatif, de remplacer le collecteur à lames d’une machine Quinte par exemple par un collecteur formé de deux bagues reliées à deux lres diamétralement opposées.
  - le ^XLbcitons ce point avec quelques détails : pour plus de simplicité dans es %ures, nous considérerons le cas d’un anneau Gramme tel que celui ^Présenté figure 259 ; il comprend, par exemple, douze bobines A, B...L, deux points opposés a et b de l’enroulement (supposés sur la ligne e^tre dans la figure) sont reliés aux deux bagues du collecteur.
  - ^ ans cette position, la force électromotrice est maximum, et les tensions ^ Slx bobines de droite s’ajoutent. Quand l’anneau a tourné d’un douzième e tour, les connexions sont venues en ax et bx ; dans cette position, les ^nqibobines occupant maintenant les positions B, C,;D, E, F ont leurs forces r°rnotrices de même sens, mais la bobine qui au début était en F fiUl est maintenant en G a passé à gauche de la ligne neutre et sa force
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- - 320
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - électromotrice a changé de sens. La différence de potentiel entre les balais sera donc moindre que dans la première position.
  - Quand l’anneau aura tourné d’un quart de tour, c’est-à-dire quand les connexions seront venues en as, b3, on constate facilement que l’action des trois bobines occupant les positions D, E, F est équilibrée par celle des bobines se trouvant en G, H, I ; la force électromotrice est nulle.
  - En continuant la rotation, on trouve de même que cette force électromotrice devient négative, passe par un maximum absolu lorsque a est
  - Kg. 259. Fig. 260.
  - venu en a6 (ou b) et b en b& (ou a), puis décroît, s’annule quand a est venue en b3 (et b en a3) et finalement croît jusqu’à la valeur initiale apreS une rotation complète.
  - Ainsi donc, dans l’alternateur bipolaire simple que nous venons d’envisager, la période n’est complète qu’après un tour entier de l’anneau; en un mot, la fréquence est égale au nombre de tours n de l’induit par seconde.
  - Remarquons qu’on arrive au même résultat en raisonnant sur un enroulement en tambour tel que celui de la figure 260. Dans la position repre-sentée qui correspond à celle de la figure 259, la force électromotrice est maximum.
  - Supposons maintenant que l’on considère une dynamo à quatre pôles. On réunit alors aux deux bagues non plus deux points opposés de l’enroulement, mais quatre points situés aux deux extrémités de deux diamètres rectangulaires. Autrement dit, on peut considérer qu’à l’alternateur simple précédent, on en juxtapose un second à 90° du premier. -
  - Cet alternateur à quatre pôles aura, par exemple, vingt-quatre bobines réparties régulièrement sur la périphérie de l’anneau, A, B... X, Y (fig. 261)-Les points opposés a, b, et c, d sont reliées aux deux bagues du collecteur. En raisonnant sur les six bobines A, B, C, D, E, F, on voit que lorsque l’an-
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- - 321
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - neau a tourné d’un vingt-quatrième de tour, la bobine F est venue en G, donc sa force électromotrice est opposée à celle des cinq autres ; après deux vingt-quatrièmes de tour, deux bobines sont venues se placer en ^ et H, diminuant ainsi la force électromotrice ; quand A sera venu dans la position D, c’est-à-dire après trois vingt-quatrièmes ou un huitième de tour, la force électromotrice sera nulle. On verra facile-uient de même qu’elle sera maxima et de signe °Pposé après un quart de tour, s’annulera après trois huitièmes de tour, redeviendra maxima de mênie signe qu’initiale-ment après un demi-tour. C’est dire que la Période sera complète en un demi-tour.
  - Le résultat est géné-ralî si on a 6, 8... 2 p Pôles, le nombre des périodes par tour sera de 4--- p, égal à la moi-rié du nombre des pôles, ria machine fait tî tours Par minute, la fréquence Fig. 261.
  - 11 courant sera np.
  - Remarquons que nous n’avons rien modifié à l’enroulement de l’an-neau Gramme ordinaire ; en particulier, la force électromotrice dans chaque ^Pire reste la même (en négligeant la réaction d’induit). Donc,si on conserve collecteur à lames en même temps que l’on installe les bagues, on pourra ferrie recueillir sur les lames du courant continu. La machine sera donc ^cuératrice à la fois de courant continu et de courant alternatif. Bien plus, do- *ance du courant continu dans cette machine, l’induit tournera et ^ nera du courant alternatif dans le circuit extérieur relié aux bagues.
  - °üs dirons plus loin quelques mots de ces machines, appelées commu-tcitrices.
  - % % %
  - ans Rs alternateurs précédents, les groupes de bobines sont reliés Parallèle ; si on les réunit en tension, on obtient une force électromotrice
  - Iqneron. — Électricité, 21
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- - 322
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - double dans les induits bipolaires, quadruple dans les induits tétçapo-laires, etc.
  - Il suffit, pour s’en rendre compte, de reprendre le cas simple de l’alternateur bipolaire à douze bobines. On relie à une bague le commence-
  - L ; A
  - -4-K-
  - Fig. 262.
  - Fig. 263.
  - ment a de la première bobine ; le bout de la dixième bobine F est relis avec le bout finissant de la dernière bobine L, et le bout commençant de la septième bobine G est connecté à la seconde bague (fig. 262).
  - Dans les six bobines de droite, la force électromotrice est de même sens,
  - et elle est de signe oppose dans les six bobines de gau-che. En reliant ces deux groupes comme nous l’avons dit, les forces électromotri-ces s’ajoutent.
  - Il est facile de voir, en raisonnant comme précédemment, que l’on obtient bien encore un courant alternatif, ayant une période par tour, mais dont la force électromotrice maxima a une valeur double de celle de l’alternateur à bobines en parallèle.
  - On obtiendrait le même résultat en enroulant les deux moitiés de l’anneau en sens inverse» comme l’indique la figure 263. Dans ces conditions, les forces électrom0' trices s’ajoutent encore, ainsi que le montre le sens des flèches sur la figure.
  - Fig. 264.
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 323
  - Dans le cas d’un alternateur tétrapolaire, les quatre groupes de bobines I, IH; yj VU (fig. 264) sont enroulés alternativement dans un sens dans l’autre. Leurs forces électromotrices s’ajoutent et on obtient finalement une force électromotrice maxima quatre fois plus grande que celle de l’alternateur simple correspondant.
  - Remarquons à propos de cet enroulement que l’on ne peut plus recueillir fie courant continu à l’aide d’un collecteur monté sur la machine. Pour i’excitation des électro-aimants, il faudra donc avoir recours aune source extérieure de courant continu, qui est en général une petite dynamo auxiliaire, dite excitatrice, calée sur l’arbre même de l’alternateur.
  - L enroulement en tambour est le plus fréquemment employé pour ^es alternateurs comme pour les dynamos. On le déduit très simplement
  - 265. — Montage en quantité.
  - Fig. 266. — Montage en série.
  - Ce Çue nous venons de dire. Il comprend autant de bobines montées p surtace extérieure des cylindres qu'il y a de pôles à la machine. On leU associer soit en quantité (fig. 265), soit en tension (fig. 266). Dans çj, breiuier cas, la force électromotrice de l’alternateur est égale à celle fie ^ k°^ne > dans le second, elle est n fois plus grande, n étant le nombre , lnes. Les figures permettent, en raisonnant comme précédemment, cfir cornment varie la force électromotrice. Les flèches indiquent la cLon du courant dans la position représentée.
  - r)r^l*ern&teurs à inducteurs tournants
  - dontnous
  - Dans* les alternateurs venons de décrire sommairement le fonctionnement, ce sont les
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- - 324
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - nducteurs, c’est-à-dire les champs magnétiques, qui sont fixes, et les induits constitués par les bobines qui sont mobiles. Mais il est bien évident que rien ne s’oppose à ce que ce soit l’inverse qui ait lieu, et le résultat final sera le même.
  - Or, dans les alternateurs de grosse puissance, destinés à l’alimentation des réseaux, il est intéressant de produire le courant à un potentiel aussi élevé que possible, de l’ordre de quelques milliers de volts par exemple-Nous verrons, en effet, que le transport à distance de l’énergie électrique n’est économique et même réalisable pratiquement que lorsque la tension est élevée.
  - Comme, d’autre part, il est plus facile d’isoler des bobines fixes que des bobines en mouvement, que l’isolant s’y conserve mieux, que les collec-
  - teurs et les balais sont difficiles incertain pour des forces électromotriccs considérables, on adopte P°ur les alternateurs de grande puissance et de forte tension la disposai011 inverse de celle que nous avons rencontrée jusqu’ici ; l’induit bobiné en tambour est fixe, et c’est l’inducteur alimenté par du courant continu fiul tourne.
  - Vérifions rapidement que, dans ces conditions, le résultat final est bien encore le même.
  - 1 le
  - Considérons, par exemple (fig. 267), un électro-aimant NS auque courant continu d’excitation est amené par deux bagues, qui tournent l’intérieur d’un tore sur lequel se trouvent bobinés deux enroulements et B disposés à 180° l’un de l’autre et reliés entre eux comme l’indifi1^ la figure. On voit immédiatement que, pour chaque rotation comp ^ de l’électro-aimant, le courant induit recueilli aux bornes fixes P, ?
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 325
  - un courant alternatif dont la période est égale à la période de révolution de l’électro-aimant. Nous aurons donc l’équivalent de l’alternateur bipolaire précédemment étudié.
  - De même, si on emploie deux électro-aimants tournants calés à 90° l’un de l’autre se déplaçant devant quatre bobines couplées comme l’indique la figure 268, on aura réalisé un alternateur tétrapolaire et, pour une rota-
  - ;
  - p p’
  - 3 1
  - Fig- 269. — Enroulement imbriqué.
  - Fig. 270. — Enroulement ondulé.
  - liun complète de l’inducteur, on recueillera aux bornes P et P' deux Périodes complètes du courant alternatif. Le résultat est d’ailleurs général.
  - r\ y 0
  - n n utilise pas l’enroulement en anneau et on le remplace par l’enrouent en tambour. Dans cet enroulement, chaque conducteur actif situé en face d’un pôle nord à un instant donné est relié à un conducteur qui, fU rn®rne instant, est situé dans une position correspondante par rapport a pôle sud, ou inversement.
  - p
  - -omme nous l’avons vu dans 1-étude des enroulements des dynamos,
  - Peut soit aller chercher le conducteur équivalent en revenant en arrière, eU ^0rmant une boucle : on a alors Y enroulement imbriqué, ou au contraire
  - Progressant toujours dans le même sens : on a dans ce cas Venroulement °ndulé.
  - °Ur représenter les enroulements d’une façon schématique, on fait j.-J11016 dans le cas des dynamos. On suppose que l’on fend l’induit exté-suivant une génératrice et le déroule sur le plan du tableau en indi-obt' 6n m^rne temps la position des pôles nord et sud des inducteurs. On ^ lent alors des schémas de bobinage analogues à ceux des figures 269 irnb° ^ ^onnen^ Pour un alternateur tétrapolaire les deux enroulements %<me et ondulé. Les conducteurs se raccordent aux extrémités de la
  - gUre> en 1, 2 3 D’ ’ ô‘
  - yot0 Une ^aÇorVgénérale, on appelle la partie fixe stator et la partie mobile ^es noms sont préférables à ceux d’inducteur et d’induit, puisque,. arit les cas, l’inducteur peut être rotor ou stator.
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - Les alternateurs polyphasés, qui donnent non plus un seul courant alternatif dans un circuit extérieur à deux fils, mais deux, trois, etc., courants alternatifs de même période, mais décalés l’un par rapport à l’autre
  - de -? - dans deux, trois... circuits extérieurs, se déduisent très simple-2 3
  - ment de l’alternateur monophasé que nous venons d’étudier.
  - En effet, reprenons, pour plus de simplicité, l’alternateur monophase à inducteur tournant de la figure 267, et supposons que nous enroulions
  - 11 X nt\
  - . — Alternateur
  - triphasé.
  - — Alternateur Fig. 272. — Alternateur triphasé. Fig. 273. diphasé. 1
  - deux bobines A2, B2 reliées entre elles comme le sont les bobines et Bi> mais disposées à angle droit par rapport à ces dernières. Nous aurons ainsi constitué un alternateur diphasé ou, si l’on veut, nous aurons, réunis en une seule machine, deux alternateurs monophasés qui auront alors même inducteur (rotor), même carcasse de stator, les bobinages seuls des deux machines conservant leur individualité.
  - Il est bien évident que nous recueillerons aux bornes P2, P'2 un courant alternatif de même puissance que le courant produit aux bornes Pi» ^ v
  - mais décalé de - par rapport a ce dernier (fig. 271).
  - Si maintenant nous juxtaposons de la même manière trois alternateurs monophasés, il faudra alors décaler les trois groupes de bobines A\&v A2B2, A3B3 de 1200 l’un par rapport à l’autre. On obtiendra alors
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  - 327
  - disposition de la figure 272. On voit qu’entre deux bobines A, il y a une bobine B. Les courant recueilli dans chacune des trois lignes aux bornes b*i. P'j, P2, P'2, P3, P'3 sera encore du courant alternatif de même période que celui des deux autres lignes, mais décalé d’un tiers de période en avant ou en arrière par rapport à lui.
  - Remarquons d’ailleurs que l’on pourrait encore grouper les circuits d’une autre manière. Au lieu d’avoir entre les trois bobines Av A2, A3 des bobines inverses B3, B2, B! intercalées, on pourrait les placer sur l’enduit dans l’ordre A1}A2,A3, B^B^Bs, comme l’indique la figure 273. Rans ces conditions, le temps nécessaire pour que le flux issu d’un pôle balaie les conducteurs des trois bobines est égal à une demi-période ; les trois courants engendrés sont alors décalés d’un sixième de période, comme le montre la figure 273. Le décalage, au lieu d’être 120°, est 6o°.
  - * * *
  - On peut répéter les mêmes raisonnements lorsque les machines sont Multipolaires ; la complexité seule des graphiques est accrue. De même,
  - s O s
  - Fig, 274. — Schéma d’un alternateur triphasé tétrapolaire.
  - °n aurait pu raisonner, non sur les enroulements en anneau, qui ne sont Plus employés, mais sur les enroulements en tambour.
  - Sans insister sur ce point, nous donnons simplement dans la figure 274 R schéma, à gauche, d’un alternateur triphasé tétrapolaire à induit en aiMeau et, à droite, la réalisation de la machine correspondante avec enroulement de l’induit en tambour en étoile comportant quatre encoches Par bobine et par pôle, soit quarante-huit encoches au total.
  - Cet enroulement est réalisé de la façon suivante. Le fil Pj est relié à * extrémité 4 de l’une des bobines dont le conducteur sort par la face
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- - 328
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - arrière de l’armature, va de là dans l’encoche 13, ressort en avant, passe dans l’encoche3, puis dans l’encoche 13, ensuite dans les encoches 2 et i5> et finalement 1 et 16. L’ensemble équivaut à la paire de bobines AjBj de la figure de gauche. De l’encoche 16, le fil va à l’encoche 28 et passe successivement par les encoches 28-37, 27-38, 26-39, 25-40, équivalent à l’ensemble des bobines A12B12. Le fil sort en 40.
  - On suit de même les bobinages correspondant à la deuxième et à la troisième phase. Remarquons d’ailleurs que des encoches correspondantes, comme 4 et 13, peuvent contenir non pas un seul conducteur, comme nous l’avons supposé, mais une véritable bobine à un grand nombre de tours de fil.
  - * * *
  - Nous avons vu que la fréquence du courant alternatif produit est égale à la période de rotation dans une machine bipolaire, double dans un alternateur tétrapolaire, etc. Comme, pour les applications pratiques, en particulier pour l’éclairage, il faut que la fréquence soit comprise entre 4°
  - Fig. 275. — Disposition des pôles inducteurs et des induits dans les alternateurs de grande puissance.
  - et 50 par seconde, les vitesses de rotations des alternateurs devraient etre de 3000 tours par minute pour les alternateurs bipolaires, 1 500 t°urS pour les tétrapolaires, etc. Bien que ces vitesses soient facilement obtenues avec les turbines à vapeur, lorsque la force motrice est fournie par des machines à vapeur à piston ou des turbines hydrauliques, on ne peut réaliser des vitesses de rotation aussi considérables. On est alors conduit à augmenter le nombre des pôles, par suite aussi le nombre des bobines induites et, pour pouvoir loger les enroulements, à donner à l’alternateur de grandes dimensions diamétrales.
  - Le rotor se présentera alors comme une grande roue portant les électroaimants à sa partie périphérique, et le stator portera les bobines plates logées dans des encoches (fig. 275).
  - * * *
  - Il peut sembler que, pour recueillir le courant produit par un alternateur triphasé, il faille six conducteurs, soit trois lignes doubles. Mais, comme
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 329
  - le montre l’étude théorique des courants alternatifs, on peut ramener ce nombre à trois par un groupement convenable des enroulements et des circuits, en s'appuyant sur la propriété des courants triphasés d’avoir une somme nulle à chaque instant, c’est-à-dire qu’à chaque instant un des courants fait équilibre aux deux autres et leur sert de circuit de retour.
  - On peut grouper les enroulements de deux façons différentes : soit en étoile, soit en triangle.
  - Dans le groupement en étoile (fig. 276), les trois enroulements ont
  - chacun une de leurs extrémités reliée à un point commun appelé point neutre.
  - Dans le groupement en triangle (fig. 277), le fil de sortie de chaque enroulement est relié au fil d’entrée de l’enroulement voisin et les fils de hgne partent dçs trois points de jonction.
  - I
  - * *
  - Comme dans le cas des dynamos, il faut tenir compte, dans l’établissement des alternateurs, de certains phénomènes électriques Gt magnétiques. Nous n’en dirons que quelques mots.
  - La réaction d’induit, c’est-à-dire l’ensemble des causes qui font baisser la tension entre la marche à vide et la marche en charge, peut être divisée en deux parties. Lorsque l’induit est parcouru par un courant, Un certain nombre de lignes de force qui en émanent se ferment dansl air, tandis que les autres, passant par les inducteurs eux-mêmes, en modifient Phis ou moins l’état d’aimantation. Les calculs sont assez pénibles, car on ^nore la loi exacte de combinaison des forces magnétomo rices produites dans les inducteurs et dans les induits d’un alternateur donné.
  - La chute de tension aux bornes dépend également de la self-induction du circuit d’utilisation.
  - Quand celle-ci est faible, ce qui est le cas dans des réseaux d’éclairage,
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- - 330 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - la réaction d’induit détermine simplement une oscillation du flux inducteur alternativement augmenté et diminué. Quand la self-induction du circuit est notable, le courant est en retard sur la force électromotrice, les oscillations du flux inducteur autour de sa valeur moyenne ne se compensent plus et le champ résultant est affaibli, d’où baisse de tension qui, dans certains cas, peut atteindre et même dépasser 20 p. 100. Le plus souvent, on maintient la tension constante au moyen d’un rhéostat de champ ajoute à l’excitatrice : on augmente l’intensité d’excitation au fur et à mesure que la charge de l’alternateur augmente.
  - * * *
  - Comme dans le cas des dynamos, deux caractéristiques sont utiles à connaître dans les alternateurs. Ce sont :
  - La caractéristique à circuit ouvert qui donne la tension aux bornes en fonction du courant d’excitation. Sa forme est facile à fournir : ce sera, comme pour les dynamos, une courbe semblable à celle du magnétisme de la machine (fig. 278).
  - 2° La caractéristique externe qui, pour une excitation déterminée, donne la différence de potentiel aux bornes de l’alternateur en fonction
  - /'y
  - ampères d'excitation
  - Fig. 278. — Caractéristique à circuit ouvert.
  - ampères débités dans le circuit
  - Fig. 279.. — Caractéristique externe.
  - du courant débité dans une résistance extérieure sans self-induction-Cette courbe montre que la tension baisse assez rapidement quand l'intensif é augmente (fig. 279), de sorte que, lorsqu’un alternateur est mis en court-circuit, l’intensité du courant qu’il débite ne dépasse souvent paS trois à quatre fois sa valeur normale. Il en résulte qu’une mise momentanée
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 33i
  - en court-circuit d’un alternateur ne produit pas les désastres habituels que l’on observe dans les dynamos. Par contre, la mise brusque d’un alternateur hors du réseau peut produire, à cause de la self-induction importante de la machine, des tensions induites amenant la formation d’étincelles susceptibles de détruire les isolants.
  - 3° Aux deux courbes précédentes, il est donc intéressant d’en ajouter une troisième : la caractéristique en court=circuit, qui donne, en fonction de l’intensité d’excitation, la valeur du courant de court-circuit de l’alternateur.
  - * * *
  - La puissance des alternateurs, comme nous l’avons vu dans l’étude des courants alternatifs, dépend du circuit extérieur qui intervient pour produire un décalage entre la force électromotrice et l’intensité y circulant. Si cp est l’angle de décalage du courant sur la force électromotrice, E la force électromotrice efficace et I l’intensité efficace, la puissance débitée est ;
  - W = El cos op.
  - On voit donc que l’on ne peut parler de la puissance d’un alternateur, puisqu’elle dépend de la valeur du cos cp de l’installation. Aussi les conducteurs ont-ils adopté pour la puissance nominale ou apparente celle qui correspond à cos ? = 1 (facteur de puissance usité). On l’exprime en kilovolts-ampères, K VA. Au contraire, la puissance vraie ou effective pour uue installation donnée s’exprime en kilowatts.
  - * * *
  - Couplages. — On a souvent besoin, dans les usines génératrices, de coupler plusieurs alternateurs. On ne les associe qu’en parallèle, car °n sait construire sans difficulté des alternateurs donnant des tensions aussi élevées qu’on le désire et, de plus, les transformateurs permettent d élever le voltage à volonté. On démontre d’ailleurs que le couplage en sérié est pratiquement impossible : deux alternateurs ainsi groupés tendent a se mettre en opposition, c’est-à-dire en parallèle.
  - Le groupement des alternateurs en parallèle nécessite que plusieurs c°nditions soient réalisées. Il faut que les alternateurs au moment du couplage aient même force électromotrice, même fréquence et par suite tertre vitesse ; enfin, que leurs phases soient opposées l’une à l’autre, mais en concordance avec celle du circuit extérieur.
  - Quand le couplage est réalisé, il est stable. En effet, si l’un des alter-
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- - 332
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - nateurs tourne plus vite que l’autre, par suite de la variation du couple moteur de la turbine ou de la machine à vapeur qui l’entraîne, sa tension s’élève et il fournit du courant et de l’énergie à l’autre alternateur qui fonctionne alors partiellement en moteur. La vitesse de ce second alternateur augmente donc, ce qui fait diminuer celle du premier, et l’égalité se rétablit automatiquement.
  - Pour coupler un alternateur B avec un autre A déjà en service, on
  - T T T T TJ
  - circuit extérieur
  - Fig. 280. — Couplage de deux alternateurs. Fig. 281. — Indicateur de phase.
  - commencera donc par faire tourner à vide B jusqu’à ce que sa vitesse de rotation soit la même que celle de A ; on règle ensuite l’excitation de B de façon à lui faire produire la même force électromotrice. Ensuite, on attend que les deux alternateurs soient en concordance de phase et on ferme l’interrupteur I.
  - * * *
  - Pour saisir le moment où cette dernière condition est remplie, on se sert
  - d'indicateur de phase.
  - L’indicateur de phase peut être constitué par deux lampes à incandescence ordinaires l, V, montées en série entre les bornes P'j, P2 des deux alternateurs dont les deux autres bornes Px, P'2 sont également réunies par un fil ab (fig. 280).
  - Si les deux alternateurs sont en synchronisme et en concordance de phase avec la ligne (en opposition entre eux), à chaque instant les pôles Px et P2 sont de même signe, ainsi que les pôles et P'2 . Dans le circuit aèP'aP^cP'jPjÆ, les machines sont donc à chaque instant montées en série et les forces électromotrices, ayant même phase, s’ajoutent, de sorte que les lampes l et V brillent d’un vif éclat.
  - Si, au contraire, les fréquences sont légèrement différentes, on constate des oscillations dans la lumière émise par les lampes l et l' qui s’éteignent,
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 333
  - Puis se rallument, le nombre des allumages par seconde étant égal à la différence des fréquences. Le phénomène est l’analogue de celui des battements en acoustique.
  - On règlele second alternateur jusqu’à ce quela lumière reste fixe pendant quelques secondes, et on couple à ce moment.
  - Au lieu d’employer cette méthode dite de couplage à l’allumage. °n peut coupler à l’extinction, en reliant alors par le conducteur ab les Pôles Px et P2 et par le conducteur cd et les lampes l, l', les pôles P'j et PC.
  - On peut également se servir d’appareils spéciaux dits fréquencemètres de couplage Ils sont constitués par des électro-aimants parcourus Pur le courant alternatif en face desquels peuvent vibrer.de petits équipages magnétiques dont la durée d’oscillation propre varie de 90 à 105 oscillations par seconde par exemple. Lorsque le courant alternatif passe dans ^es électro-aimants, l’équipage mobile dont le nombre de vibrations par seconde correspond au nombre des changements de pôles, c’est-a-dire au double de la fréquence du courant, se met à vibrer, tandis que les autres équipages restent immobiles. Un voyant monté sur les équipages et se déplaçant devant une graduation permet de reconnaître quelle est la fréquence du courant. Dans le cas de la figure 281, elle est de 5°-
  - En associant deux séries de ces dispositifs, on suit la marche des deux abernateurs à coupler. Si, en plus, une troisième série de dispositifs °scillants est alimentée par les courants des deux machines, ils indiqueront E concordance des phases lorsque les équipages se mettront en vibration.
  - Ee nombreux autres dispositifs, à plusieurs lampes, par exemple, s allumant dans un ordre qui dépend de la vitesse relative des alterna-*eurs à coupler, sont également employés, mais leur étude ne présente ^ intérêt que pour les techniciens.
  - * * *
  - Construction des alternateurs.
  - Il n
  - nous reste à donner quelques indications sur la construction des alter-Ilateurs. Ceux-ci, comme nous l’avons vu, sont composés de deux Parties : le stator et le rotor. En général, le stator est l’induit et le rotor
  - inducteur.
  - fe ^ stator> qni porte les bobines d’induit, est formé d’une couronne ^mlletée, afin d’éviter les courants de Foucault. Les tôles découpées et ^ Çonnées forment après leur réunion des rainures ou des trous, analogues Ceüx la figure 256, dans lesquels passent les conducteurs des induits :
  - 21*
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- - 334
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fig. 282. — Alternateur T. H. de 420 KVA, 750 tours-minute, 520 volts. Vue du stator bobiné.
  - fils ou barres de cuivre. Ces encoches ont le même rôle électrique que celles que nous avons rencontrées dans les induits de dynamos. En général, d’ailleurs, on emploie les encoches ouvertes, qui permettent le façonnage des bobines sur gabarit et le montage rapide.
  - Le rotor est constitué par des tôles feuilletées montées sur un volant en
  - Fig. 283. — Vue du rotor de l’alternateur précédent.
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 335
  - fonte. Le bobinage est réalisé soit à l’aide de fil, soit à l’aide de barres de cuivre isolées et fortement serties dans des encoches.
  - * * *
  - Les alternateurs sont de forme très différente suivant la nature de la force motrice qui les actionne.
  - Dans le cas des turbines à vapeur, où la vitesse de rotation est de l’ordre de I 500 tours par minute, il suffit d’avoir un induit tétrapolaire pour
  - Fig. 284. — Alternateur 2700 KVA, 500 tours-minute, 50 périodes. Vue du rotor.
  - obtenir la fréquence demandée. Mais cette vitesse de rotation considérable impose de ne donner à l’induit que des dimensions diamétrales peu considérables, et par suite la machine se développe en profondeur. Inversement, lorsque l’entraînement est réalisé par des turbines hydrauliques à faible vifesse de rotation, ou des moteurs genre Diesel, il faut multiplier les Pôles inducteurs, par suite les bobines induites, et 1 alternateur atteint des dimensions diamétrales considérables, son épaisseur, par contre, ne dépassant guère celle d’un volant de machine ordinaire.
  - Lnfin,
  - suivant 1g type de turbine employé, 1 uxo de r*oftition peut ^ffe Vertical ou horizontal, ce qui conduit à des modifications importantes dans la construction de l’alternateur.
  - ^ussi nous contenterons-nous de donner quelques indications sommaires
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- - J36 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sur les divers types d’alternateurs que l’on rencontre couramment. Les figures 282 et 283 représentent un alternateur de puissance moyenne 1 420 K VA, de vitesse de rotation faible : 750 tours-minute, le voltage étant de
  - COUPE SUIVANT CD COUPE SUIVANT AB
  - Çl AXE EN AXE
  - a a ce 0
  - ; SOL DE LA SALLE O
  - / 6 200
  - Fig. 285. —Alternateur i 875 KVA, 125 tours-minute, 5 500 volts Thomson.
  - 520 volts. L’inducteur a huit pôles, que l’on voit nettement ; sur la figure représentant l’induit, on distingue l’enroulement en encoches droites et les évents de ventilation.
  - Lorsque la puissance augmente, la construction devient pluS massive et, comme exemple, nous reproduisons, figure 284, l’inducteur d’un alternateur de 2 700 KVA à 10 500 volts, 50 périodes, à 500 tours-minute, des chemins de fer du Midi. La construction est plus robuste et le refroidissement assuré par l’ajourage des pièces mécaniques supportant les enroulements’ électriques. Le stator est analogue à celui de la machine précédente, aux dimensions près.
  - Lorsque l'entraînement se fait par moteur Diesel ou par turbme à eau, le rotor constitue le volant de l’installation et on cherche à le réaliser de façon à avoir un grand moment d’inertie de la partie tournante. Les vitesses de rotation varient de 125 à 250 tours par minute. La figure 285 montre la coupe et les dimensions d’un alternateur T. H. de 1 875 à 5 500 volts, tournant à 125 tours par minute. La figure 286 montre un
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 337
  - Fig. 286. — Vue d’un groupe moteur Diesel de 1 500 HP, 5 000 volts.
  - tubes de refroidissement dupalier "~-
  - rotor de V alternateur
  - stator de l'alternateur
  - arrivée de l’eau
  - aubes delà
  - turbine
  - £• 287..— Turbine à eau de 10 000 KVA. Diamètre extérieur 12 mètres, poids de l’élément mant 500 tonnes, vitesse de rotation 55,6 tours par minute, charge d’eau 10 mètres.
  - Vigneron.— Électricité.
  - 22
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - groupe moteur Diesel T.-H. de i 500 chevaux. On remarque la faible largeur de la machine proprement dite, la couronne perforée qui est montée sur le stator servant simplement à garantir les enroulements contre les accidents extérieurs. On aperçoit également, en bout de chaque alternateur, montée sur le même arbre, la dynamo génératrice du courant excitateur du rotor.
  - Lorsque l’on emploie les turbines à eau, celles à axe vertical sont les plus avantageuses pour les grandes puissances. En effet, les grandes dimensions des organes tournants compliqueraient l’installation
  - Fig. 288. — Vue d’un alternateur vertical 56 pôles, 5 720 KVA, 107 tours-minute, 0 200 volts
  - (Thomson-Houston).
  - et, au point de vue mécanique, la dissymétrie des efforts de pesanteur sur les points d’appui a fait renoncer aux dispositifs à axe horizontal.
  - La ligure 287 montre le schéma d’un générateur de 10 000 KVA-A la partie inférieure se trouve la turbine hydraulique avec ses dispositifs de réglage. A la partie supérieure, l’alternateur, dont l’axe vertical est solidaire en A de celui de la turbine, est constitué par une énorme roue (dont le diamètre atteint parfois 12 mètres), portant les inducteurs en grand nombre. Cette roue tourne en regard des bobines induites logées dans un énorme bâti en fonte. Tout l’ensemble tournant, rotor et partie mobile de la turbine, est suspendu par un palier situé à la partie supérieure de l’appareil. La figure 288 montre la carcasse du stator.
  - Malgré la faible vitesse de rotation réalisée (50 à 60 tours par minute
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- - 339
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D'ÉLECTRICITÉ
  - dans l’exemple considéré, qui est celui d’une unité de ioooo KVA), le poids
  - considérable de la masse en mouraient (500 tonnes environ) nécessite des soins spéciaux pour la construction de ce palier. Pendant la Marche normale, la réaction de la turbine peut, dans une certaine mesure, équilibrer le poids du groupe, mais le démarrage et l’arrêt restaient la source d’ennuis qu’un graissage d huile, même sous pression, ne permettait pas toujours d’éviter.
  - L’emploi, pendant ces dernières années, de paliers de butée, genre Lingsbury ou Michell, a permis de résoudre toutes ces difficultés de la façon la plus parfaite et d’obtenir
  - F’
  - 1^5' 29o. -— Montage des pôles du stator.
  - Sottement
  - Fig. 289. — Palier à ressorts pour génératrice à axe vertical.
  - un fonctionnement continu offrant toute sécurité. Les coussinets sont partagés en segments qui peuvent pivoter chacun autour de leur point d’appui et prendre d’eux-mêmes, par rapport au disque mobile, une position oblique stable;; cette disposition permet d’obtenir, par suite de la rotation, une mince couche d’huile entre les deux surfaces, uniquement par l’adhérence de l’huile aux surfaces, sans qu’il soit nécessaire de graissage sous pression. Ces paliers sont remarquables par les grandes charges qu’ils sont capables de supporter, par la petitesse du coefficient de
  - et par leur faible encombrement.
  - f-^ns d’autres cas, on utilise un palier à ressorts comme celui représenté
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- - 34°
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - sur la figure 289, qui permet de se rendre compte de son fonctionnement. Les surfaces de frottement sont noyées dans un bain d’huile et une circulation d’eau froide entoure te palier afin d’éviter son échauffc-ment.
  - Enfin, pour des unités de puissance supérieure à 10 000 KVA, la turbine à vapeur est la seule source de force motrice utilisée. L’alternateur a donc son axe horizontal et, si son diamètre est relativement petit, ses dimensions transversales sont plus importantes.
  - Les figures 290 et 291 montrent la confection du stator d’un
  - alternateurT.-H.de 15000 KVA, 13 200 volts, triphasé, 25 périodes, tournant à 1 500 tours par minute. On voit comment on presse les tôles qui forment un stator, ainsi qne la confection du bobinage. Quant au rotor, la figure 292 montre au premier plan l’opération du pressage des barres de cuivre dans tes
  - Fig. 291. — Bobinage du stator.
  - Fig. 292. — Montage du rotor. On voit les colliers servant à serrer les barres dans les encoches-
  - Au fond, un rotor terminé.
  - encoches à l’aide de colliers de serrage, suivant une méthode dont nous avons déjà parlé précédemment. Au second plan, on aperçoit un rotor équipé.
  - Pour terminer la description des alternateurs, nous donnerons quelqueS renseignements sur les alternateurs tétrapolaires 50 périodes de 40 000 KVA installés par la Société alsacienne de constructions mécani<lueS à l’usine de Gennevilliers, que nous décrirons ultérieurement comnte
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D'ÉLECTRICITÉ
  - 34i
  - exemple d’installation de centrale moderne. La figure 293 donne une eoupe transversale de l’alternateur dont la vue d’ensemble est représentée figure 294 ; la figure 295 montre l’enroulement du stator ainsi que le rotor en cours de montage.
  - Le rotor est constitué par des tôles en acier de 4 millimètres d’épaisseur, Portant quarante-huit encoches servant à loger l’enroulement et deux
  - Fig. 293.
  - pa^C^eS V^es au de chaque pôle pour limiter le flux issu de cette
  - ^ e et donner une forme convenable au champ, enroulement comprend 138 spires par pôle (23 conducteurs par ch Cilel'^e courant normal d’excitation prévu étant de 470 ampères en ce r^e> ^sistauce à chaud de l’enroulement inducteur est de 0,48 ohm* pUl c°rrespond à une tension d’excitation de 225 volts, fo <^llr ^ r0frigération du rotor, à chaque extrémité un plateau en acier sur l’arbre supporte un ventilateur débitant 18 mètres cubes v a la seconde. On le voit très nettement sur la figure 294. L’air de rot atlon suh deux chemins différents : une partie de l’air entre dans le j, Par des canaux fraisés dans l’arbre, d’où il est distribué aux évents ; Utre partie entre par des trous ménagés dans les plateaux de support
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- - 342
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - des ventilateurs, pénètre entre les parties frontales des bobines et s’échappe par des échancrures fraisées dans les plateaux de serrage.
  - L’air chaud, au sortir de l’alternateur, est chassé dans un réfrigérant situé dans l’alternateur. Les tubes de refroidissement sont parcourus par l’eau de condensation des turbines à vapeur. Elle s’y échauffe d’environ 6 degrés et la différence de température entre l’air chaud et l’air refroidi varie de 17 à 24 degrés. Entre l’air et l’eau à leur sortie du réfrigérant, la
  - Fig. 294. — Un groupe turbo-générateur de 40 000 chevaux de la centrale de Gennevillierî On aperçoit à l’arrière le ventilateur servant à la réfrigération.
  - différence des températures n’est que de 3 degrés environ, ce qui montre ie bon rendement de l’appareil. Comme l'eau de condensation est ensuite utilisée pour alimenter à nouveau les chaudières, la récupération de chaleur ainsi obtenue est loin d’être négligeable.
  - Ajoutons que le poids total du rotor est de 50 tonnes.
  - Le stator est constitué par des tôles maintenues fixées sur la carcasse extérieure par des cales en queue d’aronde. La longueur totale du fer stator, y compris les évents, est de 2m,78. L’enroulement est logé dan-144 encoches et est constitué par des barres de cuivre entourées de mica-Comme le transport de la machine en une seule pièce n’était pas possible et que d’autre part le bobinage ne permettait pas la séparation en deux
  - • riefl
  - la carcasse, l’enroulement a dû être effectué sur place. Nous ne dirons 1 des particularités qu’il présente. Nous ne signalerons que les encoche-dites de fuite (fig.296), qui ont un double but : réduire la valeur du coura de court-circuit en augmentant la réactance du stator et de plus serv de canal pour l’air de refroidissement.
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 343
  - Ce refroidissement est assuré par les ventilateurs placés aux deux extrémités du rotor. L’air circule entre les bobines, dans les canaux de fuite et
  - Fig. 295. — Introduction du rotor dans le stator de la génératrice.
  - azote.
  - dans la carcasse. En cas d’avarie du réfrigérant d’air, la ventilation peut etre faite à circuit ouvert par de l’air extérieur filtré.
  - La ventilation est assurée normalement en circuit fermé, ce circuit étant constitué par l’alternateur et le réfrigérant. L’emploi d’une masse d’air limitée a pour avantages à la fois d’éviter d’une façon certaine tout dépôt de poussières ou d’humidité dans l’alternateur de limiter les risques d’incendies intérieurs, le développement de ceux-ci étant rapidement arrêté par manque d’oxygène. On envisage même, à ce dernier point de Vue> de remplacer la masse d’air de ventilation par de
  - Lour terminer cette brève description, nous dirons fiue le poids total de l’alternateur, y compris son exci-fatrice, est de 155 tonnes, et que le rendement est d’en-vLon 96,5 p. 100 à la charge de 40000 kilowatts avec un facteur de puis-
  - Fig. 296.
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- - 344
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sance de 0,9 et pour la tension normale de 6000 volts, ce qui correspond encore à une perte de plus de 1200 kilowatts, dont la plus grande partie est dépensée sous forme calorifique dans les enroulements induits et inducteurs.
  - * * *
  - Ce dégagement considérable de chaleur dans les organes électriques des alternateurs de grande puissance a conduit à étudier avec un soin tout
  - A, Ventilation naturelle. L’air est pris et rejeté dans la salle de? machines ; B, l’air est pris dans la salte des machines et rejeté à l’extérieur; C, ventilation méthodique. L’air est pris et rejeté à l’extérieur.
  - particulier leur ventilation. Nous allons dire quelques mots de cet important problème, que nous rencontrerons d’ailleurs aussi difficile à résoudre dans le cas des moteurs.
  - Il importe que la température en un point de la machine ne dépasse pas une certaine valeur compatible avec la bonne conservation des isolants ; d’autre part, la puissance d’une machine n’est souvent limitée que par son échauffement et peut être augmentée par un bon refroidissement.
  - L’air est à peu près l’unique réfrigérant employé actuellement. Quatre modes de ventilation peuvent être utilisés :
  - i° L’air pris dans la salle des machines est rejeté ensuite dans cette même salle. En dehors des dispositifs prévus sur l’alternateur lui-même, aucune canalisation supplémentaire n’est nécessaire ;
  - 2° L’air est pris dans la salle des machines et rejeté à l’extérieur aü moyen de canaux ;
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- - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 345
  - 3° La disposition inverse : l’air est pris à l’extérieur au moyen de canaux et rejeté dans la salle des machines ;
  - 4° L’air est pris et rejeté à l’extérieur au moyen de canalisations ;
  - 5° Comme cas particulier, la ventilation peut avoir lieu en circuit fermé, l’air pris et rejeté à l’extérieur parcourant toujours le même cycle.
  - Les deux dispositifs les plus couramment employés sont le premier et le quatrième : la ventilation naturelle pour toutes les machines de moyenne Puissance, la ventilation méthodique lorsqu’il s’agit de grosses unités.
  - La figure 297 résume schématiquement les divers systèmes de ventila-
  - Fig. 298. — Ventilation par air refroidi par circulation d’eau.
  - fi°n. Nous avons vu précédemment un mode de réalisation de la Ventilation en circuit fermé. La figure 298 représente une autre solution fréquemment appliquée en Amérique. L’air est refroidi par des jets d eau, eu sortant de l’alternateur. Cette eau tombe à la partie inférieure de installation et de là retourne à la bâche d’alimentation. Au-dessus, de
  - 1
  - la
  - les
  - nappe d’eau inférieure, on dispose un écran ou un fin tamis pour recueillir Poussières que pourrait contenir l’air et que les pulvérisations d eau °nt captées. Quant à l’air, une fois refroidi, il passe à travers des filtres Asséchants avant de retourner, purifié et froid, à l’alternateur. Ce système est très efficace, la réfrigération très forte, et en même temps l’air, à chaque Passage, se trouve débarrassé de toutes sesimpuretés. Enfin, l’installation esf très peu volumineuse.
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- - CHAPITRE XVIII
  - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - Variations de la consommation des usines électriques. — Interconnexion des centrales. — Le load dispatcher. — Les centrales thermiques. — Description de la centrale de Gen-nevilliers. — La chaufferie. —Divers types de foyers mécaniques. —Disposition générale des divers services. — Les turbines à vapeur: turbines d’action ; turbines de réaction. — Les centrales hydroélectriques. — Les turbines hydrauliques : turbines radiales, turbines axiales, turbines mixtes. — Centrales chimiques ou centrales hydrauliques. — Appareillage électrique des centrales : sectionneurs. — Coupe-circuit haute tension. — Interrupteurs et disjoncteurs. — Interrupteurs à cornes. —- Interrupteurs dans l’huile. —• Conditions de fonctionnement et de commande.
  - L'énergie électrique est produite industriellement dans des centrales à vapeur ou hydrauliques. Nous avons étudié précédemment les générateurs mécaniques d’électricité qui y sont utilisés; il nous faut maintenant dire quelques mots de l’organisation générale des usines électriques.
  - Une des difficultés les plus sérieuses que les ingénieurs aient eu à résoudre tient à Voilure essentiellement variable de la consommation d’énerpe électrique non seulement au cours de l’année, mais aussi au cours d’une même journée. La figure 299 donne l’allure générale de la consommation d’une usine servant surtout à alimenter des réseaux d’éclairage. En hiver, le maximum a lieu de 4 à 6 heures du soir et le minimum vers 5 heures d11 matin. Le maximum absolu est atteint en novembre et le minimum en juillet et août. En général, dans le cours d’une journée, il y a deu-x maxima et deux minima, ne se présentant pas d’ailleurs aux mêmes heures de la journée en toute saison.
  - Si on représente par 100 la demande moyenne annuelle, la charge jour' nalière varie de 40 à 160, avec des maxima qui peuvent atteindre 45° environ. Bien que ces nombres n’aient rien d’absolu, ils sont très expressifs et permettent de se rendre compte des conditions à remplir.
  - Au début de l’exploitation des centrales électriques, la solution adoptée a consisté à installer dans les usines des unités de petite puissance en nombre plus ou moins grand, que l’on met en service ou que l’on arrête suivant la demande du réseau. Il en résulte qu’en général, lorsque l’on pénètre dans une centrale un peu ancienne, on y voit rarement tous les groupes en
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  - action ; un certain nombre servent de groupes de réserve que l’on ne met en marche qu’aux heures de forte charge ; de plus, afin de faire face aux accidents ou aux arrêts nécessités par les réparations ou l’entretien, le nombre des groupes de réserve doit être prévu'plus important.
  - Cette nécessité correspond à une immobilisation de capital, et à une abondance de personnel qui grèvent lourdement le budget de l’exploitation et les frais de premier établissement.
  - La nécessité de pouvoir mettre en circuit l’un ou l’autre des groupes générateurs et de réaliser l’interchangeabilité de toutes les machines complique encore l’organisation de l’usine. Il faut relier tous les alternateurs, par l’intermédiaire d’interrupteurs, à des barres omnibus basse tension auxquelles sont connectés les transformateurs, munis d’interrupteurs, du côté basse tension. On peut ainsi mettre en service les alternateurs et transformateurs que bon désire. Du côté haute tension, une série d’interrupteurs permet de relier les transformateurs aux barres omnibus haute tension d’où partent les lignes de transport, également commandées par
  - interrupteurs. On voit donc l’importance ^ _ AUure de la consommation de l’équipement qu’il faut prévoir. d’une usine électrique.
  - Dans les usines modernes, on tend de plus en plus, d’une part, à supprimer les groupes de réserve et, d’autre part, à donner aux unités la plus grande puissance possible afin de réduire les frais d’installation et d’amé-horer le rendement mécanique. Ce résultat ne peut être atteint que par une Modification profonde des principes mêmes de la distribution d énergie firii est alors caractérisée par Y intercommnnication des diverses centrales.
  - Dans cette nouvelle organisation, une centrale fonctionne à pleine charge 0u pas du tout. Toutes les centrales desservant une vaste étendue de territoire sont réunies les unes aux autres et, grâce à cette mise en commun de leurs ressources, peuvent se prêter une aide mutuelle.
  - Dn organisme central, le load dispatcher, ou répartiteur du réseau, f6uni par téléphone à toutes les centrales, est au courant des besoins
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - instantanés de toutes les lignes et leur donne satisfaction au mieux des disponibilités du moment en envoyant aux diverses usines les ordres nécessaires.
  - Cette méthode est particulièrement avantageuse lorsque le groupement englobe à la fois des usines hydrauliques et des centrales à vapeur. Celles-
  - ci n’ont pas de souplesse de manœuvre, la mise en pression des générateurs de vapeur exige un temps assez long et leur arrêt ne peut être instantané. Au contraire, une simple manœuvre de vannes suffit pour mettre en fonctionnement les usines hydrauliques ; on peut même réaliser à distance leur mise en marche automatique. Dans ces conditions, les centrales à vapeur assureront la production du courant d’une façon permanente, les usines hydrauliques entrant en fonctionnement au fur et à mesure des besoins.
  - Un exemple caractéristique de cette organisation est celui de la Southern California Edison C° de Los Angeles, qui comprend un certain nombre d’usines à vapeur d’une puissance globale de ioo ooo kilowatts et dix-sept usines hydro-électriques disséminées dans la Sierra Nevada et représentant une puissance totale de 120 ooo kilowatts.
  - En France, on applique les mêmes principes dans les installations nouvelles. A titre d’exemple, nous reproduisons, figure 300, le schéma général de la distribution du courant pour l’électrification du chemin de fer d’Orléans (1 650 kilomètres de voies principales). Il montre les liaisons électriques établies entre les usines thermiques delà région parisienne (Genne-villiers, Vitry, Billancourt, etc.) et les usines hydrauliques construites sur
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  - la Creuse et dans le Massif central (Eguzon sur la Creuse, Coindre sur les deux Rhue, la Cellette sur le Chavanon, Vernéjoux sur la Dordogne).
  - Ces liaisons comprennent un double système de lignes à haute tension : l’une à très haute tension (154000 volts) servant à transmettre de grandes quantités d’énergie à grande distance ; l’autre à tension moyenne (88 000 volts) répartissant l’énergie entre les diverses sous-stations de fraction et les postes annexes de transformateurs statiques.
  - La jonction entre ces deux systèmes de lignes sera effectuée en cinq
  - 3oi. — Carte montrant l’interconnexion entre l’usine de Gennevilliers et les grands réseaux français de transport d’énergie.
  - postes principaux : Chevilly, Chaingy, Eguzon, Montluçon et Vernéjoux.
  - La figure 301 montre l’interconnexion des grands réseaux français de fransport d’énergie qui sera réalisée dans un avenir prochain.
  - * * *
  - A titre d’exemple de centrale thermique, nous décrirons sommairement ta centrale à vapeur de Gennevilliers, qui constitue la plus puissante usine génératrice du monde, car sa puissance est de 200 000 kilowatts et sera Portée ultérieurement à 320 000 kilowatts, en indiquant cependant pour chaque partie de l’installation les dispositifs réalisés dans les autres Usines. Cette concentration de puissance en un seul lieu de génération he 1 électricité est extrêmement avantageuse, puisque le prix d installation Par kilowatt est quatre fois plus petit pour une usine de 100 000 kilowatts
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - que pour une petite usine de io ooo kilowatts. De plus, la consommation de charbon est y deux fois plus faible et les dépenses d’exploitation six fois moindres (d’après M. Rauber).
  - L’usine de Gennevilliers produit du courant alternatif triphasé 50 pé-
  - riodes à 6 000 volts que des transformateurs élèvent à 60 000 volts pour le transport à distance. La consommation totale de charbon y est de 1 500 à 2 000 tonnes par jour, ce qui a imposé son emplacement sur les bords de la Seine et à proximité d’un réseau important de chemins de fer-
  - Vv£. joî. — CYiaw-Yù-ves. Y-.'WcaV ot W’Wcdx <.Y.yiv=, Y.y g,va.Yv<\c c\\A\\ftev\.e. (jCyyïycyy\\'w'a'?>.
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 35i
  - Une autre considération extrêmement importante militait également en faveur de cette solution : c’est celle de l’approvisionnement en eau.
  - En effet, pour que les turbines à vapeur aient un bon rendement, il faut qne le vide au condenseur soit aussi élevé que possible, ce qui nécessite un refroidissement brusque de la vapeur à la sortie de la turbine, et par conséquent une consommation d’eau de refroidissement considérable. A Genne-villiers, 10 à 12 mètres cubes d’eau passent par seconde dans les conden-seurs : c’est la moitié du débit de la Seine à l’étiage.
  - L’usine comprend trois bâtiments principaux accolés : la chaufferie, E salle des machines et la salle des tableaux de distribution.
  - La chaufferie comprend des chaudières capables de vaporiser 140 000 kilogrammes d’eau à l’heure et 180 000 kilogrammes en pointe, à une température de 2230, correspondant à une pression de 25 kilogrammes. Cette Pression est de beaucoup supérieure à celles auxquelles travaillaient les chaudières il y a quelques années et qui n’étaient que de 15 à 16 kilo-
  - Fis
  - 303.
  - Dispositif d’ensemble d’un chargeur Taylor monté sur une chaudière Sterling.
  - grammes. D’ailleurs, il semble que l’on continuera dans cette voie et que, dans un avenir prochain, on réalisera des chaudières travaillant à 50 ou 60 kilogrammes de pression, ce qui aura pour conséquence de réduire n°tablement l’encombrement des installations, tout en augmentant leur
  - rendement.
  - , Un tel résultat n’est obtenu que grâce à l’emploi de foyers mécaniques a tirage forcé. La figure 302 montre un groupe de chaudières équipées ^Vec des foyers mécaniques ; une trémie placée à la partie supérieure de fftstallation est alimentée en charbon. Le charbon descend par un conduit
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- - 352
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sur la grille constituée par une sorte de large chaîne sans tin qui tourne lentement et sur laquelle le combustible se répartit en une couche uniforme. La figure 303 permet de se rendre compte du fonctionnement de ces appareils, dont il existe de nombreux modèles. Ils ont le grand avantage de ne pas nécessiter un nombreux personnel de chauffeurs expérimentés et, d’autre part, en faisant varier la vitesse de rotation de lagrille, l’arrivée du charbon et la ventilation, en peut brûler des qualités très diverses de charbon et régler l’allure de la chauffe.
  - Certains chargeurs dits à alimentation supérieure fonctionnent, différemment, bien que reposant sur le même principe. La figure 304 montre
  - Fig. 304. — Vue transversale d’un foyer Roney.
  - une coupe du foyer Roney. Il est composé d’une série de barres horizontales, munies de dents, qui constituent la surface sur laquelle brûlera le charbon, et qui forment des étages successifs dont l’ensemble a une pente d’environ 30° vers la partie arrière du foyer. Le charbon est déversé à la partie avant de la grille par un mouvement de bascule. Les barres de la grille s’inclinent en même temps, ce qui facilite l’introduction du charbon et sa descente d’un étage à l’autre. Finalement, les cendres tombent dans la partie ter minale du foyer. La distillation du charbon se produit sur les premier^ gradins voisins de l’entrée et la voûte reste parallèle à la grille.
  - Dans d’autres systèmes dits à alimentation par en dessous, les grüleS
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- - ÜSlNËS GÉNÉRATRICES D’ÈLËCTRICITÊ 353
  - sont fixes, disposées en escalier, et le charbon y est refoulé par des pistons entre les éléments de chacune des grilles.
  - C’est le cas pour les chargeurs Taylor, Kolemo, Jones, etc. Dans le char-
  - \Trâme,
  - Ti sim niC.'
  - Fig 3o5. — Dispositif d’un chargeur Taylor.
  - geur Taylor, le lit de combustion est composé par des tuyères rectangulaires en fonte disposées en escalier. Entre deux rangées de tuyeres se trouvent deux pistons (fig. 305) qui agissent simultanément sous l’action d un arbre à vilebrequin placé sur la façade de la chaudière. A la base de la boîte à vent se trouvent des plaques à bascule mues par levier et servant
  - Porte
  - d'alimen talion mobile V
  - Charbon
  - Cendres
  - Chaleur intense
  - d'eau
  - Cendrier
  - Fig. 306. — Coupe schématique d’un foyer mécanique Stoker.
  - à. '
  - le TaCUation dos cendres. Le lit de combustion est formé de trois couches : en a. 0n neuf, le charbon en voie de cokéification, enfin le charbon les 1fIî^*0n dui forme la couche supérieure au travers de laquelle passent est ^drecarbures qui se dégagent. Un autre genre de foyer mécanique ^présenté figure 306.
  - s chaudières sont de deux types, dans la description desquels nous g^eron— Électricité. 23
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - n’entrerons pas, car nous sortirions du cadre d’un volume d’électrotechnique; disons seulement, afin de fixer l’ordre de grandeur de l’installation, que cinq d’entre elles (Babcock et Wilcox grille à chaîne) peuvent vaporiser chacune 40 000 à 53 000 kilogrammes d’eau à l’heure ; les autres (Sterling, à foyer incliné), également au nombre de cinq, vaporisent 60000 a
  - &
  - I\ Wagonnets dU
  - I Wagonnets
  - I à mâchefer"
  - | 1
  - j_____________ChaudièresjStirhng____________j_____Chaudières Babcock
  - £31'
  - 28? 30
  - Fig. 307. — Coupe de la chaufferie de la centrale de Gennevilliers.
  - 80 000 kilogrammes d’eau à l’heure, ce qui correspond à 30 à 40 kilogrammes
  - de vapeur par mètre carré de chauffe.
  - La figure 307 montre une coupe générale de l’usine. Dans la salle des
  - • Ac
  - chaudières, on voit nettement les foyers avec les grilles mécaniques u types différents, les chaudières tubulaires surmontées de leurs surchauf feurs et des économiseurs utilisant la chaleur résiduelle des gaz du foyer pour élever la température de l’eau d’alimentation de la chaudière et également la température de l’air alimentant les foyers, afin d’obtenir meilleure utilisation de l’énergie du combustible. A la partie inférieure» deux galeries parcourues par des wagonnets permettent l’évacuation de-scories et mâchefers, dont le poids atteint 400 tonnes environ par jour-Parallèlement à la chaufferie se trouve le grand hal\ des machines, rel1^ fermant les groupes électrogènes mus par turbines à vapeur (fig- d et 309).
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 355
  - H! * *
  - Les turbines, à peu près exclusivement employées pour actionner
  - les générateurs dans les usines électriques, sont de deux types différents 10 Les turbines d’action ou d’impulsion,dans lesquelles la vapeurse détend fièrement dans des aubages fixes.
  - Les turbines à réaction, dans lesquelles la vapeur se détend soit entiè-erOent dans des aubages mobiles, soit en partie dans des aubages fixes ët en Lartie dans des aubages mobiles.
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  - PRODÜCTlOM ET D1STRÎBÜT1ÔH DE L’ÉLÈCTRÎClTE
  - Nous allons donner rapidement les caractéristiques de ces deux systèmes et le principe des appareils qui ont été réalisés.
  - Turbines d’action. —La figure 310, a, donne une coupe schématique de la turbine de Laval. La vapeur, venant de la chaudière, se détend entièrement jusqu’à la pression du condenseur dans la tuyère T, acquérant
  - . . — Xwc d’ e’ase.’mYAe Oie \a saWe Oies Vur\:>o -g,ênéraA.evLrà Oie Va cenVc aVe de GeTvneviVWers.
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 3 57
  - une vitesse de i 200 mètres par seconde environ quand la pression dans la chaudière est de 10 à 12 kilogrammes. Le jet de vapeur, frappant les aubes de la roue mobile, est dévié, et il en résulte un couple qui fait tourner la roue dans le sens de la flèche.
  - On démontre que, pour qu’une roue à action travaille dans les conditions théoriques les plus favorables, sa vitesse périphérique doit être la Moitié de la vitesse de la vapeur, c’est-à-dire atteindre, dans le cas actuel,
  - b. Turbine d’action à deux étages de vitesse.
  - «
  - H
  - *Y\
  - c. Turbine d’action à trois chutes de pression.
  - mètres par seconde ; en tenant compte des pertes par frottement, la Vltesse périphérique peut s’abaisser à 400 mètres. Ce chiffre est encore
  - c°nsidérable.
  - ^ Malgré cela, de Laval construisit de petites turbines à une seule roue niant à de très grandes vitesses (10 000 à 30 000 tours par minute) et hui donnaient de bons résultats économiques ; les turbines de ce genre ne Peuvent cependant être facilement exécutées pour des puissances supé-^eures à 300 CV. Aussi a-t-on cherché à réduire la vitesse de rotation de permettre l’entraînement direct des appareils à actionner, et en e temps éviter les difficultés de construction considérables, malgré la ^Plicité théorique de la turbine d’action.
  - ^ ^ est arrivé de deux façons différentes, en fractionnant soit la chute
  - Wesse, soit la chute de pression.
  - turb-* °n emP®c^e tourner à sa vitesse normale la partie mobile d’une lne à action, la vapeur quittera les aubages mobiles avec une vitesse
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - résiduelle susceptible d’être utilisée sur une deuxième roue qui recueillera le reste de l’énergie motrice.
  - Une turbine du type à étages de vitesse comprendra donc une série d’ajutages fixes détendant en une seule fois la vapeur à la pression de l’échappement ; celle-ci passe ensuite dans une série de roues à aubes mobiles calées sur le même arbre et entre lesquelles sont intercalées des séries d’aubages directeurs fixes ne donnant uniquement à la vapeur que la direction voulue pour agir sur la roue suivante.
  - La vitesse périphérique des roues mobiles ne correspond qu’à la fraction de l’énergie abandonnée sur chacune d’elles et, par suite, est considérablement réduite.
  - Malheureusement, les pertes produites dans les étages de vitesse ainsi constitués sont très élevées ; elles ont fait rejeter presque complètement l’adoption de turbines de ce type, dont la figure 310, b, donne le principe-
  - On utilise alors des turbines à étages de pression. Elles sont constituées par la réunion d’un certain nombre de turbines à action dont chaqne disque mobile est calé sur l’arbre de la machine. La figuure3io, c, représente schématiquement une turbine d’action à trois chutes de pression. LeS roues 1, 2, 3 sont mobiles, et les aubes fixes, a, b, c, sont disposées à la périphérie.
  - La vapeur se détend jusqu’à une certaine pression dans une couronne d’aubes ou d’ajutages, traverse, sans changer de pression, les aubageS mobiles d’une roue à action et quitte celle-ci avec une v1' tesse théoriquement nulle ; elle parcourt ensuite une autre série d’ajutages où elle se détend à une pression inférieur à la première, pour acquérir une certaine vitesse, et la nouvelle quantité d’énergie, transformée en énergie cinétique, est reçue par une deuxième roue à action, et ainsi de suite pour tous les nouveaux passages.
  - Chaque roue à action dont il est question plus haut est donc enfermée dans une chambre où la pression reste con stante. La pression décroît d’une chambre à l’autre (puisfiue entre chacune d’elles se trouvent les organes fixes déten deurs), mais sans diminuer régulièrement ; la différence pression peut atteindre 2,5 atmosphères entre les Prt
  - de
  - Fig. 311. Principe de la turbine à réaction.
  - mières, et seulement 0,1 à 0,6 entre les dernières, V'
  - our
  - de
  - une pression initiale de 10 atmosphères et dix étages pression. La vitesse de la vapeur ne diminue pas non plus en proporti^ du nombre d’échelons, et si, avec une roue, la vitesse périphérique est 600 mètres, avec dix roues, elle sera encore de 130 mètres.
  - Les turbines Rateau, Zoelly sont des turbines de ce type. Enfin,
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  - peut combiner étages de vitesse et étages de pression, comme dans les turbines Curtiss et A. E. G.
  - Les turbines à réaction, dont la turbine Parsons est le type, fonctionnent sur le même principe que le tourniquet hydraulique (fig. 311).
  - La vapeur entre en O à travers l’axe, de rotation et sort par des ajutages b en se détendant depuis la pression delà chaudière jusqu’à celle du condenseur. Il se produit une réaction sur la paroi c opposée à l’ajutage, et cette poussée tend à faire tourner ^a roue dans le sens de la flèche.
  - On ne réalise pas industriellement de turbines à
  - une seule détente, et les Fig. 31.’.
  - turbines à réaction com. Aubage ayant une section Aubage présentant une ^ , . d’écoulement allant en section d’écoulement
  - Cllt toutes un grand se rétrécissant. constante,
  - nombre de chutes de pression. Elles sont analogues comme construction aux turbines à chutes de pression, mais les aubages des roues mobiles, au lieu d’avoir une section d’écoulement constante, ont la forme représentée figure 312, don-
  - nant une section allant en se rétrécissant.
  - L>ans ces conditions, les jets de vapeur qui sortent des aubages fixes (tels que a, b, c, fig. 310), étant déviés par les aubes mobiles, exercent une poussée comme dans les turbines à action, mais, en plus, la section des aubes
  - (-L 2, 3, fig. 310) allant en décroissant, il y a nécessairement accroisse-
  - ment de vitesse, et par conséquent détente.
  - Il en résulte, comme dans le cas théorique de la figure 311, une poussée uon équilibrée qui ajoute son action à celle de la poussée précédente. La turbine se met donc à tourner par impulsion et par réaction.
  - Gn peut résumer comme suit les caractéristiques des deux types de turbines :
  - Turbine d’action.
  - détente totale dans la partie fixe,
  - entraînant :
  - Lgalité de pression sur les deux faces des roues mobiles.
  - Las de poussée sur l’axe.
  - Las de fuite sur le pourtour de la roue.
  - Section d’entrée de la roue mobile égale & la section de sortie.
  - Turbine à réaction.
  - Détente totale ou partielle dans la partie mobile, entraînant :
  - Inégalité de pression sur les deux faces des roues mobiles.
  - Poussée sur l’axe qu’il faut équilibrer.
  - Fuites sur le pourtour delà roue, qu’on réduit en diminuant le jeu entre la roue et l’enveloppe.
  - Section d’entrée de la roue mobile plus grande que la section de sortie.
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Les figures 313 et 314 montrent comment varient les pressions et les
  - volumes dans les deux
  - P types de turbines.
  - A l’usine de Genne-villiers, les turbines sont du type Zoelly, à dix chutes de pression. Les roues ont environ 2m,8o de diamètre, ce qui, à la vitesse de rotation de 1 500 tours par minute, correspond à une vitesse tangen-tielled’environ 220mètres par seconde. L’ensemble de la partie mobile pèse environ 18 tonnes et le corps de la turbine 14 tonnes. La vapeur arrive à la pression de 22 ki-
  - Fig. 313. — Turbine d’action Rateau.
  - Fig. 314. — Turbine à réaction Parsons.
  - logrammes et sort par la culotte d’échappement qui la mène au condenseur-
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 361
  - Fig. 315. 1— Une des turbines de l’usine de Gennevilliers.
  - Fig. 316. — Vue du rotor d’une des turbines de Gennevilliers.
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Cette culotte d’échappement, en deux pièces de fonderie, pèse 70 tonnes.
  - La figure 315 montre la vue générale de la turbine; la figure 316 permet d’apprécier l’importance du rotor.
  - Nous ne dirons rien du système de régulation, ni des installations de condensation de la vapeur d’échappement utilisées par la récupération de la chaleur ; elles sortent des limites d’un ouvrage d’électrotechniqne-
  - L’accouplement de la turbine à l’alternateur qu’elle entraîne est assure
  - Fig- 3i7- — Vue d’une centrale de moyenne puissance.
  - par un manchon rigide dont le pourtour, garni de dents, permet, par l'adjoUc tion d’un cliquet, de tourner d’une petite fraction de tour la turbine lorb des visites de celle-ci.
  - sent L
  - Nous avons décrit au chapitre XVII les alternateurs qui produis courant à 6 000 volts à l’usine de Gennevilliers. Nous n’y reviendrons donc pas ici. Signalons cependant une disposition qui ne se rencontre Pa en général dans les centrales de moindre importance.
  - Comme il n’aurait pas été possible d’établir des interrupteurs capa de couper 6 000 à 8000 ampères sous 6 000 volts, ce qui est le courant n°r^ mal produit par un des alternateurs de 40 000 kilowatts (qui peuvent mêm fournir jusqu’à 55 000 kilowatts), chaque alternateur est directement coup sans aucun organe interposé, à des transformateurs qui élèvent la tensi°n
  - 'T'
  - 60 000 volts, qui est la tension de transmission aux sous-stations. 1 les coupures et manœuvres se font alors sur la haute tension et ne pr^sC
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 363
  - tent plus alors aucune difficulté. Les transformateurs ont une puissance de 15 000 kilovolts-ampères. Nous verrons ultérieurement leur description (chapitre XIX). Les transformateurs sont groupés par trois et placés parallèlement à la salle des machines dans un sous-sol au-dessous
  - du plancher de la salle. Chacune des cellules de transformateur est mu-nie d une ouverture pour l’évacuation des fumées en-cas d’incendie.
  - Le tableau de l’usine, appelé tableau basse tension, est situé dans Une galerie longeant la salle des machines, mais à un niveau plus élevé ^ue cette dernière. Il comporte un certain nombre de transformateurs
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- - 364 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - abaisseurs de tension qui ramènent à 3 000 volts pour les services auxiliaires la tension du courant de 60 000 volts. ;.les appareils de mesure et de commande à distance de l’appareillage à 60 000 et à 3 ooo-volts, ainsi que les tableaux de distribution du courant continu à 500 volts et des
  - Fig. 319. — Une centrale hydro-électrique à grande chute de pression.
  - circuits à courant alternatif à 220 volts pour les moteurs auxiliaires et l’éclairage.
  - Enfin, un dernier bâtiment abrite les appareils haute tension. Bien que ceux-ci soient du type « extérieur », ils sont placés dans ce vaste hall. Hs comprennent des interrupteurs, sectionneurs, disjoncteurs haute tension, sur lesquels nous reviendrons en détail à la fin de ce chapitre.
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- - Usinés génératrices irélectricité
  - 365
  - * * *
  - L’installation d’une centrale hydro-électrique nécessite l’établissement Préalable d’ouvrages d’art souvent fort considérables, et la partie génie civil est au moins aussi importante que la partie génération de l’énergie proprement dite.
  - Le principe général des usines hydrauliques est très simple : on convertit en énergie électrique l’énergie potentielle d’une masse d’eau passant d’un certain niveau à un niveau inférieur. C’est la pesante# qui joue donc le rôle principal, mais, si l’on se rappelle qu’il existe des usines fonctionnant avec toutes les différences de niveau, depuis 3 à 4 mètres jusqu’à
  - Fig. 320. — Une centrale hydro-électrique à faible chute de pression.
  - 1 °oo mètres et plus, on conçoit que les' réalisations pratiques soulèvent des Problèmes très différents. Quand la dénivellation est faible, le débit ^°it être considérable, tandis que, si elle est très grande, la consommation Cn eau est plus faible, à puissance égale.
  - tous les cas, il faut assurer à l’usine une alimentation en eau suffi-^ante en toute saison pour son fonctionnement normal, ce qui nécessite c d abord l’étude hydrologique complète de la rivière ou du torrent ^Ue 1 on veut utiliser, puis ensuite l’établissement de barrages, de lacs artificiels constituant des réserves destinées à compenser l’insufhsance débit naturel pendant les périodes de sécheresse, enfin la construction conduites ou des canaux d’amenée de l’eau à l’usine proprement dite, j, an<a la dénivellation utilisée est peu importante et le débit considérable, aiPenée d’eau se fait souvent à l’air libre. Quand la dénivellation est plus grande, on utilise alors des conduites métalliques. Les figures 319 et 320 Entrent ces deux types d’installation.
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  - * * *
  - Les turbines hydrauliques sont de plusieurs types. On peut les classer de deux façons différentes.
  - Par analogie avec les turbines à vapeur, on peut les diviser en turbines à action pure dans lesquelles l’eau passe sans variation de pression dans le
  - Fig. 321. — Générateur de 19500 KVA, 4000 volts, 200 tours par minute, mû par turbine hydraulique fonctionnant sous une chute d’eau de 50 mètres.
  - canal de la roue mobile, en turbines à réaction pure dans lesquelles l’eau passe à travers le canal avec une pression variable (très rarement réalisé), et en turbines mixtes où la pression et la‘vitesse varient simultanément.
  - On préfère les ranger en turbines radiales, centrifuges ou centripètes,
  - et en turbines axiales ou parallèles.
  - * * *
  - La figure 322 représente schématiquement une turbine Fourneyf°n radiale centrifuge. Au fond d’une chambre d’eau se trouve fixée une cuvette en fonte dont le bas est occupé par la turbine proprement dite A B-L’eau sort ensuite de l’appareil et se rend dans le canal de fuite.
  - La couronne fixe B est intérieure à la couronne mobile A, dont 1 aXe vertical repose sur un pivot P sur le fond du bief inférieur. Une vanne circulaire VV, que l’on peut abaisser entreles parties A et B, permet d arre ter ou de mettre en marche la turbine. Les aubes fixes ou directives sont
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 367
  - eiî fonte et en général plus nombreuses que celles de la couronne mobile. Les aubes mobiles ont une hauteur qui augmente à mesure que l’on s’éloigne de l’axe, afin de conserver un débouché constant à l’eau, car les aubes sont un peu plus rapprochées près de la sortie que près de l’entrée.
  - Dans les turbines centrifuges à axe horizontal, turbine Canson Par exemple, la couronne mobile enveloppe encore le distributeur ; l’eau
  - arrivée = de l’eau
  - d’amont
  - Turbines centrifuges.
  - Fig- 322. — Turbine Fourneyron. Fig. 323. — Turbine Canson.
  - Se nreut dans un plan vertical et entre dans la couronne fixe sur un secteur seulement de 450 ou 720. La turbine est presque toujours dénoyée et à éjection partielle. La figure 323 montre schématiquement la disposition des organes : l’eau arrive par un tuyau C, passe dans le distributeur D et les aubages fixes F et fait tourner la couronne mobile M.
  - Dans les turbines centripètes, le distributeur enveloppe la couronne Mobile, et le mouvement de l’eau se fait de la périphérie vers le centre. Les turbines fonctionnent toujours par réaction. La figure 324 montre thématiquement la réalisation d’une turbine Francis centripète à axe Vertical. Le distributeur A est solidaire du bâti, B est la roue mobile , entre les deux, un tiroir cylindrique C permet le réglage du régime. La ^auteur de la roue mobile est un peu inférieure à celle à la sortie.
  - Le dispositif à axe horizontal est très répandu en Amérique , la %nre 324 bis montre le principe de ces machines.
  - Les turbines centripètes ont une marche plus régulière que les turbines
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- - 3ô8 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DÉ L’ÊLECTrICÎTÈ
  - centrifuges, car la force centrifuge, qui agit en sens inverse du mouvement de l'eau, a une action régulatrice qui empêche les brusques variations de
  - niveau d'amont
  - Turbines centripètes.
  - Fig. 324. — Turbine Francis. Fig. 324 bis. — Turbine à axe horizontal.
  - vitesse. De plus, ces turbines suppriment l’inconvénient de l’alimentation partielle.
  - s): $ $
  - On appelle axiales ou parallèles les turbines dans lesquelles les filets liquides se meuvent en restant toujours à la même • distance de l’axe de rotation.
  - La turbine Fontaine est le type de ces appareils. La figure 325 en donne le principe. Elle se compose de deux couronnes superposées. La
  - niveau
  - d'amont
  - ou d'amont
  - mve
  - Fig* 325. — Turbine Fontaine. Fig. 326. — Cas d’une faible chute.
  - couronne A, mobile, est située à la partie inférieure et reliée à l’arbre de la turbine. La couronne B est fixe, sert de directrice et est placée sur le f°nC* de la chambre d’eau. Pour régler la marche de la machine, on obture plus ou moins complètement, à l’aide de papillons horizontaux, les ouver tures de la couronne fixe B.
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 369
  - Lorsque la hauteur de chute est faible, on a recours à un siphon disposé comme l’indique la figure 326. Il est nécessaire, après un arrêt prolongé, d amorcer le siphon à l’aide d’une pompe auxiliaire.
  - i*c & îfc
  - Il nous resteàdire quelques mots des turbines mixtes qui dériventdes types parallèles et centripètes. Elles présentent les dispositions les plus variées et leurs aubes affectent des formes compliquées. Ces turbines, dites turbines américaines, sont très répandues, car elles permettent d utiliser
  - grand débit avec de petits diamètres, elles se prêtent facilement à acc°uplement direct aux machines électriques même lorsqu’elles travaillent sous faible charge et leur rendement est supérieur à celui des autres
  - systèmes.
  - ^ La figure 327 montre schématiquement le principe du fonctionnement s turbines mixtes et la figure 328 celui d’une turbine Hercule à axe verti-la ^ COUronne Hxe A a la forme d’un cylindre muni d’aubes directrices ; ^C°Uronne mobile B,située à l’intérieur, comprend une partie cylindrique uieme hauteur que les aubes fixes, se prolongeant vers le bas par des j. .Ces en forme de cuiller. La courbure des aubes est telle que les filets ^tudes, d’abord horizontaux, se recourbent verticalement en agissant faction. Une vanne cylindrique peut être abaissée entre les deux
  - Par cour. Fartées
  - 0Iines A et B et sert à la régulation. Des nervures horizontales par B correspondent aux divers vannages prévus.
  - VjGN
  - erON. — Électricité.
  - 24
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- - 37°
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE VÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - Une autre classe de moteurs hydrauliques très en faveur aux États-Unis est celle des roues tangentielles ou roues Pelton, que Ton peut considérer
  - Fig. 329. — Roue Pelton.
  - comme des turbines horizontales a injection partielle, avec admission et décharge de l’eau tangentielles.
  - Les aubes sont remplacées par des godets dont le fond présente une
  - double courbure, de sorte que chaque godet offre deux aubes de sens inverse. L’eau est dirigée par un ou plusieurs ajutages coniques et agit par sa force vive, tangentiellement à la roue (hg. 329). La régulation est obtenue en faisant varier plus ou moins la section de l’ajutage d’où sort 1 eau. La figure 33° montre un de$ nombreux dispositifs employés.
  - * *
  - L’aspect des salles de machines est donc très différent, suivant le genrP des turbines employées. Le reste de l’installation est d’ailleurs i^en tique à celui d’une centrale à vapeur.
  - Les usines hydrauliques se prêtent particulièrement bien à la comman à distance. En effet, il n’est plus nécessaire ici de produire de la vapelir’ c’est-à-dire de faire intervenir la main-d’œuvre humaine.
  - Une simple vanne que l’on manœuvre à distance, en commandant 1 servo-moteur, suffit à mettre en marche une usine hydro-électrique. Ans5 tend-on, surtout en Amérique, à construire de petites usines automati<lue desservant chacune un périmètre donné, ne nécessitant que peu de de première installation, presque pas d’entretien, et qui ont encore com111
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - 37i
  - avantage de pouvoir distribuer le courant sous la tension d’utilisation, c’est-à-dire en supprimant les transformateurs, les postes secondaires, les lignes principales de transport du courant haute tension. Ces usines, réparties en divers points, sont sous le contrôle d’un bureau central d’où °n les manœuvre quand besoin est.
  - * * *
  - Il peut sembler anormal que les plus récentes et les plus puissantes centrales électriques soient des centrales thermiques. Avant la guerre, Un vaste mouvement d’opinion avait dirigé les techniciens vers l’utilisa-tion de la houille blanche, c’est-à-dire des ressources hydrauliques dont la France est abondamment pourvue. On faisait ressortir l’économie ^ opération, la sécurité de marche, les puissances considérables dispo-nibles. Pourquoi maintenant abandonne-t-on cette solution ?
  - C est que la guerre a modifié profondément les conditions écono-rnidues de toutes les industries. S’il est bien vrai qu’une centrale hydraulique ne consomme pas de charbon, ce qui économise une dépense d’exploitation très importante, elle nécessite pour son installa-l’exécution de travaux d’art, barrages, conduites forcées, cailaux de dérivation, etc., dont, actuellement, le prix est supérieur à celui de equipement de chaudières, magasins à charbon, etc., d’une centrale
  - thermique.
  - h*e plus, les usines hydrauliques sont loin des centres de consommation de l’énergie électrique, et il faut, aux dépenses de première installa-n de l’usine même, ajouter celles de la construction d’une ligne haute s‘on sur plusieurs centaines de kilomètres parfois, et le coût du trans-P°rt de l’électricité grève de frais énormes son prix de revient.
  - Aussi, sauf dans quelques cas particuliers : réseaux de chemins de fer ^ ns ^es régions montagneuses, centres industriels voisins des sources de omlle blanche, il faut renoncer au rêve de l’utilisation sur une grande m ^es t°rces hydrauliques naturelles. Les projets d’aménagement °ne en particulier, viables avant la guerre, sont maintenant aban-
  - Rh
  - do
  - tes
  - «nés, et c’est la centrale de GenneviUiers qui remplace l’usine gigan-que projetée à Genissiat.
  - Riefi118 ^es Pa§es qui précèdent, nous avons étudié la production indus-t e l’énergie électrique. Nous avons vu que la puissance des cen-es tend à devenir de plus en plus grande, la conception moderne étant
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- - 372 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de concentrer en un seul point la source d’énergie électrique nécessaire à toute une région, afin de la produire le plus économiquement possible.
  - Le problème qui se pose alors, et que nous examinons dans les chapitr^ qui suivent, est de transporter au loin le courant électrique et le répartir de façon à couvrir toute une région d’un réseau serré de dist1"^ bution électrique. Nous verrons que ce résultat ne peut être atteint qu
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  - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - transformant à l’usine le courant produit en courant alternatif de haute tension que l’on ramène ensuite, en des sous-stations, à un voltage moins élevé pour finalement, au lieu d’utilisation, l’abaisser à iio, 220 ou 600 volts, suivant les cas.
  - Mais le maniement de quantités d’énergie aussi considérables, puis-
  - qu’elles atteignent parfois plus de 100 000 kilowatts, est un problème extrêmement difficile. Aussi bien à l’usine génératrice qu’aux sous-stations qu’elle dessert, il est indispensable de pouvoir couper à volonté soit Ie courant primaire à basse tension, soit le courant transformé à haut voltage, afin d’isoler un tronçon déterminé du réseau. Les appareils qui Permettent cette manœu-Vre, disjoncteurs, coupe-eircuits, sectionneurs, etc., existent aussi bien à la centrale qu’aux sous-stations; aussi allons-nous les décrire maintenant, en nous limitant au cas du
  - cireuit haute tension. Les 335' “ s*»'1»1'™"' tourna,“ haule ,ension-
  - “PPareils utilisés pour la basse tension seront traités au chapitre XXII.
  - î|î »(> H»
  - ^ ^es sectionneurs sont d’un usage courant dans les installations haute Sl0Ib quelle qu’en soit l’importance.
  - ^ ^es appareils permettent de se rendre facilement compte si une partie Un circuit est sous tension et donnent toute sécurité en cas de contrôle de réparation. Leur emploi s’impose donc à toute arrivée ou départ ^ternateurs, transformateurs, lignes ou postes de transformation.
  - ^ es sectionneurs ne doivent servir qu’à ouvrir ou fermer un circuit Pourvu d’intensité ; on peut donc les manœuvrer sous tension au moyen
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- - 374
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de perches isolantes, mais on ne doit jamais les manœuvrer sous charge. Leur rôle est donc nettement différent de celui des interrupteurs ou disjoncteurs, qu’ils ne peuvent remplacer.
  - Toutefois, s’il est prescrit de ne pas manœuvrer un sectionneur sous charge, il est permis à la rigueur de s’en servir pour couper de faibles courants : courant de charge d’un câble, courant à vide de petits transformateurs.
  - Les sectionneurs sont prévus pour fonctionnement soit à l’intérieur, soit à l’extérieur.
  - On construit également des sectionneurs inverseurs unipolaires
  - permettant de connecter à volonté une ligne sur deux directions différentes, et des appareils multipolaires sectionnant simultanément toutes les phases d’une même ligne.
  - Les figures 331 à 335 montrent divers modèles de ces appareils.
  - * * *
  - Les coupe-circuits haute tension étaient autrefois les appareils généralement employés pour la protection contre les surintensités poU' vant provenir des courts-circuits ou surcharges accidentelles.
  - Leur usage s’est pourtant restreint ces dernières années, et l’on empl°ie de nos jours des interrupteurs automatiques chaque fois que des courts-circuits violents de forte intensité peuvent se produire, comme c’est Ie cas le plus souvent dans les centrales et sous-stations.
  - Toutefois, l’emploi des coupe-circuits, qui constitue une protection a la fois économique et peu encombrante, peut avoir pleine justificati011 technique lorsqu’il s’agit d’appareils bien construits et dont l’utilisation est limitée au cas de petites installations.
  - Ces appareils sont de divers types.
  - i° Coupe-circuits à résistance. — A l’intérieur d’un tube de p°r celaine se trouve monté un fil d’argent ou d’un autre métal qui f° lorsque l’intensité qui y circule dépasse une certaine valeur. Les dimen sions du tube protecteur sont calculées de façon à ce qu’il ne soit PaS brisé* au moment de la fusion du fil métallique. Suivant que le coupe circuit est placé à l’intérieur ou à l’extérieur des bâtiments, sa dispoSl^ tion change, en particulier la forme des isolants le supportant. On Pe^ également l’associer à un sectionneur. Les figures 336 à 338 montre quelques formes usuelles de ces appareils.
  - 2° Coupe-circuits à cornes mobiles. —Dans les coupe-circuitspo^ lignes aériennes, un gros inconvénient réside dans la difficulté que éprouve à discerner depuis la chaussée le fusible qui a fondu. Pour reme
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- - Fig. 336. — Sectionneurs coupe-circuits pour intérieur. Type S.S. I.
  - — Coupe-circuit à cornes.
  - Fig. 339-
  - Fig. 33 7. — Coupe-circuit à résistance pour intérieur.
  - 338..—Coupe-circuit à résistance pour extérieur.
  - Fig 340. _ Coupe-circuit sectionneur ouvert.
  - __ Coupe-circuit sectionneur fermé.
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- - 376 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - à ce défaut, les ateliers électriques de Lyon et du Dauphiné construisent des coupe-circuits à cornes munis d’une plaquette de celluloïd rouge très apparente, fixée sur les mêmes tiges qui servent de support au fusible.
  - Si l’on a soin d’enrouler le fusible autour du celluloïd, ce dernier prendra feu au moment de la fusion et signalera ainsi, par son absence, le fusible qui aura sauté.
  - L’arc produit à la fusion est d’autant plus haut que les puissances mises en jeu sont plus fortes et que cet arc peut atteindre plusieurs métrés. Il est donc indispensable de ne rien placer au-dessus des cornes des coupe-circuits (ferrures, lignes, etc.), car cela pourrait causer des accidents graves.
  - Dans les coupe-circuits a cornes, les deux cornes piv0' tent autour de leur axe et sont soumisesà l’influence de deux ressorts qui tendent à les écarter l’une de l’autre. En marche normale, les deux cornes sont rapprochées et maintenues par la plaquette de celluloïd qui seule supporte la traction et soulage ainsi le fusible.
  - Quand ce dernier fond, brûlant avec lui le celluloïd, les deux cornes, étant libérées, s’écartent, et ce mouvement, combiné avec leur forme spéciale, facilite la rupture de l’arc.
  - Ces coupe-circuits sont employés pour tensions jusqu’à 16 ooo volts ! leurs cornes sont en alliage anti-arc (fig. 339). Dans d’autres modèles, cornes sont fixes.
  - On peut associer le coupe-circuit à cornes à un sectionneur ; le but des cornes est alors de souffler l’arc qui s’amorce lors de la fusion du fusible et de permettre le sectionnement de la ligne. Quand l’appareil est ouvert, les deux pôles du fusible sont hors circuit, ce qui permet de changer Ie fusible, la ligne étant sous tension (fig. 340 et 341).
  - 16g. 342. — Montage d’interrupteurs à cornes sur une ligne triphasée.
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  - 377
  - * * *
  - Les interrupteurs et disjoncteurs sont les appareils les plus importants de l’installation haute tension, car ils doivent pouvoir couper la Lgne en charge. Ils sont de deux types: interrupteur à cornes pour
  - F'g- 343- — Fonctionnement d’un disjoncteur.-;
  - extérieur,interrupteurs1 dans ^ l’huile jf pour ^intérieur et extérieur.
  - interrupteurs aériens à cornes. — Placés de distance en distance SUr les lignes, les interrupteurs aériens permettent d’isoler une section Pendant une réparation ou une inspection.
  - Leur emploi est particulièrement indiqué aux passages d’aérkn en souterrain, aux traversées de voies ferrées ou routes de grande
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- - 378
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fig- 344-
  - 1. Déclenchement à maxima d’intensité par relais directs à haute tension. . . er.
  - 2. Déclenchement à maxima d’intensité par relais à basse tension avec emploi du courant auxiliaire y mettant le déclenchement à distance par manœuvre d’un bouton-poussoir.
  - 3. Déclenchement bipolaire à maxima d’intensité par relais basse tension sans courant auxiliaire- sUf
  - 4. Déclenchement bipolaire à maxima d’intensité par électro-aimants réglables agissant directement le mécanisme (montage des disjoncteurs d'abonnés de la Compagnie parisienne de distribution d’électnc
  - 5. Déclenchement à minima de tension direct.
  - 6. Déclenchement à minima de tension avec transformateur de tension.
  - 7. Déclenchement à maxima d’intensité direct et minima de tension.
  - 8. Déclenchement à maxima d’intensité avec relais basse tension et à minima de tension.
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  - communication, aux abords des postes et des stations centrales.
  - Ils sont imposés à l’entrée et à la sortie de chaque agglomération et à l’origine de toute dérivation.
  - Les interrupteurs aériens ne sont appelés à rompre en charge qu’^x-ceptionnellement, mais ils doivent néanmoins être toujours prêts à effectuer cette rupture en pleine sécurité.
  - l’ig- 345. — Disjoncteurs haute tension accouplésjavec leur moteurJd’enclenchement.
  - Us sont exposés à toutes les intempéries ; ils doivent donc être Particulièrement robustes, afin de ne jamais se refuser aux services fiu’on est en droit de leur demander.
  - On ne les emploie guère pour des voltages supérieurs à 15 000 volts. Ls sont constitués en principe par un mécanisme formé de deux tubes horizontaux parallèles qui, en pivotant autour de leurs axes, entraînent les contacts isolés qu’ils supportent et provoquent ainsi l’ouverture ou la fermeture de la ligne. La rupture de l’axe s’effectue sur les cornes ffui surmontent les interrupteurs. La figure 342 montre un appareil de Ce type ouvert ; on remarque que, dans ce modèle, l’une des cornes est fixe, l’autre est mobile autour d’un axe que l’on peut action-ner à l’aide d’un mécanisme de renvoi. Cette borne mobile est reüée à une seconde borne fixe à laquelle aboutit la ligne.
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- - 380 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - Bien que l’on construise depuis de nombreuses années des interrup-
  - Fig. 346.— Interrupteur tripolaire, 150 ampères, 15 000 volts.
  - teurs et des disjoncteurs dans l'huile, on n’a pas encore détermine exactement, et d’une façon scientifiquement précise, les principes essentiels sur lesquels ils doivent être construits. Ceci ne doit pas nous
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- - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ 3^T
  - étonner :dans beaucoup de cas, la technique est en avance sur la science, et les machines électriques, en particulier, étaient utilisées industriellement avant que leur théorie complète n ait ete établie.
  - Pour montrer le point où en est la construction des interrupteurs et disjoncteurs dans l’huile, nous citerons l’exemple de la ligne à 220 ooo volts de Big Creek, en Amérique. Les premiers interrupteurs et aient prévus avec un réservoir de 6000 litres d huile par phase, et les appareils actuels en comportent près de
  - 2° 000. L’erreur initiale etait donc supérieure à 3oo p. I00.
  - P est cependant un certain nombre de réglés qui paraissent universellement admises à l’heure actuelle.
  - P faut, autant que pos-Slble, que la coupure s effectue en une demi-Période. La rupture doit s effectuer verticalement, afin d’assurer une direction certaine a f arc et une orienta-tion régulière de la
  - gaine gazeuse qui en est la conséquence. Les di- 347- - Vue d’un disjoncteur dans l’huile retiré
  - m ^ de sa boite.
  - Uensioris de la cuve à
  - huile doivent être telles
  - *3ue les actions chimiques, les coups de bélier de l’huile sur les parois, les Projections et ce que l’on appelle, d’un mot qui fait image, les « effets de
  - cheminée » soient réduits au minimum.
  - Ces actions peuvent être considérées comme dues à la transformation brusque en chaleur de l’énergie électrique développée pendant la rupture entre les contacts que l’on écarte violemment l'un de l’autre, avec une vitesse qui actuellement ne dépasse guère 3 à 4 mètres par seconde.
  - Pu fin, les interrupteurs sont munis de contacts auxiliaires qui évitent échauffement exagéré des contacts principaux des disjoncteurs au
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- - 382
  - [.PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - moment de la surintensité, et qui pourrait amener leur fusion partielle, d’où résulterait un mauvais contact lorsque l’appareil serait réenclenche.
  - Fig. 348. — Vue de l’allée des interrupteurs dans une sous-station en plein air.
  - A titre d’exemple, nous donnons dans la figure 343 les diverses positions correspondant à l’ouverture d’un disjoncteur de la Compagnie générale électrique de Nancy. L’un des avantages de ces contacts auxiliaires est
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  - 383
  - d’avoir une rupture plus rapide que celle^des contacts principaux, grâce a l’action des ressorts de détente dont ils sont munis. Dans l’appareil représenté par la figure, il existe deux systèmes de pare-étincelles.
  - Fig. 349. — Disjoncteurs à 150000 volts.
  - L emploi du courant à très haute tension pose un autre problème très difficile ; c’est celui de 1* entrée du courant dans le disjoncteur. Cette entrée s'effectue par des bornes en porcelaine dont les dimensions sont Parfois très considérables, ainsi qu’il est facile de s en rendre compte
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- - 384 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - d’après les figures 347, 348 et 349 ci-contre. Enfin, il faut également que la course de l’équipage mobile soit relativement longue pour empêcher la formation d’arcs permanents. Ces équipages mobiles sont d’ailleurs de sections relativement faibles, par suite de l’intensité peu élevée (quelques centaines d’ampères) qui y circule ; nous verrons au contraire que, pour les
  - interrupteurs et disjoncteurs basse tension, si la course de la partie mobile est beaucoup moindre, par contre sa section est plus considérable.
  - Quoi qu’il en soit, pour les interrupteurs d’usines, la manœuvre d’enclenchement ne peut s’effectuer à la main, et il faut prévoir un moteur auxiliaire pour bander les ressorts qui les ac-tionnent.
  - Pour les disjoncteurs, le déclenchement automatique est provoqué par des relais à maxima ou à minima suivant le? cas. Ces relais sont constitués par des
  - électro-aimant s.
  - Fig- 35°- — Disjoncteur haute tension 150000 volts avec Dans le déclench résistances de choc. ment à maxima, un
  - noyau mobile est
  - attiré quand la tension ou l’intensité deviennent dangereuses, et pr°' voque par sa force vive le déclenchement du disjoncteur. Dans les sys' tèmes à minima, le noyau mobile est soulevé tant que la bobine est sous tension et, par sa chute au moment d’un manque de tension, actionne le déclenchement.
  - L’alimentation de ces bobines peut avoir lieu soit directement par
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- - 3»5
  - USINES GÉNÉRATRICES D'ÉLECTRICITÉ
  - courant haute tension, soit par des transformateurs, soit par des sources fle courant auxiliaires. Us peuvent être actionnés à volonté en agissant
  - I------V^MM/WW1-------
  - Disjoncteur enclenché
  - '“'d“ . "l'Int d’un disjoncteur avec résistance de choc.
  - Fig. 351. _ Principe du fonctionneme
  - r + mû les alimente. La figure 344 donne quelques
  - directement sur le courant qui ________ ^
  - Montages usuels.
  - Nous ne décrirons pas en détail les types très nombreux de disjoncteurs et d’interrupteurs haute tension construits Par les divers fabricants.
  - Us sont tous constitués Par une énorme cuve en fonte remplie d’huile.
  - Sur la partie supérieure s°nt fixées les deux bornes d’entrée, de grandes dimensions, en porcelaine électrotechnique (fig-345 ^ 349)- A l’intérieur se trouve disposé le mécanisme de coupure, analogue à celui représenté hgure 347. On distingue Nettement les pare-étin-Celles latéraux et leurs ress°rts de commande, le
  - transformateur d’inten-sité actionnant le méca
  - Fig. 352.
  - Interrupteur avec résistance de choc.
  - Slté actionnant le méca- .
  - "isnte, et on peut apprécier la course de l'équipage mob.le. Pour réduire
  - es surintensités transitoires qui accompagnent la mise en circuit es
  - *ransformateurs (phénomène du double flux) ou de lignes pr sentant
  - ^icneron, — Électricité. ^
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- - 386 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - une grande capacité, on emploie souvent des interrupteurs ou disjoncteurs munis de résistances de choc.
  - Ces résistances, de protection sont insérées momentanément au premier temps de la fermeture et au dernier temps de l’ouverture. Elles se branchent en série avec la ligne.
  - Les figures ci-contre représentent pour un pôle les différentes phases de la fermeture d’un appareil muni de résistances de choc.
  - Cette résistance de choc est fixe ; elle est composée par un tissu résistant constitué par du fil tissé avec de l’amiante. Ces résistances sont dépourvues de self et peuvent supporter de grandes surcharges.
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- - CHAPITRE XIX
  - transformation et conversion du courant
  - ÉLECTRIQUE
  - Transformateurs. — Principe. — Propriétés fondamentales. — Réalisation des transformateurs. — Transformateurs à noyau, transformateurs cuirassés. — Vieillisse-rnent des tôles. — Constitution du circuit magnétique. — Constitution des bobines.
  - Transformateurs dans l’huile. — Refroidissement naturel, par circulation d’eau.
  - Transformateurs triphasés. — Couplage des transformateurs. — Auto-tranfor-rnateur. — Installation des transformateurs. — Dispositifs de protection. — La bobine de Ruhmkorff. — Principe du fonctionnement. — Divers modes de rupture du courant : rupteur Carpentier, rupteur Foucault, turbine à mercure. — Inter-vupteurs électrolytiques : Wehnelt, Simon. — Commutatrices à deux ou un enroulement. —Dynamo omnibus. — Redresseurs de faible puissance. — Soupape Soulier.
  - Redresseur Rosengart. — Soupapes électrolytiques : Nodon, Graetz. — Redres-Seur à pointe. — Soupape de Villard. — Redresseur à contact tournant. — Redresseurs à vapeur de mercure. —• Principe. — Forme du courant redressé. — Réalisation Pratique. — Convertisseurs de faible puissance en verre ou en quartz. — Convertisseurs Métalliques de grande puissance. — Difficultés à vaincre : étanchéité, réalisation du vide. - Constitution de l’anode. — Amorçage. — Mesure du vide. — Le redresseur kénotron de Dusham. — Le redresseur Tungar.
  - Nous verrons que les courants alternatifs permettent le transport à grande distance de l’énergie électrique avec le minimum de pertes et de , penses d’installation de ligne. Ces transports de force s’effectuent a, 1res haut voltage, jusqu’à ioo ooo volts et plus. On comprend qu’il esf pas possible de distribuer et d’utiliser directement dans les appareils courant à un tel voltage, et la première question que nous aurons à ^visager sera la transformation de ces courants alternatifs en courants Maniables, à bas voltage. Ce sera l’étude des transformateurs. autre part, pour un grand nombre d’applications, le courant continu s°d indispensable, soit plus commode que le courant alternatif. C’est, F r exemple, le cas pour l’électrolyse, la charge des accumulateurs, la ^ïUTLande d’engins spéciaux dans lesquels intervient un électro-aimant ^ a§e magnétique des métaux, perforatrices, riveuses, etc.) et la trac-n des tramways et des chemins de fer. Nous aurons à examiner les
  - erses solutions permettant de transformer le courant alternatif en
  - c°Uranr .
  - ut continu, ou tout au moins en courant de polarité constante.
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- - 388 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - TR A N S FORMA TE U RS
  - C est au transformateur que le courant alternatif doit le développement de ses applications industrielles. Comme son nom l’indique, cet appareil permet de changer les courants de haute tension et de faible intensité en courants de faible tension et de grande intensité, ou encore d’effectuer l’opération inverse.
  - Nous avons vu en particulier que, pour le transport de l’énergie à grande distance, il permet d’élever considérablement la tension à l’usine génératrice, afin de réaliser un transport économique et, au lieu de consommation, de ramener la tension du courant aux valeurs moyennes auxquelles travaillent les différents appareils d’utilisation.
  - Un transformateur se compose essentiellement d’un circuit magnétique ferme sur lequel se trouvent bobinés deux enroulements, l’un dit enroulement primaire (i, 353), est parcouru par le courant
  - alternatif à transformer, l’autre ou enroulement secondaire (2, fig. 353) est le siège d’un courant alternatif induit de tension et d intensité différentes et qui est le courant secondaire transformé.
  - Le flux <I> dans le circuit magnétique produit par le courant primair6 est fonction, comme on le sait, du nombre de fils de ce primaire et de 1in tensité qui le traverse, c’est-à-dire de la tension Ui qui lui est applifluee' , La force électromotrice induite U2 dans le secondaire dépend du nornbrc de ses spires et du flux qui les traverse.
  - Par conséquent, pour une tension donnée appliquée aux bornes du primaire, on peut obtenir aux bornes du secondaire une force électrom0 trice quelconque par une simple combinaison du nombre des tours spire des enroulements.
  - Sans entrer dans la théorie complète du transformateur, nous donnerons simplement les résultats les plus importants au point de vue pratique-
  - 10 La différence de potentiel U2 aux bornes du secondaire est de forme et de même phase que la différence de potentiel Uj aux bornes du maire. Le rapport des valeurs efficaces de ces deux différences de poten est égal au rapport des nombres totaux des spires des deux enroulements
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT 389
  - Si et n.z sont les nombres de tours de spires du primaire et du secondaire, on a :
  - k est ce que l’on appelle le rapport de transformation ; c’est une constante de l’appareil.
  - 2° Lorsque le circuit secondaire est ouvert, l’impédance des bobines pri-maires est très grande, et par suite le courant qui y passe est insignifiant. C est pourquoi on peut laisser les transformateurs constamment branchés sur le circuit primaire. On dit, dans ce cas, que le transformateur fonctionne comme bobine de réaction.
  - Au fur et à mesure que l’on demande au secondaire de débiter Un courant plus intense, l’impédance des bobines primaires dimi-nue et l’intensité du courant qui les parcourt se règle automatiquement.
  - 3 “Dans le transformateur à pleine charge, c’est-a-dire lorsque le secondaire est fermé sur une très faible résistance, les courants primaire et secondaire sont en opposition de phase (nul dans le primaire lorsqu’il a son intensité maxima dans le secondaire, et inversement) et le rapport de leurs intensités efficaces est égal au rapport de transformation.
  - 4° La puissance W2 disponible aux bornes du secondaire est inferieure a puissance Wj consommée dans le primaire, par suite des pertes par effet Joule dans les conducteurs de cuivre des enroulements, par courants de foucault à l’intérieur de la carcasse métallique et par hystérésis du fer l’armature. Le rendement du transformateur est :
  - H varie suivant le régime de marche et, à pleine charge, peut atteindre 98 P- 100.
  - 5° On indique généralement comme puissance, la puissance apparente fo1 kil°Volts-aI*Pères, KVA, aux bornes du secondaire lorsque le translateur débite à pleine charge.
  - Le transformateur est un appareil réversible, de sorte que l’on peut
  - 0rmecter au circuit l’un ou l’autre des enroulements. Si le circuit à petit
  - °mbre de tours de fil est alimenté en courant alternatif, on recueille
  - r le circuit à grand nombre de tours de fil un courant alternatif à
  - Ca v°^aSe l l’appareil fonctionne alors comme survolteur. Dans le
  - su Con*raire, le voltage sur le circuit d’utilisation est plus faible que
  - ^ r ffi circuit primaire ; l’appareil fonctionne comme abaisseur de vol-
  - a§e.
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- - 390
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Réalisation pratique des transformateurs.
  - Nous allons maintenant donner quelques indications sur la réalisation pratique des transformateurs.
  - Les transformateurs se divisent, au point de vue de leur circuit magnétique, en deux grandes classes : les transformateurs à noyaux et les transformateurs cuirassés.
  - Les transformateurs à noyaux. —Ce premier type (fig.354) se compose d’un cadre rectangulaire C constitué par des plaques feuilletées (pour éviter les pertes par courants de Foucault) en acier spécial donnant lieu à des pertes très faibles par hystérésis. Les grands côtés du cadre constituent les noyaux, et les petits côtés les culasses.
  - Les bobines B primaire et secondaire sont placées l’une sur l’autre ou l’une dans l’autre.
  - Transformateurs cuirassés. — Ce deuxième type comporte un bloc de fer feuilleté C portant deux caniveaux pour l’emplacement des bobines B (fig. 354)- La partie placée entre les deux caniveaux constitue le noyau,
  - et le cadre extérieur la culasse-Les bobines primaires et secondaires sont placées soit à cote l’une de l’autre, soit l’une dans l’autre.
  - Presque tous les transformateurs sont du type à noyaux, qui présente, en effet, de grands avantages au point de vue de la commodité des démontages, de la réduction des pertes dans le fer et de l’isolement ; enfin, le modèle cuirassé se prête mal à l’exécution des transformateurs triphasés dont l’emploi se généralise de plus en plus-Pour les très petits modèles à bas voltage, qui, d’ailleurs, ne se font qu’en monophasé, ces inconvénients sont compensés, dans le type cuirasse, par 1 avantage d avoir une protection complète des enroulements, qui s°nt entièrement noyés dans le fer et, par suite, soustraits à tous les chocs extérieurs.
  - _ Le circuit magnétique (fig. 355) est formé par des tôles d’acier au silicium renfermant en outre des traces d’aluminium et d’autres métaux, afin de limiter les pertes par hystérésis, et en outre de conserver leurs qualités
  - Fig. 354-
  - Transformateur Transformateur
  - à noyau. cuirassé.
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- - 39i
  - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - indéfiniment c’est-à-dire ne pas être sujettes au phénomène du vieillis-sement. On a constaté, en effet, que, si l’on n’emploie pas des aciers spéciaux, au bout d’un certain temps de fonctionnement, sous l’influence des innombrables changements de sens du champ magnétique qui les traverse, les tôles subissent des modifications de structure interne qui augmentent leur hystérésis. Les pertes d’énergie qui en résultent deviennent de plus en plus importantes, en même temps que la température de l’appa-reil s’élève, et finalement une fraction n°table de l’énergie qui lui est four-nie est dissipée en pure perte, abais-sant ainsi son rendement.
  - Les tôles ont en général 4 dixièmes de millimètre d’épaisseur, sont recouvertes de papier mince, puis, après Rg ^ _ Circuit magnétique. Poinçonnage, collées ensemble à la
  - §°mme laque et serrées fortement entre elles à chaud. De la sorte, elles forment un seul bloc très solide, et qui ne risque pas de se desserrer pendant le fonctionnement, ce qui évite le ronflement en service, ronflement Afo est provoqué par la vibration des parties métalliques mobiles sous ^ influence du champ magnétique alternatif qui les traverse.
  - Les tôles sont découpées en forme d’|J, le circuit magnétique étant
  - fermé par un tampon mobile cylindrique qui entre ou sort à frottement dur ; ce joint, de grande surface, a la qualité précieuse de ne jamais se modifier avec le temps, puisque le serrage est dû à l'élasticité meme de la tôle.
  - Pour les petits transformateurs cuirassés du type lampes, les tôles sont découpées a la forme indiquée figure 35fo e.t sont empilées ensuite une à une en croisant les joints. g- fort 7 T?les de tranS' Comme la réunion des enroulements sur un
  - même noyau permet d avoir les branches Perpendiculaires à celui-ci plus courtes que dans un transformateur à n°yaux, la réluctance du circuit magnétique devient très faible.
  - Point est d’importance capitale pour des appareils de puissance très réduite, dont le courant à vide pourrait très facilement devenir gênant Sl ie circuit magnétique était mal étudié.
  - Fi:
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- - 392 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - Aussi les transformateurs de lampes, de sonnerie (genre Ferrix et autres) sont-ils tous de ce modèle, mais, par suite de la difficulté du refroidissement, on ne peut utiliser la même construction pour des puissances notables.
  - Sur la carcasse magnétique, sont disposés les enroulements primaires
  - et secondaires du transformateur.
  - D’une façon générale, les bobinages des transformateurs se divisent en deux grandes catégories : les bobinages concentriques et les bobinages a 9a' lettes alternées ; ce dernier mode de bobinage, très séduisant en principe, présente, en pratique, de grandes difficultés pour obtenir un bon isolement entre prl' maire et secondaire ; aussi, en général, adopte-t-on le type a bobinage concentrique, dont la ligure 357 montre la réalisation-Le bobinage basse tension, en cuivre profilé, est logé à l’inte-rieur d’un manchon isolant qui le sépare du bobinage haute tension placé à l’extérieur. Celui-ci est subdivise en un grand nombre de bobines élémentaires afin de réduire la tension par bobines et entre couches d’une même bobine. Enfin, pour assurer un bon isolement de l’ensemble, celui-ci est en général enfermé dans un bac en tôle rempli d’huile (fig. 358).
  - * * *
  - Les transformateurs bien construits ont un rendement de 97 à 98 p. 10 c’est-à-dire que 2 à 3 p. 100 seulement de l’énergie fournie à l’appare^ est absorbée par celui-ci sous forme de chaleur. Si l’on se rappelle quc l’on construit couramment des transformateurs de 10 000 kilowatts, c est donc une énergie de 200 à 300 kilowatts qui se trouve convertie en chaleur dans l’appareil. On conçoit qu’il soit indispensable d’assurer une réfrige ration énergique pour empêcher un échauffement dangereux.
  - A cet effet, les parois extérieures du transformateur sont munies b al lettes, comme les radiateurs, de façon à assurer une grande surface de refroidissement. Lorsque les puissances sont supérieures à 1000 kilovolts-ampères, on est forcé d’assurer le refroidissement de l’huile àl’aide deradia" teurs auxiliaires extérieurs (fig. 358 et 359) constitués par des tubes aplatlS
  - Fig- 357.— Transformateur à galettes concentriques en cours de montage.
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 393
  - en acier étiré, réunis à deux collecteurs à leurs extrémités, les mettant en communication avec la partie inférieure et la partie supérieure de la cuve. La circulation d’huile s’établit automatiquement de bas en haut à l’intérieur du transformateur où des canaux de circulation °nt été ménagés, et de haut en bas dans les radiateurs où l’huile se refroidit. Au-dessus du transformateur, on dispose
  - Yilf -L '
  - Fig. 358. — Transformateur dans son bain d’huile, et sorti.
  - un bac auxiliaire destiné à éviter la formation de boues dans la cuve et à réduire l’oxydation de l’huile au minimum. Comme ce bac n’est pas complètement rempli, l’air qui s’y trouve est séché par passage sur du chlorure de calcium. Enfin, une soupape de sûreté fonctionne au cas où, par suite de circonstances impré-i vues, la pression de-
  - Fig. 359. — Transformateur triphasé à refroidissement naturel immergé dans l’huile, 3 000 kilovolts-ampè-res,7o 000,20 760 volts, 50 périodes.
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- - 394
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - vient trop forte à l’intérieur de l’appareil. La ligure 360 montre le plan, la coupe et l’élévation d’un transformateur triphasé de ce système.
  - Pro^'' élévation
  - VUE EN PLAN
  - Fig. 360. — Transformateur triphasé à bain d’huile, refroidissement naturel, 7 500 kilovolts-ampères, 70 000 20760 volts, 50 périodes.
  - Dans d’autres types, on refroidit l’huile à l’aide d’une circulation d’eau dans un serpentin renfermé dans la cuve (fig. 360 et 361).
  - Lorsque les transformateurs ne doivent servir que d’une façon intermit' tente (T. S. F. par exemple), ou dans certains cas particuliers, on utilise des transformateurs à sec, c’est-à-dire sans bain d’huile, qui sont moins encombrants, moins lourds et d’un rendement généralement supérieur.
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 395
  - Au-dessus de puissances de 75 à 100 kilovolts-ampères, si l’on ne veut pas se servir de transformateurs immergés, il faut avoir recours à la ventilation forcée, ce qui nécessite des installations auxiliaires qui retirent au
  - 45 000/10 500 volts, 50 périodes.
  - transformateur l’un de ses plus grands avantages, celui de ne réclamer ^Ue Peu de surveillance.
  - ^ ifc sjc
  - p
  - e due nous venons de dire s’applique d’une façon générale à tous les °urants alternatifs, quelle que soit leur nature. En particulier, comme c’est
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- - 396 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - le cas le plus général, lorsque le réseau est alimenté par du courant triphasé, il est nécessaire de disposer un transformateur sur chacune des phases.
  - Onpeut opérer en disposant les transformateursmonophasés dans le même plan ou, au contraire, les grouper symétriquement (fig. 362). Chacun des
  - noyaux N1; N2, Ns porte les deux enroulements et les culasses C, C, ferment le ciécuit magnétique.
  - * * *
  - Fig. 362.
  - Divers modes de
  - Divers modes de constitution des transformateurs connexion des pha-triphasés. I ,
  - ses peuvent êtrerea-
  - lisés, aussi bien sur le réseau haute tension que sur le réseau basse tension' Ces montages sont au nombre de trois et appelés montage en étoile, montage en triangle et montage en zigzag. La figure 363 montre comment les
  - fils sont connectés entre TRIANGLE , ,
  - triangle eux dans les diverses com-
  - binaisons que l’on rencontre dans la pratique-Chacune d’elles convient mieux que les autres sui-
  - ETOILE
  - ÉTOILE
  - H T
  - B T
  - -i.
  - HT
  - B.T
  - TRIANGLE
  - ÉTOILE
  - HT
  - B.T
  - HT
  - B.T
  - ETOILE ZIG - ZAG
  - Fig. 363. — Couplage des transformateurs.
  - Fig. 364. — Principe de l’auto transformateur.
  - vant les conditions de fonctionnement, en particulier si plusieurs transformateurs sont couplés en parallèle, mais l’exposé de cette question, <lul est du domaine purement technique, sortirait du cadre de cet ouvrage-
  - * * *
  - Nous signalerons simplement également les auto-transformateur s
  - que l’on emploie dans certains cas. Dans ces appareils, on ne place qu un seul enroulement sur un circuit magnétique, et on le fait parcourir par
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT 397
  - exemple par le courant haute tension (fig. 364). Les bornes du secondaire sont l’une des extrémités A de l’enroulement et un point B de cet enroulement. On montre facilement que le rapport de transformation est égal au rapport des nombres de spires compris entre les bornes des enroulements, c’est-à-dire que :
  - h = ”2
  - nx + w2
  - De plus, les intensités et les différences de potentiel sont en phase dans les deux circuits. Ces appareils, bien que théoriquement supérieurs aux transformateurs ordinaires que nous avons étudiés plus haut, ont l’incon-venient, si un court-circuit se produit, d’appliquer directement la haute tension au circuit d’utilisation. Aussi ne les emploie-t-on que dans les cas °u °n ne cherche que de petites variations de tension, par exemple lorsque 1 °n veut, sur un circuit 110 volts, alimenter un appareil ne supportant que 9° ou 100 volts.
  - * * *
  - ^installation des transformateurs doit être entoureede précautions spéciales puisque, en général, la tension de l’un des enroulements est toujours très élevée. En particulier, on les dispose dans des locaux spé-Claux où ne peut avoir accès qu’un personnel spécial ; lorsqu’ils sont de Petite puissance, on les établit quelquefois sur les poteaux des réseaux aenens. Ces règles s’appliquent également aux transformateurs dits ^ abonnés, qui desservent directement chaque consommateur. Leur aPpareillage est très simple et comprend un coupe-circuit bipolaire et Un mterrupteur bipolaire pour chaque enroulement. De plus, afin d’éviter (lu en aucun cas le circuit basse tension ne puisse se trouver accidentellement porté au potentiel de la haute tension, on munit le transformateur aPpareils de sécurité qui l’isolent du réseau lorsque la tension devient trop grande sur le circuit d’utilisation.
  - Les dispositifs employés sont très nom-enx ; nous n’en décrirons schématiquement 9n un seul (fig. 365). Un plateau métallique C est relié à l’une des bornes du circuit de basse j^nsion par l’intermédiaire d’un fusible F. En Ce de lui se trouve disposé un plateau D, très , &er et relié à la terre. Le fusible F soutient paiement une plaque métallique P qui peut Venir fermer un circuit MAN en dérivation SUr le réseau haute tension. Dans ces conditions, si la tension s’élève Normalement dans le circuit secondaire, le plateau C attire D qui Vlent à son contact et détermine une mise franche à la terre. L’inten-
  - terre
  - Fig. 365. — Protection des transformateurs.
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sité du courant qui circule alors dans FCD fond le fusible F; la plaque P est libérée et vient fermer le circuit MAN. Le transformateur est alors isolé du réseau haute tension et celui-ci, qui est court-circuité par MAN, provoque la fusion des plombs CC qui protègent le transformateur.
  - * * *
  - Un transformateur d’un genre un peu particulier est la bobine de Ruhmkorff, dont les multiples applications ont fait, surtout dans le
  - passé, un des appareils essentiels de tous les cabinets de physique. C’est un transformateur à circuit magnétique ouvert (fig. 366), et on s’en sert surtout comme survolteur pour transformer du courant continu en courant haché à haut voltage.
  - Le principe de son fonctionnement repose sur les propriétés des extra-courants de rupture. Quand on ferme le primaire d’une bobine de Rubm-korff sur une source de courant continu, une pile par exemple, un courant s’établit qui provoque l’aimantation du noyau de fer. Il en résulte une force électromotrice induite de fermeture dans le secondaire, qui est relativement faible, étant donné le temps que met le courant primaire pour atteindre sa valeur de régime. Nous avons vu, en effet, en étudiant les lois d’induction, que la force électromotrice induite est d’autant pluS intense que la variation du flux qui la provoque est plus rapide.
  - Quand on rompt le circuit primaire, il se produit encore dans le secondaire une force électromotrice dite de rupture, qui est inverse de la précédente, mais beaucoup plus grande, car la rupture est plus rapide que la fermeture.
  - La figure 367 montre schématiquement comment varie le courant dan5 le primaire et le secondaire en fonction du temps.
  - En général, la bobine de Ruhmkorff a son circuit secondaire ouvert,
  - F.ê.m. secondaire
  - Courant Primaire
  - Allure des courants dans la bobine de Ruhmkorff.
  - Fig. 367.
  - Pile
  - Fig. 366.— S chéma d’une bobine
  - de Ruhmkorff.
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT 399
  - de sorte que, si la force électromotrice de rupture est suffisante, il se produit une étincelle entre les deux bornes du circuit secondaire. C’est à peu près exclusivement à la production de cette étincelle que servent les bobines. Nous verrons, dans les chapitres relatifs àla télégraphie sans fil et à l’élec-tricité médicale, les applications que 1 on a faites des propriétés de cette étincelle.
  - Remarquons que, dans ces conditions, si la distance séparant les deux pôles est suffisante, l’étincelle ne se produira qu’au moment de la rupture du primaire (puisque la force électromotrice de fermeture est beaucoup plus faible). Par suite, ia bobine possédera pratiquement un pôle positif et un pôle négatif.
  - * * *
  - Puisque la force électromotrice d’induction est d’autant plus grande que ta rupture est plus brusque, on a proposé de nombreux dispositifs remplissant cette condition ; nous allons en passer quelques-uns en revue.
  - Le dispositif le plus simple utilise une lame vibrant sous l’action d’un électro-aimant qui l’attire (hg. 368). Cette lame porte une pointe P formant contact et assurant la liaison électrique avec le primaire de la bobine. Le courant passe alors dans celle-ci et dans le petit électro-aimant E qui attire la lame vibrante, rompant ainsi le courant. Le courant primaire étant interrompu, l’électro-aimant cesse d’attirer la lame, qui revient par dasticité fermer le contact, et les mêmes effets se reproduisent.
  - On comprend facilement qu’en réglant la course de la lame, son poids, s°n élasticité, sa longueur, la force de l’électro-aimant, on agisse sur la Période de vibration de façon à réaliser celle qui donne les meilleurs résultats. Remarquons d’ailleurs que l’électro-aimant peut être soit parcouru Par le courant total, soit monté sur une dérivation, etc. ; le nombre des combinaisons est extrêmement varié. On peut également utiliser les vibra-ti°ns forcées d’une lame fixée en ses deux extrémités et sollicitée en son ^dieu par un électro-aimant (voir Soupape Soulier).
  - Nous décrirons à titre d’exemple le rupteur Carpentier (fig. 369)» lorsque le courant passe dans la bobine, les différentes pièces ont la disposition relative représentée sur la figure. Le noyau de fer de la bobine * aimante et attire la palette P qui prend de la vitesse et vient rencontrer
  - rusquement l’extrémité du ressort R qui s’éloigne alors de la pointe p,
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- - 400
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - rompant le circuit. L’aimantation du noyau de fer cesse, et le ressort R, agissant sur la palette P, la ramène à sa position initiale, rétablissant le
  - courant dans la bobine. En agissant sur la vis r, on modifie la course du ressort R; la vis r' règle la course de la palette P, et la tension du ressort R, que l’on peut faire varier, la vitesse de déplacement de P.
  - Bobine de Rcihmkorff
  - novau
  - deTer
  - ïj
  - m
  - tO
  - P«mn mjnf]
  - "“r
  - V
  - circuit
  - d’alimentation
  - Fig. 369. — Rupteur Carpentier.
  - Dans d’autres systèmes, la rupture du circuit, au lieu de se produire entre deux parties métalliques, a lieu entre une pointe et un liquide, du mercure recouvert d’une couche d’alcool, de façon à en empêcher la vaporisation et l’oxydation et à assurer en même temps une meilleure coupure. La figure 370 donne le principe de ces rupteurs
  - genre Foucault, que l’on utilise dans les bobines de grande puissance afin d éviter la détérioration des pointes métalliques. Une tige verticale de platine TI est solidaire d’un levier TF porté en E par une lame élastique verticale L. A l’autre extrémité du levier, une armature de fer doux F peut être attirée par le noyau de fer de la bobine. Le courant primaire suit le chemin X..
  - PMITEKP. A ce moment, le noyau de fer aimanté attire F, le levier bascule, I sort de la couche de mercure M, le courant est rompu. L’élasticité de la tigeL ramène ensuite I en contact avec M. Dans certains appareils, c’est un petit moteur qui, à l’aide d’un système bielle-manivelle, actionne la tige TI.
  - Dans un grand nombre d’installations
  - m
  - Primaire
  - 1111
  - Fig. 370. — Rupteur genre Foucault*
  - radiographiques, la rupture du courant primaire est obtenue à l’aide d une turbine à mercure. Voici le principe de cet appareil (fig. 371)- Une piece conique en fer ou en buis, dont l’axe est vertical, plonge dans un bain de mercure. Elle est percée d’un conduit oblique par rapport à l’axe. Qua cette pièce est mise en rotation rapide, par un moteur par exemple, la force centrifuge agit sur le mercure qui jaillit par l’orifice du conduit. Concentri quement se trouve placée une couronne métallique isolée qui est séparée en secteurs reliés à l’un des pôles de la bobine. Le jet de mercure balaye successi vement ces différents secteurs et, comme le mercure est relié au secteur par
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 401
  - l’autre pôle de la bobine, le circuit se trouve alternativement ouvert.et fermé. Lorsque le secteur d’alimentation est alternatif, la commande de la pièce
  - tournante est réalisée à l’aide d’un Moteur synchrone qui, une fois son régime de rotation atteint, détermine la coupure du courant toujours au même moment de la phase.
  - La rupture du circuit se fait non Pins dans l’alcool ou l’huile, comme dans les interrupteurs précédents, mais dans le gaz d’éclairage. La fi-gure 372 montre une vue d’ensemble de l’appareil pour courant continu, et la figure 373 une vue de l’interrupteur fonctionnant sur courant al- Fig. 371. — Interrupteur turbine,
  - ternatif. On voit que, dans ce dernier T; ‘urb;ne E> «traînement ; m, masse de
  - Cas> le moteur est du type à attraction magnétique dont l’enroulement est fixe et l’armature mobile.
  - Le rendement de ces appareils est excellent et a fait délaisser l’emploi des interrupteurs électrolytiques, dont nous dirons cependant un mot, par suite de l’intérêt théorique qu’ils présentent et du rôle qu’ils ont joué en télégraphie sans fil. Ces interrupteurs sont de deux types : Weh-nelt et Simon.
  - L’interrupteur Wehnelt est
  - constitué par un voltamètre dont les électrodes ont des surfaces très différentes, généralement un fil de platine très fin enfermé dans un tube de verre dont la section seule affleure et qui sert d’anode, une lame de plomb constituant la cathode. Le tout
  - £•372.-—Interrupteur turbine courant continu. baigne dans une solution d acide
  - Slllfurique au dixième. Quand un courant assez intense et d une force Vigneron. — Électricité. ^
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  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - électromotrice d'au moins 60 volts circule dans cet appareil, le fil de platine devient incandescent et son extrémité s’entoure d’un manchon d’eau
  - vaporisée et même dissociée [qui forme isolant et coupe le courant. Immédiatement, le fil se refroidit, les gaz se détachent de son extrémité, et le courant passe de nouveau. On peut ainsi arriver à réaliser 700 à 800 interruptions par seconde, c’est-à-dire infiniment plus que par aucun dispositif mécanique (fig. 374)-
  - Fig- 373- — Interrupteur turbine courant alternatif.
  - Dans les interrupteurs électro-lytiques Simon, Caldwell, etc., leS deux électrodes sont larges, constituées en général par des lames de plomb plongeant dans l’eau acidulée et séparées par une lame de verre percée de trous dont le diamètre doit être inférieur à 2 millimètres (0, fig-3 75) ou par deux lames de verre laissant entre elles une fente de largeur variable. Quand le courant passe, il se forme un mélange tonnant au voisinage des trous qui deviennent lumineux, mélange qui empêche Ie passage du courant. Le fonctionnement est le même que celui duWehnelt, mais il faut cependant remarquer qu’ich l’appareil étant symétrique, lorsqu’on l’alimente par du courant alternatif, il interrompt les deux périodes de courant, tandis que le Wehnelt, par suite de sa construction même, n’interrompt que la demi-période pour la-' quelle la pointe de platine est anode.
  - Nous verrons plus loin que cette pro-
  - Fig. 374. — Interrupteur Wehnelt.
  - C, cathode de
  - A> aDOde en priété a reçu une application intéressante dans les redresseurs à pointes et dans les parafoudres.
  - {4°-
  - — 3? —
  - Quel que soit le dispositif employé pour produire la rupture du courant primaire dans la bobine de Ruhmkorff, par suite de la self-induction du bobinage, il se produira toujours une étincelle ou même un arc qu* n0tl
  - Fig. 375-,
  - Interrupteur Simo°*
  - seulement occasionne la détérioration des pièces des rupteurs, mais
  - aussi
  - nuit à son rendement, puisque le courant tend à se prolonger par
  - cet
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- - transformation et conversion du courant
  - 403
  - arc- Nous avons rencontré un problème analogue dans le cas des inter-ruPteurs de courant ordinaires. Les mêmes solutions sont valables ici (courant d’air, champ magnétique, emploi d’une dérivation, etcd ; mais, dans la bobine de Ruhmkorff, le procédé ordinairement employé consiste dans ^ emploi d’un condensateur C en dériva-sur le rupteur, de sorte que le schéma de la bobine est Celui représenté sur la %ure 376 (le condensateur est logé dans le socle de l’ap-Pareil). Le fonctionnement de cette capacité est le suivant: dès que commence la rupture, résistance du primaire augmente très vite, d’où création d’une force e|ectromotrice induite considérable provoquant un transport d'électri-^fié qui s’accumule dans les condensateurs, de sorte que la résistance a e temps de devenir très grande avant que la force électromotrice ait
  - atteint une valeur suffisante pour produire une étincelle : par suite,
  - celle-H r, • -i,-
  - c ci ne jaillira pas.
  - j Remarquons d’ailleurs que, si la ruptüre est extrêmement brusque (avec s interrupteurs électrolytiques, par exemple), il est inutile et même nui-e de disposer un condensateur aux bornes de la rupture.
  - E, pile ; N, noyau de fer doux ; P, enroulement primaire ; S, enroulement secondaire ; V, vis de réglage ; C, condensateur shunté sur l’interrupteur ; M, marteau de l’interrupteur.
  - 4UTRES transformateurs et convertisseurs de
  - COURANTS
  - à çpU \*eude réaliser la transformation des courants statiquement, c’est-tr 6 a ~>a^e d’appareils ne comprenant pas de pièces mobiles, comme les q ansformateurs, on peut utiliser des transformateurs dynamiques j n°Us allons passer rapidement en revue.
  - Un ~GUr Prïn(fiPe est extrêmement simple : le courant à transformer actionne c rtl°leur qui commande une dynamo ou un alternateur qui produit le Un rardIdésiré. Chacun de ces deux générateurs peut être établi d’après type quelconque.
  - a dynamcÇgénératrice peut être à courant continu ou à courants alter-
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- - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 4°4
  - natifs de fréquence et de nombre de phases variables à volonté.
  - La dynamo réceptrice peut être un moteur continu, série ou shunt, ou un moteur alternatif synchrone ou asynchrone, etc.
  - Au lieu de se servir d’un groupe moteur-générateur, on peut condenser ces appareils en un seul auquel on donne le nom de commutatrice-
  - Dans les commutatrices à deux enroulements, la carcasse métallique seule est commune, les enroulements des deux in' duits étant distincts.
  - Dans les commutatrices à un enroulement, ia carcasse et les enroulements induits sont confondus.
  - A titre d’exemple, nous donnerons le principe de la « dynamo omnibus >>. Elle est constituée par 1111 anneau Gramme muni d’un côté d’un collecteur a lames avec deux balais C, C' et de l’autre, de trois bagues isolées frottant sur des balais et en relatiou avec trois points équidistants de l’enroulement
  - (%• 377)-
  - Les inducteurs étant montés en série, si on falt tourner la machine à l’aide d’un moteur auxiliaire on recueille d’un côté du courant continu (CC )> de l’autre du courant alternatif triphasé (QQCs)’ Si on excite séparément les inducteurs et qu 011 envoie par CC' du courant continu, on a un m° teur asynchrone et on recueille du courant trl
  - phasé par QQCg.
  - Si, au contraire, on envoie du courant triphasé par CjCX,, la machine fonctionne comme moteur synchrone et débite du continu par CC •
  - La figure 376 donne également le principe d’une commutatrice trans formant le courant continu en courant alternatif monophasé qne 1 recueille par deux bagues reliées à deux points diamétralement opp°seS de l’enroulement.
  - Fig. 377- — Principe de
  - la dynamo omnibus.
  - C, C', balais amenant ou captant du courant continu ; B,, B2, B;,, bagues amenant ou captant des courants alternatifs triphasés : A„ A2, A3, trois points équidistants de l’anneau de Gramme en relation avec les trois bagues.
  - caf
  - Ces appareils ne sont employés que dans certains cas particuliers,
  - leur rendement est inférieur à celui des groupes convertisseurs ordinaire
  - L’emploi des commutatrices pour la transformation des coura
  - alternatifs en courant continu s’est rapidement développé au cours
  - dernières années, notamment pour l’équipement des sous-stations
  - traction. ,
  - • p est
  - En effet, un des avantages très appréciables de la commutatric
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT 405
  - Son aptitude, bien meilleure que celle du groupe moteur-générateur, à supporter momentanément de fortes surcharges relativement à la puissance de régime. Mais il existe une différence fondamentale entre la
  - 378. — Commutatriee T.-H. de 1 000 kilowatts, 750 tours-minute, 600 volts.
  - Commutatrice et le groupe moteur-générateur. Ce dernier se compose de machines distinctes n’ayant entre elles qu’une liaison mécanique, sorte que les à-coups de service ne réagissent sur la génératrice que Par des variations de vitesse se traduisant par des variations de la ensi°n continue aux bornes.
  - 110 volts
  - 110 volts
  - Fig. 379. — Schéma d’une commutatriee.
  - CQ^U coritraire, dans la commutatriee, un seul et même enroulement est c ec^ d’une part aux circuits alternatifs, d’autre part au circuit mu. U en résulte que le fonctionnement des collecteurs et des balais
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- - 406
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - continus peut être sérieusement affecté lorsque le régime est trouble. Il se produit des crachements aux balais qui peuvent, dans certaines circonstances, donner naissance à des arcs qui s’amorcent soit entre les lignes de balais successifs, soit entre les balais et la masse. C’est l’accident connu sous le nom de « flash » et qui peut endommager gravement la machine.
  - Pour remédier à cet inconvénient, non seulement les machines sont étudiées spécialement et munies de circuits électriques amortisseurs, mais les balais sont eux-mêmes protégés par des sortes de boîtes en fibro-ciment, et des écrans isolants et incombustibles entourent complètement le collecteur (voir fig. 378). Enfin, des disjoncteurs ultra-rapides disposés du côté continu donnent une protection supplémentaire.
  - * * * r
  - Lorsque l’on ne demande pas une très grande puissance, par exempt pour charger quelques batteries d’accumulateurs ou pour actionner de petits moteurs domestiques, il existe toute une série d’appareils flul permettent la transformation très commode des courants alternatifs eïl courants sinon continus, tout au moins d’une polarité constante, d elles sont la soupape de Soulier, le redresseur Rosengart, la soupape de Nodon, etc.
  - Le redresseur Soulier est constitué par un transformateur qui abaisse
  - la tension alternative du secteur à la tension d’utilisation. Les deux ondes
  - , ]e
  - du courant transformé sont triées par un vibreur qui est actionne par courant alternatif lui-même et ferme le circuit au moment où le courant prend une direction convenable pour la charge de l’accumulateur.
  - Dans le redresseur Rosengart, c’est un petit moteur synchrone flul entraîne un collecteur cylindrique divisé en secteurs isolés les uns autres et sur lequel frottent deux balais. Ce moteur possède trois paires pôles, donc il ne tourne que d'un tiers de tour pendant une période ^ courant. Le commutateur est divisé en six parties égales, alternative!# conductrices et isolantes. En réglant le calage desbalais, on arrive à réaüser la prise en phase exacte. Enfin, la forme particulière des secteurs conduc teurs permet, en déplaçant les balais suivant une génératrice, de fair varier le voltage, ce qui est important, au cours de la charge d’une batte1"1 d’accumulateurs par exemple.
  - Les soupapes électrolytiques sont analogues, au point de vue du tionnement, aux interrupteurs électrolytiques dont nous avons précédemment. Ce sont des voltamètres ne laissant passer que les cour d’un sens et arrêtant les courants de sens opposé.
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- - transformation et conversion du courant
  - courant
  - redressé'
  - 4°7
  - Ils sont constitués par une lame d’aluminium et une lame de fer (soupape Nodon) ou par une lame d’aluminium et une lame de plomb (soupape de Graetz). L’électrolyte est une solution saturée de phosphate de potassium.
  - Quand la lame d’aluminium fonctionne comme anode, l’oxygène qui s’y dégage la recouvre d’une couche d’oxyde d’aluminium qui constitue une lame isolante empêchant le passage du courant. Pendant l’alternance suivante, l’oxygène se dégage sur le plomb ou le fer et l’hydrogène sur l’aluminium, il y a réduction de 1 oxyde et l’appareil est de nouveau rendu conducteur. C’est ici la couche d alumine qui remplace la pellicule gazeuse des interrupteurs électrolytiques, mais, tandis que dans ceux-ci Cet isolant momentané se détruit spontanément, dans le cas présent Ce n’est que par l’action de l’onde du courant alternatif de sens opposé à celui qui a provoqué la formation.
  - Ces appareils donnent donc des ruptures qui ont la même fréquence que
  - celle du courant, etnon plus une fréquence qui dépend de leur construction.
  - Ces appareils ont un mauvais rendement puisqu’ils détruisent leur demi-onde, et de plus ils s’échauffent rapidement lorsqu’on leur demande uu travail prolongé, ce qui nuit au fonctionnement. On remédie à ce dernier uiconvénient en prenant des appareils de grandes dimensions. Quant au Premier, on y obvie en utilisant quatre soupapes montées en pont de ^éheatstone, le courant redressé passant dans la diagonale du pont (fig. 380). Ces flèches indiquent le sens de passage du courant.
  - Remarquons que, pour des courants de haute tension, ces soupapes fonctionnent plus et laissent passer les deux ondes directe et inverse.
  - Fig. 380---Montage de quatre soupapes élec-
  - trolytiques pour utiliser les deux ondes d’un courant alternatif.
  - * * *
  - Pour redresser un courant alternatif de haute tension, un dispositif °ngmal utilise les propriétés de la décharge entre pointe et plateau ^ont nous avons déjà parlé précédemment. On a vu que le courant ne Passe que de la pointe vers le plateau, c’est-à-dire que la pointe est tou-lours anode.
  - Ces difficultés se présentent lorsque l’intensité du courant est consi-
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- - 408 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - dérable, car il s’établit un arc intense qui ne rectifie que médiocrement.
  - On obtient un redressement complet et un 'fonctionnement régulier en soufflant cet arc à l’aide d’un courant d’air allant de la pointe au plateau. Le dispositif pratique est représenté sur la figure 381. La pointe glisse à l’intérieur d’un tube p qui est soit isolant, si l’extrémité de la pointe est à l’intérieur du tube ou à l’orifice, soit métallique, si la pointe sort de
  - quelques centimètres. Le plateau P est assez large pour que la décharge ne puisse se produire de la pointe vers ses bords. Le courant d’air entre en A et est projeté vers le plateau.
  - L’une des extrémités du redresseur est reliée à l’un des pôles du secondaire d’un transformateur T de 4 000 volts dont l’autre pôle est au sol. Le courant positif va de la pointe au plateau et aucune décharge n’a lieu en sens oppose, pourvu que la distance entre la Fig. 381. — Schéma d’un redresseur à pointe, pointe et le plateau, la distance
  - entre la pointe et l’orifice de sortie de l’air, la pression de l’air et la tension soient convenablement réglées.
  - La décharge du courant redressé est blanche, rythmée et saccadée, ce qui la différencie de l’arc coloré que l’on obtient quand il n’y a pas de courant d’air ; cet arc agit légèrement comme redresseur, mais en sens opposé.
  - Pour des tensions plus faibles, le fonctionnement est beaucoup moins régulier. Il faut une certaine différence de potentiel minima pour que l’intervalle d’air puisse être franchi.
  - Lorsque la pointe est à l’intérieur d’un tube de verre, la décharge est plus sèche, mais il y a tendance à la production d’ondes. Dans ce cas, il faut employer des électrodes en aluminium et un grand plateau P.
  - Quand la pression du gaz augmente progressivement, le redressement passe par un optimum qui dépend de la position des électrodes et du diamètre de l’ouverture destinée au passage du gaz. Au delà de la pression optimum, le fonctionnement devient irrégulier.
  - Un dispositif analogue est réalisé par la soupape de Villard (fig- 3^2)‘ Ici encore, la différence de forme des électrodes amène la dissymétrie dans leur manière de se comporter. Si on place une grande électrode d alu-
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- - transformation et conversion du courant
  - 4°9
  - Fig. 382. — Soupape de Villard.
  - - £
  - minium dans un tube de Geissler, en face d’une petite électrode placée au fond d’un tube étroit, on constate que le tube est beaucoup plus résistant au passage de la décharge électrique quand on utilise la petite électrode comme anode. Le tube joue donc le rôle de soupape et ne laisse passer que les courants du sens indiqué sur la figure.
  - Ces appareils n’ont d’ailleurs plus grand intérêt, pomme nous le verrons, depuis la découverte des redresseurs dits kénotrons.
  - Un redresseur de courant souvent employé en radiologie est connu sousle nom de contact tournant. Nous ne décrirons que le principe de l’appareil utilisant les deux phases (fig. 383).
  - Un axe vertical ou horizontal, en matière isolante, porte deux séries de
  - conducteurs fixés à l’extrémité des bras isolants, dont une série est directe, et l’autre disposée en croix.
  - Suivant la circonférence décrite par les extrémités de ce système tournant, et convenablement calés, se trouvent des secteurs métalliques de longueur déterminée. Les secteurs du bas reçoivent le courant alternatif à haute tension qui sort du transformateur. Les secteurs du haut forment collecteurs et distribuent le courant qu’on utilise.
  - Grâce à la disposition des conducteurs qui établissent la liaison entre les secteurs du haut et ceux du bas, 011 comprend qu’à chaque inversion de courant du transformateur correspond une position déterminée des bras du système tournant, telle que le courant traverse le tube dans un sens invariable.
  - Si donc un moteur synchrone entraîne ce système tournant, qui peut être très léger, on aura réalisé méca-b - — Axe et niquement le redressement du courant. Mais les dimen-
  - ae*ioued’de cou~ s^ons de l’aPPareil sont assez considérables et la puis-^tateurtournant sance du moteur l’actionnant n’est pas négligeable.
  - phases.
  - * * *
  - Fi
  - 383.
  - La
  - classe
  - de convertisseurs dont nous allons parler maintenant, et qui
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- - 4X0
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - comprend les convertisseurs à mercure, les redresseurs tungstène-argon (tungar), les soupapes genre kénotron, etc., repose sur des principes tout différents.
  - Le principe des redresseurs'à vapeur de mercure est très simple-La rupture d'un circuit électrique produit, entre les deux pièces que l’on écarte, un arc qui a, entre autres propriétés, celle de ne laisser passer le courant que dans un sens. C’est-à-dire que, si le courant d’alimentation est alternatif, l’arc ne peut être traversé que par des impulsions de courant de même sens. Cet effet de soupape électrique est particulièrement bien réalisé par un arc lumineux au mercure jaillissant dans un espace vide. Si 1 on produit un arc électrique à l’aide du courant continu, dans un espace vide d’air, non seulement, à tension égale, les électrodes peuvent être plus éloignées que dans l’air, mais encore l’arc présente un aspect particulier. A l’anode, il forme une auréole qui élève sa température; à la-cathode, on aperçoit une tache claire, blanche, incandescente, se déplaçant avec rapidité sur la surface de l’électrode. Si celle-ci est en mercure, sous cette tache, dite tache de cathode, il se forme un profond cratère d’où s’échappe un flot intense de vapeur du métal. On aperçoit même, si Ie vide est très poussé, une flamme négative s’élevant du cratère.
  - La colonne lumineuse positive part directement de l’anode, reste compacte jusqu’à la cathode réelle et laisse libre un espace obscur. C’est cette colonne qui, dans les lampes à vapeur de mercure, est la source lumineuse utilisée.
  - L’explication théorique du passage du courant est la suivante : le transport d’électricité a lieu grâce au déplacement des ions gazeux positifs ou négatifs. La charge des ions positifs est toujours liée à l’atome chimique’ tandis que la charge élémentaire négative, l’électron, apparaît comme une masse impondérable. Dans l’atmosphère de l’arc de mercure existent, nous verrons pourquoi plus loin, des particules dissociées et des molécules neutres.
  - D un point de la surface de la cathode, chauffé très fortement par leS ions qui le heurtent, s’échappent des électrons qui se dirigent vers l'anode à grande vitesse. Dans leur parcours, ces électrons heurtent des molécules neutresde mercure et sous l’influence du choc celles-ci seséparenten charges électriques positives et négatives (ionisation par choc). Toutes les charges positives se précipitent sur la cathode qu’elles bombardent, élevant sa température, et par suite contribuent à l’émission d’électrons et au PaS sage du courant, tandis que les ions positifs formés par ionisation aug mentent la conductibilité de la vapeur.
  - On voit donc que, pour que le courant passe, il faut qu’il existe de
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 411
  - molécules à l’état gazeux et des particules dissociées. Pour réaliser cet état, c’est-à-dire pour amorcer la lampe, il est nécessaire de procéder à mi allumage indirect. Voici comment on y arrive.
  - La figure 384 représente une lampe à vapeur de mercure comportant une électrode auxiliaire de mercure c. On bascule la lampe de façon que b et c soient en contact. En ramenant la lampe dans sa position normale, au moment où la nappe de mercure se rompt, il y a production d’une étincelle, qui sera suffisante pour libérer des électrons et vaporiser une quantité de mercure telle que l’arc puisse s’établir entre les électrodes principales a et b. La figure indique les connexions : il faut que l’électrode principale de mercure soit une cathode aussi bien dans
  - L circuit d’allumage que dans le circuit principal : elle doit donc être réunie aux pôles négatifs des deux circuits.
  - On verra, au chapitre sur l’éclairage, d’autres modes d’allumage que 1 ou peut utiliser.
  - Nous avons vu que les électrons, particules négatives, ne peuvent être émis que par une électrode fortement chauffée ; de plus, il faut évidemment que cette électrode soit une cathode. Donc, si, dans l’appareil que
  - nous avons représenté sché-! 'x f * Courent dè/imcntotion matiquement figure 384, la
  - '-------' T source de courant alimentant
  - le circuit I est une source alternative, le circuit d’allu-mgtge II étant toujours branché sur un courant continu, un arc lumineux s’allumera de a à b chaque fois que a sera positif et b négatif. Dans tout autre cas, le courant ne passera pas. La figure 385 donne la forme du courant qui passera dans l’appareil, lorsque l’alimentation est faite en courant alternatif. Pratiquement, il ne passe aucun courant pendant le* Périodes a. Il ne faut d’ailleurs pas croire que l’énergie correspondante s°it anéantie ; son arrivée dans le circuit correspondant et pour la période correspondante est simplement suspendue.
  - Le redresseur intermittent que nous venons de décrire ne serait pas
  - Courant passent dans te tempe
  - Fis- 385. — Forme du courant passant dans un redresseur à vapeur de mercure.
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- - 412
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - d’un emploi pratique. Il faudrait en effet maintenir l’alimentation de l’arc auxiliaire d’allumage à l’aide d’une source contine, pour entretenir Vexcitation de la cathode. Sans cette précaution, la soupape s’arrêterait de fonctionner au premier changement de sens du courant, car la rupture du courant, même pendant i X io~5 seconde, suffit pour refroidir la base de l’arc lumineux à la surface du mercure et pour interrompre le courant d’électrons.
  - Pour avoir un appareil pratique, il suffit, dans le cas du courant monophasé considéré plus haut, de réaliser l’accouplement représenté schématiquement figure 386, et grâce auquel on utilise les deux ondes du courant sinusoïdal. Le courant du circuit alternatif alimente un transformateur dont l’enroulement secondaire est en deux parties, le point neutre de cet enroulement étant connecté à une borne du circuit d’utilisation
  - Courant afternat/P
  - C/rcuit d'ut/Z/sat/on fCourant cont/nu )
  - Convertisseur
  - Sob/ne de se/P
  - Fig. 386. — Montage d’un convertisseur de courant alternatif monophasé.
  - de façon que seule la
  - moitié d’enroulement ayant une force électromotrice dirigée du point neutre vers l’extérieur soit parcourue par le courant, puisque le convertisseur branché dans le circuit ne peut être traversé que par les ondes de cette polarité. Pendant ce temps, l’autre moitié d’enroulement reste sans courant. Si le courant d’alimentation est à 42 périodes par seconde, les deux moitiés d’enroulement seront parcourues par le courant 84 fois par seconde.
  - Il est facile de se rendre compte que le point neutre du transformateur forme le pôle négatif du circuit à courant continu et que la cathode du convertisseur est le pôle positif du circuit. On remarque que nous avons indiqué, dans
  - Fig. 387.
  - Forme du courant redressé par un convertisseur.
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 4i3
  - le circuit d’utilisation, une bobine de self-induction. Voici son rôle : si, aux bornes du circuit d’utilisation, on intercale simplement une résistance ohmique, l’intensité et la force électromotrice passent par^zéro, comme l’indique la figure 387, pendant un temps très court sans doute, mais suffisant pour que le redresseur s’arrête de fonctionner. Au contraire, en présence d’une bobine de self, qui fonctionne, ainsi qu’on le sait, comme un accumulateur d’énergie, le courant redressé a la forme indiquée par la courbe inférieure de la figure 387 ; on constate qu’il y a un recouvrement empêchant le courant de s’annuler et par suite prévenant 1 arrêt de l’appareil redresseur.
  - On remarquera d’ailleurs que le courant ainsi obtenu est ondulatoire, les fluctuations du courant étant très considérables. Aussi y a-t-il avantage a opérer, non plus sur des circuits à courant monophasé, mais sur des courants alternatifs triphasés.
  - Le principe de l’appareil redresseur est toujours le même ; seul le nombre des anodes augmente, tandis que la cathode de mercure reste commune à foutes les phases. La figure 388 mon-fre par exemple le schéma d’un redresseur hexaphasé branché au secondaire d’un transformateur alimenté
  - Par du courant alternatif triphasé. La figure 389 montre l’allure du courant ainsi redressé. La courbe tracée en trait fort au-dessus des points d’intersection représente la forme réelle de la tension dans le circuit d’utilisation.
  - remarque qu’elle a une allure beaucoup plus constante que celle d’un redresseur monophasé (fig. 387). Si l’on met en plus dans le circuit d utilisation une résistance inductive, comme précédemment, l’effet ondula-toire est encore extrêmement atténué.
  - Tels sont les principes généraux sur lesquels sont établis les redresseurs a vapeur de mercure.
  - Tour les petites puissances, ne dépassant pas 100 ampères au secondaire, f dément actif du convertisseur est une ampoule de verre ou de quartz
  - Fig. 389. — Forme du courant redressé par un convertisseur hexaphasé.
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- - 4i4
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - (fig. 390) ayant deux électrodes en graphite jouant le rôle d’anodes (A, A', fig. 391) et une électrode de mercure (B) fonctionnant comme anode. Le vide est fait dans l'ampoule au moment de sa fermeture.
  - Chaque anode est reliée à un des pôles du circuit alternatif d’alimentation d’une part et, d’autre part, par l’intermédiaire de la bobine de self, au pôle négatif du circuit d'utilisation.
  - Une petite électrode auxiliaire C, reliée à une des bornes du circuit d’alimentation à travers une résistance, sert à l’amorçage de l’arc. Lorsqu’on bascule l’ampoule, le mercure réunit B et C, et, en revenant à sa position initiale, il se forme un arc de rupture qui allume la lampe. La bobine de self sert à empêchçr la lampe de s’éteindre au moment où le courant alternatif s’annule au changement de signe (voir chapitre sur l’éclairage).
  - Le fonctionnement de l’appareil est le suivant. Supposons qu’à un instant l’extrémité H du se-
  - Fig. 390. — Ampoule d’un redresseur de petite puissance.
  - condaire du transformateur soit positive, l’anode A est positive et le courant passe de A à B, puis à travers le circuit d’utilisation, à travers la bobine de self E, et retourne à l’extrémité G du transformateur. Quand la force électromotrice diminue, la bobine E se décharge et tend à prolonger le courant. A l’alternance suivante du courant, le trajet du courant est GA'B-circuit d’utilisation-D-bobine F-H (flèches entourées d’un cercle sur la figure 391).
  - Ces appareils sont extrêmement pratiques pour la charge des accumulateurs, l’alimentation des
  - secteur alternatif5 HT
  - —VVVWVWWVtA-
  - transformateur
  - Fig. 391. — Schéma électrique d’un redresseur à vapeur de mercure.
  - lampes de cinématographe, la charge des batteries de téléphone, etc.
  - Pour des puissances plus élevées, il fallut entreprendre la fabrication de redresseurs métalliques, ce qui a pour premier avantage de se servir d’électrodes pouvant recevoir un très fort courant sans que des détériorations de l’isolant ou des joints d’étanchéité par élévation de
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 415
  - température soient à craindre. Disons tout de suite, pour fixer les idées, que l’on construit couramment actuellement des groupes redresseurs débitant 1350 ampères sous 600 volts, soit 810 kilowatts.
  - Les joints des électrodes amenant ces forts courants sont constitués très simplement par de l’amiante et une garniture de mercure. La figure 392 donne le principe du dispositif, sans lequel le développement du redresseur aurait été impossible, la question « joint » étant la Question primordiale pour tout appareil fonctionnant dans le vide.
  - Les plaques d’amiante circulaires sont 1res fortement pressées les unes contre les antres à l’aide de l’écrou S, de façon que la garniture de mercure ne puisse pas être chas-See> par les surpressions extérieures, vers 1 intérieur du cylindre. Si les surfaces posi-hves sont bien ajustées, le mercure est si fortement étranglé entre les parois environ-nantes qu’aucune introduction d’air exté-neur ne peut se produire et que, dans des redresseurs de grand volume, en plusieurs Pleces, on maintient sans difficulté des vides de l’ordre de omm,oi de mercure (un dix-
  - Fig. 392. — Joint étanche pour convertisseur métallique. a, mercure ; b, amiante ; c, anode, pj
  - radlième d’atmosphère environ). Mais la question des joints n’est pas la Seule à résoudre : la condensation des gouttelettes de mercure à la surface ^ an°de qui peut provoquer des courts-circuits, l’entrée en contact de celle-ci avec le mercure redescendant, l’irradiation par les rayons ultra-Vl°lets, le contact direct avec le flot de vapeur que nous avons signalé faillissant de la cathode, enfin le vide insuffisant sont des problèmes 0nf été successivement résolus. Comme ce sont les solutions trou-Vees qui constituent la valeur des appareils, nous insisterons sur ces <( détails » dont dépend le fonctionnement. Nous espérons ainsi montrer Quelle distance sépare la conception théorique de la réalisation pratique, es difficultés successives auxquelles on se heurte, qu’il faut vaincre une Urie, ef le travail de recherches que représentent les appareils industriels
  - Modernes.
  - La figure 393 représente les éléments fondamentaux d’un redresseur metallique à vapeur de mercure.
  - ^ La. grande chambre principale inférieure porte, au milieu de sa plaque e base, la cathode de mercure isolée; elle est fermée à sa partie supérieure
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- - 4i6 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - par une plaque annulaire massive portant les anodes. Grâce au joint de mercure, décrit plus haut, on peut l’enlever facilement et accéder directement aux six anodes principales et aux deux anodes d’excitation qui»
  - Fig. 393. — Convertisseur métallique Fig. 394. — Vue extérieure du
  - Brown-Boveri. convertisseur.
  - a, solénoïde d’allumage ; 6, enveloppe réfrigérante ; c, cylindre de condensation ; d, plaque d’anode , e. chambre principale ; /, anode principale ; g, enveloppe d’anode ; h, collecteur de l’arc ; i, cathode, k, anode d’allumage, l, anode d’excitation.
  - indépendamment du courant principal, maintiennent l’excitation de la cathode constante au moyen d’un courant alternatif monophasé.
  - Au-dessus de la plaque porte-anode, se trouve le cylindre de condensa tion dont le couvercle porte le solénoïde d’allumage. Cette partie de l’appa' reil est entourée d’une chemise en tôle dans laquelle circule un courant d’eau -servant à réfrigérer les parois du redresseur dont la température (sauf à la tache de cathode, point d’arrivée de l’arc lumineux dont la température est d’environ 2 ooo°) ne dépasse pas 70°. Les anodes son G par contre, portées par le courant à la température du rouge sombre; aussi» dans les modèles puissants, les refroidit-on par un radiateur à ailettes-La figure 394 donne l’aspect extérieur de l’appareil.
  - Pour éviter tout court-circuit, les anodes principales sont garanties
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 4i7
  - d’une part par l’isolateur d’entrée et, d’autre part, à l’intérieur du redresseur, par une enveloppe en tôle portant, a sa partie inférieure, une sorte de jalousie (fig. 395) brisant le trajet de l’arc électrique, et ne laissant que la partie ionisée atteindre l’anode sous l’influence du champ électrique. Afin d’éviter les courts-circuits, la face des anodes dirigée vers la cathode est arrondie et évidée en son milieu, ce qui a en outre l’avantage d’augmenter sa surface.
  - Pour provoquer l’allumage, un fil d acier Va du solénoïde supérieur, à travers tout le redresseur, jusqu’à l’anode d’allumage fim» au repos, se trouve à environ un cen-timètre de la surface du mercure. Lors-fiue le courant traverse le solénoïde, un noyau de fer attiré par le solénoïde amène l’anode d’allumage au contact du mercure en tendant un ressort. Les connexions sont
  - Fig- 395-
  - • Anode tisseur.
  - du conver-
  - y • Dispositif de pompage servant à maintenir a ^ ie vide dans les convertisseurs.
  - a> clapethi^6 communication ; 6, pompe Langmuir ; c, robinet ; e retenue ; e, pompe à vide préliminaire.
  - maintenir le redresseur en état de service permanent, même lorsque
  - Aigneron . — Électricité.
  - telles qu’immédiatement les deux électrodes se séparent, l’arc qui se produit alors est suffisant pour allumer les arcs principaux.
  - Cet allumage nécessite donc du courant continu qui est fourni par un petit groupe moteur-dynamo fournissant 5 ampères sous 110 volts.
  - A côté de ce dispositif accessoire, mais indispensable, il en est d’autres dont nous allons dire rapidement quelques mots.
  - Nous avons signalé déjà les deux électrodes auxiliaires qui ont pour
  - 27
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- - 4x8 PRODUCTION Et DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - la demande d’énergie dans le circuit d’utilisation tombe à zéro, comme c’est parfois le cas dans les installations à service discontinu, par exemple les chemins de fer électriques.
  - Tout redresseur comporte une pompe à vide destinée à maintenir un vide de omm,oi de mercure dans l’appareil. Si le redresseur est parfaitement étanche, la durée de fonctionnement de la pompe à vide n’est qu’une question de temps. La pompe fonctionnera jusqu’à ce que les résidus de gaz mis en liberté par l’élévation de température aient été éliminés. L expérience a montré qu’après la mise en marche d’un appareil neuf, l’intensité croît pendant trois à quatre jours, puis se maintient constante, la pompe continuant a fonctionner, le plein rendement étant atteint au bout de deux semaines et la pompe pouvant être supprimée au bout de trois mois de fonctionnement.
  - La figure 396 représente en coupe la pompe à vide. Cette pompe est du type des pompes à vapeur de mercure de Langmuir : c’est-à-dire qu a coté de la pompe à vide élevé dans laquelle le mercure est chauffé par une résistance électrique, existe une pompe préliminaire à huile, dont Ie fonctionnement est compréhensible d’après la figure même.
  - Pour mesurer le vide, on se sert d’une jauge de Mac Leod ; mais, quelque précis que soit cet appareil classique, puisqu’il permet de mesurer commodément des vides de 1 x 10—6 millimètre de mercure, il ne permet pas une observation constante de la pression, nécessaire pour un appareil industriel en fonctionnement. On se sert à cet effet soit de la relation qui existe entre la pression et la conductance dans le redresseur, soit de la grande variation de la conductibilité thermique de l’air raréfié d une
  - part et de l’accroissement delà résistance d’une feuille de platine avec la tempera ture d'autre part.
  - Nous donnons (fig. 397) le schéma de ce dernier dispositif, excessivement ingénieur et tout à fait caractéristique. Une mince feuille de platine de 25 ohms environ de résistance est placée dans un récipient en verre communiquant avec le redresseur* Elle forme, avec trois résistances exte rieures rx, r2, r3, un milliampèremètre*
  - avec une batterie b, un pont de Wheatstone. Ce dispositif permet de dece-ler des variations de pression de l’ordre de omm,oi de mercure et de. les enregistrer à distance.
  - Enfin, dans le socle, sont placées les bobines de self, les coupe-circuit et l’ensemble des connexions. Nous n’insisterons pas sur les disposi
  - 2 —-* vers redresseur
  - Fig- 397. — Méthode de mesure du vide.
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT
  - 419
  - de réfrigération ni sur les diverses combinaisons électriques que l’on peut réaliser avec ces appareils.
  - Nous signalerons simplement que les redresseurs à vapeur de mercure, en plus de l’entretien et de la surveillance insignifiants qu’ils nécessitent, conservent un rendement élevé, jusqu’aux plus petites valeurs de la charge, ce qui n’est pas un avan-
  - tage négligeable dans un grand nombre de cas.
  - Une deuxième catégorie d’appareils d’origine toute récente permet de redresser les courants alternatifs. Nous voulons parler des dispositifs utilisant le Phénomène de l’émission d’électricité par les corps chauffés, que nous avons étudié précédemment.
  - Le kénotron et le redresseur Tungar sont
  - a l’heure actuelle les seuls sés
  - réali-
  - Vue d’une installation de convertisseur 900 ampères, 600 volts
  - de
  - appareils
  - Pour un emploi in düstriel. Fig. 398.
  - soupape Dush-
  - 11X911 ou kénotron fonctionne sur le même principe que le tube Coolidge: ^nand deux électrodes sont placées dans un vide extrêmement poussé et qu a froid il ne puisse passer de courant d’une électrode à l’autre, courant prend naissance dès que la cathode est à une température offisamment élevée, et l’intensité de ce courant ne dépend que de la Perature de la cathode. L’explication, comme nous l’avons vu, simple : un courant ne peut passer que si des ions positifs ou négatifs Estent entre les électrodes. Dans les appareils ordinaires, ce sont les ^ pécules gazeuses du milieu ambiant qui les fournissent ; dans le cas du <^°^0n Dushman, ce sont les électrons émis par les cathodes chauffées louent le rôle de véhicules du courant électrique. Si donc on a soin de
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- - 420
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - laisser froide 1 une des électrodes, le passage du courant ne pourra avoir lieu que de 1 électrode froide à l’électrode chaude : on aura ainsi une soupape.
  - Avec un vide de 1 ordre de 5 X io—? millimètres de mercure, Dushman a pu arriver a une densité de courant de 2 ampères par centimètre carré
  - de cathode, la température de celle-ci étant alors de 2 6oo° absolus. Il semble pratiquement qu’il n’y ait pas avantage à aller plus loin, pour ne pas volatiliser la cathode d’une part, et, d’autre part, par suite de l'existence d’une intensité maxi-ma de courant, atteinte pour une certaine température et due l’on ne dépasse plus quand on augmente
  - celle-ci.
  - Fig. 399. — Couplage de deux soupapes kénotron pour recueillir les deux ondes redressées d’un courant alternatif.
  - A, plaque; F, filament.
  - On arrive a
  - cons-
  - truire industriellement des appareils dont la puissance est de 10 kilowatts. Le montage en série de plusieurs de ces appareils permet d’obtenir la transformation de puissances plus élevées et leur couplage de recueillir les deux ondes redressées d’un courant alternatif (fig. 399).
  - La figure 400 montre un des nombreux dispositifs réalisés pour des tensions allant jusqu’à 50 000 volts. Le filament est monté entre deux plateaux parallèles dont l’ensemble constitue l’anode. Cette forme a pour but d’équilibrer les attractions électrostatiques s’exerçant entre le filament et l’anode et qui pourraient arriver à détériorer le filament.
  - Le redresseur Tungar est un perfectionnement du dispositif précédent.
  - Il se compose essentiellement d’un tube rempli d’argon à une faible pression et de deux électrodes, l’une en une conductrice, en graphite par exemple, l’autre en tungstène (fig. 401)'
  - matiér®
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT 421
  - Cet. appareil réalise un sérieux progrès par rapport aux redresseurs dans le vide, dont les plus connus sont le kénotron et le tube Coolidge.
  - Le fonctionnement de ceux-ci est fonde sur 1 émission, par le filament mcandescent , d’électrons fini servent de véhicule au courant. Ils ne peuvent transporter que des courants d une intensité très faible, et moyennant une chute de tension relativement énorme. C’est ainsi que, dans le kénotron, cette chute varie de 100 à 500 volts.
  - Lans le redresseur Tun-£ar, au contraire, le véhi-cnle du courant est con-shtué par le gaz lui-même, fine rendent conducteur les dectrons émis par la cathode de tungstène. Il en resuite que le courant acceptable est relativement Fig. 401.— Formes des ampoules de redresseur Tungar. devé (jusqu’à 30 ampères ,
  - actuellement), et que la chute de tension est faible, 5 -Le fonctionnement de l’appareil est le suivant : pendant —
  - Période, l’électrode de tungstène, formée d’une spirale serrée de fil fin, est
  - négative ; les électrons qu’elle émet se dirigent vers l’électrode de graphite ; sur leur chemin, ces électrons rencontrent des molécules du gaz qui sont ionisées et qui conduisent alors le courant du graphite vers le tungstène. A la demi-période suivante, le tungstène est positif, les électrons qu’il émet sont alors chasses en arrière, à l’opposéj du graphite ; aucun courant ne passe. Par un groupement convenable analogue à celui de la figure 402, ^ des connexions judicieuses de deux appareils électriques, on assure e Passage du courant et son redressement pendant toute la duree de la
  - Période.
  - à 10 volts, une demi-
  - 402. — Couplage de deux redresseurs Tungar.
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- - 422
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DEjL’ÉLEC TRI CI TÉ
  - L’ampoule a l’aspect extérieur d’une lampe â incandescence. Elle contient un filament en tungstène traversé et porté à l’incandescence par le courant à redresser ; en face de ce filament, qui forme l’une des électrodes, est disposée une deuxième électrode en graphite qui reçoit le courant redressé (fig. 401). L’ampoule, d a-
  - bord soigneusement
  - vidée, est ensuite remplie d’argon,' celui-ci, bien que très pur, renferme néanmoins des traces de gaz étrangers qui â la longue altéreraient les matières constituantes des différentes parties de l’appareil. Pour parer â cet inconvénient, on dispose, en
  - arrière de l’électrode de IF
  - graphite, sous la forme d’une petite couronne, un agent qui absorbe à chaud tous les gaz étrangers.
  - Le calcium semble être le métal qui donne les meilleurs résultats.
  - Le rendement est relativement élevé, surtout si on compare le Tungar à des appareils analogues. Ce rendement est
  - d environ 45 p. I00 pour Flg 404_ __ Schéma de montage du redresseur Tungar. les types les plus faibles et monte jusqu a 72 p. 100 pour les types supérieurs actuels-
  - Fig. 403
  - — Modèle de redresseur Tungar 6 ampères 75 volts.
  - ^_____Réseau à courant_____
  - alternatif
  - n D -
  - Bafter/e à charger
  - WWWV
  - 7V
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- - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT 423
  - Il peut marcher sous des intensités extrêmement faibles.
  - Si l’on se rappelle que notamment le convertisseur à vapeur de mercure ne peut pas fonctionner au-dessous de 2 ampères, on comprendra qu’un aPpareil qui peut rectifier quelques milliampères avec un rendement satisfaisant mérite d’être signalé, même si l’on fait abstraction de ses autres
  - qualités.
  - La figure 403 représente le modèle à 6 ampères 75 volts, le schéma de montage étant indiqué par la figure 404.
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- - CHAPITRE XX
  - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE A DISTANCE
  - Historique. Avantages des couvants a haute tension. — Lignes aériennes. — Pylônes.
  - Isolateurs. Protection des lignes. — Origine des surtensions. — Bobines de Petersen. Appareils de mise a la terre continue ; parafoudres à jets d’eau. — Appa' reils de mise à la terre discontinue. — Montage. — Parafoudres à cornes; para-foudres à rouleaux ; parafoudres électrolytiques à aluminium ou à plomb. — Bobines de self-induction. — Installation des postes de protection. — Lignes souterraines. — Isolement des conducteurs. — Câbles à 60 ooo volts. — Refroidissement des conducteurs souterrains. — Installation des lignes souterraines.
  - Si l’on considère le développement considérable des transports de force dans tous les pays du monde, on se rend difficilement compte des obstacles qu’il a fallu vaincre pour arriver à la solution de ce problème.
  - En effet, au début des applications de l’électricité, vers 1878, on n’osait pas éloigner les appareils d’utilisation des machines productrices du courant. Par exemple, pendant l’exposition de 1878, l’installation d’éclairage (par lampes à arc) de la place et de l’avenue de l’Opéra, qui comprenait au total, soixante-deux foyers, dont huit doubles, n’était pas divisée en moins de quatre groupes, possédant chacun sa force motrice distincte. Une machine de 20 chevaux était installée dans les sous-sols de l’Opéra ; deux machines de même force fonctionnaient dans un local d’une maison au numéro 28 de l’avenue de l’Opéra ; enfin, la quatrième usine était située rue d’Argenteuil et correspondait à l’installation de la place du Théâtre-Français. Ce fait est curieux à retenir, car il montre le contraste entre la force réduite et la multiplicité des premières usines et les puissantes centrales, dans lesquelles la production tend de plus en plus à se concentrer aujourd’hui. Moins de quarante ans séparent ces deux époques.
  - Le transport de force au moyen de l’électricité n’avait pas encore reçu de solution à cette date, mais un savant de premier ordre, Marcel Desprez, étudia la question et, en 1885, fit paraître le compte rendu de ses célèbres expériences de la gare du Nord dans lesquelles il réalisa le transport d’une puissance de 40 chevaux à une distance de 58 kilomètres, jusqu’à Creil, par courant continu à 6 000 volts.
  - Jusque vers 1888, les applications du courant continu se développèrent
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- - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 42 5
  - seules, et ce n’est qu’à cette époque qu’en Angleterre, à Deptford, le courant alternatif produit par une machine Ferranti fut utilisé pour la distribution de la force motrice. En France, en 1891 seulement, le secteur des Halles fut installé pour la production du courant alternatif. Actuellement, les transports par courants polyphasés à très haut voltage (150 000 à 200 000 volts) sont très répandus, montrant ainsi les progrès réalisés dans eet important domaine.
  - Quelle que soit la nature du courant adopté, courant continu ou courants alternatifs, monophasés ou polyphasés, on a tout intérêt à opérer le transport à un voltage aussi élevé que possible, ainsi que l’on peut s en rendre compte par un calcul très simple.
  - Supposons que l’on veuille transporter à 10 kilomètres une puissance de 100 kilowatts par courant continu en n’éprouvant qu’une perte de 10 P-100 par effet Joule dans les conducteurs, la tension étant de 100 volts b abord, puis de 10 000 volts.
  - Si I est l’intensité du courant et R la résistance de la ligne, la perte par seconde est donnée par la formule bien connue :
  - W = RI2.
  - Comme le transport a lieu dans le premier cas sous 100 volts, l’intensité courant est de 1 000 ampères d’après la formule :
  - W = El 10 000 - 100 x I.
  - b*ar conséquent, la résistance R du conducteur doit être égale à :
  - W 10 000 I2 — 1 ooo2
  - o,oi ohm.
  - Comme la ligne a 20'kilomètres de long (10 aller, 10 retour) et doit n’avoir ne résistance que de 0,01 ohm, on en tire facilement sa section d’après la formule
  - P_étant la résistivité du cuivre, égale à 1,6.10-6 ohm. On trouve une sec-b°n de 320 centimètres carrés, c’est-à-dire un diamètre de 20 centimètres Aviron ! On comprend que le problème est pratiquement impossible, ^ais, si la tension d’alimentation est de 10 000 volts, le même calcul
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- - 426 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - montre que le diamètre du fil n’a plus besoin d’être que de 2 centimètres environ, c’est-à-dire qu’il est très facile d’établir la ligne (i).
  - Lorsque l’on utilise des courants alternatifs, on trouve des résultats analogues, l’avantage, lorsque l’on utilise des courants triphasés, étant de 25 p. 100 sur les courants alternatifs simples.
  - * Hs *
  - On réalise donc les transports de force à haut potentiel, soit en courant continu, soit en courants alternatifs. Ces derniers présentent une telle souplesse que leur emploi est à peu près général ; cependant, M. Thury a réalisé avec succès quelques installations à courant continu.
  - A l’usine génératrice, le courant alternatif produit par les machines est transformé en courant de même nature, mais à haut potentiel, parles trans-formateurs. Il s’agit maintenant d’étudier comment il est transporté an loin.
  - Le cas le plus fréquent est celui où la ligne est aérienne. Les problèmes à résoudre sont relatifs d’une part à sa construction, d’autre part à sa protection contre les surtensions et les accidents de toute nature auxquels elle se trouve ainsi exposée.
  - LIGNES AÉRIENNES
  - Les conducteurs sont presque toujours en cuivre électrolytique recuit de haute conductibilité ; jusqu’à une section de 50 millimètres carres environ, ce sont de simples fils; au delà, on fait usage de câbles à plusieurs torons. On peut aussi se servir de conducteurs en aluminium. Ces fils sont supportés par des pylônes enfer, en ciment armé ou en bois, de dimensions telles que le fil le plus bas se trouve au moins à 6 mètres du sol. La distance de ces pylônes varie et en moyenne est de 50 mètres.
  - (1) D’une façon plus générale, si W est la puissance à transmettre sous la tension E, p la perte admise, on a :
  - à la distance ^
  - p = RI2
  - W = El, d’oâ I
  - W
  - e"’
  - d’où
  - ' R =
  - pE2 W2 *
  - 2 L
  - Comme :
  - RW2
  - P — £a
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- - TRANSPORT DE VÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 427
  - Fig. 405.
  - Pour les transports à très haute tension, 100 000 volts et plus, les pylônes sont en fer et constituent de véritables tourelles en fer profilé ; les bras auxquels sont suspendus les câbles sont longs et disposés de telle façon qu’un intervalle de plusieurs mètres sépare les divers conducteurs, afin d’éviter les étincelles qui pourraient jaillir de l’un à l’autre, soit par suite de surtension, soit
  - Fig. 406.
  - Par suite du balancement des fils sous l'action du vent dans la partie aérienne entre pylônes.
  - 011 a finalement :
  - c 2 p LW2 pE*
  - ^ volume de- métal de la ligne est :
  - et
  - V = 2 LS
  - s°n poids M, d étant le poids spécifique, est :
  - 4p L2 W2 d pE*
  - M
  - p
  - est er?r U,ne m®me puissance transportée à une même distance, le poids de la ligne n raison inverse du carré de la tension.
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- - 428 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La figure 405 donne la vue en élévation d’un pylône d’alignement de la ligne à 220 000 volts du réseau d’électrification du chemin de fer de Paris-Orléans. Les câbles, en aluminium, sont au nombre de trois ; leur section est de 293mm2,8, la portée entre pylônes atteint 250 mètres. La
  - Fig. 407. — Quelques formes d’isolateurs pour lignes de transport de force.
  - distance entre les câbles est de 7m,8 et la hauteur totale du pylône au-dessus du sol de 2Ôm,7.
  - Lorsqu’il s’agit de tensions moins élevées et de puissances moins consi' dérables à transporter, les pylônes ont des dimensions plus modestes. La figure 406 représente par exemple un pylône destiné à supporter une ligne à 100 000 volts, la portée étant de 100 mètres.
  - Les supports en bois sont employés pour la construction des petites lignes de distribution de villages et les transports de force de moyenne importance (1 000 à 1 500 kilowatts). Quant aux supports en ciment armé, ils conviennent particulièrement aux lignes de transport de force suivant le tracé des routes.
  - * * *
  - Le mode de fixation du fil conducteur sur les traverses des pylônes se fait par l’intermédiaire d’isolateurs dont la forme et les comp0 sitions ont été l’objet de recherches très nombreuses. Ces isolateurs jouent deux rôles : le premier, mécanique : supporter le conducteur ; le seco électrique : l’isoler.
  - Le problème est, de ce fait, très complexe, car les substances isolantes
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- - 429
  - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Prêtent en général mal à supporter des efforts mécaniques. La porcelaine est actuellement la matière la plus employée, et on donne aux isolateurs des formes qui, tout en assurant la solidité mécanique de l’appareil, conservent ses propriétés électriques que la pluie et les poussières tendent a diminuer. C’est pourquoi les isolateurs sont tous en forme de cloche, afin de combattre la conductibilité que leur donnerait le ruissellement de l’eau. Dans la figure 407, nous avons reproduit quelques formes d’isolateurs; die suffira à montrer la complexité du problème et les efforts des constructeurs pour en chercher la solution.
  - 1
  - * * *
  - Nous ne dirons rien des divers systèmes mécaniques destinés à protéger la ligne, au point de vue mécanique, lorsque l’un des fils së trouve rompu P°ur une cause accidentelle. Au contraire, nous allons examiner avec quelques détails la protection de la ligne au point dé vue électrique contre les perturbations que peut éprouver le courant se propageant dans un conducteur de plusieurs centaines de kilomètres parfois, soumis sur son Parcours aux influences atmosphériques, orages, nuages électrisés, coups de foudre, et auquel en plus on emprunte en divers points des quantités d’énergie plus ou moins grandes suivant les exigences des circuits ali-
  - mentés.
  - On conçoit facilement que le problème est extrêmement important, car du bon fonctionnement de la ligne dépend la valeur de la distribution , energie. De plus, les accidents qui peuvent se produire si on n’a pas équipé la ligne avec des appareils nécessaires pour en limiter au minimum es effets, sont capables d’avoir des conséquences particulièrement graves, comme mise hors service, par exemple, des génératrices de courant à Usine productrice d’énergie.
  - Ces accidents d’origine très diverse se traduisent par la production de Surtensions dans la ligne.
  - * * *
  - T >
  - aPpellation de surtension s’applique à toute élévation de tension qui menace une installation électrique, soit par sa valeur élevée, soit par ^a brusque variation. Ces surtensions peuvent se produire dans plusieurs
  - p ^°ute manœuvre de couplage influe sur la tension des installations. ^ar eXemple, à la fermeture d’une ligne, la tension se propage sous forme Une onde qui, par réflexion aux extrémités, peut donner lieu à une sur-
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- - 430
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE U ÉLECTRICITÉ
  - tension par rapport aux conducteurs voisins ou à la terre, de la même façon que la brusque arrivée d'eau dans une conduite fermée donne lieu à des chocs dits coups de bélier, extrêmement nuisibles. Il en est de même à la coupure des lignes à vide, principalement des câbles. Les surtensions qui se manifestent parfois sont dues au réamorçage. En effet, la coupure se produit au moment où l’intensité est nulle, alors que la tension est voisine de sa valeur maxima E ; il reste donc aux extrémités coupées une charge à cette tension et, une demi-période plus tard, la tension, à l’extrémité reliée à la source, suivant son développement sinusoïdal, aura la valeur — E ; il existera entre les deux extrémités de la coupure une tension 2 E double de la normale, d’où pourra résulter un réamorçage de l’arc, accompagné des phénomènes de fermeture correspondant à cette tension 2 E, c’est-à-dire que les ondes [qui se] propagent sur les lignes auront une importance doublée. Ce phénomène peut se reproduire plusieurs fois si l’interrupteur est mal construit.
  - Les surtensions peuvent encore se produire sans variation brusque de charge, par simple effet de résonance. On sait que les alternateurs donnent, outre une force électromotrice principale sinusoïdale,J des forces électromotrices de période plus oourte, provenant de la division des bobines induites en bobines partielles d’ouvertures différentes et du fait que Ie flux inducteur n’est pas lui-même rigoureusement sinusoïdal. Il en résulte que la force électromotrice totale a l’allure d’une somme de sinusoïdes de périodes différentes dont les rapports sont la suite des nombres impairs-Comme la période propre du circuit d’utilisation varie sans cesse, à un moment donné elle peut atteindre la valeur de celle d’une des hanno~ niques existantes; à ce moment, il y a résonance, et la force électromotrice résultante peut présenter alors des maxima supérieurs à la valeur normale.
  - Enfin, on observe souvent la surélévation de tension à l’extrémité des longues lignes aériennes pendant la charge à vide. Ce phénomène, que l’°n appelle effet Ferranti, résulte de la composition des forces électromotrices» de self-induction et de capacité de la ligne.
  - A ces surtensions, que l’on peut appeler surtensions d’origine interne, viennent en plus se juxtaposer des surtensions d’origine externe, indépeu dan tes des réseaux et dues à des modifications de l’état électrique de l’atmosphère. Nous avons vu que les phénomènes d’électricité atmosphérique sont souvent très importants et d’autant plus dangereux qu’il est difficile d’évaluer exactement leur ordre de grandeur.
  - On peut subdiviser en plusieurs classes ces surtensions externes]suivant le phénomène atmosphérique qui leur donne naissance. Tout d’abord, leS surtensions dues aux variations lentes du potentiel de l’air par suite des
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- - 431
  - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - différences de température, d’hygrosoopicité et des variations diurnes de la valeur du gradient de potentiel. Les lignes aériennes qui franchissent des différences de niveau importantes, lignes de montagnes par exemple, s°nt parfois le siège de ces surtensions qui se traduisent par une décharge disruptive en un point faible du circuit, parafoudre en général.
  - Des surtensions peuvent être créées par le passage au-dessus de la ligne de nuages orageux chargés statiquement. Lorsque la ligne est longue par rapport au nuage, elle se charge par influence statique, sur une certaine longueur, de signe contraire à la charge du nuage. Une charge égale s’écoulera de chaque côté de la ligne, avec une vitesse que l’on peut calculer. . ,
  - Les décharges directes ou foudroiements, bien que relativement rares, ^nt très dangereux en eux-mêmes et, de plus, ils peuvent produire des surtensions, s’ils éclatent dans le voisinage d’une installation, par un Phénomène d’influence. En effet, la décharge brusque de la ligne permet a celle-ci de prendre subitement la tension qui règne en ce point du champ atmosphérique, et la charge qui passe sur la ligne va en s’éloignant de part et d’autre sous forme d’ondes de propagation. Les extrémités de la ligne et le point foudroyé qui est mis à la terre donnent lieu à la réflexion he ces ondes qui vont et viennent alors le long des conducteurs de la ligne Jusqu'à ce qu’elles se dissipent par effet Joule. Elles donnent donc lieu à un Phénomène oscillatoire, et, si sa période est voisine de la période de vibration de systèmes électriques branchés sur la ligne, la résonance internent alors, des amorçages d’arcs peuvent se produire en différents points ^u secteur.
  - * * *
  - Étant donnée la diversité d’origine des surtensions, on comprend qu’il est difficile de pouvoir les supprimer totalement. On peut prendre un certain nombre de mesures pour les prévenir, complétées par d’autres Mesures destinées à les combattre et à les limiter à des valeurs qui ne ^ent plus dangereuses.
  - Dans l’installation du réseau, les machines génératrices sont construites feç°n telle que les courants de Foucault sont utilisés pour étouffer les Sürtensions qui pourraient se produire lors d’un court-circuit d’une des Phases. Les grands transformateurs et les transformateurs survolteurs ^01 Vent toujours être montés en étoile-triangle. Une ligne aérienne ne 0lt jamais être reliée à un réseau de câbles plus important qu’elle ; la jaiSOn se fait par interposition d’un transformateur de rapport égal à Unité et à enroulements particulièrement bien isolés. Les réseaux doivent
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- - 432
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - J p2 |Ci
  - 3
  - être construits de façon à éviter la réflexion totale des ondes de propagation et leur permettre de se dissiper progressivement.
  - Pour l’écoulement au sol des charges statiques, nous verrons que l'on utilise des dispositifs réalisant la mise à la terre du point neutre d’une façon continue, jets d’eau ou bobines de self-induction, en particulier les bobines
  - dites de Petersen (fig. 408). On se sert également de fils de terre, particulièrement efficaces lorsque la ligne est montée sur pylônes métalliques. C’est ainsi que trois fils de terre, l’un surplombant la Fig. 408. — Montage d’une bobine de Petersen, ligne, les deux autres places late l, bobine de Petersen. râlement, réduisent les surten-
  - sions d’origine atmosphérique pour une ligne de 100 000 volts à 60 ou 70 p. 100 de leur valeur. Le rôle de ces fils est multiple. D’une part, ils créent autour d'eux une région de potentiel nul et détournent ainsi les décharges directes. D’autre part, ils égalisent longitudinalement les potentiels des pylônes dont ils com' plètent la mise à la terre. Ils constituent, en un mot, le secondaire fermé d’un transformateur dont les fils de ligne constituent le primaire, et ils amortissent ainsi les oscillations de haute |fréquence. Ces fils sont généralement en acier doux.
  - Les appareils destinés à combattre les surtensions qui
  - pourraient se produire malgré les mesures prises dans la construction même de la ligne, et dont nous venons de citer quelques-unes seulement, peuvent être classés en plusieurs catégories.
  - i° Appareils de mise a la terre continue. — Ces appareils, dont nous avons dit un mot plus haut, jouent le rôle d’un trop-plein de réservoir et, s’ils sont suffisants pour protéger contre de faibles dénivellations dü niveau électrique, ils sont impuissants à combattre les variations consi dérables. Naturellement, afin de limiter la perte d’énergie qu’ils entraînent, leur résistance est très forte.
  - Fig. 409.— Parafoudre à jet d’eau Siemens-Schuckert.
  - Fig. 410. — pa?' foudre à cloc Alioth.
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- - 433
  - transport de l'énergie électrique
  - four réaliser économiquement une forte résistance, on a souvent recours à l’eau. Celle-ci est envoyée sous forme d’un jet sortant d'un orifice métallique relié à la terre par exemple et venant frapper une surface métallique connectée au réseau à protéger. Les figures 409 et 410 montrent deux types de résistances liquides ainsi constituées. On peut egalement, comme nous l’avons dit, réaliser la mise à la terre par l’intermédiaire d’une forte bobine de self-induction dans le cas des circuits alternatifs.
  - 20 Appareils de mise a la terre discontinue. — Ces appareils, que l’on désigne sous le nom général de parafoudres, sont extrêmement nombreux. Ils ont pour but d’écouler la charge accidentelle pendant la courte durée de la surtension sans troubler la marche générale du circuit. Ils agissent à la manière des soupapes de sûreté (fig. 412).
  - Les plus connus sont les para foudres à cornes, dont cependant 1 emploi Se trouve limité vers 35 000 volts, car, ainsi que tous les autres dispositifs b°nt nous allons parler, ils n’entrent en action que lorsque la surtension a
  - Diverses formes de parafoudre à cornes.
  - Fig. 41 x.
  - ligne
  - déîà acquis une certaine importance (50 p. 100 par exemple de la tension normale). Les cornes ont des formes différentes suivant les constructeurs 411) ; un système de soufflage magnétique de l’arc y est parfois adapté. Divers dispositifs et butages ont été réalisés pour régler la distance des deux cornes de façon à amorcer l’arc pour tension déterminée, ainsi que pour augmen-er la sensibilité de l’appareil. On emploie égale-Ijhcnt des éclateurs à boules (fig. 4I3)> dont Principe de fonctionnement est le meme.
  - j_^ f Parafoudre
  - résistanc
  - - 77777777777’ terre
  - Le
  - Fig. 412. — Montage d’un parafoudre à cornes.
  - rcalî ^ara^OU£fre à intervalles multiples
  - Un Perfectionnement intéressant du parafoudre à cornes (fig. 414). dp „.l?F°san*en ligne droite ou en zigzag sur une plaque isolante une série
  - 1-----^4^^ on mavi-
  - de
  - evr ----------------« w
  - Sandres métalliques distants l’un de l’autre de 1 millimètre au maxi-
  - 1gNEron.— Électricité. 28
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- - 434
  - PRODUCTION ET DÎSTRÏÈUTIoN DE VÉLECTRICITÉ
  - mum, on^obtien.t en effet un parafoudre très sensible qui laisse passer des étincelles dès que la tension devient critique, mais qui, en même temps, grâce a 1 importance de sa masse métallique, retarde, par re-
  - froidissement, ^a transformation de l’étincelle en arc, qui se produit trop souvent dans les pa-rafoudres à cornes-L’expérience a montré qu'il est utile de mettre en série avec ces parafoudres une résistance d’amortissement suffisante pour éviter leur destruction par la de-charge. La figure 4*5
  - Fig. 413.-— Éclateur à hémisphère de parafoudre à oxyde de donne quelque ^ plomb pour intérieur. Type 70 000 volts. peS de parafoudreS
  - rouleaux.
  - Les parafoudres électrolytiques reposent sur un principe différent-Ils ont, sous la tension normale, une résistance très élevée qui tomhc
  - Fig. 414. Parafoudres d’extérieur avec coupure type 20 000 volts, quatre rupi^5.
  - subitement à une valeur très basse dès qu’une surtension détermmee produit sur la ligne.
  - Le premier en date de ces appareils est le parafoudre à élect>u
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- - transport de l’énergie électrique 435
  - ^ aluminium. Il est constitué par une série de cuvettes en aluminium enfilées sur une baguette isolante leur servant d’axe commun. Elles contiennent un électrolyte spécial et sont disposées de façon que chacune baigne dans le liquide de la cuvette placée au-dessous (fig. 416). Une
  - arafoudre à rouleaux Thomson-Houston à éléments multiples.
  - Limiteur de tension 15 000 volts.
  - Fig. 415. — Divers types de parafoudres à rouleaux.
  - Pelliçj.1
  - qu’ 6 Ü oxyde se forme à la surface des plaques qui ne laissent passer la ,n feible courant ; mais, si la tension prend des valeurs anormales, êtr^eS*stance tombe à zéro et la décharge passe. Cet appareil demande à tetl^eri*re*'enu t°us les jours afin de renouveler la pellicule d’oxyde; aussi °n a le remplacer par un autre dispositif, le parafoudre à oxyde
  - Momb.
  - n0rnb Para-foudre à pellicule d’oxyde de plomb se compose d’un certain re d éléments ou cellules et d’un intervalle d’éclatement montés en
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- - 436 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L‘ÉLECTRICITÉ
  - série entre la ligne et le sol. Chaque élément se compose de deux électrodes, en forme de disques métalliques.
  - Ces deux électrodes sont serties sur un anneau en porcelaine qui leS sépare, et l’intervalle entre les deux électrodes est rempli de poudre de peroxyde de plomb dont la résistance électrique est très faible ; par contre, la face intérieure de chaque disque est recouverte d’une couche de vernis isolant.
  - Le nombre d’éléments à monter en série dépend de la tension de la ligne et doit être tel que la tension par élément ne dépasse pas 300 volts.
  - Les éléments sont empilés en nombre tel qu une pression excessive ne s’exerce pas sur l’élément du bas de la pile et ne risque pas de casser les anneaux de porcelaine. Chaque pile repose sur une pladue d’acier, percée de quatre trous, dans lesquels passent des tiges filetées coudées ; l’extrémité non coudée est boulonnée sur l’un des quatre montants ou supp°r*s en bois dur et bien isolant faisant l’objet d’un trai tement spécial.
  - Au-dessus de la cellule terminant la pile a partie supérieure, une autre plaque d’acier est fi*ee de façon analogue et une pression modérée doit être exercée par elle sur la pile par le serrage à la c d’écrous sur les tiges filetées.
  - Toutes les pièces métalliques employées sont protégées contre la roui^e Les colonnes de cellules sont boulonnées, au montage, sur des profit assemblés et montés sur des isolateurs.
  - Lorsque le parafoudre est installé à l’extérieur des bâtiments, des caP^ chons métalliques protègent ses éléments contre les intempéries. ^ figure 417 montre un parafoudre de ce système pour des tensions 75 000 volts. Une des colonnes, est coupée pour montrer la dispos^1 intérieure des éléments. ^
  - Quand une étincelle se produit dans l’intervalle d’éclatement, la Pe^ cule de vernis isolant qui recouvre les disques métalliques est percee , disques eux-mêmes ne le sont pas. Un courant de décharge traverse éléments en se rendant au sol. La tension de la ligne revient ensuite valeur normale.
  - Mais le passage de la décharge provoque une transformation chi à l’intérieur des éléments.
  - tranS'
  - Au point de perforation, le peroxyde de plomb, couleur puce, se ^ forme en plomb rouge et en litharge, qui, tous deux, offrent une resis
  - Fig. 416.— Coupe d’un parafoudre électrolytique.
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- - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 437
  - électrique élevée. Cette haute résistance interrompt le courant dynamique qui suivrait le courant de décharge, et par suite l’arc formé entre les sphères l’éclateur s’éteint.
  - Si la tension vient à prendre de nouveau une valeur exagérée et que
  - rieur.
  - dateur fonctionne encore, la pellicule de vernis isolant est percée en un autre point.
  - ^ chaque décharge, une légère surface de pellicule isolante se trouve uono t*
  - ^ remplacée par une pellicule de litharge dont la valeur isolante est un pj Plus forte. Tant que la pellicule isolante n’est pas entièrement rem-nie 66 ?ar Une Pedicule de litharge, la valeur du parafoudre n’est nulle-de rï^luuée ; il a d’ailleurs été constaté que des appareils placés dans k endroits particulièrement orageux et soumis à des décharges nom-e^Uses avaient conservé, au bout de cinq années, encore toute leur
  - acité. Le fonctionnement des appareils n’est pas affecté par la tempé-ature.
  - ^°Ur tenir compte de l’altitude, au-dessus de i ooo mètres seulement,
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- - 438 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - il y a lieu simplement de régler convenablement l’intervalle d’éclatement et de renforcer l’isolement de l’appareil.
  - * * *
  - Lorsque les surtensions sont dues à des ondes à front très raide ou a haute fréquence, les bobines de self-induction sont des auxiliaire
  - Fig. 418. — Protection d’une phase.
  - précieux des dispositifs précédents. Leur but est d’adoucir les ondes front raide et de réduire l’amplitude des ondes de propagation de long limitée. Disposées en série sur la ligne, entre les machines et le paraît ^ elles ne font pas obstacle au passage du courant industriel par suite leur faible réactance, mais s’opposent au passage des ondes parasite haute fréquence. L’expérience a montré qu’il y avait intérêt a s ^ la bobine de self par une résistance de façon à la protéger et à dissiper
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- - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 439
  - cette résistance la majeure partie de l’énergie des courants nuisibles. La figure 421 montre un type de bobines de protection pour 75 000 volts.
  - * * *
  - Les condensateurs sont, en règle générale, des protecteurs plus actifs et plus efficaces que les bobines de self ; mais, jusqu’à Présent, ils n’ont pas été très employés pour la protection des installations, à cause de leur construction qui n’est pas encore parfaitement au point ; ils sont trop sujets encore à se percer, ce qui entraîne leur destruction et la disparition de la Protection.
  - * * *
  - Lu général, sauf aux usines et sous-stations disposant d’un Personnel spécialisé, on n’em-Pl°ie pas les parafoudres élec-trdytiques et, pour la protection des lignes, on dispose sur leur Fig. 419. - poste de Protection en campagne' trajet des postes de protection , A
  - ^rmis de parafoudres à cornes associés à des bobines de sel e a e ^stances liquides. La figure 418 montre un mode de groupement de ces cléments et la figure 419 une vue d’un des nombreux postes que on peu ^ observer dans les campagnes au voisinage des lignes de transpor c torce.
  - Parfois l'installation comporte également un sectionne™, comme le représente la figure 420.
  - CANALISATIONS SOUTERRAINES
  - L^ans les parties du parcours d’un transport de force où 1 on ne peut 1 °ser des pylônes et réaliser une installation aérienne, dans les villes en par-
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- - 44° PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - ticulier, on a recours à des canalisations souterraines. Actuellement, on n’hésite pas à effectuer de cette manière des transports à 60 ooo volts.
  - Évidemment, les câbles souterrains doivent être construits avec un grand soin. Ils sont constitués de trois parties distinctes : les conducteurs de travail, l’enveloppe protectrice et l’isolant séparant les conducteurs
  - Hg. 420. Poste de sectionnement triphasé muni d’un système de protection comprenait sur chaque phase un parafoudre à corne, une bobine de self et une résistance liquide.
  - de cette enveloppe. Les conducteurs sont uniques ou multiples (deux ou trois sous la même enveloppe) et ils sont constitués par des torons de section sensiblement circulaire, à 7, 19 ou 37 fils, suivant la section totale à*réaliser.
  - L'enveloppe protectrice extérieure a pour but d’assurer l’étanchéite et de protéger mécaniquement le câble pendant le transport et les opérations de pose. On la constitue par une gaine de plomb et une enveloppe en rubans d acier, un matelas de filin goudronné étant interposé entre leS deux.
  - A 1 heure actuelle, Y isolement des câbles est réalisé d’une façon a peu près générale à l’aide de papier imprégné spécialement d’une matière isolante à une température de 100. à 120°. Naturellement, le mode de fabrication varie suivant chaque constructeur et il est soigneusement gardé secret.
  - Nous donnerons quelques détails sur le câble à 60 000 volts de la Société des forges et ateliers de constructions électriques de Jeumont, qui est
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- - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 441
  - l’un des plus remarquables exemples de câbles à haute tension réalisés jusqu’à ce jour.
  - Le câble, destiné au transport du courant triphasé, est prévu pour une intensité de 300 ampères par phase. Les trois conducteurs sont logés dans
  - Fig. 421. — Spires de self 75000 volts avec résistance de shuntage.
  - k même armature (fig.422), et chacun d’eux est entouré d'une couche de Papier métallisé. Une grosse difficulté de fabrication est de réaliser 1 ho-^ogénéité de l’isolant, en l’espèce le Papier, dans toute son épaisseur. Il est impossible d’en extraire complètement l'air, et, lorsque la tension dépasse une certaine valeur, cet air s’ionise, il se forme de l’ozone qui attaque les constituants de l’isolant organique et les carbonise lentement. Le gradient critique serait, d’après de nombreux essais, v°isin de 3700 volts par millimètre.
  - Fig. 422. — Coupe d’un câble armé tripolaire pour 60 ooo volts.
  - Au point de vue thermique, une
  - autre difficulté se présente, car une fraction seulement de la surface latérale des conducteurs de cuivre internent pour le refroidissement.
  - La solution adoptée dans le câble dont nous parlons consiste à loger les
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- - 442
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - trois conducteurs, comme dans les câbles tripolaires ordinaires, dans une gaine de plomb elle-même entourée d'une armature de feuillard et de jute, mais sur chaque conducteur on enroule en plus une couche de papier métallisé, la couche métallique étant mise en contact avec le plomb. Cette gaine métallique joue le rôle d’écran électrostatique qui supprime les champs électriques tournants engendrés par le courant et permet de porter aux environs de 6 ooo volts par millimètre le gradient critique d’ionisation. De plus, la bonne conductibilité thermique de l’écran électrostatique assure une déperdition rapide de la chaleur.
  - Le câble dont la figure 422 donne la section a les dimensions suivantes : section ducuivre, 3 X 150 millimètres carrés, correspondant, pour un courant de 300 ampères, à une densité de courant de 2 ampères par millimètre carré ; épaisseur d’isolant radial, 12 millimètres; diamètre extérieur, 106 millimètres; poids, 29 kilogrammes par mètre; échaufiement prévu, 30° en service normal.
  - * * *
  - Pour l’installation des canalisations souterraines, deux systèmes- sont en présence. En France, en Italie et en Allemagne, on utilise le système dit des câbles armés qui consiste à poser les câbles munis d’une armature métallique extérieure à même le sol, dans des tranchées ouvertes dans la chaussée; des grillages métalliques établis au-dessus d’eux en signalent la présence lors des travaux ultérieurs de fouilles.
  - En Angleterre et en Amérique, on utilise le conduit système dans leqnel les câbles simplement revêtus de leurs gaines de plomb sont disposés dans des conduits cylindriques de types variés enrobés dans une maçonnerie en béton qui en fait un bloc unique percé d’alvéoles correspondant à chaque câble.
  - Dans l’un et l’autre système, des regards et des boites de jonctions disposés de distance en distance assurent la liaison et la surveillance des divers tronçons de l’installation. '
  - Les canalisations souterraines ont peu à craindre les effets directs des perturbations atmosphériques; en revanche, leur isolement est moms bon que celui des lignes aériennes ; de plus, comme elles sont connectées soit avec des lignes aériennes, soit avec des machines susceptibles de donner des surtensions internes, on est amené à les munir également des mêmes dispositifs de sécurité que nous avons étudiés plus haut.
  - La figure 423 montre comment les divers dispositifs de protection
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- - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 443
  - sont disposés dans une centrale ayant trois distributions différentes, deux aériennes à 26000 et 15000 volts, et une souterraine à 6000 volts. On voit comment le courant provenant des alternateurs triphasés à
  - Oépari aérien 26 000 Volts
  - PC AH PC RM v S RMv3
  - Départ aérien 15 000 Volts
  - Légende
  - S Scctionneur B S Bobine de setf PC Para foudre à cornes
  - ^ R ___ dX__ è rouleaux
  - ___d*__ à jet d'eau
  - P l Résistance liquide
  - PH- _____d°métallique
  - P 6 ____ c/?__• graphitique
  - D H Disjoncteur dans l'huile A Ampèremètre T Terre
  - 423. — Schéma de l’installation électrique d’une centrale montrant les connexions des divers éléments de production de l’énergie et de protection de l’ensemble.
  - 6000 volts est transformé, les organes de manœuvre nécessaires, leur Position ainsi que celle des dispositifs de protection. C’est un résumé graphique de tout ce que nous venons d’exposer sur la question.
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- - CHAPITRE XXI
  - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Les sous-stations. — Stations de faible puissance. — Stations de grande puissance. — Stations automatiques : principe du fonctionnement. — Distribution de l’énergie électrique. — Courant continu. — Distribution en dérivation, en boucle, par feeders, distribution à trois fils. — Courant alternatif diphasé, distribution à quatre fils, a trois fils. — Courant alternatif triphasé : distribution en triangle, en étoile. — Courants tétraphasés, divers modes de couplage des circuits. — Compteurs. — Compteurs électrolytiques. — Compteurs électromécaniques. — Classification. — Compteurs a moteurs magnéto-électriques genre O’Keanan ; compteurs à moteurs dynamo-électriques, genre Elihu Thomson; compteurs à moteurs à induction ou à champ tournant, genre C. A. C., Ferrari. — Compteur Sangamo à mercure. — Compteurs oscillants, genre Aron. — Compteurs à tarifs multiples, à dépassement. — Étalonnage des compteurs. — Sensibilité.
  - Dans les chapitres précédents, nous avons étudié la production de l’énergie électrique et son transport à distance. Nous allons maintenant examiner de quelle manière on emprunte à la ligne haute tension l’énergie destinée à être utilisée sous des formes infiniment multiples dans le circuit d’utilisation, comment on la répartit entre les différents usagers et les systèmes de mesure de l’énergie ainsi consommée par chacun d’eux.
  - * * *
  - Il serait impossible, dans la plupart des applications industrielles, d’utiliser le courant à haute tension des lignes d’alimentation. Il faut donc, avant de le distribuer, commencer par le ramener à un voltage de quelques centaines de volts. Ce courant sera soit distribué aux usagers qui l’utiliseront tel quel (chemins de fer métropolitains, tramways, etc.), soit réduit encore à un voltage plus bas (iio ou 220 volts) par des transformateurs disposés au voisinage immédiat du lieu de consommation (moteurs, lumière, etc.).
  - Par exemple, le courant à haute tension sera abaissé à une valeur de 1 500 volts au lieu de prise; ce courant à moyenne tension ira desservir une ville ou une usine et, au point d’arrivée, sa tension sera abaissée à la valeur la plus commode pour les applications.
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- - DISTRIBUTION DÉ L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 445
  - C’est dans les sous-stations que s’effectue la première transformation du courant.
  - * * *
  - Une sous-station est donc constituée en principe par une série de transformateurs dont les enroulements primaire et secondaire sont reliés au circuit principal et au réseau de distribution et qui fonctionnent comme abais-seurs de tension. Autour des transformateurs sont groupés des appareils auxiliaires : disjoncteurs permettant de couper te courant avant ou après sa transformation, parafoudres et dispositifs de protection contre les surtensions d’origine interne ou externe, appareils de mesure (wattmètres, ampèremètres et
  - voltmètres).
  - Dans beaucoup de cas, lorsque D sous-station est de faible capacité, il n’y a pas d’appareils de Mesure. De plus, comme il y a toujours à craindre les dangers d incendie provenant de la présence d’une assez grande masse d huile dans les transformateurs,
  - 1 usage s’est de plus en plus généralisé d’installer toute la sous-station à l’air libre, sans même 1 abriter sous un hangar. La figure 424 est une vue typique d’une sous-station de petite puissance, dont la figure 425 montre le montage.
  - Les figures 426 et 427 donnent des vues d’ensemble de stations de plus grandes puissances.
  - Fig. 424. — Poste aérien de transformation de 30 kilovolts-ampères.
  - Lorsque la sous-station est destinée à alimenter un réseau de traction, 1 installation est un peu plus compliquée, car il faut non seulement abaisser
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- - 446 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - la tension du courant, mais encore le transformer en courant continu ou monophasé. Dans ces conditions, la sous-station comprend en plus une commutatrice ou tout autre système de conversion du courant, batterie de redresseurs à vapeur de mercure par exemple. La figure 428 montre la
  - lig.ne
  - parafoudi'ea résistances a cornes liquides
  - sectionneurs
  - paraîoudre.
  - basse tension
  - fusibles []
  - Fig. 425. — Schéma électrique d’un petit poste de transformation sur poteaux.
  - vue de la sous-station Nation du chemin de fer métropolitain de Paris (1 100 kilowatts), dans laquelle des redresseurs à vapeur de mercure assurent la transformation en courant continu à 600 volts du courant triphasé 5 000 volts 25 périodes fourni par l’usine de la Râpée.
  - * * *
  - Il nous faut dire un mot dessous-stations automatiques dontl’usage se répand de plus en plus. La besogne véritable des agents chargés de la conduite d’une sous-station se réduit en réalité à peu de chose.
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- - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 447
  - Fig. 426. — Sous-station de transformation d’Abbeville, 15/120 kilovolts.
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- - 448 PRODUCTION ÊT DISTRIBUTION DE VÉLECTRICITÉ
  - Le travail effectif à accomplir par eux est, pour la majeure partie, un simple travail de surveillance n’exigeant aucun effort physique et un effort intellectuel réduit au minimum, car il se ramène à l’exécution de consignes fixées à l’avance. Cet effort est si faible que, pour éviter que l’attention du personnel ne se détourne de son objet (tellement celui-ci lui en demande
  - Fig. 428. — Convertisseurs métalliques installés dans une station du Métropolitain de Paris-
  - peu), on s’ingénie à lui trouver des occupations factices, telles que la lecture, à intervalles réguliers, de certains appareils de mesure, et cela uniquement pour tenir cette attention en éveil.
  - Pour les operations normales à effectuer, les opérateurs se guident sur la lecture de ces appareils et agissent en conformité des changements dans les conditions de service qu’ils indiquent. Mais il n’est nullement indispensable de laisser à leur jugement et à leur attention le soin de tirer de ces lectures les conclusions nécessaires, et il est au contraire tout naturel d’utiliser ces changements pour provoquer automatiquement les manœuvres dont la consigne serait donnée à ces agents.
  - La figure 429 montre la vue d’une sous-station automatique de traction avec commutatrice de 1 000 kilowatts.
  - Le principe du fonctionnement est le suivant. Supposons qu’il s’agisse d’une sous-station de traction, et qu’on veuille qu’elle entre en service lorsque le voltage sur le réseau, au point où elle est branchée, tombe au-dessous d’une certaine limite, 20 à 25 p. 100 par exemple au-dessous du voltage normal. Ce cas peut se produire soit lorsque la circulation aug'
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- - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 449
  - 429..—^Les organes essentiels d’une sous-station automatique, commutatrice de 1 000 kilowatts et appareil de commande.
  - ! L FigT43°. — Contrôleur à commande électrique et excitatrice.
  - Fig- 43i- — Vue de l’autre face du même contrôleur. Vigneron. — Électricité.
  - 29
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- - 450
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - mente, soit quand un train absorbant une grande puissance entre dans la section alimentée par cette sous-station.
  - La baisse de» voltage est alors utilisée pour déterminer le fonctionnement d un voltmètre à contact (fig. 432) qui ferme un circuit électrique commandant un « controller » ou « contrôleur » analogue en principe ù celui des tramways que nous étudierons plus loin. Cet appareil consiste
  - essentiellement en un moteur commandé par le voltmètre à contact; ce moteur agit, par des engrenages de réduction de vitesse que l’ou voit sur les figures 43° et 431, sur un arbre portant des contacts disposés autour de lui suivant des orientations calculées d’avance. A chaque position de rotation de l’arbre, des contacts déterminés sont en prise avec
  - les machines correspondantes, fermant ainsi le circuit électrique déterminant une manœuvre spéciale. Cette commande s’effectue en ge' néral par l’intermédiaire de relais électromagnétiques ou
  - contacteurs.
  - Les contacts du contrôleur font entrer en action, dans l’ordre convenable, les cou tacteurs qui produisent, d’abord, le démarrage par le côté alternatif de la commutatrice, puis ensuite ceux qui en déterminent l’excitation.
  - Une fois que la commutatrice a atteint sa pleine vitesse et son plelîl voltage, les contacteurs qui la relient au réseau se ferment ; le voltage aux bornes d alimentation du réseau monte et détermine, au moyeu du voltmètre a contact, 1 arrêt du moteur du contrôleur et, par suite, de 0 contrôleur lui-même.
  - La sous-station alors continue à fournir du courant tant que la char£e conserve une valeur convenable ; quand elle tombe au-dessous de cette valeur, un relais a action différée en détermine l’arrêt.
  - Bien entendu, différents dispositifs de protection doivent, en outf
  - Fig- 432. — Voltmètre à contact.
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- - 45l
  - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - être prévus pour accomplir les fonctions confiées d’ordinaire à la surveillance d’un électricien de service.
  - Ces fonctions sont les suivantes :
  - Limitation des surcharges possibles ;
  - Limitation de la température des appareils ;
  - Arrêt des machines en service en cas de court-circuit du côté continu °u alternatif, en cas d’interruption dans le fonctionnement du réseau diai alimente la sous-station ou d’un défaut de fonctionnement d un appareil essentiel quelconque, enfin en cas d’emballement.
  - Toutes ces fonctions sont exactement remplies par une série de dispositifs appropriés, dont le fonctionnement ne dépend plus de l’attention et des aptitudes personnelles d’un agent, mais devient d’une certitude
  - absolue.
  - Ajoutons que l’automaticité et la sécurité de manœuvre que permettent d® réaliser les dispositifs électriques ont été étendues non seulement aux s°us-stations de distribution, mais également à la commande des usines hydrauliques génératrices. Il est en effet très facile de commander par ^es fils pilotes les moteurs ouvrant les vannes d’arrivée de l’eau aux turbines. Une fois celles-ci en mouvement, un controller convenable permet commander toutes les manœuvres nécessaires. On peut ainsi équiper, avec une automaticité plus ou moins grande, des usines dont la puissance atteint 15 000 kilowatts. Au-dessus, les économies sur le personnel perdent leur intérêt par suite des charges de premier établissement entraînées Par les dispositifs automatiques, qui croissent proportionnellement à la
  - Puissance.
  - Le la sous-station partent des lignes de courant continu ou alternatif qu’il s’agit de distribuer aux différents appareils d’utilisation.
  - La distribution peut se faire, dans le cas du courant continu, soit à densité constante, soit à voltage constant, mais c’est surtout ce dernier m°de qui est de beaucoup le plus répandu.
  - La disposition la plus simple consiste évidemment à disposer tous les appareils en dérivation entre les fils de ligne entre lesquels existe une diffé-rence de potentiel de no volts (voltage le plus cou-rant) comme l’indique la figure 433. Mais alors on c°nstate que le voltage aux bornes de chaque appareil (lampes, par XeiUple) diminue au fur et à mesure que 1 on s éloigné de la source
  - Fis
  - 433. — Distribution en dérivation.
- p.451 - vue 460/834
- - 452
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - d’énergie, et il en résulte que les appareils les plus éloignés n’auront pas un voltage suffisant.
  - On remédie à cet inconvénient par la distribution en boucle (fig- 434) qui maintient une différence de potentiel sensiblement uniforme aux
  - bornes des divers récepteurs, car la longueur totale du circuit est la même pour chaque appareil. Malheureusement, ce système exige une plus grande
  - 3
  - Fig. 434. — Distribution en boucle.
  - FiS- 435- — Distribution en boucle d’un groupe de maisons.
  - dépense de conducteurs, sauf lorsque l’on peut, comme c’est le cas pour un groupe de maisons, disposer le circuit comme l’indique la figure 435-
  - Dans une installation importante, on emploie le système de distribution par feeders (fig. 436). Les lampes ou les appareils d’utilisation sont,
  - comme précédemment, montés en de-rivation sur des câbles de distribution, mais ceux-ci sont reliés directement à la source d’énergie par des conducteurs plus gros et sur lesquels on ne fad aucun emprunt. On cherche autant que possible à répartir également la charge entre les diverses sections. Des sur* volteurs placés à l’origine des feeders permettent de compenser les variations accidentelles de voltage en cours de fonctionnement.
  - Nous avons vu que plus le voltage est élevé, plus la section des conducteurs peut être réduite, et en même temps les frais d’installation de Hg116’ Mais, si on applique cette propriété aux distributions, certains apparelis qui fonctionnent sur un voltage de 110 volts par exemple devront etre groupés par deux si la distribution est faite sous 220 volts, ce qui, dans la pratique, peut présenter des inconvénients sérieux. On résout la difftcülte par ce qu'on appelle la distribution à trois pis.
  - Fig. 436. — Distribution par feeders.
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- - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 453
  - A cet effet, deux génératrices à iio volts sont montées en série. Elles Cimentent le circuit à trois fils A, B, C (fig. 437) ; ce dernier, appelé fil
  - -
  - 5
  - 110 volts
  - Sî20 volts
  - .UOvolts
  - neutre ou de compensation, est souvent mis à la terre ; il est de section plus faible que les fils A et B, car il est parcouru par un courant dont l’intensité n est que la différence des intensités dans A et B. Si 1 on avait installé deux circuits indépendants, il aurait fallu quatre fils de même importance.
  - L’économie est donc notable ; de plus,
  - °n peut utiliser la différence de potentiel totale (220 volts) en se branchant entre les lignes A et B. Naturellement, il ne faut pas mettre de coupe-circuits sur le trajet du fil C,
  - car alors on se trouverait en présence d’une distribution a 220 volts et, si tes charges sur A et B étaient inégales, la tension deviendrait trop grande SUr la ligne la moins chargée et trop faible sur l’autre : certains appareils grilleraient et d’autres ne fonctionneraient plus. En répartissant les charges SUr les circuits AC et BC, on arrive à n’avoir dans C qu’un courant très faible.
  - Fig- 437-
  - - Distribution continue à trois fils.
  - On peut généraliser le principe de la distribution à trois fils et, par exemple, en employant quatre générateurs en série, réaliser avec cinq fils quatre Clrcuits de distribution ordinaire.
  - * * *
  - Pour les courants alternatifs, divers cas sont à considérer suivant a nature de ces courants.
  - le courant est diphasé, il faut, dans la distribution la plus simple, A circuits complets, soit quatre fils (fig. 438),et tout se passera comme
  - Z. $ 4 $
  - .7 $ $
  - ^'ig. 438..— Distribution diphasée à quatre fils.
  - si
  - °n avait deux lignes à courant alternatif monophasé ordinaire. On
  - ri Slrnplifier la canalisation en réunissant en un seul les fils de retour -ts ^ p •
  - le v"’rnais alors, si V est la différence de potentiel entre A et B et B et D, v°ftage efficace entre A et D sera seulement :
  - V X V2 = 1.41 V.
  - ET
  - $ ? î
  - Fig. 439. — Distribution diphasée à trois fils.
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- - 454
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Ainsi, dans une distribution diphasée à trois fils, entre les fils A et D (fils de phase) et le fil commun (ou fil de retour) la tension est de ioo volts, elle sera de 141 volts entre les deux phases A et D (fig._439)-Quant au courant circulant dans le fil commun, il est égal à I\/2, si 1 est l’intensité efficace circulant dans les deux circuits, ce qui fait que ce fil aura une section moindre que l’ensemble des deux fils dans la distribution à quatre fils, d’où économie dans l’établissement de la ligne.
  - Pour les courants triphasés, il semble à première vue qu’il faille trois lignes différentes, soit six fils, mais, comme précédemment, des arti-
  - fices permettent de réduire ce nombre théorique et, en pratique, on n eITl ploie jamais la distribution indépendante.
  - Supposons que l’on réunisse ensemble les extrémités des trois enroule ments théoriques de l’alternateur triphasé (fig. 440). On aura trois de phase, A, B, C-, et un quatrième fil, dit neutre, N. On dit alors quel alter nateur est monté en étoile.
  - Si V est la différence de potentiel entre le fil neutre et un fil de pha^e' on démontre qu’entre deux fils déphasé (BA, BC, AC) la différence potentiel maximum est V X \Js — 1,73 V. Par exemple, si la différenc de potentiel entre phase et unité est 110 volts, elle sera de 190 volts entr phase.
  - Le calcul montre aussi que si les trois circuits A, B, C sont identifié6 ’ c’est-à-dire également chargés, l’intensité dans le fil de retour N, e£a ^ la somme des intensités des trois courants, est nulle, et par conseqn^ ce fil peut être supprimé. On relie en général le point neutre de l’alterna au sol et on établit les connexions entre deux fils, dont un est parcou le courant et l’autre relié à la terre. Comme, en pratique, il est 1 Y sible d’équilibrer exactement la charge sur les trois phases, on con $ cependant le fil neutre, mais on peut ne lui donner qu’une section faible.
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- - 455
  - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Un autre mode de montage est dit en triangle (fig. 441). Les trois circuits générateurs sont réunis en série, et aux points de jonction on fixe les trois fils de ligne A, B, C. On montre que la différence de potentiel entre Us phases est simplement égale à V.
  - On peut également réaliser les montages spéciaux avec les courants têtraphasés qui sont identiques aux courants diphasés, cette dernière aPpellation tendant à disparaître de la nomenclature électrotechnique.
  - figure 442 montre trois modes de connexion pour un alternateur : deux circuits indépendants, montage en étoile et montage en triangle.
  - Fig. 441. — Distribution triphasée en triangle.
  - Oes montages exigent quatre fils de ligne, mais on peut, par exemple, dans U montage à circuit indépendant, réunir les fils A et B'.
  - Remarquons que le générateur d’électricité peut être un transformateur, O Rs mêmes montages peuvent alors être effectués, en particulier les
  - Fig. 442. — Montages tétraphasés.
  - Montages triangle et étoile, par les courants triphasés. Comme un transformateur triphasé est constitué par trois transformateurs monophasés,
  - °n Peut les accoupler comme les lignes d’alimentation dans les cas précédents.
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- - 456 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - COMPTEURS
  - Les compteurs d’électricité sont de types multiples et diffèrent non seulement par leur principe, mais aussi par les dispositions diverses qu’impose le mode de vente de l’énergie électrique : à double tarif, à tarif multiple, à dépassement, à paiement préalable, etc. Chaque compagnie d’électricite a son compteur d’un genre particulier qu’elle place chez ses abonnés. Aussi ne pouvons-nous entrer dans l’étude des différents appareils; nous nous contenterons d’indiquer le principe des plus répandus.
  - Une simple mention suffit pour les compteurs électrolytiques ou électrochimiques, peu répandus, et dans lesquels une fraction connue du courant traverse une cuve électrolytique. Des dispositifs appropries permettent d’évaluer la quantité de substance décomposée, qui est proportionnelle à la quantité d’électricité consommée.
  - Les compteurs électromécaniques sont les plus employés. Us comportent deux parties distinctes : un dispositif électrique engrenant avec un système mécanique actionnant un mouvement d’horlogerie dont les aiguilles ou les chiffres sauteurs indiquent la consommation d’énergie. On peut distinguer trois classes de compteurs électromécaniques : leS compteurs moteurs, pendulaires et oscillants.
  - Dans les compteurs moteurs, comme leur nom l’indique, de petits moteurs magnéto-électriques (compteur O’K), dynamo-électrique (compteur Thomson), à induction ou à champ tournant (compteur BT) mettent en mouvement le mécanisme d’horlogerie.
  - Le compteur O’K (O’Keanan) est constitué par une petite magnéto
  - fonctionnant à vide. L’inducteur est un aimant permanent entre les pôles duquel se trouve un cylindre de fer doux, fixe également. On constitue ainsi deux entrefers dans lesquels se déplace l’induit. Celui-ci a la forme d’une cloche renversée et porte un pe' tit collecteur (de 3 millimètres environ de diamètre) auquel le courant est amené par deux balais en forme
  - d’étrier. La figure 443 montre le schéma
  - Fig. 443. - Schéma d’un compteur de électrique de cet appareil. Sous V&' quantité courant continu, type O’K. , . , i>- Huit
  - fluence du courant dérive, 1 încm ^
  - tourne avec une vitesse proportionnelle au courant utilisé. L’appare
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- - 457
  - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - est donc un compteur de quantité. On équilibre les frottements de l’ap-Pareil en le compoundant, c’est-à-dire en reliant l’mduit dune façon Permanente au secteur par l’intermédiaire d’une résistance r très grande. On crée ainsi un couple permanent un peu inférieur au couple résistant dû aux frottements, sans quoi le moteur tournerait même à vide. On peut modifier l’étalonnage de l’appareil en shuntant magnétiquement l’aimant permanent. A cet effet, deux Pièces en fer doux peuvent être pla-eées plus ou moins près de l’aimant, dérivant ainsi une partie plus ou moins grande du flux inducteur, ce qui lait varier le champ dans l’entrefer.
  - Les
  - ligne
  - Fig. 444. — Schéma d’un compteur de puissance Elihu Thomson.
  - Th
  - fe
  - compteurs à collecteurs ou dynamos électriques genre Elihu °mson sont extrêmement répandus. Ce sont de petites dynamos sans
  - r employées comme réceptrices. L’inducteur est constitué par deux , ° lries à. gros fil, Bp B2 (fig. 444) dans lesquelles passe le courant total mesurer. L’induit en tambour a ses spires traversées par un courant nve pris sur les deux fils de ligne. Ce courant, après avoir traversé ^me forte résistance additionnelle R, pénètre dans l’induit par deux °ers balais qui appuient sur le collecteur C. L’arbre vertical de l’induit ^eP°se par un pivot sur une crapaudine formée par un rubis, et il peut rner très facilement, engrenant dans son mouvement un tambour F Tar 1 intermédiaire d’une vis sans fin V, mettant ainsi en marche le méca-niSme d’horlogerie des aiguilles indicatrices du compteur.
  - ^ °ur que ia vitesse de rotation de l’induit demeure petite, on crée un einage proportionnel à cette vitesse au moyen d’un disque en cuivre >?uge L> monté sur l’arbre de l’induit et qui tourne entre deux aimants
  - K E -
  - tou r°tati
  - 2- Les courants de Foucault qui prennent naissance dans le disque rnant engendrent un couple résistant proportionnel à la vitesse de °n et sur lequel on peut agir en modifiant les positions relatives des
  - ^mits et du disque.
  - bien
  - résist
  - compteur à collecteur mesure la puissance et peut s’employer aussi SUr courant continu que sur courant alternatif, à condition que la ance additionnelle R ne soit pas inductive.
  - cas
  - 0llr compenser le frottement au démarrage, on opère comme dans le
  - gros fil
  - Précédent en compoundant l’inducteur. A cet effet, à l’enroulement à
  - en série, on ajoute quelques spires d’un enroulement de fil fin en
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- - 45» PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - dérivation, ce qui crée un couple permanent que Ton s’arrange pour rendre légèrement inférieur au couple de démarrage. Suivant les modèles, le disque est situé à la partie supérieure ou à la partie inférieure de l’appareil, et les détails de réglage seuls diffèrent.
  - La figure 445 montre les schémas de montage d’un compteur à deux fils et d’un compteur à trois fils.
  - Les compteurs d’induction ou à champ tournant sont de petits moteurs asynchrones dont l’équipage mobile, le rotor est constitué par un
  - Fig. 445.
  - disque de cuivre ou d aluminium tournant dans l’entrefer d’un aimant permanent et d’un ou plusieurs électro-aimants (constituant le stator) par' courus les uns par le courant principal et les autres par le courant
  - d’utilisation.
  - Afin de faire comprendre le principe de fonctionnement de ces appareils, nous commencerons par rappeler une expérience classique d’Elihu Thomson sur les courants de Foucault.
  - Disposons, au-dessus d’un disque de cuivre V mobile autour d’un axe O (fig. 446), un électro-aimant E parcouru par du courant alternatif-Cet électro-aimant induit dans le disque des courants de Foucault et, par raison de symétrie, ces courants ne peuvent produire la rotation du disque. Mais introduisons entre l’électro-aimant et le disque une plaque de cuivre C recouvrant partiellement le noyau de l’électro-aimant. Dans ces conditions, le champ de l’électro-aimant est perturbé, il n est plus symétrique, et on constate alors que le disque se met a tourner dans le sens qui va de la partie non couverte vers la Par +ie couverte.
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- - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 459
  - Supposons maintenant qu’au lieu d’une bobine, nous en disposions deux au-dessus du disque D (fig. 447): l’une, Bj, à gros fil, parcourue par le courant d’utilisation ; l’autre, B2, alimentée par une dérivation prise sur le circuit d’alimentation et dont la réactance est assez grande pour que le courant qui la traverse (et par suite le champ magnétique alternatif qu’elle Produit) soit en quadrature avec le courant circulant dans Bt (et Par suite en quadrature avec le champ induit par Bx). Dans ces conditions, chacun des électroaimants engendre dans le disque métallique des courants de Foucault sur lesquels agit le champ de l’autre électro-aimant. Il en resuite deux couples tendant à faire tourner le disque ; ces couples sont inégaux, de sens contraires, mais proportionnels à la Puissance moyenne, et le couple résultant, égal à leur différence,
  - Provoque la rotation du système mobile.
  - D’autre part, en freinant le disque grâce à l’action de deux aimants Permanents, comme dans les autres systèmes de compteurs, la vitesse limite qu’il atteint pour chaque régime de débit électrique est elle-même Proportionnelle à la puissance consommée.
  - La figure 448 montre la disposition intérieure d’un compteur C. A. C. fonctionnant d’après ces principes ; on y reconnaît les deux bobines Blf B2, montées sur le même entrefer N ; le freinage du disque D est produit par Un seul aimant E de forme appropriée.
  - La figure 449 représente une autre réalisation ; c’est le compteur Fer~ rari, également très employé. Dans cet appareil, un anneau feuilleté AA' Porte deux groupes de deux bobines P^, B.^ disposés à 1800 l’un de * autre. Les bobines Pp P2, à gros fil, sont parcourues par le courant total débité dans l’installation, tandis que les bobines Bx, B2, à fil très fin, sont Cimentées par une dérivation prise sur les fils du secteur. Le courant qui y circule est décalé en arrière du courant principal d’un quart de période, Pmr suite de la grande réactance de ces bobines dont le bobinage est très miportant. On a donc finalement un système de deux courants diphasés dont les champs alternatifs se continuent pour donner un champ résultant fournant, qui est encore renforcé par un noyau feuilleté nn'.
  - Le champ tournant entraîne un rotor constitué par un cylindre creux
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- - 4ôo PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - d’aluminium aa' porté par un axe vertical O qui engrène avec le compteur de tours par l’intermédiaire de la vis sans fin V. Un disque D en cuivre
  - Fig. 448. — Compteur C. A. C. pour courant monophasé deux fils.
  - Fig. 449. — Compteur Ferrari pour courants alternatifs.
  - monté sur le même axe et tournant entre deux aimants permanents E, E' sert à freiner le système.
  - Le compteur Sangamo, ou compteur à mercure, est surtout empl°ye en Amérique, mais son application à la traction en particulier semble devoir se développer. Il fonctionne exactement comme la classique ro.ue de Barlow. Un disque métallique émaillé flotte dans un bain de mercure entre les pôles d’un aimant, le courant entrant et sortant du bain en des points diamétralement opposés. Dans ces conditions, on sait qu’un couple moteur tend à faire tourner le disque, sa valeur étant proportionnelle à l’énergie dépensée.
  - La figure 450 montre la réalisation pratique de l’appareil. Le moteur est placé à la partie inférieure du compteur ; sur son axe se trouve égale ment monté le plateau de frein et une vis sans fin actionnant le mouvement d’horlogerie. Le fond de la cuvette à mercure est en alliage non magnétique
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- - 461
  - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - émaillé et sa partie supérieure est constituée par un isolant moulé dans lequel est encastrée une couronne de tôle d’acier fermant le circuit de l’électro-aimant de shunt. Cet électro est constitué par des tôles de fer et 11 est excité par une paire de bobines (non représentées sur la figure) dont les enroulements sont disposés en série avec un enroulement de chauffage d’un couple thermo-électrique servant a compenser le frottement aux faibles charges.
  - L’électro-aimant de champ est fixé à la base de la cuvette. Les aimants permanents amortisseurs sont supportés chacun Par quatre pieds en cuivre rivés à la base de fonte du compteur.
  - La vitesse du compteur est réglée par un shunt Magnétique formé d’un disque de fer doux monté sur une vis sans fin et fiue l’on peut faire monter ou descendre à volonté.
  - ♦
  - Enfin, nous ne dirons que quelques mots des compteurs oscillants, dont l’emploi est assez rare en France. Leur principe est le suivant. Deux
  - Fig. 450. — Compteur Sangamo.
  - Mouvements d’horlogerie identiques sont réglés, l’un par un balancier Mdinaire et l’autre par un balancier dont la lentille est remplacé par une Me de fil fin b en dérivation sur les deux fils de ligne (fig. 451). Cette
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- - 462 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉLECTRICITÉ
  - bobine oscille à l’intérieur ou au voisinage d’une seconde bobine à gros fil B, parcourue par le courant à mesurer. Quand il ne passe aucun courant dans le circuit d’utilisation, les deux balanciers ont la même période. Quand le circuit est fermé, l’action mutuelle des deux courants dans les bobines s’ajoute à l’action de la pesanteur, et par suite le balancier portant la bobine b oscille plus vite que le balancier de comparaison. On démontre que la différence des nombres d'oscillations est proportionnelle à El, puissance du courant. L’appareil fournit donc une mesure delà puissance, à condition que l’on puisse enregistrer la différence de période des pendules. Aron y est arrivé en utilisant un différentiel analogue à celui des automobiles (fig. 452). Les balanciers actionnent leurs mouvements d’horlogerie dont les deux dernières roues, r, r', tournant en sens inverse, sont en prise avec deux roues R, R7montées folles sur un axe 00'. Ces roues portent également un embrayage conique CC' engrenant avec un pignon conique P fou sur un axe a b fixé sur la tige 00' qui peut tourner en actionnant les aiguilles L du compteur.
  - Quand les deux roues r, r' ont la même vitesse de rotation (le compteur ne marquant pas), le pignon P ne fait que tourner autour de son axe. Mais, si la vitesse des deux roues est différente (quand il passe du courant dans le circuit d’utilisation) il en résulte, outre le mouvement de rotation de P, un mouvement de rotation de l'ensemble P, a, b autour de 00' danS le sens de la roue qui tourne le plus vite. Par suite, le levier ab entraînera l’axe 00' avec une vitesse égale à la moitié de la différence des vitesses des deux roues (d’après la formule mécanique de Willis), c est-à-dire avec une vitesse proportionnelle à la puissance consommée.
  - Le remontage des mouvements d’horlogerie se fait automatiquement par un électro-aimant en dérivation sur le courant d’alimentation. Cet appareil marche aussi bien sur courant alternatif que sur courant continu, la difficulté pratique est le réglage du synchronisme à vide des deux pen dules.
  - * * *
  - A côté des compteurs totalisant simplement l’énergie électrique c°n sommée, il existe un grand nombre à’appareils plus compliqués et destiné à tenir compte des conditions spéciales'de vente de Uélectric Nous ne ferons que les signaler ici, leurs dispositions électriques étant ana logues à celles des compteurs ordinaires, seuls les systèmes mécanique variant de l’un à l’autre. ^
  - Pour la charge des accumulateurs pendant la nuit, à des heures oU^s consommation est peu importante sur un secteur, on fait souvent
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- - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - 463
  - conditions de vente plus favorables. On emploie alors des compteurs double tarif, totalisant d’une part l’énergie consommée pendant la jour-nce, vendue à un prix plus élevé que l’énergie dépensée pendant la nuit, ffid se totalise séparément.
  - Dans d’autres cas, lorsque l’électricité est vendue, comme le gaz dans certaines villes, d’après le système dit à paiement préalable, il faut introduire dans le compteur une pièce d’argent pour que celui-ci permette le passage d’une quantité d’énergie correspondant au prix payé, après quoi le courant est automatiquement coupé, et il faut introduire une nouvelle Pièce d’argent pour le rétablir.
  - Lorsque la vente de l’énergie électrique a lieu à forfait, on se sert de compteurs a dépassement qui n’enregistrent que la consommation d électricité excédant la valeur du forfait.
  - Beaucoup de tarifications de l’énergie reposent sur une limitation de la Puissance absorbée par le client pendant un temps plus ou moins long constituant une « pointe » dont le secteur a intérêt à réduire l’importance. Dn se sert alors de compteurs indicateurs de maximum.
  - * * *
  - La fabrication des compteurs électriques est très délicate, car les c°nditions à remplir sont multiples et de plus en plus rigides. En parti-cuHer, avec l’emploi des lampes dites demi-watt, des petits transformateurs de sonnerie, etc., il faut que le compteur démarre pour une charge qui souvent n’est même pas égale au dixième de sa charge normale. Il faut donc que le couple moteur soit relativement puissant, ce qui entraîne
  - puissance en Watts
  - Fig. 453. — Étalonnage d’un compteur.
  - c°nime conséquence que le freinage par l’aimant soit également très ^tense. Mais alors une autre difficulté se présente : il faut que l’aiman-*ation des aimants ne varie pas pendant la vie du compteur, et qu’elle 116 soit pas influencée par les actions extérieures : champ magnétique des autres organes du compteur, variations de température, etc.
  - L faut que le compteur sensible soit aussi exact, et cela dans de grandes
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- - 464 PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ
  - limites de charge. En général, pour les faibles charges, les compteurs avancent légèrement et retardent lorsque la charge est voisine du maximum. Les règlements officiels ne tolèrent qu’une erreur maxima de ^ 3 p. 100 dans les cas extrêmes. La figure 453, relative à un essai d’un compteur M 4 de 1 000 watts, montre que les constructeurs arrivent à se tenir très en dessous de cette limite.
  - Enfin, les compteurs à vide ne doivent pas consommer dans les enroulements en dérivation permanente sur le secteur une énergie trop considérable.
  - Pour fixer les idées, nous dirons que le couple moteur, dans les bons compteurs, est de l’ordre de 5 grammes-centimètre et la consommation inférieure à 1 watt.
  - 1
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- - TROISIÈME PARTIE
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - CHAPITRE XXII
  - généralités sur les installations électriques
  - conducteurs électriques de distribution. — Constitution. — Jonction. — Supports l e lignes. — Isolateurs. — Moulures. — Tubes Bergmann. — Règles à observer dans s installations intérieures. — Les fusibles. — Caractéristiques. — Forme. — Les c°upe-circuits unipolaires à barrette mobile, sur coffret, en tubes isolants. — Les ^terrupteurs. —Interrupteurs pour faible intensité, à balais, à bascule. —• Interrup-rs industriels à rupture brusque. — Interrupteurs pour très grandes intensités, à es multiples; interrupteurs dans l’huile. — Disjoncteurs industriels dans l’air, £ ns l huile, à maxima, à minima, à retard. — Cataracte de mercure, retardeurs. — joncteurs ultra-rapides. — Rhéostats à variation continue. — Rhéostats industriels. ^es appareils de mesure. — Ampèremètres et voltmètres à cadre mobile (Desprez-rs°nval), électrodynamiques, thermiques, à fer doux, à induction, électrostatiques. Montage des appareils de mesure. — Tableaux. — Schémas d'installations domes-H9ues usuelles.
  - étude de la production de l’énergie électrique et de son transport j^S(lu aux lieux de consommation a fait l’objet des chapitres précédents, ^este maintenant àpasser en revue les multiples applications de l ’élec-téy1^ ' ^mn^re' force motrice, traction, électrochimie, télégraphie et la !Pll°nie avec ou sans fil, électricité médicale, etc. Ce sera l’objet de la ^r0^S^me partie de ce volume. Mais, avant toute chose, il faut assurer ls°n entre l’appareil électrique installé soit dans une usine, soit dans propre demeure, et le secteur fournissant l’énergie.
  - ^is 6 ^a*son doit comporter des dispositifs de sécurité protégeant à la ^an^11 a^are^ déterminé sujet à être détérioré par suite d’une fausse rer œUVre ou d’un accident et le reste de l’installation. Enfin, pour s’assu-soxit^U ^0nc^onnement normal de l’ensemble, des instruments de mesure la^spensa^les sitôt que l’installation électrique est tant soit peu
  - g^Eron. — Électricité. 30
- p.465 - vue 474/834
- - 4C6
  - APPLICATIONS DP L’ÉLECTRICITÉ
  - Le plan de ce chapitre se trouve donc ainsi tout tracé, et ses divers paragraphes traiteront des canalisations, des fusibles, des interrupteurs et disjoncteurs, des rhéostats, des appareils de mesure (ampèremètres, voltmètres, etc., à lecture directe et enregistreurs). Nous terminerons en donnant quelques schémas de montage relatifs aux applications domestiques . Dans tout ce qui va suivre, il ne sera question que des installations à bas voltage, iio ou 220 volts par les applications domestiques, 600 volts maximum pour les applications industrielles.
  - * * *
  - La canalisation électrique comprend deux éléments distincts : la ligne et son support.
  - La ligne doit être établie de façon à ce que réchauffement du métal sous l’action du courant ne dépasse pas certaines limites et, d’autre part, à ce que la chute de tension entre le compteur et l’appareil le plus éloigne ne soit que de quelques pour cent.
  - Les fils électriques d’installation sont le plus souvent des conducteurs isolés; suivant le diamètre de leur âme métallique, ils comportent un seul fil ou plusieurs torons, et l’isolement, dont la valeurvarie de 300 à 1200 mé' gohms d’après la tension du courant, est toujours constitué, comme 1 in' dique schématiquement la figure 454» Par des couches concentriqlieS d isolant électrique et de protecteur mécanique. Pour les fils souple
  - Enduit spècial. Rubans caoutchoutés.
  - Caoutchouc vulcanise
  - ~-d----
  - po
  - Cuivre etame haute conductibilité.
  - Fig. 454. — Isolement des fils Fil souple, conducteurs.
  - le conducteur est formé par une série de brins de cuivre très fins et plllS
  - ou moins nombreux suivant la grosseur du câble.
  - • 1 fil est
  - La réunion des conducteurs aux appareils est assurée, lorsque le n souple ou d’un diamètre petit, en l’engageant simplement dans des borne à serrage parvis. Lorsque le diamètre augmente, il faut réaliser un ^ contact, car autrement l’importance de l’ampérage qui doit trave ^ la jonction y déterminerait un échauffement anormal et dangereux, monte alors sur l’extrémité des câbles des manchons en cuivre élect
  - / i rOS$^'
  - tique, analogues à ceux représentés figure 455, que Ton appelle clés ^
- p.466 - vue 475/834
- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 467
  - Le trou que porte la partie plane de ces cosses s’engage sur une tige filetée instituant la borne ; un écrou et une rondelle assurent le contact parfait.
  - Support. — Dans les installations industrielles et dans les locaux où les
  - •fil
  - s Peuvent être apparents, on les soutient à l’aide d’isolateurs de formes
  - fîi'f'f /
  - uerentes (fig. 456) en porcelaine. Dans les appartements et les installations domestiq ues °n les dispose au milieu ou. à l’inférieur de tubes fer-blanc isolés (fubesBergmannl 456, F)'.
  - ertaines règles s°nt à observer f°Ur l’exécution installations
  - électriques en ce (111^ in cerne la Action à adopter L°ur les conduc-
  - teurs en fonction de l’intensité qui doit y circuler, et la pose de la ligne elle-même. Nous donnons ci-dessous quelques indications empruntées au reglement établi par l’Union des syndicats de l’électricité :
  - DE F
  - Fig. 456. — Isolateurs pour intérieur..
  - A, isolateur serre-fil ; B, forme haute ; C, forme basse ; D, isolateur en os pour fil souple ; E, moulure en sapin ; F, tube Bergmann en fer-blanc
  - isolé.
  - t i on torre devront avoir des sections
  - Les conducteurs en cuivre isoles non place d valeurs du tableau
  - tdl« qu’en régime normal la densité du courant reste vo.sme des valeu
  - Cl après enseignées par la pratique :
  - ensité de courant admissible
  - amp. pdy
  - Section correspondante en mm2.
  - jusqu’à 5 de 6 jusqu’à 15 de 16 jusqu’à 50 de 51 jusqu’à 100 de 101 jusqu’à 200 au-dessus de 200
  - Les
  - âe - intensités de courant ci-dessus ind quées ne doivent etre dépassées q p ^surcharges de très courte durée.
  - 13p-- -
  - 'Jàn^Uiir^eS (ie i;r®s courte duree.
  - dépas S Cas de service intermittent, les valeurs du tableau précédent peuvent être ré,smtSees> ^ fa con(lition de ne pas provoquer un échauffement supérieur à celui qui Les^f^’ en servicc normal, de l’application des valeurs indiquées à ce tableau. c°ndu ensLés approximatives indiquées plus haut sont recommandables pour les Urs nus jusqu’à 50 millimètres carrés de section environ ; pour les sections
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- - 468
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - supérieures, les densités de courant pourront être plus élevées, tout en restant daùS» les limites compatibles avec la sécurité.
  - Il est conseillé de déterminer les sections des conducteurs des installations d’éclairage par incandescence de façon que la perte de charge entre le compteur ou l’interrupteur général et la lampe la plus éloignée ne dépasse pas 3 p. xoo de la tension aU compteur ou à l’interrupteur général, quand la totalité des lampes devant fonctionner simultanément se trouve alimentée.
  - Les sections minima des conducteurs en cuivre sont déterminées conformément aux recommandations suivantes :
  - a. Conducteurs isolés : 0,64 millimètre carré correspondant au fil de omB\9 de diamètre, sauf exception pour les fils câblés d’équipement de lustrerie où 1 °n peut admettre 0,40 millimètre carré correspondant au fil de omm,7 de diamètre.
  - b. Conducteurs nus à l’intérieur des bâtiments et conducteurs isolés aériens °u apparents à l’intérieur des bâtiments, lorsque l’écartement des points de fixatio0 dépasse 1 mètre : 4 millimètres carrés.
  - c. Lignes aériennes extérieures à basse tension : 6 millimètres carrés.
  - Les sections des conducteurs en métal autre que le cuivre devront être calculées e tenant compte du rapport des résistivités du métal considéré et du cuivre.
  - Les câbles et conducteurs en cuivre jusqu’à 6 millimètres carrés de section et les souples jusqu’à 25 millimètres carrés de section devront être fixés sur les appareils a^ moyen de dispositifs assurant en permanence un parfait contact, et évitant no ment l’éparpillement des brins constituant le conducteur.
  - Au delà de ces dimensions, les extrémités des fils et câbles devront être munis pièces terminales (cosses) appropriées. ^eS
  - Les canalisations constituées par des fils souples devront toujours être appare ^ 11 est recommandé d’observer entre conducteurs nus de polarités différentes écartement minimum de 5 centimètres environ pour des portées de 2m,5o. ^
  - L’écartement de ces conducteurs par rapport aux murs voisins devra être de 5 f timètres environ, à moins qu'il ne soit pris des dispositions spéciales pour ass l’isolation et éviter le contact des conducteurs.avec les parois voisines. caS
  - Les écartements indiqués ci-dessus pourront être sensiblement réduits dans de conducteurs formés de barres en métal massif ou de fils de forte section prese _ une rigidité suffisante ; tels sont, par exemple : les conducteurs reliant les accum^^ teurs, machines et tableaux ; ceux réunissant les éléments des batteries d accum^ ^ teurs ou servant au couplage de conducteurs d’alimentation ou à la répartition la distribution sur les tableaux. . olante
  - Les conducteurs isolés apparents posés sur poulies ou taquets en matière is g installés à l’extérieur des bâtiments devont être écartés des murs et parois d au 2 centimètres. 0ti*
  - A l’intérieur des locaux, ils devront être écartés de9 parois d’au moins 1
  - Les conducteurs isolés, destinés à être noyés dans la maçonnerie, devront etre g tégés, sur toute la longueur de la partie noyée, par des tubes étanches non pénétra ni attaquables par les enduits ou l’humidité. ^ ;
  - Les moulures, s’il en est fait emploi, devront être en bois sec ou matière is l’intervalle entre les rainures sera d’au moins 5 millimètres pour permettre le c La ligne de pose des pointes sera, autant que possible, indiquée sur le couver ^
  - Les dimensions des rainures devront être telles que les fils ou câbles y soie faitement libres. „1lSsi
  - , Afrg
  - Les moulures servant de protection mécanique aux conducteurs devront e jointives que possible dans les raccords et aux changements de direction. 1oVéeS
  - Les moulures non imprégnées d’un enduit hydrofuge ne pourront être e v . que dans les locaux secs, à moins de dispositifs de pose appropriés. gp-e
  - Dans les locaux humides, des cales en matière non hygroscopique devr
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 469
  - lnterposées entre les murs et les moulures, de façon à ménager un espace d’air d’au ttioins 5 milliraêtres.
  - Sur les plâtres frais, les moulures devront être enduites, avant la pose et au moins SUr la face appliquée contre le mur, d’un produit Rydrofuge.
  - Une même rainure ne devra recevoir qu’un seul conducteur.
  - Les conducteurs à la traversée des murs, cloisons et planchers devront être prose8 en ces endroits par des tubes ou conduits d’une résistance mécanique suffisante conducteurs devront être en outre pourvus d’un isolement supplémentaire.
  - Les fourreaux résistants devront faire saillie d’au moins 15 centimètres et les Sa-rnitures isolantes supplémentaires des conducteurs dépasser d’au moins 5 milli-Inetres les fourreaux de protection.
  - * * *
  - four protéger l’installation lorsque l’intensité du courant qui y circule devient dangereuse, par exemple en cas de court-circuit, on emploie des fusibles placés en série sur la ligne, qui fondent lorsque le circuit atteint Une certaine valeur.
  - fes éléments fusibles sont soit en plomb pur, soit en cuivre, soit en adiage de plomb (67 p. 100) et étain (33 p. 100). Voici, d’après des expé-riences de M. Laporte, les intensités critiques amenant la fusion dans diffé-rents cas.
  - Fils de
  - cuivre. — Fils très fins de haute conductibilité.
  - Longueur du fil e,ltre attaches en cm.
  - 1.
  - 2.
  - 3-
  - 4-6. 10
  - Courant en ampètres amenant la fusion.
  - Diamètre des fils en mm.
  - 0,09 0,13 0,18 0,245 0,307
  - 4.4 7.91 10,2 » »
  - 3.45 5,7 8,6 12,6 »
  - 3.2 5.3 7-7 10,8 15.3
  - 3.0 5.0 7.i 10,2 14,0
  - 2,9 4.7 6,6 9,75 12,4
  - 2,9 4.7 6,4 9,2 »
  - ^Hs de
  - plomb. — Résistivité : 20,7 microhms-centimètre à 150 C.
  - 1
  - 2
  - 3
  - 4 6 8
  - 10
  - Courant en ampères amenant la fusion.
  - Diamètre des fils en mm.
  - 0,491 0,6 0,712 o,94 1,27 — 1 i,5i
  - 8,6 11,7 » » » »
  - 6,1 8,0 11,0 18,2 24 (?) »
  - 4,8 6,4 8,1 12,-3 19,3 »
  - 4-3 5,6 7-2 10,9 16,3 21,5
  - 3.9 5,i 6,5 9,6 13,5 »
  - » » » » » 17,5
  - 3-9 4*. 00 6,0 8,7 12,3 16,2
  - »
  - »
  - »
  - »
  - 26,5
  - »
  - /
  - 23,0
- p.469 - vue 478/834
- - 470
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fil alliage.
  - Plomb..................................
  - Étain..................................
  - Cuivre.................................
  - 67,9 p. 100 3b5 —
  - o,6 —
  - Courant en ampères amenant la fusion. Longueur du fil Diamètre des fils en mm.
  - en cm. 0,367 o,57 0,82 o,97 1,2 2,59 2,97 2.36 2,5
  - 1 .... 40 9.2 » » » » » , » »
  - 2 .... 304 6,1 11,4 15,1 21,0 33,5 » » »
  - 3 • 2,56 4-9 8,4 12,2 17,4 » » » »
  - 4 ... 2,3 4-4 7.7 9,9 14,8 21,9 33,0 » »
  - 6 .. . 8 ... 2,2 4,0 6,5 8,4 n,7 18,0 26,1 34 45.2
  - » » » » » 16,0 » » »
  - 10 .. . 205 3-7 5,9 7,5 9,9 15,0 20,2 » 38,0
  - En pratique, pour les petites intensités, on se sert de fils cylindriques de 5 à 6 centimètres de longueur en alliage de plomb et on adoptera leS diamètres suivants :
  - Pour 5 ampères Pour 10 —
  - Pour 15 —
  - Pour 15 à 20 —
  - Pour 20 à 30 —
  - Pour 30 à 40 —
  - Pour 40 à 50 —
  - diamètre omm,55
  - — omm,9
  - __ j 'nm,3
  - — 2mm.
  - — 2mm,5 —• 3mm.
  - — 4mm.
  - Lorsque l’intensité devient plus considérable, on remplace les fils Par des lamelles de composition et de forme variées suivant les constructeurs
  - (fig. 457), portant un chiffre indiquant Ie courant normal pour lequel elles sont établies.
  - Les coupe-circuits sur lesquels sont montés les fusibles sont extrêmement va riés comme forme (fig. 458). Le fusible est enfermé dans des parois isolantes et incombustibles pour éviter que les projections de plomb fondu ne viennent blesser leS ouvriers et incendier les matières combustibles qui peuvent se trouver dans leUr voisinage.
  - Pour les fortes intensités, le fusible est logé à l’intérieur d’une cartouche qui empêche les projections (fig. 459).
  - La longueur de la partie fusible est calculée de façon à empêcher un arc de pouvoir s’amorcer entre les extrémités.
  - Fig- 457-— Lames de coupe-circuit pour fortes intensités.
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 471
  - Dans les installations industrielles, les coupe-circuits sont disposés sur Ds tableaux au voisinage des interrupteurs commandant les lignes qu'ils
  - MU
  - Fig. 458. — Diverses formes de coupé-circuits.
  - A. coupe-circuit unipolaire ; B, coupe-circuit à barrette mobile ; C, coupe-circuit sous coffret vitré
  - P^mbable.
  - protègent et sont ainsi facilement accessibles. Au contraire, dans les installations domestiques, en général les coupe-circuits sont placés en des endroits où il est impossible ou très difficile de les surveiller et de les reparer lorsqu’un court-circuit s’est produit. Cette pratique est absolument inintelligente, et on devrait s’efforcer, dans toutes les installations, de grouper en Un même endroit, facilement accessible, tous les coupe-circuits ou, si cela n’est pas possible, de disposer chaque coupe-circuit au voisinage immédiat dn commutateur du branchement secondaire qu’il protège.
  - * * *
  - Des interrupteurs sont extrêmement variés, et Pins 1 intensité du courant qu’ils doivent couper est §rande, plus leur construction doit être étudiée en aib afin d’empêcher la formation des arcs à la rupture, entraînant la désagrégation des pièces de c°otact et pouvant provoquer des détériorations importantes des appa-reils électriques.
  - I our les installations ordinaires, les interrupteurs unipolaires de divers Pês (fig conviennent parfaitement. Lorsque l’intensité n’est que de (îUelques ampères, les interrupteurs rotatifs à lames ou à balais sont, couramment employés et leur prix est minime. Les interrupteurs à bascule - Pe turnbler, qui assurent une rupture brusque du circuit, sont cependant Préférables, car ils fonctionnent avec beaucoup plus de sûreté et leur durée supérieure à celle des interrupteurs ordinaires.
  - Fig. 459. — Coupe-circuit protégé pour forte intensité.
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- - 47-
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Lorsque les intensités à couper dépassent io ampères, on fait usage des interrupteurs à manette, dont la figure 461 donne divers types. Ces interrupteurs à un, deux, trois, quatre pôles sont du type à couteau, c’est-à-dire qu’une barre métallique, le couteau, solidaire de la poignée de manœuvre
  - Fig. 460. — Divers modèles d’interrupteurs. à
  - A, interrupteur unipolaire à rotation dans un sens (a, b, butées) ; B, interrupteur ul|Ô,0^ui)K‘ rotation dans les deux sens ; C, interrupteur rumbler à bascule ; D, interrupteur à ^a*alï,tcur tri' contact non rotatif ; E, interrupteur unipolaire io ampères à rupture brusque ; E, interrup-polaire à rupture brusque.
  - OB'
  - et pivotant autour d’un axe relié à une des bornes du courant, vient s en& ger entre deux lames de ressort reliées à l’autre borne.
  - Afin d’éviter la formation d’un arc entre les pièces polaires et le c°u teau, celui-ci est souvent constitué comme l’indique la figure 460, F. La P0^ gnée de l’interrupteur, lorsqu’on la manœuvre, bande des ressorts qul> un certain moment, arrachent les couteaux de leur logement. ^
  - Au fur et à mesure que l’ampérage à couper augmente, atteignant ^ un grand nombre d’installations plusieurs milliers d’ampères, on augna le nombre des lames du couteau (fig. 462) et on les munit de pare-
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 473
  - Fig. 461. — Interrupteurs à manettes.
  - Fig. 462. — Interrupteur 4 000 ampères, 250 volts.
  - celles vibrants (cuivre et charbon), comme dans le modèle représenté par la figure 463, qui coupe 9 000 ampères sous 600 volts.
  - Pour des voltages plus élevés, mais que l’on ne peut assimiler aux hautes tensions des lignes de transmission, par exemple 1 000 à 2000 volts, on a recours aux interrupteurs dans l’huile, analogues aux interrupteurs haute tension que nous avons décrits précédemment, mais dans lesquels il n’est plus nécessaire d’avoir une course des pièces polaires aussi considérable, ce qui diminue également la capacité de la^cuve d’huile et l’encombrement total de l’appareil.
  - La figure 464 montre la vue d’ensemble d’un interrupteur [triphasé de
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- - 474
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 3 2üo ampères sous 1200 volts, pesant à vide 380 kilogrammes environ. La figure 465 représente l’appareil sorti de la cuve à huile et la figure 466 indique le fonctionnement des pièces polaires. On remarquera sur les côtes les deux larges pare-étincelles placés sur le côté de l’interrupteur principal en lames de cuivre. Ces pare-étincelles s’arrachent brusquement,
  - après que l’interrupteur principal a rompu le contact. Ajoutons que tous ces appareils peuvent etre commandés à dis-tance à l’aide de Ie' viers de renvoi ap propriés.
  - Les disjoncteurs sont des interrupteurs qui fonctionnent automati quement suivant que la valeur du courant devient supérieure (disjoncteurs à maxima) ou inférieure (disjoncteurs à minima) à la valeur normale du fonctionnement.
  - Ils comprennent donc un dispositif constitué en principe par un électrœ
  - Aç,
  - aimant attirant une pièce polaire solidaire des leviers de manœuvre l’interrupteur, dont la figure 467 montre le principe de fonctionnement-Dans le disjoncteur à maxima, un électro-aimant E en dérivation sur ligne attire, lorsque l’intensité débitée dépasse une certaine valeur, une pièce polaire M en fer doux, mobile autour d’un axe O, qui, par l’interme diaire de la tige T, ouvre l’interrupteur I.
  - Dans le disjoncteur à minima, le courant total traverse l’électro-aimant et l’attraction de la pièce polaire M, mobile autour de 0, provoque la fer meture de l’interrupteur I. Quand la valeur du courant tombe au-dessous d’une certaine intensité, la pièce M n’est plus attirée avec suffisarnm de force, elle retombe et rompt le contact de l’interrupteur I.
  - Au point de vue pratique, la question est plus compliquée, car on pourrait accepter, dans une installation, un disjoncteur trop sensible fi fonctionnerait pour une variation passagère de l’intensité. On est al°r
  - Fig. 463; — Interrupteur unipolaire 9 000 ampères sous 600 volts.
  - * * *
- p.474 - vue 483/834
- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 475
  - conduit, comme dans les appareils à haute1 tension, à adjoindre des p sîtifs retardateurs qui, tout en permettant au disjoncteur de fonctionner instantanément lors d’un court-circuit, bloquent sa manœuvre pendant un temps plus ou ttioins long dépendant de la valeur de la surcharge.
  - A titre d’exemple, nous décrirons la cataracte à mercure de la Compagnie générale électrique de Nancy, permettant la temporisation des déclenchements dans des limites très grandes (une à vlngt secondes).
  - L’appareil se compose Fig. 464 __ Vue d,ensemble d’un interrupteur dans l’huile (hg. 468) d’un récipient triphasé 3 200 ampères sous 1 200 volts.
  - A» d’une coupelle C et
  - d’un support B. Le récipient A contient du mercure et la coupelle C plonge
  - Fig. 465. —- L’interrupteur hors de sa cuve à huile.
  - plus ou moins dans le mercure suivant que 1 on monte ou que 1 on des-
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- - 476 APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - cend le récipient ; la coupelle est percée, à la partie inférieure, d’un petit
  - fermé. En bas, le circuit est ouvert.
  - trou, et de plusieurs gros trous à la partie supérieure ; elle est reliée, Par une tige d’acier au nickel, au noyau d’un solénoïde.
- p.476 - vue 485/834
- - GÉNÉRALITÉS SÜR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 477
  - La force attractive de la bobine tend à soulever le tout, mais le poids du mercure et de tout l’ensemble s’y oppose ; si l’intensité est assez élevée,
  - E
  - E
  - Disjoncteur à maxima.
  - Disjoncteur à minima.
  - Fig. 4C7. —Principe des disjoncteurs
  - Fig. 468.^— Schémad’une cataracte à mercure.
  - l’attraction devient alors suffisante pour soulever le noyau de toute la course, et le déclenchement a lieu; si l'intensité est plus faible et insuffi-santé pour que l’ensemble soit attiré, il y a tout de même attraction ; la coupelle est soulagée ; le mercure Placé à l’intérieur est nn peu plus haut que celui verni de l’extérieur, ce qui l’oblige à s écouler par l’orifice inférieur. La coupelle s’allège petit à petit et, quand la quantité de mer-
  - Fig. 4Ô9. _ Disjoncteur dans l’air, basse tension, 600 volts, b 750 ampères.
  - équilibrer l’action attractive du solénoïde, le] noyau part brusquement comme précédemment. On obtient ainsi des coupures précises de 1 intensité Par rapport au temps, qui dépendent du niveau normal du mercure et de
  - cure restant à l’intérieur n’est plus suffisante pour
- p.477 - vue 486/834
- - 478
  - APPL1CA TlbNS DE L’ÊLECTRICITÊ
  - Fig. 470. — Disjoncteurs de diverses puissances.
  - 4 000 ampères, 750 volts. 2 000 ampères, 750 volts, 700 ampères, 750 volts.
  - la dimension des trous. Le niveau du mercure agit sur l’intensité normale ; le diamètre du trou agit seulement sur le temps.
  - Inversement, il faut que le courant puisse être coupé en un temps extrêmement court,de l’ordre du millième de seconde, s’il se produit un court-circuit sur la ligne. C’est particulièrement le cas lorsque l’alimentation a lieu en COU- Fig. 471. — Disjoncteur tripolaire, avec une bobine à inaxiina‘
- p.478 - vue 487/834
- - GÉNÉRALITÉS SUR LES tant continu, par des commutatrices. teur de ces machines des amorçages d’arc ou « flash » entre les lignes de balais consécutives, qui Persistent si la rupture n’a pas heu en temps voulu. Il résulte du mode même de formation des flash que, pour être efficace, le disjoncteur extrarapide doit couper le courant dans un temps notablement inférieur au temps que met une lame de collecteur à Passer d’une ligne de balais à l’au-fre, c’est-à-dire en moins d’un demi-eycle (soit en moins de 0,01 seconde dans le cas d une commuta-frice à 50 périodes).
  - En pratique, on admet qu’avec un mterrupteur cou-Pant en 0,006 seconde, les machines les plus sensibles (à 60 périodes)
  - INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 479 Il peut se produire au collec-
  - Fig. 472. - Type de disjoncteur tripolaire 1 000 ampères, ouvert.
  - Peuvent être court-circuitées sans flash, dans les conditions les plus defa-
- p.479 - vue 488/834
- - applications DP L ’ÊLÉC TRI Cl TÊ
  - vorables. C'est donc entre les limites de 0,003 seconde et 0,006 seconde que devra se produire la rupture du courant pour que l’action soit efficace au point de vue de la suppression du flash.
  - De nombreux dispositifs ont été proposés pour arriver à satisfaire à
  - ces délicates conditions. Nous signalerons seulement l’un des plus récents,
  - le disjoncteur ultra-rapide
  - de la Société alsacienne
  - de constructions mécani-* , ^ ques (fig. 474). Une piece
  - métallique A, mobile autour d’un axe O, entraîne l’interrupteur proprement dit (non représenté sur la-figure). Cette pièce est maintenue dans la position indiquée par la fi' gure, qui correspond à la marche normale, par un collage magnétique qlU équilibre l’action d’un ressort puissant (150 kilogrammes) tendant à la faire pivoter autour de l’axe. Le principe du collage magnétique est Ie suivant : une bobine a fil fin Sj, en dérivation sur le circuit, aimante le noyau métallique N sur lequel se trouve également enroulée une bobine S2 en gros fil parcourue par une partie du courant principal.
  - Les flux des deux bobines s’ajoutent dans le circuit extérieur BC-DE, mais sont en sens contraire dans le circuit GAH de la pièce A.
  - Quand l’intensité augmente dans le circuit principal, les deux fin* s’accumulent dans la pièce A qui obéit alors à l’action du ressort. De phlS> si l’augmentation du courant dans la bobine S2 est très rapide, il se pr°' duit par induction mutuelle dans la bobine Sx un courant instantané qlU s’oppose'à l’augmentation du flux dans la portion BC du circuit magnétique, d’où une plus grande rapidité de l’action démagnétisante en GH
  - Grâce au montage adopté pour la bobine S2, son action antagoniste sur la bobine Si ne devient suffisante que si l’augmentation de l’intensité du courant est très rapide ; autrement dit, pour des surcharges en service normal augmentant relativement lentement, le disjoncteur ne déclenche paS‘
  - Fig- 473- — Disjoncteur tripolaire à deux maxima d’intensité et retardateurs.
- p.480 - vue 489/834
- - /
  - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 481
  - La vitesse de déclenchement sera donc d’autant plus rapide que 1 établissement du court-circuit est lui-même plus brusque. Une bobine de soufflage extrêmement puissante éteint immédiatement barc qui tend à se former.
  - On arrive, grâce à ces dispositifs, à obtenir des ruptures en moins de 0,005 seconde, même en cas de court-circuit franc.
  - Les disjoncteurs peuvent etre établis soit avec contacts métalliques, soit avec contacts entre charbons, ces derniers convenant particulièrement lorsque le courant à couper est du courant continu (fig. 469> 47°> 47T> 472> 473)-
  - % 5|c %
  - Ressort
  - Armature
  - coltageÂ
  - Bobine
  - Boüme
  - Fig. 474. — Schéma de principe du système de commande électromagnétique du disjoncteur extra-rapide de la Société alsacienne de constructions mécaniques.
  - Les rhéostats peuvent être considérés comme des appareiis de ma-uceuvre. Us sont constitués par des résistances en ^aillechort ou en ferro-nickel. Les intensités maxima Par millimètre carré de section que l’on admet pour les résistances restant constamment en circuit sont de b ampères pour le _curpeur
  - ruaillechort et 4 am-Péres pour le ferro-
  - nickel.
  - Les rhéostats sont
  - construits soit à
  - pl°ts, soit à curseurs,
  - doivent être toujours largement aérés pour éviter un échauffement trop
  - intense. Les figures 475 et 476 donne le principe des deux montages et les figu-
  - Ligne_
  - 475- — Rhéostat à variation continue.
  - Ligne
  - Fig. 476.— Rhéostat industriel.
  - res 477 à 480 la vue de quelques types de rhéostats industriels.
  - 'j'
  - t 0ui-e installation de quelque importance, en particulier lorsqu’un eau existe sur lequel sont groupés les divers organes de manœuvre, tj-^Porte des voltmètres et ampèremètres àlecture directe ou enregis-v j,eUrs’ destinés à renseigner à tout moment sur la marche générale de nsemble. Aussi la description de ces appareils rentre-t-elle dans le cadre e cé chapitre.
  - ^ igneron.________________É
  - lectricité.
  - 31
- p.481 - vue 490/834
- - 482
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - On peut les diviser en plusieurs classes, dont nous allons indiquer rap1'
  - dement les caractéristiques.
  - i° Appareils à cadre t110' bile. — Les voltmètres et au1' pèremètres de ce type dérivent du galvanomètre Desprez-d’Af' sonval, dont ils ne diffèrent que
  - par des détails de construction •
  - la forme des aimants dont on réduit l’encombrement ; la suspension du cadre qui est monte sur pivot au lieu d’être attaché à un fil de suspension ,
  - l’amortissement qui est réalise en enroulant le fil du cadre sur une baguette de cuivre ou d’aluminium ; les courants de Foucault qui se pr°' duisent dans cette masse métallique sont suffisants pour que l’aiguiHe s arrête sans oscillation. La figure 481, A représente la partie mobile d un ampèremètre de ce type qui ne convient que pour les courants continus-
  - Fig. 477. —- Rhéostat de démarrage sans déclenchement.
  - 2° Appareils électrodynamiques. — Dans ces appareils, le couple actif résulte de l’action d’une bobine fixe sur une bobine mobile traversée par un courant. Le couple antagoniste est produit par la tension d’un ressort (schéma, fig. 481, B). Ces appareils peuvent servir pour les courants alternatifs et les courants continus
  - 3° Appareils thermiques.
  - — Leur principe est le suivant : un fil métallique
  - Fig. 478.
  - Rhéostat d’excitation 40/2 000 a bornes. Vue avant.
  - trois
  - s’échauffe sous l’action du courant qui le traversent s’allonge ; un tème mécanique transmet en l’amplifiant le déplacement à l’aigui^e quadrant. Ces appareils fonctionnent pour toutes les natures de coura La figure 481, C représente un dispositif très employé. Le fil de P
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES
  - 483
  - AB est parcouru par une fraction du courant et s’allonge. En son ufilieu M est attaché un fil appelé fil de Pont COM, auquel est fixé en O un fil de soie fortement tendu par fo ressort à lame R et fiui s’enroule sur une Poulie P solidaire de f’ aiguille indicatrice.
  - aimant permanent devant lequel se dépla-ce un disque d’aluminium monté sur le même axe que l’aiguille et la
  - Fig. 479- — Résistance industrielle.
  - n°n représenté sur
  - figure sert à l’amortissement des oscillations de 1 aiguille.
  - 1
  - 40 Appareils à fer doux. — L’action d une
  - bobine fixe parcourue par
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- - 484
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - le courant aimante deux barreaux de fer doux, A et B, parallèles à 1 aXt delà bobine (fig. 481,0), créant ainsi deux pôles nord à une extrémité et
  - Fig. 481. — Principes des appareils de mesure.
  - r cadre m°L
  - A, ampèremètre à cadre mobile (NS, aimant permanent ; F, cylindre de fer doux ; ^
  - V, ressort spiral d’amenée du courant (un second, en arrière de l’appareil, sert à la *°arnpèreIlie"* guille et son contrepoids). B, appareils électrodynamiques ; G, ampèremètre thermique ; >
  - à fer doux ; R, F, voltmètres électrostatiques.
  - •1 v a d°nC
  - deux pôles sud à l’autre. Quel que soit le sens du courant, u y répulsion entre les deux barreaux. Comme l’un d’eux, A, est nxeer
  - ibde ’
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 485
  - m°bile autour d’un axe O et solidaire de l’aiguille de la graduation, il en résultera un déplacement jusqu’à ce qu’un ressort antagoniste fixe l’ai-
  - §uüle dans une po- __________________________
  - sdion stable. Les mmm^ÊÊÊmügj
  - aPpareils peuvent ^°nctionner sur c°urants alterna-tifs continus.
  - 5° Appareils h Onction. — Le
  - COuple actif pro-vient qe l’action ou de deux cbarnps alternatifs °u d un champ ^°Urnant sur les
  - c°urants induits Par eux dans l’é-fiuipage mobile ^ttstitué par un ’S(lüeou un cylin-^ed aluminium ou e cuivre. Des res-S°rts antagonistes s °Pposent au cou-j^e de rotation et a*gttille s’arrête qUan* les deux c°uples auxquels
  - elle es* „ . ,
  - est soumise s e-
  - dudibrent. Ces ap-
  - pareils ne peuvent
  - Idemment fonc-
  - l0nner que sur
  - Urant alternatif.
  - i» 1
  - » ^P Pareils Idg. 482. — Vue arrière d
  - c esLnés particulièrement aux mesures de tension, ils sont une moé l0n de l’électromètre de lord Kelvin. La figure 481, E montre le princ
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- - 486
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - tzrt’5'AB r Un COnducteur et CD un conducteur mobile sur
  - arete e ; 1 ensemble est disposé verticalement. Quand une différence de
  - potentiel est établie entre deux conducteurs, C tend àserappr°~ cher de A, et D de B. L’aiguiUe a se déplace. Des contrepoids è et E s'opposent au mouvement, et l’aiguille se fixe dans une position d’équilibre fonction de la différence de p0' tentiel établie. Dans les appa' refis industriels, l’équipage mobile est constitué par piu' sieurs lames CD montées sur un axe vertical et tournant entre des conducteurs AB- Be système de conducteurs mobiles et l’ensemble des conducteurs fixes se charge au potentiel à mesurer et des ressorts antagonistes équilibrent 1aC tion du couple directeur. Ba figure 481, F représente un de ces appareils qui, moyennant l’adjonction de condensateurs
  - additionnels, peuvent fonctiou ner jusqu’à 250 000 volts.
  - Fig. 483.— Vue avant d’un tableau de manœuvre (sous-station Vaugirard).
  - Dans tout ce qui précède, nous n’avons pas fait de dis-
  - Fig. 484. — Divers montages de lampes. points
  - A. Commutateur à deux directions sans plot mort. Sert à allumer une lampe de deux
  - différents par deux commutateurs. altefnat’’
  - B. Commutateur à deux directions avec plot mort. S’emploie pour allumer et éteindre
  - veinent deux lampes. f'venienl
  - C. Commutateur à trois directions et plot mort. Sert pour allumer et éteindre alter
  - trois lampes des quatre positions sont représentées). ^ ^ pemiet
  - D. Commutateur à trois directions sans plot mort. Sert dans les chambres d’hôtel- ^£teindre d’allumer ou d’éteindre de la porte la lampe du milieu seulement, d’allumer ou ur où du lit soit la lampe du milieu, soit celle du lit, en les combinant avec un coinin ^pgg ne une poire à mouvement avant arrière, à deux directions, sans plot mort. Les peuvent jamais brîiler en même temns.
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 487
  - 2 e Position
  - E. Commutateur à deux allumages (pour lustre).
  - La première lampe s’allume ; 2. La première lampe reste allumée et la deuxième lampe La deuxième lampe reste allumée, la première lampe s’éteint ; 4. Tout s’éteint.
  - p0sitj F. Commutateur à trois allumages.
  - S aHtUue -H,1 T^a PrerQiére lampe s’allume; 2. La première lampe reste allumée et la deuxième lampe Q. c ’ ^es première, deuxième et troisième lampes sont allumées ; 4. Tout s’éteint.
  - la ^mutateur à quatre directions. Ces commutateurs permettent d’allumer ou d’éteindre soit aVec rïu milieu, soit la lampe du lit, en les combinant, soit avec un commutateur, soit jatI. Une Poire à deux directions, sans plot mort, suivant le schéma. Les lampes ne peuvent p°siti1S ^ril^er en même temps.
  - *atUpe 2°e=t1- i^es ,^eux lampes sont éteintes ; 2. La lampe 1 est allumée ; la lampe 2 est éteinte ; 3. La t allumée, la lampe r est éteinte.
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- - 488 * APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - tinction entre les ampèremètres et les voltmètres. C’est qu’en effet rien ne les distingue en principe. Cependant, leur construction présente une différence fondamentale, par suite de leur mode d’emploi.
  - L’ampèremètre est placé en série sur la ligne et il est généralement tra' versé par le courant total dont il mesure l’intensité. Par conséquent, H
  - Fig- 485. — Commutateurs de croisement pour montées d’escalier, permettant d’allui«er °U d éteindre une lampe ou un groupe de lampes de plusieurs points différents-
  - doit ne présenter qu’une faible résistance pour ne pas s’échauffer outre
  - mesure et ne pas perturber la région électrique du circuit. ^
  - Au contraire, le voltmètre est monté en dérivation entre les deux fhs ^
  - ligne d’un circuit, et il faut par suite que sa résistance soit très gran
  - pour ne pas modifier le régime du courant.
  - D’une façon générale, ils ne doivent pas rester constamment en cire
  - Ajoutons que, dans le cas où les intensités sont très considérables, ,
  - shunte les appareils, c’est-à-dire que l’ampèremètre est branché en ^er
  - vation aux extrémités d’une résistance 9 fois ou 99 fois plus faible 9ue
  - sienne par exemple; de cette façon, le courant qui le traverse n’est que r
  - dixième ou la centième partie du courant total. Ces résistances sont geïl r t de
  - râlement logées dans le socle de l’ampèremètre qui porte alors autai
  - graduations différentes qu’il comporte de shunts. On construit eg
  - ment des voltmètres à plusieurs graduations (1).
  - Tous les appareils de manoeuvre, de sécurité et de contrôle due venons de décrire: coupe-circuits, interrupteurs, disjoncteurs, vol
  - ' «ta110
  - (1) Montrons comment le voltmètre, qui est un ampèremètre à grande resi permet la mesure de la différence de potentiel entre les bornes du e
  - d’utilisation. Si V est cette différence de potentiel, il passe dans le voltmètre
  - V la ë?^'
  - intensité i = —, R étant sa résistance. Par suite, V = iR et, pour lire V sur
  - R • maisleS
  - duation de l’appareil, il suffit d’inscrire sur celle-ci non pas les valeurs de r, produits rR.
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- - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES 489
  - mPeremetres, sont groupes dans les usines sur des tableaux en marbre, , s* ^eurs dimensions sont trop considérables, manœuvres de ces tableaux a 1 aide de renvois mécaniques.
  - c'I'Iz
  - Fig. 486.— Divers montages de sonneries.
  - A, une sonnerie actionnée par un appel ; B, une sonnerie actionnée par plusieurs appels ; C, un Ppel actionnant l’ur.e ou l’autre sonnerie, suivant la position d’un commutateur à deux directions C;
  - > installation dite « cemande-réponse » à trois fils. Le. bouton B actionne la sonnerie S]t et le bou-°n B]; ]a sonnerie S • E, installation dite « d’appartement». Le bouton B actionne la sonnerieS, ; les coûtons B,, B, actionAent la sonnerie S ; F, installation d’un tableau indicateur ; G, installation des tah*iX tabIeaux fonctionnant ensemble et disparaissant l’un par l’autre. Le fil D, qui réunit les deux eaux, assure leur solidarité.
  - ^ titre d’exemple, nous reproduisons dans les figures 482 et 483 la vue ^ avant et la vue d’arrière d’une partie du tableau basse tension de la sous-
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- - 490
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - station de Paris-Vaugirard des chemins de [fer de l’État. On] y voit à la partie supérieure les disjoncteurs automatiques, en dessous les instruments de mesure, puis les divers interrupteurs et, à la partie inférieure, les roues de commande des rhéostats. La vue arrière montre la disposition des barres et le mode de fixation des divers appareils.
  - * * *
  - Nous terminerons ce chapitre en donnant quelques schémas pratiques de montage que chacun peut réaliser sans l’intervention d’un électricien • spécialiste. Ces montages sont relatifs à des installations de lampes et de sonneries, mais on peut aussi bien les appliquer à la commande d’autres appareils, ventilateurs, radiateurs, petits moteurs, etc.
  - Les organes de manœuvre sont soit de simples boutons, soit des commutateurs à deux ou plusieurs plots. Ce sont des interrupteurs tournants analogues à ceux dont nous avons parlé précédemment, mais dont la partie mobile permet de réaliser plusieurs connexions différentes. Il est inutile de s’étendre sur leur construction ; les schémas que nous donnons indiquent très clairement pour chaque cas particulier les manœuvres spéciales que doit pouvoir effectuer le commutateur (fig. 484, 485 et 486).
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- - CHAPITRE XXIII
  - L’ÉCLAIRAGE
  - Historique des procédés d’éclairage. — Rappel des lois du rayonnement thermique: toi de Kirchoff, loi de Stephan-Boltzmann, loi de Wien. — Sensibilité de l’œil aux diverses radiations. — Expériences de Nutting. — Les diverses solutions du problème de l’éclairage. — Lampes à incandescence à filament de charbon, d’osmium, de tantale, de tungstène. — Comparaison. — Lampes à flament et atmosphère gazeuse : lampe demi-watt. — Construction des lampes à incandescence. — Labrication du flament. — Procédés indirects : nourrissage simple, suivi de décarburation, par substitution. — Procédés directs: plage, étirage. —Les perfectionnements récents, par tirage à partir d’un seul cristal. — Labrication de l’ampoule. — Montage du flament dans l’ampoule. — Pormes des lampes à incandescence. — La lampe Nernst. — Propriétés électriques des terres rares. — Résistance de chauffage auxiliaire. — Les lampes a arc. — Mécanisme de l’arc électrique. — Différents procédés d’augmentation du rendement des arcs : arcs enfermés ; arcs à fammes. —Les charbons des lampes à arcs : minéralisés, homogène, à zones. — Les lampes à arcs métalliques. — Arcs entre métaux dans le vide. — Industrie des charbons électriques. — Charbons agglomérés.
  - Charbons graphités. — Les colorants. — Fonctionnement d’un arc électrique. — Dispositifs de réglage. — Montages en série, en dérivation, différentiel. — Description de quelques lampes à arc. — Régulateurs Pilsen, Brianne, A. E. G. — Lampes Bremer, Beck, Bardon, C. G. E. — Les lampes de grande puissance. — Lampes de projection à filaments métalliques. — Lampes à arcs de projection à réglage à la main.
  - Lampes de projecteur Sperry. — Lampes à gaz lumineux. — Lampe Cooper-He-Wltt à mercure. — Mode de fonctionnement. — Dispositifs d’allumage : Weintraub, Bodde. — Lampes Bastian et Salisbury, Heraues, Lumière. — Fonctionnement en courant alternatif. — Tube de Moore, soupape de Moore. — Tubes à gaz rares de Claude. — Caractéristiques électriques des diverses lampes électriques. — Lampe à filament de carbone, —1 Lampe à filament de tungstène. — Lampes à atmosphère gazeuse. — Lampes à arc. — Lampes à vapeur de mercure. — Tubes de Moore et Claude — Caractéristiques photométriques des diverses lampes électriques. — Facteur Physiologique. — Rendement lumineux des diverses lampes. — Répartition du flux lumineux des lampes ordinaires à filament, des'lampes demi-watt, des lampes à arc nu ou sous globe, — Le problème de la distribution des foyers lumineux. — Influence de l’éclairage sur les conditions de travail. — Choix des lampes à incandescence. — Règles pratiques pour l’établissement d’un projet d’éclairage, exemples.
  - *
  - L éclairage est sans aucun doute l’application la plus importante de 1 électricité. La moitié au moins de la puissance totale des usines génératrices est dépensée pour produire la lumière, dont le besoin va sans cesse en Cr°issant avec les exigences de plus en plus impérieuses de la vie moderne.
  - É histoire de l’éclairage mérite d’être rappelée,tout au moins succincte-
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- - 492
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - ment, car elle est un exemple frappant du prodigieux développement de la science dans la période contemporaine.
  - * * *
  - L’antiquité n’a connu, pour dissiper les ténèbres, que la vulgaire torche baguette de bois résineux garnie d’étoupe imprégnée de poix. Les Romains et les Grecs employaient des burettes alimentées par de l’huile ou des graisses, et, jusqu’au xvme siècle, si l’on en excepte les flambeaux de cire, apanage des nobles et des riches, ce sont les mêmes instruments que l’on trouve encore en usage.
  - On ne conçoit pas actuellement de fête sans une véritable orgie lurm-^ neuse : si l’on calcule le nombre de bougies par mètre cube d’espace éclairé, on trouve dans les théâtres des nombres variant de 20 à 30. Nos rues même, dont on critique cependant la luminosité insuffisante, ont en moyenne, dans les artères principales des grandes villes, deux ou trois bougies par mètre cube. Combien ténébreuses nous paraîtraient aujourd’hui les fêtes données par nos grands rois, dont notre imagination se plaît a évoquer les fastes, puisque, en 1785, on considéra comme une débauche de lumière sans précédent l’emploi, dans la Galerie des Glaces du Palais de Versailles, de 1 800 chandelles de cire, donnant à peine 2/10 de bougie par mètre cube ! Lorsque, en 1878, à l’occasion de l’Exposition universelle, on alluma dans la même salle 8 000 bougies, atteignant ainsi une valeur de près de 9/10 de bougie par mètre cube, on ne put même pas arriver a satisfaire tous les invités. De nos jours, il faudrait en installer au moins vingt fois plus.
  - Entre 1800 et 1820, l’antique lampe à huile, déjà perfectionnée au siècle précédent par Argand, qui imagina la lampe à double courant d’air, fut encore améliorée par Carcel et Gagneau, mais déjà le gaz, invente en 1785 par l’ingénieur français Lebon, ouvrait une nouvelle ère dans 1 histoire de l’éclairage.
  - Régnant sans conteste entre 1820 et 1860, malgré le développement de la bougie stéarique, due aux travaux de Chevreul et commercialisée en 1834 par de Milly, le gaz vit surgir à ce moment un concurrent sérieux • le pétrole, dont Drake, en 1858, trouva à Titusville, en Pensylvanie, la Pre mière source ayant un débit suffisant pour justifier une exploitation u1 dustrielle.
  - La lampe à pétrole et le bec de gaz ordinaire, du type papillon, le seU^ connu à cette époque, se partagèrent le domaine de l’éclairage domestique jusqu’en 1878.
  - Déjà, il est vrai, en 1844 l’électricité avait permis à Delueil et Foucault
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 493
  - de réaliser le premier arc électrique, qu’ils avaient installé place de la Concorde à Paris, sur les genoux de la statue de la ville de Lille, mais c’est la découverte de la lampe à incandescence par Edison qui ouvrit véritablement l’ère nouvelle de l’éclairage et révolutionna la vie moderne. Depuis cette date, la lutte entre le gaz et l’électricité a été des plus âpres, et, comme nous le verrons, ce n’est que tout récemment que l’électricité semble avoir conquis la suprématie, tout au moins momentanément.
  - Il est intéressant de signaler que la découverte de l’ampoule à incandescence avait été déjà réalisée deux fois avant Edison. En 1845, \Y. Starr, de Cincinnati, avait présenté à Faraday une lampe constituée par un fil de charbon porté à l’incandescence par le courant électrique et renfermé dans une cloche dans laquelle on avait préalablement fait le vide. Faute d’appui financier, cette invention tomba dans l’oubli. Elle fut de nouveau redécouverte en 1858 par un Français, de Changy, qui proposa même l’em-, ploi de fibres végétales calcinées et de pâtes de plombagine tréfilées pour constituer le filament. Découragé par l’accueil fait à son invention par 1 Académie des sciences, de Changy renonça à en poursuivre la réalisation, et il fallut la ténacité d’Edison et l’audace financière des Américains Pour qu’enfin, en 1878, la lampe à incandescence* puisse prendre son essor.
  - On sait quelle merveilleuse source lumineuse l’ampoule à incandescence est devenue aujourd’hui, grâce à ses perfectionnements successifs que nous étudierons en détail ; nous verrons aussi quels prodiges d’ingéniosité et d’habileté il a fallu accomplir pour arriver à sa production industrielle en grande série.
  - îfc
  - S’il est vrai, comme on l’a dit, que le degré de civilisation se juge à la manière dont on s’éclaire, nous pouvons être fiers du développement de l’humanité dans les cinquante dernières années, mais cela signifie-t-il due nous soyons en droit de chanter victoire et de considérer le problème comme finalement résolu? Hélas ! non, et il est fort probable que, dans quelques siècles, nos descendants nous considéreront comme bien barbares encore. En effet, même dans les lampes demi-watt, qui sont nos sources lumineuses les plus parfaites actuellement, c’est à peine si 2 à 3 p. 100 de l’énergie consommée est transformée en radiations lumineuses utiles ! Tout le reste est gapillé en pure perte sous forme de chaleur ou radiations invisibles, ultra-violettes ou infra-rouges. Quel pitoyable rendement lorsqu’on lé compare à celui du ver luisant (Pyrophorus n°ctilocus) par exemple. Il n’émet aucune radiation inutile; toutes sont
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- - 494
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - comprises dans l’intervalle des longueurs d’onde qui impressionnent le plus vivement l’œil, et l’énergie dépensée par l’animal est certainement intime.
  - Il est vrai que nous sommes ici en présence d’un phénomène de luminescence, et non de rayonnement thermique, et c’est pourquoi l’effort des chercheurs se dirige actuellement vers l’étude de l’éclairage par lumière froide, par luminescence, d’où sortira sans doute la grande découverte de l’avenir.
  - * * *
  - Afin de mieux comprendre l’état actuel du problème de l’éclairage, il est nécessaire de commencer par un rapide exposé des lois du rayon' nement.
  - Tout d’abord, qu’est-ce qu’un corps lumineux ?
  - Pour donner une réponse précise à cette question, réponse qui, comme nous le verrons, pose nettement le problème de l’éclairage, nous distinguerons deux cas différents, suivant l’origine de l’énergie rayonnée. Celle-ci peut être empruntée dans le premier cas à une source calorifique extérieure, sans qu’il y ait altération du corps rayonnant : on se trouve alors en présence d’un rayonnement thermique proprement dit.
  - Dans le second cas, on considère les phénomènes dans lesquels le corps rayonnant reçoit de l’énergie qui n’est pas de la chaleur, provenant d’une source à la même température que lui. Nous désignerons ces phénomènes par le terme générique de luminescence.
  - Deux lois fondamentales régissent le rayonnement thermique : la loi de Kirchoff et la loi de Stephan-Boltzmann.
  - Considérons un corps à une certaine température et faisons tomber sur lui un rayon de lumière monochromatique. En observant ce qui est renvoyé par le corps, nous avons un moyen de déterminer ce qui est conservé par lui. Le rapport de ce qu’il a conservé à ce qu’il a reçu définit le pouvoir absorbant A constant lorsque l’on interroge le corps dans les mêmes conditions.
  - Le pouvoir émissif e est au contraire défini comme la quantité d’énergie rayonnée par le corps pendant l’unité de temps. Nous admettrons qu îl est seulement fonction de la température; les corps environnants notaiu ment n’ont aucune influence sur lui.
  - Kirchoff a trouvé par des considérations théoriques que le rapport des pouvoirs émissif et absorbant, pour une radiation donnée, est le même pour tous les corps et ne dépend que de la température. C’est la loi de Kirchoff qui se traduit par la formule :
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 495
  - Pour A = i, e prend sa valeur maximum égale à K. Le corps qui absorberait ainsi toutes les radiations a été appelé corps noir ou radiateur intégral, nom expressif qui rappelle sa propriété essentielle d’émettre tout ce qu’il reçoit.
  - Ce corps noir n’est réalisé qu’imparfaitement par le noir de fumée ; °n peut en avoir cependant une représentation aussi précise qu'on le désire, en pratiquant dans une cavité isotherme une ouverture infiniment Petite. Cette cavité fonctionnera comme une surface noire, car toute la lumière qui pénètre à l’intérieur s’y. diffuse et ne ressort pas.
  - Quand on regarde à l’intérieur de la cavité, on ne voit donc pas la forme de certains des corps qui s’y trouvent à l’exception des autres, car alors d existerait une direction privilégiée et l’équilibre ne serait certainement pas atteint. On conçoit pourquoi Drapen a pu énoncer cette proposition : dans une enceinte fermée, tous les
  - corps commencent à luire à la même température.
  - Comparons maintenant lerayon-uernent émis par le radiateur intégral aux différentes températures. La loi de Stephan-Boltz-mann nous apprend que l’énergie totale émise par le corps noir est Proportionnelle à la quatrième Puissance de la température ab-s°lue, c’est-à-dire que si W est la puissance rayonnée exprimée en Watts,, S la surface du corps etl centimètres carrés et T la température absolue du corps noir, on a :
  - w «= PST4,
  - étant une constante dont la valeur est voisine de 6. io~12.
  - ^ien, s’appuyant sur ce résulte a montré que l’on passe d’une Fi<T. 487___Courbe du déplacement du maximum
  - Courbe donnant la répartition de de rayonnement avec la température.
  - 1 énergie émise en fonction de la
  - longueur d’onde pour une température donnée à la courbe correspondante P°ur une autre température en réduisant les abscisses (les longueurs
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- - 496
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - d’onde) en raison inverse des températures absolues et en multipliant les ordonnées par la cinquième puissance de ce rapport des températures.
  - Il s’ensuit, et c’est là un fait capital pour le problème qui nous occupe, que, lorsque la température s’élève, tout le spectre est déplacé du côté des petites longueurs d’onde (fig. 487).
  - Or l’œil perçoit les vibrations correspondant environ à une octave comprime entre les longueurs d’onde 0,4 a et 0,8 a (le a est le millième de millimètre). Les radiations utiles au point de vue de l’éclairage sont ainsi
  - ” uoo
  - _5 OA
  - C 300
  - 0,ü5 0,50 0,55
  - longueursd’onde en
  - longueurs d’onde en yi
  - Fig. 488. — La partie hachurée correspond Fig. 489. — Sensibilité de l’œil aU" à la fraction de l’énergie totale rayonnée diverses radiations,
  - transformée en énergie lumineuse.
  - déterminées; les autres ne sont d’aucun secours; elles correspondent à nne énergie non efficacement employée et constituent un phénomène nuisit*!6 (fig. 488).
  - * * *
  - Même dans le spectre visible, la sensibilité de l’œil varie énorm6 ment avec la longueur d’onde, et les différentes radiations simples sont pa suite d’une utilité très inégale. Bien que la sensibilité aux différent^ couleurs varie d’un observateur à l’autre, voici un tableau indiquant, d aPr Nutting, la valeur relative des sensibilités moyennes poui les divers radiations.
  - too des
  - On a pris ici la sensibilité spectrale maxima, qui, pour 90 p.
  - 1
  - observateurs, se trouve dans le vert, au voisinage de la longueur u 0,51, pour unité ; la figure 489 traduit graphiquement ces résultats.
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- - L‘ÉCLAIRA GE
  - 497
  - Longueur d’onde 0,41 (violet) o,45o (bleu) o,47o 0,490 0,510 (vert)
  - Sensibilité 0,02 0,23 0,49 0,81 1,0
  - ""-ïïr;-
  - Longueur d’onde o,53° °.55° (iaune vert) 0,570 o,59o 0,610 (rouge)
  - Sensibilité 0,81 0,49 0,22 0,07 0,02
  - * * *
  - V
  - "N0US sommes à même maintenant de poser d’une façon précise le
  - Problème de l’éclairage.
  - corps lumineux est un corps émettant des radiations susceptibles 1InPressionner notre œil. Il sera d’autant plus lumineux qu’il émettra Plüs radiations voisines du "jaune et du vert. Son rendement sera d’au-1 meilleur qu’il se rapprochera plus de celui du corps noir à la même
  - température.
  - Non seulement nous avons ainsi mis en évidence les conditions essen-t^lles à résoudre, mais encore la loi de Wien nous permet d’en satisfaire moins une en chauffant le corps pour déplacer le maximum d’énergie meuse rayonnée vers les courtes longueurs d’onde qui sont les plus utiles pour l’éclairage.
  - Malheureusement, si l’on calcule la température à laquelle devrait être C0rps noir pour que la radiation correspondant au maximum energie soit par exemple dans le jaune, on trouve une température envir°n 4 6oo degrés, que nous sommes impuissants à réaliser. Même à °°o degrés, la radiation d’intensité maxima est encore à la longueur d onde 1,25 a, c’est-à-dire dans l’infra-rouge, très loin du spectre Visible, c
  - ^ e que nous venons de dire s’applique seulement au radiateur intégral, j.v Pres(iue tous les corps s’en écartent plus ou moins, ce qui est particu-erement avantageux pour l’éclairage. La puissance de radiation est bien ^°Ur t°Us les corps inférieure, à température égale, à celle du corps noir, ls il se pourra que leur pouvoir émissif se rapproche beaucoup, dans la le visible du spectre, de celui du radiateur intégral, tout en en différant p D^ement dans les régions obscures.
  - jp ar^°is même, nous constatons que l’émission d’une radiation particu-est plus forte que celle de cette radiation dans le radiateur intégral.
  - ^ïgneron. — Électricité.
  - 32
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- - 49§
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - Nous devons en conclure que ce cas ne relève pas du rayonnement thermique, mais qu’il fait partie des phénomènes de luminescence auxquels ces lois ne s’appliquent pas.
  - C’est ainsi, par exemple, que le platine donne un spectre dans lequel le maximum est beaucoup plus près de la région visible que celui du corps noir à la même température (Lummer). Le pouvoir émissif, très élevé dans la partie' visible du spectre, est tel que le platine rayonne, pour une meme quantité de radiations lumineuses, moins de radiations invisibles d110 le corps noir. A i 850 degrés absolus, le rendement lumineux du platine est 2,37 fois plus grand que celui du corps noir, le rendement lumineux étant défini comme le rapport de l’énergie comprise dans le spectre visible à l’énergie totale rayonnée. Nous reviendrons sur cette question.
  - Le platine n’est pas le seul corps jouissant de cette propriété ; les me taux réfractaires ont aussi un pouvoir sélectif, de même que les oxydes des terres rares constituant les manchons des becs Auer et les éléments éclai rants des lampes Nernst :
  - Le problème est maintenant bien déterminé :
  - i° Si l’on veut se servir de corps noirs ou pratiquement considérés comme tels, il faut déplacer vers la-partie visible du spectre le maximum de l’énergie rayonnée, et pour cela élever la température. Même si température est très élevée, la partie utile de l’énergie employée est extre mement petite par rapport à l’énergie totale rayonnée.
  - 2° Si, au contraire, on s’adresse à des corps colorés, on s’appuie sur le^r pouvoir sélectif. On cherchera à obtenir un corps émettant, à une tempe rature donnée, avec l’intensité maxima (celle du corps noir à la mêm température), les radiations de pouvoir éclairant maximum (les radiatio*1 vertes, par exemple), et celles-là seulement.
  - 3° On peut aussi, lorsqu’on s’adresse à des corps colorés, arriver à av° dans la partie visible du spectre une intensité supérieure à celle du c°^ noir en faisant alors intervenir, en plus du rayonnement thermique, phénomènes de luminescence. ce
  - 40 Enfin, on peut résoudre le problème en s’adressant à la luminesc^ ^ seule, à la lumière froide, qui dès maintenant semble être la voie laquelle les recherches ont le plus de chances d’aboutir.
  - dan*
  - plie de^
  - Nous commencerons l’étude de l’éclairage électrique par cei ^ lampes à incandescence, examinant d’abord leur évolution, depu1S lampe à filament de charbon d’Edison jusqu’aux lampes oei ^ actuelles à filament de tungstène étiré et à atmosphère gazeuse. Nous
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- - L’ÉCLAIRAGE
  - 499
  - r°ns ensuite le mode de fabricationdu filament, puis son montagedans l’am-P°ule de verre.
  - La lampe Nernst nous servira de transition pour passer à l’examen du Problème très complexe de l’arc électrique. Le plan de son étude sera paral-tèle à celui suivi pour les lampesà incandescence. En premier lieu, évolution depuis les arcs au carbone pur jusqu’aux arcs modernes, arcs flammes, arcs métalliques, arcs à vapeur de mercure. Ensuite, nous passerons en revue les réalisations pratiques de l’éclairage par l’arc électrique : fabri-Cation des charbons, construction des lampes.
  - Nous dirons ensuite quelques mots du problème de la lumière froide. La comparaison des divers modes d’éclairage, caractéristiques des Nmpes à incandescence, des lampes à arc, rendement lumineux, répartition de leur flux lumineux dans l’espace, etc., nous amènera à l’étude de leur action sur l’œil et de la meilleure utilisation dans les diverses circonstances des sources d’éclairage, qui terminera ce chapitre.
  - * * *
  - %
  - On s’est adressé pendant longtemps pour l’éclairage au corps noir. r exemple, la flamme du gaz est éclairante grâce aux particules de arbon qui s’y trouvent en suspension et qui sont portées à l’incandescence Par suite de la combustion. C'est également le charbon que l’on ^Llisa à l’origine dans les ampoules à incandescence et dans les arcs élec-flnes dont il est encore le constituant essentiel.
  - p
  - 9 choix fut pendant longtemps considéré comme le meilleur, parce il porte sur un corps qui se rapproche théoriquement du corps noir. e courant électrique permettant de réaliser commodément des tempéra-es très élevées, rien ne semblait s’opposer à l’obtention du rendement ^axirnum, le point de fusion du carbone étant supérieur à 3 000 degrés.
  - etait obligé d’opérer dans le vide pour éviter la combustion du fila-^ent de charbon, mais un phénomène imprévu, l’évaporation du char-011 dans le vide, vint compromettre la solution du problème. Cette évaluation est un phénomène de projection cathodique qui amincit et bientôt ^üpe le filament, recouvrant par surcroît l’ampoule d’une couche de arbon pulvérulent qui diminue considérablement le rendement lumi-ainsi que le montrent les nombres suivants empruntés à M. Bain-
  - Volts...................
  - Ampères.................
  - r, . 1 Avant nettoyage
  - ougies j Après nettoyage
  - Absorption p. ..........
  - 250 125 120
  - 0,24 0,78 i,33
  - 7,7 22,7 13A
  - 10,77 47-9 44'
  - 20,6 54 70
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- - 500
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - On fut donc conduit à un compromis entre l’amélioration du rendement et la durée de vie des lampes.
  - Les lampes actuelles à filament de charbon diffèrent des premières en ce que le filament possède un éclat métallique dû à son recouvrement par un dépôt de charbon graphitique. Ainsi constitué, l’ensemble résiste mieux à la désagrégation cathodique et, de plus, le rendement photoge' nique de la lampe est amélioré, car les propriétés du filament se rapprochent plus de celles du platine poli que de celles du corps noir. Le rendement lumineux est voisin de celui d’une lampe à filament noir possédant nne température supérieure d’environ 12 p. 100, c’est-à-dire qu’il est environ le double de celui de la même lampe équipée avec un ancien filament. ^ semble que l’on soit arrivé ainsi au maximum de perfectionnement de ce genre de lampes, car la température du filament (qui varie de 1 5°° a 1 800 degrés suivant les auteurs) semble ne plus pouvoir être élevée sans inconvénient. Les améliorations réalisées (lampes à haut voltage, lampeS de grande puissance) dépendent surtout de la meilleure utilisation dn réseau électrique.
  - ^0
  - Les tentatives faites pour avoir un filament moins altérable que
  - charbon sont nombreuses. Des résultats intéressants ont été obtenus
  - \ /^0
  - employant des métaux plus réfractaires que le platine. ApreS
  - nombreuses recherches, Auer vonWelsbach fixa son choix sur 1
  - l’un des métaux rares du groupe du -platine ne fondant que vers 27°°
  - (Burgess). .j
  - Le filament d’osmium est poreux et a une surface rugueuse ; comme
  - est mou à la température de l’incandescence, on est obligé de l'ancrer
  - l’aide de petits crochets en thorine fixés à l'extrémité de baguettes ^
  - verre elles-mêmes soudées à l’ampoule. Le filament d’osmium a un c°e^
  - cient de température positif, contrairement au filament de charbon, c ^
  - à-dire que sa résistance augmente avec la température, ce qui permet &
  - lampe de mieux supporter les surtensions accidentelles du réseau de ^
  - tribution. En régime normal, la consommation d’énergie est d en
  - 1,8 watt par bougie. A certains points de vue, la lampe à l’osmium se^
  - la lampe idéale : elle jouit d’une grande longévité et son rendem
  - , -r3 rc
  - est remarquablement constant. Malheureusement, l’osmium est r pour alimenter une fabrication régulière, on est forcé de comp ^ sur le retour à l’usine des lampes hors de service. Aussi ne rencontre plus cette lampe dans le commerce, sauf en Allemagne.
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 501
  - K *ï* H»
  - Dans le courant de 1905, Siemens et Halske, sur les indications de von Dolton, s’adressèrent au tantale, autre métal rare se rapprochant du fer.
  - résistivité à la température ordinaire est de 16 microhms-centimètre, c est-à-dire dix fois celle du cuivre et deux fois celle du platine; aussi est-il Necessaire d’employer des fils longs et fins. La longueur du filament atteint
  - à
  - 490. -— Lampe à vis filament de charbon.
  - Fig. 491.— Lampe Z.
  - Fig. 492. — Lampe tantale.
  - ans ^es lampes environ 650 millimètres; son diamètre est de oram,o.5 . ,Son poids voisin de 22 milligrammes. Il est supporté par deux ^eries de crochets en fil de nickel assez forts pour éviter réchauffement et , P°sés en étoile à douze branches à la partie supérieure et onze branches a Partie inférieure.
  - Actuellement,on s’adresse très fréquemment au tungstène, dont la température de fusion, d’après les récentes déterminations de Burgess/Mean ^aidner, serait de 2 9500. La lampe à filament de tungstène,
  - qui
  - ^ est actuellement la plus répandue,"semble être supérieure à celle à ^aiïient d’osmium au point de vue de la consommation pratique, proba-^Jttent à cause de la température plus élevée qu’elle peut supporter. P^Us> le coefficient de température du tungstène est de beaucoup le
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- - 5P2
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - plus considérable, ce qui, comme nous l’avons déjà fait remarquer, est un grand avantage pratique, la lampe fonctionnant alors comme un auto-régulateur de potentiel.
  - Le tableau de la page 503 résume les principales propriétés des substances
  - utilisées pour la fabrication des filaments métalliques.
  - La figure 493 reproduit leS courbes de résistance de divers filaments équivalents au point de vue de l’éclairage (32 bougies, 110 volts).
  - Fig.
  - 493. — Variation de la résistance de divers filaments en fonction du voltage.
  - Nous avons vu que l’évaporation du filament de carbone dans le vide, lorsque l’on cherche à augmenter sa température afin d’accroître le rendement lumineux, a conduit à lui substituer des filaments métalliqueS difficilement fusibles. Malgré le gain très apréciable qui en est résulté, puisque la consommation, qui était de 2,8 watts par bougie dans les meilleures lampes à filament graphité, a pu être abaisséeà 1,5 watt par bougie (lampes à osmium et tantale) et finalement à 1 watt (lampes à tungstène), il ne semblait pas possible de continuer à améliorer le rendement en perse vérant uniquement dans la même voie. Toutes les lampes en effet périssent, comme celles à filament de charbon, par suite de la volatilisation de
  - la matière incandescente. Non seulement le filament se brise, mais,
  - bien
  - avant que la lampe ne soit « brûlée », le dépôt sur ses parois d’un rev ment de métal pulvérulent, son « noircissement », a diminué déjà nota ment son pouvoir lumineux.
  - Toute la question se ramène donc à empêcher le filament de se vap°r et de noircir la lampe. Deux solutions ont été proposées :
  - , , 1 avec
  - i° Introduire dans l’ampoule des gaz qui se combineront a chaua le métal du filament et donneront des composés transparents qui,par séquent,ne diminueront pas le pouvoir éclairant de la lampe en se dép°sa^ sur ses parois. L’oxygène et le chlore en particulier ont été utilisés dans lampes à tungstène et ont ainsi permis de pousser un peu plus leur c fage et de faire tomber à 0,8 watt la dépense d’énergie par bougie.
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- - II Corps / . 1 Chaleur / Résistance Coefficient
  - Températures Poids spécifique Poids spécifique en Coefficient de
  - en degrés C. V.. microhms par cm1 de température
  - incandescents. ' - spécifique. à temp. atomique. ' dilatation.
  - n pour 100 par degré.
  - ordinaire.
  - d'emploi. de fusion. à chaud. à froid.
  - Carbone 1650 à 1700 (3600) 2,25 (0,16) 12 35 à 40 63 0,000003 — 0,04
  - Osmium 1900 à 2000 2700 22,5 0,31 190 80 9,5 — o,37
  - Osram — — 17,8 o,33 — 76,0 7 0,0000048 —
  - Tantale. 1850 à 2000 2800 16,6 0,0331 181 83 14,6 0,000008 0,25
  - Zirconium — > i5°o 6,44 0,067 90 68,4 19 — —
  - Tungstène 2000 à 2200 2950 18,6 0,032 . 184 76 7 0,000004 0,44
  - Molybdène — 2585 9 0,068 96 — — — —
  - L’ÉCLAIRAGE < 503
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- - 504
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 2° Actuellement,on préfère opérer différemment et introduire dans l’ampoule des gaz qui au contraire sont chimiquement inertes, mais qm empêchent la volatilisation du métal. Évidemment, les pertes d’énergie par ra}mnnement calorifique sont beaucoup plus considérables, ainsi qu’il est facile de s’en rendre compte par une expérience très simple. On introduit de l’azote dans une lampe ordinaire au tungstène et on constate qu’imme-diatement le filament rougit à peine.
  - Aussi, dans les lampes à atmosphère inerte, est-on conduit à donner au filament une forme extrêmement ramassée pour réduire les pertes par convection au minimum. La meilleure solution consiste à enrouler le filament sous forme d une hélice à pas très serré.
  - Il peut paraître paradoxal que, dans ces conditions, on arrive à un meilleur rendement lumineux'» puisque l’on augmente considérablement la dépense d’énergie par un rayonnement calorifique intensif. Mais il suffit de se rappeler que les pertes par rayonnement ne croissent que comme la puissance 2/3 de la température, tandis que Ie rayonnement croît comme la puissance 4,7 de la température pour le tungstène (s’il s’agissait du corps noir idéal, ce serait seulement comme la puissance 4 de la température). Par conséquent, en élevant la température, on obtient un rendement meilleur que celui de la même lampe dans la quelle on aurait fait le vide.
  - En poussant la température jusque vers 2 500° (soit environ 500 grés plus haut que dans les lampes à vide), on arrive à une consoiu mation de 0,5 watt par bougie. De plus, comme le filament est très ramasse, on peut réduire considérablement les dimensions de l’ampoule. C’est ainsi que les lampes demi-watt de 50 bougies par exemple sont moins volunu neuses que des lampes ordinaires de 16 bougies.
  - Le gaz dont on se sert pour le remplissage des ampoules de grande pnlS sance (1 000 bougies et plus) est l’azote. Dans les petites ampoules, comme la spirale est très petite, on préfère prendre de l’argon, dont la conducti bilité calorifique est plus faible que celle de l’azote (le coefficient de con ductibilité calorifique, à 0 degré, de l’azote est de 0,568.10 ~4, tandis que celui de l’argon est seulement 0,389.10-4). Comme cependant l'argon laisse plus facilement traverser par la décharge électrique, on lui ajout une légère proportion d’azote pour éviter les courts-circuits.
  - La pression de remplissage est d’environ deux tiers d’atmosphere ' en fonctionnement, la température du gaz ne dépasse pas i5° ^ 2°°
  - Fig. 494. — Lampe demi-watt.
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 505
  - La pression dans l’ampoule est alors voisine de la pression atmosphérique.
  - Le perfectionnement si remarquable n’a été possible que grâce à la miSe au point d’une méthode de fabrication qui permet d’obtenir des filaments de omm,02 de diamètre et suffisamment souples pour pouvoir etre enroulés en spires dont le diamètre ne dépasse pas omm,o5.
  - * * *
  - Ayant ainsi rapidement retracé l’évolution de la lampe à incandescence, il nous reste, avant de passer aux autres modes d’éclairage électrique, à indiquer sommairement comment on la construit. La fabrica-L°n comprend deux séries d’opérations distinctes : la préparation du fila-ment et le montage de l’ampoule.
  - Nous ne dirons qu’un mot de la fabrication des filaments de charbon, fiont la disparition n’est plus qu’une question de temps.
  - On
  - commence par préparer un liquide sirupeux de couleur bleutée et dont la composition moyenne est :
  - Cellulose (coton hydrophile, paille de riz, etc.)........ 5 grammes.
  - Chlorure de zinc neutralisé.............................. 100 —
  - Eau distillée............................................ 5° —
  - ^ On chauffe légèrement et on fait passer cette pâte à travers une filière ; "es fiL en sortant tombent dans un bain d’alcool à 90°.
  - Le filament est ensuite lavé à l’eau avec soin, séché et enroulé sur des bl°cs de graphite que l’on empile ensuite dans des creusets, recouverts de P°ussier de charbon très fin pour empêcher l’entrée de l’air pendant la CUlSs°n, qui dure vingt-quatre heures, à une température de 1 500°. La Cefiulose se transforme ainsi en carbone, et le fil, qui conserve la forme du ^oule sur lequel il a été enroulé, peut être monté dans l’ampoule.
  - Afin d’éliminer les irrégularités de diamètre qu’il peut présenter et le rendre en même temps moins poreux, on lui fait cependant encore subir ^ traitement appelé carburation ou nourrissage. A cet effet, on chauffe electriquement le filament dans une atmosphère gazeuse riche en hydrocarbures (gaz d’éclairage, gazoline, acétylène, etc.). Il se forme alors sur Ul un dépôt épais de charbon qui augmente sa résistance mécanique.
  - Lnfin, en soumettant à l’abri de l’air les filaments carburés à une température de 3 000 à 3 500°, on détermine la formation d’un revêtement SuPerficiel de graphite (Howell). Nous avons déjà dit précédemment qu’il enrésulte une amélioration notable du rendement lumineux en même temps une augmentation de la résistance mécanique du filament.
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- - 5°6
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - Les procédés de fabrication des filaments métalliques sont extrêmement nombreux et peuvent être classés en deux catégories :
  - i° Procédés indirects, dans lesquels on prépare d’abord un filament servant de support temporaire ou définitif au revêtement métallique qui constituera la surface rayonnante.
  - 2° Procédés directs, dans lesquels on obtient le filament à partir du métal directement ou d’un de ses sels.
  - Dans le groupe des procédés indirects, on peut distinguer :
  - a. Les procédés de nourrissage simple.
  - b. Les procédés de nourrissage suivi de décarburation.
  - c. Les procédés de nourrissage par substitution.
  - Dans les procédés de nourrissage simple, on recouvre simplement le filament de carbone par un dépôt de métal ou d’oxyde précipité par une réaction se produisant au contact du filament incandescent. Ce mode de préparation n’est plus très employé actuellement.
  - En 1905, Just et Hanamann mirent au point le procédé de nourrissage suivi de décarburation, qui'consiste à porter à l’incandescence un filament de charbon dans une atmosphère formée d’un gaz réducteur (hydrogène, par exemple) mélangé à des composés réductibles (chlorures de tungstène ou de molybdène). On forme d’abord une couche mince, puis on porte le filament dans un gaz inerte à haute température. Le carbone se combine alors avec le métal. On introduit ensuite une petite quantité de vapeur d’eau qui détruit le .carbone des couches superficielles. On continue Ie traitement jusqu’à disparition complète du support de carbone.
  - Enfin, dans les procédés de nourrissage par substitution, on réunit en une seule les deux opérations du nourrissage et de la décarburation • l’oxydation du filament de carbone se produit en même temps qne Ie dépôt métallique s’effectue.
  - Les procédés directs peuvent être également divisés en plusieurs cate
  - gories : . éeS a. Filaments filés à la presse à partir de pâtes plastiques constit ^
  - soit de poudres métalliques pures, soit de poudres métalliques renferm , des impuretés qui ne peuvent être éliminées que par un traitement rieur, soit enfin de poudres formées de mélanges de composés me liques binaires qui ne peuvent être transformés en métal pur que Par traitement chimique approprié.
  - b. Filaments étirés à partir du métal lui-même.
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- - L’ÉCLAIRAGE
  - 507
  - Les innombrables brevets qui ont été pris pour couvrir les modes de Préparation des filaments par filage de -pâtes plastiques montrent combien le problème est complexe, et nous n’en dirons que quelques mots, car ils tendent à être de moins en moins employés.
  - Dans un procédé, on comprime la poudre de tungstène sèche à très forte pression sous forme d’un bâtonnet que l’on chauffe ensuite avec précaution pendant trente minutes à 1 300° dans un four électrique parcouru Par un courant d’hydrogène. Le bâtonnet prend ainsi un peu de consistance et peut ensuite être soumis à l’action du courant électrique, à une température voisine de la température de fusion, ce qui achève de lui donner de la consistance. L’opération suivante consiste en une série de passages à la filière ou au laminoir, à une température de 1 500° environ au début, Puis, lorsque le fil s’amincit, à des températures de plus en plus basses, Pour terminer à 400° environ lorsque le fil a un diamètre de omm,ooi.
  - Dans d’autres procédés, on part de solutions colloïdales obtenues par la méthode de Bredig (arc jaillissant sous l’eau entre deux électrodes du métal fi pulvériser). Ces solutions évaporées donnent un colloïde gélatineux que 1 on file. Le filament est ensuite desséché vers ioo°, de façon a lui donner ^me conductibilité suffisante pour que le courant électrique puisse le parcourir. Sous l’influence de l’élévation de température, le filament prend la structure métallique homogène.
  - Siemens et Halske ont employé un autre mode de fabrication. La poudre fie tungstène est enfermée dans un tube d’aluminium lui-même placé dans Un tube de fer. Après expulsion des gaz occlus par un léger chauffage, on étire tout l’ensemble, qui se comporte comme un tube homogène, et, lorsqu’il a été réduit à un diamètre convenable, on élimine les deux enveloppes métalliques par action de l’acide sulfurique et de l’acide chlorhy-firique. Il reste alors l’âme de tungstène que l’on peut employer directement dans les lampes.
  - Enfin, on prépare dans certains cas des filaments à partir de fils en métal impur, l’impureté étant introduite par l’agglomérant (goudron, sucre, etc.) ajouté pour permettre le filage de la pâte. C’est en particulier par un procédé de ce genre que les filaments des lampes Osram ont été prépares par la société Auer. L’osram est un mélange d'osmium et de tungstène, en afiemand wolfram. En général, il se forme un carbure du métal, qu il faut ensuite réduire par un courant d’hydrogène à haute température.
  - Au lieu de partir du métal, ce qui suppose une opération préliminaire frès coûteuse, on utilise, dans certains procédés, celui de Lux en particulier, fes oxydes des métaux comme matière première. On traite par exemple
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- - 508 • APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - l’oxyde de tungstène par l’ammoniaque en excès pour former l’acide tungstique hydraté gélatineux que l’on file, puis dessèche et finalement transforme en métal pur par action du courant électrique.
  - Le développement des lampes demi-watt a conduit à employer presque exclusivement les procédés d’étirage à partir du métal pur pour la préparation du filament.
  - L’un des perfectionnements les plus importants dans cette voie est dû à Bottger (1917). Il consiste à former le filament de tungstène par étirage d'un seul cristal de métal. On ajoute de l’oxyde de thorium à la poudre de tungstène, on fait de ce mélange une émulsion que l’on passe sous pression à travers des filières de diamant. Les fils sont déplacés dans une enceinte chauffée entre 2 400 et 2 6oo°, avec une vitesse telle qu’elle soit inférieure à la vitesse de cristallisation du tungstène. On obtient ainsi un cristal unique, très allongé, très tenace et extrêmement flexible, qu’il suffit de tréfiler pour l’amener au diamètre désiré. On réalise ainsi des filaments de omm,02 de diamètre et 25 mètres de longueur formés d’un seul cristal de tungstène.
  - * * *
  - Nous allons maintenant passer en revue les multiples opérations que comporte le montage du filament dans l’ampoule.
  - Les éléments dont on part pour constituer l’ampoule à incandescence se composent d’un tube de verre de 8 millimètres de diamètre et 3mm,5 longueur environ, d’une baguette de verre de 3 millimètres de diamètre et 8 centimètres de long et d’une ampoule de cristal (hg. 495). Le nombre des opérations que doivent subir ces éléments avant que la lampe soit terminée étant supérieur à cinquante, nous nous contenterons d’indiquer les pr111 cipales phases de la fabrication.
  - Celle-ci comprend trois périodes distinctes : fabrication du pied p°r tant le filament éclairant et les fils d’arrivée du courant ; montage du pie^ dans l’ampoule ; vidage et finissage de la lampe. La figure 495 montre les différentes transformations que subissent le tube, la baguette de verre et l’ampoule.
  - Le tube est d’abord évasé et la baguette munie d’une ferle obtenue Par refoulement du verre préalablement ramolli en un point par un chalumeau-
  - On place ensuite dans le tube les deux conducteurs d’amenée du courant et on soude la baguette au tube tout en aplatissant celui-ci, afin de hxer les deux conducteurs qui sont ainsi noyés dans le verre. ^
  - Primitivement, ces conducteurs étaient constitués par un fil de nie soudé à un fil de cuivre par l’intermédiaire d’un petit tronçon de platin
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 5°9
  - qui assurait la soudure de l’ensemble au verre de l’ampoule, le platine ayant le même coefficient de dilatation que le cristal. Depuis l’augmentation considérable du prix du platine, on utilise des conducteurs en ferro-nickel enfermés dans une gaine de cuivre rouge recouverte d’un vernis à base de borates. Au moment où l’on enferme ces conducteurs dans la base du pied Portée au rouge sombre, il se produit une combinaison de verre qui «mouille » le cuivre et fait corps avec lui. Ce ferro-nickel ainsi préparé, que l’on appelle platinite, a le même coefficient de dilatation que le verre et, par suite, ne peut s’en séparer au refroidissement, assurant ainsi la parfaite étanchéité de l’amenée de courant.
  - Les branches des étoiles qui servent à supporter le filament sont en Molybdène et insérées automatiquement à la base et au sommet de la fige chauffée sous le dard de chalumeaux. Il reste à monter sur cette armature le filament de tungstène. Nous avons vu comment on le fabrique, uiais il est encore une manipulation qu’il faut lui faire subir, afin de pouvoir le manipuler facilement ; nous voulons parler du recuit.
  - Celui-ci est obtenu en faisant passer un courant électrique dans le filaient plongé dans une atmosphère réductrice ou inerte. Le fil ainsi recuit est recouvert d’un mélange de phosphore rouge et d’un sel halogéné en suspension dans l’alcool méthylique, puis séché, verni et séché à nouveau avant d’être monté sur le support.
  - A ce moment, le pied est terminé ; il faut le placer dans l’ampoule, qui a déjà été l’objet d’un certain nombre de manipulations. Telle qu’elle est livrée de la verrerie, elle a l’aspect de la figure 495-3 ef esf munie a 1 extrémité de son col d’une masse de verre, appelée mors de canne, au-dessous d’un bourrelet destiné à la rendre moins fragile au cours du transport.
  - On commence par couper cet excédent de verre, puis on lave l’intérieur de l’ampoule à l’eau acidulée avant de fixer à son sommet un petit tube de Verre par lequel on fera ultérieurement le vide dans la lampe terminée. Lette opération s’appelle le queusotage.
  - On introduit ensuite le pied tout garni dans l’ampoule ainsi préparée et Une machine ferme la lampe en soudant le bord intérieur de l’ampoule à f évasement qui se trouve à la base du pied.
  - Le vidage des lampes est une opération particulièrement délicate et très importante. Il est réalisé à l’aide de pompes perfectionnées, l’ampoule étant chauffée de façon à chasser les gaz et l’humidité qui peuvent adhé-rer aux parois. Un chalumeau coupe ensuite le queusot au ras de 1 ampoule.
  - Le vide, dans une bonne lampe monowatt, est de 1 ordre de quelques millièmes de millimètre de mercure, et on le vérifie en faisant passer dans ^es lampes le courant d’une bobine d’induction en chambre noire. On °bserve une teinte livide très légère qui est caractéristique.
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- - 510 . APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - On branche ensuite les lampes sur un circuit à voltage plus élevé que celui d’utilisation normale : le filament de tungstène~se~tend sous l’action de la chaleur et son état cristallin change, tandis que se dégagent les
  - Fig. 495. — Les différents stades de la construction des ampoules électriques.
  - produits chimiques dont il est recouvert et les gaz qui y étaient occlus-Sous l’influence de l’ionisation intense qui se produit alors sous l’action des électrons émis par le filament, toutes ces vapeurs sont adsorbées pur
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  - 5ii
  - Parois de l’ampoule et le vide qui avait baissé dans la lampe se trouve finalement encore plus poussé que précédemment.
  - Il ne reste plus qu’à monter le culot métallique à l’aide d’un mortier fie gomme laque épaisse en solution dans l’alcool, additionné de marbre pulvérisé par exemple, et à fixer les fils d’amenée du courant aux pastilles de contact de la douille.
  - Lorsque l’on fabrique des lampes demi-watt à atmosphère ga-Zeuse, après le vidage réalisé comme nous f avons dit précédemment, on introduit le gaz par une manœuvre Fig. 496. — Diverses formes de lampes,
  - fie robinets.
  - Naturellement, nous n’avons pas donné une description complète de la fabrication des lampes à incandescence, car nous avons passé sous silence de nombreuses opérations de fabrication proprement dite ou de contrôle électrique ou photométrique. Ce que nous avons dit suffit pour apprécier la complexité et la délicatesse des opérations qu’un semi-automatisme très perfectionné permet seul de pouvoir réaliser industriellement avec un déchet insignifiant.
  - * *
  - Les formes que Von peut donner aux ampoules sont extrêmement
  - nombreuses et peuvent être variées à l’infini suivant les usages spéciaux auxquels on les destine et suivant leur condition de montage (fig. 496).
  - Lorsque l’on désire
  - Fig. 497. _ Autres dispositifs de montage des ampoules, fies lampes de faible
  - intensité lumineuse ou
  - fie très petit volume, on ne peut plus employer une tension d alimenta-ti°n élevée, iio ou 220 volts. On utilise alors les lampes basse tension, fonctionnant entre 4 volts (lampes de poche) et 20 volts (lampes perles P°Ur décoration, lampes pour instruments médicaux et chirurgicaux, etc.). Les lampes sont montées, comme les lampes ordinaires, soit à vis, soit
  - ^ baïonnette.
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- - 512
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Nous signalerons deux dispositifs de montage des lampes à incandescence particulièrement intéressants.
  - Dans run> le culot de la lampe se termine par deux pointes métalliques de 15 a 20 millimètres de longueur. Il suffit de piquer ces pointes entre les brins des câbles de cuivre des conducteurs électriques, et le serrage produit par les fils des câbles sur les pointes est suffisant pour maintenir la lampe sans autre mode de fixation, tout en assurant les connexions électriques. Ce système permet un montage extrêmement rapide ; il est surtout employé dans les installations volantes des illuminations.
  - Les lampes destinées à certains lustres à cristaux ou à des dispositifs particuliers d’éclairage (en médecine, par exemple, dans les miroirs de Clar) n ont ni douille ni culot. Elles sont mises en série sur un fil de cuivre nu et maintenues à une certaine distance par des perles de verre enfilées sur le fil de cuivre. Les boules de verre forment ainsi l’isolant du fil et les extrémités des fils sortant des ampoules sont simplement attachées aux conducteurs. La figure 497 permet de se rendre compte du mode de montage de ces « perles lumineuses », sans qu’il soit besoin d’insister.
  - * * *
  - Guidé par le succès du bec Auer, le professeur Nernst, au lieu de s’adresser aux métaux, comme dans les lampes à incandescence, eut l’idée d’employer d’autres substances douées d’un grand pouvoir émissif, telles que les oxydes des terres rares. Mais une grave difficulté se présentait : pour que ces oxydes soient portés à l’incandescence par le passage du courant, il est nécessaire qu’ils conduisent ce courant. Or ces corps sont, à basse température, des isolants presque parfaits. Heureusement, vers 6oo°, ils acquièrent une conductibilité de nature électrolytique qui permet le passage d’un courant suffisant pour entretenir et pousser l’incandescence, car leur résistance diminue quand la température s’élève, comme c’est le cas pour tous les électrolytes.
  - Une nouvelle difficulté surgit alors : le régime de la lampe est éminemment instable. En effet, si le filament s’échauffe, sa résistance diminue et le courant qui le traverse augmente d’intensité. Par suite, le filament est porté à une température plus élevée et arrive bientôt à la rupture Par fusion. Voici comment Nernst a résolu ces différents problèmes.
  - Le filament, ou plus exactement le bâtonnet, est formé d’une Pâte plastique filée à la presse et desséchée. Cette pâte contient des aggl° mérants et de l’oxyde de zirconium mélangé à d’autres oxydes de terres rares. On peut aussi utiliser la magnésie, dont le pouvoir éclairant est con sidérable. Pour que le courant puisse passer dans le bâtonnet constituant
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- - l’éclairage
  - 513
  - l’élément éclairant, il faut allumer la lampe, c’est-à-dire porter la matière réfractaire à une température de 6oo°. Dans ce but, Nernst adjoint une
  - Volts
  - + -
  - Fig. 498. — Courbes caractéristiques de la lampe Nernst. d l: caractéristique du filament seul ; II, caractéristique de la résistance seule ; III, caiactenstique e Ia lampe.
  - spirale métallique noyée dans du kaolin qui constitue l’appareil d allu-mage, dont un mécanisme électromagnétique coupe le circuit lorsque le filament devient conducteur.
  - Pour combattre l’inhabilité du régime,
  - °n ajoute, en série avec la lampe, une distance d’un métal
  - tel „
  - que sa résistance augmente avec la température. Mais il im-P°rte, au point de vue Pratique, qu’elle n’ait Pas une consommation courant trop forte °ut en ayant un grand c°efficient de tempéra-ture- Ces Pons
  - Fig, 499. — Lampe Nernst. Vue extérieure et schéma des connexions électriques.
  - considéra-ont fait choisir e er, dont la résistance riPle brusquement à la température du rouge naissant qui correspond à
  - S°n Premier point de transformation. Le fil de fer est enfermé dans une Vigneron. — Électricité. 33
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- - 5H
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - ampoule remplie d'hydrogène pour empêcher son oxydation. Le régime ainsiobtenuestd’une stabilitéremarquable, ainsi que le montre la figure49^-Le voltage peut en effet varier de P* à P3 sans que l’intensité et par suite l’éclat varient.
  - La figure 499 montre l’aspect extérieur d’une lampe Nernst ainsi que les connexions électriques.
  - Le bâtonnet éclairant AB est entouré par la spirale chauffante CD. Le courant électrique arrive par la vis marquée +, passe dans la lame de 1 électro-aimant E, traverse la broche a, la spirale chauffante CD et re-vient à la borne marquée — par la broche b. Dès que le filament devient conducteur, le courant passe dans la bobine de l’électro-aimant, dans la résistance R (fil de fer fin dans une ampoule remplie d’hydrogène), [dans le filament AB et revient par la broche' b au pôle négatif. Sous l’influence del electro-aimant, la lame L se trouve attirée et coupe le circuit de chauf fage en M. L’électro-aimant E joue donc le même rôle qu’un disjoncteur automatique.
  - Il n’a pas été possible de construire une lampe fondée sur l’emploi de conducteurs électrolytiques fonctionnant dans le vide, ce qui eût encore amélioré le rendement de la lampe Nernst. La consommation de cette lampe, qui donne une très belle lumière blanche, est voisine de i,5 par bougie. Alimentée par du courant à no volts, la résistance en absorbe environ 15. La température du bâtonnet est voisine de 2 500°.
  - * * *
  - Pendant queles lampes à incandescence étaient l’objetde si remarquable* travaux, les lampes à arc se perfectionnaient aussi. Avant de passer eu revue les différents types de lampes à arc existant, il est nécessaire de faire 1 étude de l’arc lui-même, qui est le siège de phénomènes particuliers d°n^ la connaissance est indispensable pour la compréhension des problèmes à résoudre.
  - Nous avons vu que les corps conducteurs sont caractérisés par la faCl
  - lité avec laquelle leurs atomes perdent un électron laissant comme
  - résidu
  - un ion positif. S’il existe au voisinage du conducteur un champ électif qui en éloigne les électrons au fur et à mesure de leur production, et si température est suffisamment élevée, afin d’accroître l’émission nique, on constate le passage d’un véritable courant, c’est l'émission mo-ionique que nous avons étudiée précédemment (voir chapitre X)-.Sous l’influence du champ électrique existant entre les deux cna ^ d’un arc, les électrons émis par la cathode se précipitent vers l’anode a une vitesse telle qu’ils la portent à l’incandescence lorsqu’ils la rencontr
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  - •Dans les arcs très puissants, comme ceux des projecteurs qui consomment Une centaine d’ampères, ce jet d’électrons est si puissant qu’il produit à l’extrémité de l’anode un cratère taillé obliquement en sifflet quand la cathode est légèrement désaxée, et pousse la flamme à contre-sens. La vaporisation de l’anode qui se produit ainsi sous l’influence du choc des électrons n’est qu’une évaporation facilitée par l’incandescence et par la force électromotrice qui tend à libérer les molécules ionisées par le choc (c’est ce que M. Blondel appelle Y électrovaporisation).
  - Ainsi donc, lorsqu’entre les charbons on établit une différence de potentiel suffisante pour que l’ionisation par choc se produise (c’est pourquoi il faut une tension minima pour que l’arc s’amorce), il y a un flux d’électrons s°rtant de la cathode et frappant l’anode et un flux d’ions positifs émis Par l’anode et se dirigeant vers la cathode, la recombinaison pouvant avoir
  - lieu
  - soit près de la surface d’une des électrodes, soit à la rencontre des
  - ^eux Aux d’ions projetés. Dans les arcs à charbons minéralisés, ces deux ffox sont visibles sous forme de panaches lumineux.
  - *fois l’arc électrique présente aussi des phénomènes d’un ordre tout diffé-renb qu’on peut appeler des effets de luminescence et qui ont leur siège exclusivement dans la partie gazeuse de l’arc.
  - Lorsque l’on incorpore dans les charbons des substances minérales j,. lieinent vaporisées, ces substances se dégagent dans l’arc et, sous influence du choc des électrons et des ions, elles sont portées à l’incandescence.
  - ^ ^ après les théories de Lorenz et de Zeeman, les effets lumineux des minéralisées sont dus aux oscillations libres des ions décomposés ç^ant une très faible masse par rapport à celle des molécules non ionisées, es dernières, quand elles sont portées à l’incandescence par les chocs des vlbrent forcément à une fréquence moindre et donnent une émission
  - e fomière sans un accompagnement aussi considérable de radiations ^forifiques
  - que dans le cas des solides portés à l’incandescence. Cette uminescence ne peut avoir pour cause un simple échauffement, car l’élé-Vation de température d’un gaz ne fait qu’augmenter sa pression et la lumi-n°sité des gaz à haute température est très faible. Il faut qu’il y ait soit combinaison chimique, soit une vibration forcée des molécules pro-lte par le passage d’un courant électrique.
  - suri
  - II
  - ^fo Peut donc augmenter le rendement des arcs en agissant soit
  - incandescence, soit sur la luminescence. est difficile d’accroître la température de 1 arc, qui se trouve limitée
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  - 5™
  - parla température d’évaporation du carbone. Aussi, commedansles lampes à incandescence, a-t-on emprunté aux métaux à l’état pur leurs propriétés sélectives pour augmenter le rendement lumineux, mais ils donnent des scories gênantes. On a cherché également à employer comme électrode, ou à chauffer dans l’arc, des corps blancs ou analogues, présentant soit une réduction de l'émission des radiations calorifiques, soit un pouvoir émissif exceptionnel pour les radiations visibles. Mais le choix des substances utilisables est limité par la loi du déplacement de Wien qui a nne importance considérable dans ces cas, puisque la température est très élevée. Le maximum d'émission se déplace vers les radiations très réfrap' gibles et l’ultra-violet, de sorte que par exemple le mélange des manchons Auer, qui donne d’excellents résultats à la température du bec Bunsen, n’émet plus qu’une lumière peu éclairante aux températures très élevees réalisées dans les arcs électriques. Au contraire, les composés blancs a base de calcium ou des métaux voisins (zinc, strontium, baryum), qui ne donnent dans la flamme du gaz qu’une teinte rougeâtre, ont, à la tempe rature de l’arc électrique, leur maximum d’émission dans le jaune, c est à-dire la région la plus favorable du spectre.
  - Dans la lampe à arc ordinaire, 85 p. 100 de la lumière émise provient du cratère positif, 5 p. 100 du charbon négatif et 10 p. 100 de l’arc lui-metf16. Le rendement est d’ailleurs excellent (0,6 watt par bougie).
  - Pour éviter l’usure des charbons par oxydation à l’air, on a construit des lampes à arc enfermé, dont les propriétés sont nettement différentes celles de l’arc ordinaire. L’arc est très allongé et fonctionne sous une -sion de 75 à 80 volts, double de la tension ordinaire. Dans ces lampeS (Lilliput, Marks, Janders, etc.), la combustion est considérablement re tardée et le renouvellement des charbons ne se fait que toutes les cent 0 cent cinquante heures. ,.js
  - Malheureusement, les arcs enfermés diffèrent des arcs libres en ce qu possèdent une lumière beaucoup plus bleue et surtout un rendement ^ diocre qui n’atteint pas les deux tiers de celui des arcs ordinaires (Blon< ^ même lorsque la lampe fonctionne bien et qu’aucun dépôt accidentel charbon sur les globes ne vient encore en diminuer l’éclat.
  - Pour tirer le meilleur parti de la luminescence, il n’y a pas <1 a^eS moyen que de chercher expérimentalement les substances vaporlsa qui soient facilement ionisables et présentent le spectre le plus avantage ' Comme les vapeurs des métaux donnent en général des spectres sU riches en radiations bleues, violettes et ultra-violettes, le choix est a limité. , 5
  - C’est, en particulier, le cas pour l’arc dans le vide, qui exige des eie -
  - TCuch ^1
  - très fusibles. Le mercure est le seul corps pratique, bien que
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  - 5i7
  - Retchinski aient réussi, dans les lampes en quartz, à utiliser le plomb, le bismuth, l’étain, l’antimoine, etc. Il faut alors chauffer préalablement le tube et les électrodes pour que l’arc puisse s’établir, puis les refroidir Pour éviter leur échauffement excessif pendant que l’arc fonctionne.
  - Dans les arcs à flammes formés d’électrodes additionnées de substances minérales, la luminescence est d’autant plus forte que l’ionisation est Plus grande dans la flamme et que le spectre tend vers celui des métaux constituants. Plus l’arc est court et de grande intensité, plus les phéno-mènes d’incandescence tendent à prédominer sur ceux de luminescence.
  - Nous avons vu que l’anode, sous l’action du bombardement cathodique, a tendance à se vaporiser. Suivant les cas, il y a intérêt à favoriser ce phé-uomène ou au contraire à le réduire au minimum.
  - C’est ainsi que dans les arcs flamme entre électrodes contenant des Matières alcalino-terreuses, il y a avantage non seulement à produire une dectrovaporisation à l’anode, mais encore à minéraliser les deux électrodes, afin d’avoir deux sources de luminescence. Par contre, dans l’arc au mercure, S1 on laisse l’anode se vaporiser, il en résulte une pression plus grande à l'intérieur du tube, la colonne de vapeur devient plus résistante et le rendement lumineux diminue finalement, malgré la lumière supplémentaire dégagée à l’anode.
  - * * *
  - Blondel distingue les catégories suivantes dans les arcs électriques reposant sur les phénomènes de luminescence :
  - 10 Arc dit à flamme entre électrodes mixtes formées de charbon mé-langé de substances minérales (arc carbo-minéral, par exemple)
  - 2° Arc dit métallique entre métaux ou entre métal et charbon (arc au b-tane, par exemple) ;
  - 3° Arc entre oxydes ou composés métalliques purs (arc entre bâtonnets do zircone, par exemple) ;
  - 4° Arc entre métaux dans le vide (arc au mercure, par exemple).
  - * * *
  - Les arcs flamme sont très nombreux et peuvent être groupés en rois classes :
  - a' Charbons minéralisés homogènes (Bremer) ;
  - L Charbons ordinaires à mèche additionnée de substances minérales ; ^ c- Charbons à deux zones formées d’un noyau minéralisé d’une manière 0ltl°gène entouré d’une enveloppe en charbon pur (Blondel).
  - aris les charbons de cette dernière catégorie, l’addition de l’enveloppe
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  - a pour but d’éviter les scories que donnent en abondance les charbons homogènes minéralisés et qui font qu’on ne peut les employer qu’avec les pointes dirigées vers le bas pour que les scories fondues s’écoulent en gouttes. Cette condition à remplir a forcé à employer des lampes spéciales dites intensives (Bremer par exemple) dans lesquelles les charbons, au heu d’être placés l’un au-dessus de l’autre, sont disposés sousforme d’un V tournant sa pointe vers le bas.
  - Au contraire, les charbons à enveloppe peuvent être employés dans les lampes dites carbo-minérales (Blondel), à charbons placés l’un au-dessus de l’autre.
  - Les charbons à mèche peuvent être montés dans les deux types de lampes, mais s’y comportent différemment par suite du petit diamètre de la mèche. En effet, l’arc se forme à la fois sur le corps principal du charbon en carbone pur et sur la mèche centrale. Il en résulte que, pour maintenir constante la proportion des substances minérales dans l’arc et obtenir un degré de minéralisation aussi élevé que dans les deux autres catégorie5 d’arcs, on est conduit à employer des charbons de petit diamètre (7 a 9 millimètres pour un arc de io ampères), très longs (jusqu’à 80 centi' mètres), à cause de leur usure rapide (3.à 4 centimètres à l’heure). Cette grande longueur fait que la résistance électrique des charbons est très considérable, et on est ainsi conduit à ajouter des âmes métalliques (^s de cuivre ou d’aluminium) pour amener le courant, ou encore à utiliser des contacts frottant au voisinage immédiat des pointes des charbons.
  - Dans certaines lampes intensives (Beck par exemple), la disposition en V des charbons a été mise à profit pour simplifier le mécanisme de réglage Les charbons descendent par leur propre poids et l’un d’eux porte nno nervure par laquelle il repose sur un support métallique et règle l’avance, du système des deux charbons.
  - Dans les lampes intensives, les charbons homogènes du type Bremer sont remplacés maintenant par des charbons à mèches. ^
  - Au contraire, dans les lampes à charbons disposés l’un au-dessus l’autre, on emploie presque exclusivement des charbons à envelopPe Lorsque l’on opère avec du courant continu, il faut se servir de deux bons de composition différente. Le charbon supérieur (la cathode) d être[ faiblement minéralisé pour éviter la chute des scories sur le charbo inférieur (l’anode) qui est plus fortement minéralisé.
  - Le corps principal de la composition est toujours le fluorure de caleiu^
  - mais on doit l’additionner de borates et de silicates (alcalino-terreux Prl
  - "re pu15
  - cipalement) pour régulariser sa vaporisation et donner une lumière v^ blanche. Le charbon est constitué de deux zones : la zone centrale
  - très minéralisée (jusqu’à 50 p. 100), tandis que la zone extérieure
  - est faite
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  - en charbon presque pur et constitue une enveloppe protectrice destmee a empêcher l’accès de l’air autour du noyau intérieur qui se trouve ainsi préservé de la scorification due, dans les charbons homogènes Bremer, à une combustion prématurée du carbone. En même temps, cette enveloppe bonne conductrice compense la mauvaise conductibilité du noyau minéralisé.
  - Les charbons minéralisés ont tous l’inconvénient de donner d’abon-fiantes fumées renfermant en particulier du peroxyde d’azote. Aussi les lampes dans lesquelles on les emploie doivent-elles être munies de dispo-sitifs spéciaux pour leur élimination.
  - * * *
  - Les arcs métalliques fonctionnent entre des métaux ou des alliages. On s’est adressé tout d'abord aux oxydes de fer, et spécialement à la ma-gnétite (oxyde de fer magnétique) qui donne un peu plus de lumière que le métal ou l’oxyde rouge et s’use moins vite (3 millimètres environ par heure). Ln réalité, la lumière provient des impuretés, en particulier du titane et des métaux, analogues. Aussi actuellement incorpore-t-on directement du titane pur ou son oxyde (rutile) dans une électrode formée d’oxyde de Lr plus ou moins réduit, afin de le rendre conducteur (formant ainsi une électrode presque entièrement métallique) et contenu dans un tube de fer. L’addition de titane est limitée par la formation de scories de carbure de titane infusible.
  - On emploie surtout avantageusement le ferro-titane, obtenu soit directement au four électrique, soit par réduction d’un mélange de fer et de rutile. On peut alors augmenter la proportion de titane, mais les scories imitent encore les compositions.
  - L’arc au titane nécessite en plus une construction spéciale de la lampe. 11 est en effet très instable, et on est obligé de le fixer par un courant d’air assez énergique qui sert en même temps à entraîner les fumées opaques. Oe plus, les scories de carbure de titane sont isolantes, et il faut prévoir an dispositif spécial pour qu’à l’allumage, l’arc puisse s’établir entre deux Parties non recouvertes de scories.
  - L’intérêt de ces arcs est qu’ils donnent une belle couleur et que leurs électrodes ont une longue durée. D’autre part, ils ont un rendement lumi-neux peu supérieur à celui des arcs au carbone, sont plus instables et la Présence dans leurs radiations de nombreuses radiations ultra-violettes ei1 Lmite actuellement l’emploi.
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  - * * *
  - L’idée de faire jaillir l’arc entre des électrodes formées d’oxydes qui ne s’usent pas à l’air est séduisante, mais, actuellement, malgré de nombreux essais, il ne semble pas que l’on soit arrivé à une solution réellement pra" tique.
  - S*î îfc #
  - Dans les arcs entre métaux dans le vide, dont l’arc à mercure est le meilleur exemple, les phénomènes sont un peu différents de ceux que l’on observe dans l’arc métallique à l’air libre.
  - Il se forme un foyer lumineux très brillant à la cathode. Les électrons qui en sont émis viennent ioniser par choc la colonne de mercure située en avant et qui forme une partie de la colonne de lumière anodique. Nous avons dit précédemment qu’il y a intérêt à empêcher l’électrovaporisation de l’anode ; aussi la constitue-t-on soit en charbon ou en métal, soit en mercure refroidi. La lampe à vapeur de mercure réalise donc un arc à une seule électrode électrovaporisée, tandis qu’il y a en deux dans tous les autres arcs lumineux.
  - L’emploi de tubes de quartz pour constituer les lampes à vapeur de mercure joint à la diminution de leur longueur ont permis d’augmenter notablement le rendement lumineux et d’améliorer la qualité de la lumière qui, ainsi qu’on le sait, est caractérisée par la grande intensité des radiations bleues et l’absence ou l’insuffisance de radiations rouges-Dans les lampes Heræus, par exemple, on arrive à concentrer la vapeur de mercure en un filet de 4 à 5 millimètres de diamètre occupant l’axe du tube et porté à une température de 5 000 à 6 ooo°, la température la plus haute que l’on puisse réaliser actuellement. Les phénomènes d iu' candescence ont alors une part importante dans la production de la-lumière. A ces températures, le maximum de l’énergie émise par incandescence est en effet dans la région optima pour la vision et la lumière totale de la lampe est d’une teinte beaucoup plus satisfaisante.
  - * * *
  - Nous avons rapidement exposé les différents procédés d’obtention ^ la lumière par le passage de l’électricité, soit sous forme d’arc jailhssa à l’air libre entre des conducteurs de compositions chimiques diverse > soit sous forme d’arc se produisant dans la vapeur d’un métal vaponse
  - Il nous reste maintenant à examiner comment ces divers modes d rage ont été réalisés pratiquement. Nous commencerons par Ie 1
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  - des lampes à arc. Nous la diviserons en deux parties distinctes : d’abord la préparation des charbons, ensuite la réalisation électrique et mécanique des appareils dans lesquels brûlent ces charbons.
  - * * *
  - ^industrie des charbons électriques présente une physionomie très Particulière, à cause de l’importance très grande que présentent les divers tours de main et de l’absence presque complète de documentation spéciale dans les périodiques scientifiques. Il n’est donc pas possible de donner tous les détails de fabrication, et nous devons nous borner à esquisser les grandes lignes des préparations. Les renseignements qui suivent nous ont été gracieusement communiqués par la Cie lorraine de charbons lampes et appa-îeillage électriques.
  - Les matières premières sont broyées à un degré de finesse qui dépend des résultats à obtenir. En tout cas, pour atteindre un résultat déterminé, un contrôle granulométrique très soigné doit être effectué de façon absolument régulière.
  - Les diverses poudres à agglomérer sont ensuite malaxées ensemble à Sec dans un mélangeur-pétrisseur d’un type spécial.
  - Après trituration suffisante à sec, on ajoute une matière agglomérante dui est le plus souvent constituée soit par du brai, soit par du goudron de houille. Le mélange est effectué à chaud et, lorsque la trituration est suffisamment parfaite, ce que seule l’habitude permet d’apprécier, la pâte °btenue, qui est encore mal liée, est laminée soit sous des meules roulant Sllr une piste (genre des anciens broyeurs à meule de boulangerie), soit dans un système de cylindres formant calandre.
  - Ce malaxage a pour effet de mouiller complètement tous les grains et de transformer la structure de la pâte. Le mélange précédent n’a eu pour resultat que de disperser l’agglomérant en gouttelettes enrobées chacune da-ns la poudre restée sèche. Le meulage amène ces conglomérats hétéro-Senes à l’état de pâte homogène extrêmement épaisse.
  - Cette pâte est alors amenée à l’état compact au moyen d’une pression hydraulique très élevée, et, dans le cas des charbons de lampes à arc, L^cée à travers une filière de forme appropriée. Si la pièce doit être munie d Un trou central, la filière supporte une aiguille qui empêche la pâte de s°rtir au centre et réserve ainsi le trou du charbon.
  - Cn obtient des pièces qui sont encore molles, surtout à chaud, et dont ^ conductibilité électrique est pratiquement nulle. Pour obtenir un char-
  - 011 dur, compact, conducteur, une cuisson finale est nécessaire. Elle a h°Ur effet de carboniser l’agglomérant, tout eu déterminant un certain
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  - retrait (d environ i à 4 p. 100 sur les dimensions linéaires) qui contribue à la solidité de l’ensemble. La température de cuisson est généralement corn* prise entre 1 ooo° et 1 400°.
  - Dans certains cas, le procédé général ci-dessus est modifié, soit pour tenir compte de ce que l’agglomérant n’est pas le goudron (il peut être le glucose, la mêlasse, etc.), soit pour teniç compte des propriétés des substances introduites.
  - Pour les charbons munis d’une âme différente de l’écorce extérieure, cette âme est le plus souvent introduite après cuisson de l’écorce. A cet effet, celle-ci est remplie sous pression d’une pâte relativement claire comportant comme agglomérant soit du silicate de potasse liquide, soit des agglomérants organiques, et les charbons ainsi méchés sont ensuite étuvés a une température convenable, mais toujours relativement basse* Parfois le tube de charbon est muni d’un autre charbon plein préparé exactement comme le tube lui-même par moulage sous pression suivi de cuisson.
  - Dans tous les cas, une fois le charbon solide et durci, on lui fait subir des operations purement mécaniques destinées à lui donner les dimensions et la forme exacte correspondant à chaque emploi.
  - On fabrique également des charbons dits graphitiques, dont la préparation repose sur la transformation plus ou moins totale du carbone amorphe introduit dans les compositions, en graphite. Le procédé le pluS employé à cet effet a été inventé par Acheson et consiste simplement a utiliser les pièces à graphiter comme résistances d’un four électrique. Les pièces sont calorifugées en les emprisonnant dans une matière pulvérulente aussi peu conductrice que possible et qui ne subit pas de transformation, du fait de la haute température à laquelle elle se trouve portée (on emploie généralement du charbon de bois ou du coke).
  - La résistance des charbons diminue au fur et à mesure de l’avancement de la graphitation, de sorte que l’on doit brancher le four sur un reseau a voltage variable. Le plus pratique consiste à utiliser un transformateur variable qui donne tous les voltages voulus entre 150 et 75 volts environ-Bien entendu, ces voltages dépendent de la résistance du four, c’est-a-dire à la fois de ses dimensions et de la nature des pièces à graphiter.
  - On admet que la graphitation pratiquement complète exige dans Ie5 conditions moyennes de 7 à 10 kilowatts-heure par kilogramme de char bon graphité. Cette consommation est d’autant plus faible que l’isolement thermique et électrique du four est meilleur et que la graphitation est fav0 risée par la présence d’un catalyseur.
  - Dans un autre procédé, inventé en France par Girard et Street, barres à graphiter défilent à une vitesse convenable dans un arc
  - élec-
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  - brique. Cette méthode n’est employée que dans certains cas particuliers.
  - L’effet de la graphitation est d’accroître le retrait obtenu par une cuisson préalable et d’améliorer considérablement la conductibilité électrique.
  - Ajoutons que les diverses colorations de flammes sont données en général par addition des sels suivants :
  - Fluorure de calcium pour la lumière jaune ;
  - Fluorure de baryum pour la lumière jaune verdâtre ;
  - Fluorures des métaux des terres rares pour la lumière blanche ;
  - Composés divers de magnésium, zinc, aluminium, fer, pour donner des rayonnements actiniques riches en rayons ultra-violets.
  - Les divers spectres des métaux en présence pouvant avoir des réactions Fs uns sur les autres, l’expérience seule indique les proportions des divers minéralisants à adopter dans chaque cas particulier.
  - Four accroître la durée d’utilisation des charbons, on y incorpore fréquemment de petites quantités de substances métalloïdiques, généralement de l’acide borique.
  - * * *
  - Le problème qu’ont résolu les constructeurs pour utiliser pratiquement 1 arc électrique à l’éclairage est extrêmement délicat.
  - Il fautd’abord amener les charbons au contact, puis les écarter
  - a une certaine distance (1 à 6 millimètres, suivant les intensités du courant employé), afin que l’arc s’amorce,
  - ensuite imaginer un réglage qui les maintienne à une distance contante l’un de l’autre pendant le fonctionnement de la lampe.
  - Nous avons vu que le cratère po-tout au moins dans les lampes a arc fonctionnant sur courant con-tlnu, et à charbon pur, est le siège l’émission lumineuse. Aussi le Place-t-on à la partie supérieure.
  - Four que l’arc soit stable, il faut,
  - Pour chaque régime, une distance Lien déterminée entre les deux charbons, de façon à ce qu’ils président au bout de quelques minutes de fonctionnement la forme a, ^re 500.
  - +
  - arcirop petit
  - Fig. 500. — Divers aspects des charbons des arcs électriques.
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- - 524
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Si les charbons sont trop éloignés, la pointe du charbon négatif s’arrondit, il se produit une forte flamme qui consume les charbons (b, fig. 500).
  - Lorsque, au contraire, les charbons sont trop rapprochés, le charbon négatif s’use en présentant une pointe effilée, l’arc fait entendre un fort sifflement, la lumière est faible et il se produit rapidement des filaments ou « champignons » qui réunissent les deux charbons et les mettent en court-circuit (c, fig. 500).
  - Les tableaux suivants donnent les longueurs des arcs en fonction de la tension aux bornes et de l’intensité du courant pour une lampe ordinaire alimentée par le courant continu et par le courant alternatif.
  - Courant continu.
  - Intensité................ 3 6 9 12 15 20 30 40 ampères.
  - Tension aux bornes....... 36 38 41 42 43 44 43 32 volts.
  - Longueur de l’arc........ 0,7 i,6 2,5 3,2 3,5 4,2 5 6 millim.
  - Courant alternatif.
  - Intensité................................ 6 10 15 20 35 am pères
  - Tension aux bornes....................... 28 29 31 32 34 volts.
  - Longueur de l’arc........................ 1,5 i(y Ijg 2 2,7 milUm-
  - Ces nombres varient d’ailleurs suivant les types de lampes employés* Les charbons s’usent inégalement lorsque l’arc est alimenté en courant continu, le positif environ deux fois plus vite que le négatif ; aussi lui donne-t-on en général une section à peu près double de celle du charbon négatif.
  - L’agent de réglage est le courant alimentant la lampe. Il faut que |e dispositif mécanique qu’il actionne soit suffisamment sensible et précis pour que le mouvement des charbons suive immédiatement et sans à-coups toute variation du courant, même légère. On a établi de nombreux typeS de lampes ; tous emploient les propriétés des électro-aimants et peuvent se classer, abstraction faite des dispositifs de détail, en trois catégories, suivant le mode d’accouplement du circuit de réglage et du circuit d ah mentation de l’arc.
  - i° Lampes série. — Le courant total alimentant la lampe passe dans un électro-aimant E dans, lequel peut se déplacer un noyau de fer doux (fig. 501). Les mouvements de ce noyau de fer sont rendus solidaires ceux du charbon positif, le charbon négatif étant fixe dans la lampe A cet effet, par exemple, le charbon positif et son support sont à une cordelette qui passe sur une poulie P. Leur poids est en partie équ1
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 5-5
  - libre par celui du noyau de fer doux F, qui est également fixé à une cordelette solidaire de la poulie P.
  - Lorsque le courant ne passe pas, les deux charbons sont au contact. Aussitôt que le circuit d’éclairage est fermé, l’électro-aimant E est excité et attire le noyau de fer F, déterminant l’écartement des deux charbons. L’arc est amorcé et les poids des divers organes sont calculés de façon à ce que la position d’équilibre en fonctionnement corresponde à la longueur Jconvenable de l’arc.
  - Si l’intensité diminue, l’électro-aimant attire moins fortement le noyau de fer F et les deux charbons se rapprochent. Au contraire, si l’intensité
  - Montage en série. Montage en dérivation. Montage différentiel.
  - Fig. 501. — Les systèmes de réglage des lampes à arc.
  - augmente, l’attraction devient plus forte et les charbons s’écartent. Nous avons donc bien réalisé un système de réglage.
  - Mais ce dispositif n’est utilisable que dans des cas spéciaux. Une lampe ainsi construite ne fonctionnera bien que si elle se trouve seule dans le circuit d’éclairage. En effet, supposons qu’il y ait deux lampes en série dans circuit et admettons que la première fonctionne normalement, tandis fiue les charbons de la seconde sont trop écartés. Le régulateur de cette der-uiere rapprochera les charbons et augmentera par suite 1 intensité totale ^ui circule dans le circuit. Immédiatement, le régulateur de la première tampe entrera en action et écartera les charbons. Si la deuxième lampe brûle maintenant normalement, c’est la première qui fonctionne dans de Mauvaises conditions. On voit donc que le réglage est déplorable, meme lorsqu’il n’y a que deux lampes branchées sur le circuit. A fortiori, lorsqu il y en a un plus grand nombre, est-il impossible de 1 utiliser.
  - 2° Lampes tension ou dérivation. — Une simple modification permet de remédier à ces inconvénients. Il suffit de diviser le courant arrivant à la
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - lampe en deux circuits dérivés. Dans l’union intercale la lampe et, dans l’autre,1 le système régulateur (fig. 501). Le circuit de réglage ne devant consommer qu’une intensité assez faible, pour ne pas nuire au circuit de l’arc, au lieu de le constituer par une bobine à gros fil comme dans le cas précédent (où toute l’intensité traversait l’électro-aimant), on l'établit en fil fin, et on compense par un plus grand nombre de spires la diminution de la force attractive qui en résulterait.
  - Le noyau de fer F est à la partie inférieure, et son poids est un peu supérieur à celui du charbon positif et de son support.
  - Lorsque le courant ne passe pas, les deux charbons sont écartés. Aussitôt que le circuit d’éclairage est fermé, le courant passe dans l’électro-aimant E, le noyau de fer est attiré vers l’intérieur de la bobine, il se soulève et les deux charbons viennent au contact. L’arc s’allume, mais alors, la plus grande partie du courant passant par l’arc, la chute de tension aux bornes du solénoïde diminue brusquement, le noyau de fer F est moins attiré et les charbons s’écartent jusqu’à ce qu’il y ait équilibre.
  - Si l'écart des charbons augmente, la différence de potentiel aux bornes de l’arc diminue, donc elle croît aux bornes de l’électro-aimant qui attirera alors plus énergiquement le noyau de fer, ce qui déterminera le rapprochement des charbons. C’est ici la différence de potentiel aux extrémités du solénoïde qui est maintenue constante de façon que son attraction ait toujours la même valeur sur le noj^au de fer F.
  - La valeur réelle du courant dans les deux branches importe moins que dans le cas précédent, car les variations du circuit extérieur modifient les intensités dans les deux branches dans les mêmes proportions. Cependant, elle n’est pas sans avoir encore une action sensible.
  - En effet, si le courant arrivant à la lampe devient trop intense, il passe avec une grande intensité dans les dérivations : l’arc devient plus f°rt que normalement. En même temps, l’électro-aimant de réglage a également une action plus énergique, ce qui tend à faire encore rapprocher les charbons. Le courant déjà trop intense augmente encore d’intensite. L’inverse a lieu pour une intensité trop faible.
  - Deux lampes montées en série éclairent donc ou trop ou pas assez. Par contre, lorsqu’on les branche séparément dans des circuits parallèles» la tension étant constante aux extrémités de ces dérivations parallèles le fonctionnement est excellent.
  - 3° Lampes à régulateur différentiel. — Dans ces lampes, on combine les deux modes de réglage précédents. Comme on le voit sur la figure 501' le noyau de fer doux F est beaucoup plus long que dans les systèmes sérié et dérivation et s'engage dans deux solénoïdes Ej, E2.
  - E1 est l’électro-aimant du système série (gros fil, parcouru par le cou
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- - L’ÉCLAIRAGE
  - 527
  - rant total delà lampe) ;E2 est l’électro-aimant du montage en dérivation (fil fin, parcouru par une fraction du courant total).
  - Les charbons étant initialement en contact, lorsque l’on ferme le circuit, le régulateur Ex entre en jeu et les écarte. Mais immédiatement E2 entre en action et tend à les rapprocher. L’action différentielle est ainsi obtenue très facilement.
  - Le réglage maintient donc invariable le rapport entre la tension (dans fe bobine E, en dérivation) et l’intensité (dans la bobine Ex). Or, ce rapport est précisément la résistance de la lampe. Plusieurs lampes montées en série, conservent donc toujours la même résistance et par suite la même intensité. Aussi ces lampes sont-elles préférables à toutes les autres pour ie montage en série.
  - En résumé, on peut dire, pour caractériser les trois modes de réglage lue nous venons de décrire, que :
  - i°Une lampe série agit sur l’intensité du courant, qu’elle maintient constante.
  - 2° Une lampe en dérivation agit sur la tension du courant qu’elle maintient constante.
  - 3° Une lampe différentielle agit sur la résistance, qu’elle maintient constante.
  - Ajoutons que, lorsque l’on monte en série plusieurs lampes des types 2 °u 3, il est indispensable d’ajouter à l’installation un dispositif qui permette d’enlever du circuit une lampe qui viendrait à ne plus fonctionner, Par suite de la rupture d’un charbon, par exemple. En effet, en l’absence de Ce dispositif, le courant total passerait par la dérivation de la lampe éteinte, c’est-à-dire que le fil fin de l’électro-aimant brûlerait, tandis que d’un autre côté le courant que laisserait passer cette bobine serait si faible que les autres lampes s’éteindraient. Aussi, un petit aimant dont les enrouements sont parcourus par le courant de la lampe intercale un fil cpais à la place des charbons au moment où l’intensité du courant augmente trop fortement dans la bobine du régulateur.
  - * * *
  - Les types de lampes des divers constructeurs diffèrent très peu entre eux au point de vue du réglage électrique. Au contraire, pour la partie mécanique, ils présentent de nombreuses variantes. Dans la plupart des lampes, en effet, les électro-aimants n’agissent pas directement sur le mouvement des charbons. Us mettent le plus souvent en action des mécanismes plus ou moins complexes, ayant poutbut d’obtenir plus de douceur
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- - S28
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - dans les déplacements et d’éviter le « pompage », c’est-à-dire les oscilla' tions des charbons autour de leur position d’équilibre.
  - Nous ne décrirons que quelques-uns de ces systèmes à titre d’exemple
  - Le régulateur Pilsen est le plus simple. Il est représenté schématiquement figure 502.
  - Les deux porte-charbons sont fixés à l’extrémité d’une cordelette qui passe sur une poulie mobile P. Le porte-charbon supérieur D est plus lourd que le porte-charbon C. Par conséquent, lorsque le courant ne passe pas, les deux charbons sont en contact. Les porte-charbons sont prolongés par des noyaux de fer doux, F, F' engagés dans deux bobines S et S', l’une en série dans le circuit (S), l’autre en dérivation (S').
  - Lorsque l’on ferme le circuit, S attire F, séparant ainsi les deux charbons : l’arc s’amorce. Lorsqu’il s’allonge, le courant diminue dans S et d passe une intensité plus forte dans S'. Par suite, Ie noyau F étant moins attiré, le charbon P descend, tandis que simultanément, sous l’action de l’attraction plus forte de S', le charbon N remonte. LeS actions des deux bobines ont donc pour effet de
  - Fig. 502. — Régulateur Pilsen.
  - rapprocher les charbons.
  - Dans le régulateur Brianne (fig. 503), un volant dentelé V porte en son centre une petite roue dentée A actionnant une crémaillère solidaire du charbon supérieur P.
  - Le volant V est mis en mouvement par le secteur denté C, lui-même commandé par le levier coudé ODF dont l’extrémité F est formée par un noyau de fer doux engagé dans le solénoïde S.
  - Lorsque le courant ne passe pas, le noyau F tombe sous l’action de son poids et maintient les deux charbons écartés. Quand
  - Fig. 503. — Régulateur Brianne-
  - le
  - circuit est fertf1^
  - F est attiré, le secteur denté C entraîne le volant V et la roue dentee^ qui rapproche les deux charbons jusqu’au contact. Mais alors, 1 inten. dans S diminuant, les deux charbons se séparent et l’arc s amorce.
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 529
  - ta distance des charbons augmente, l'intensité dans S croît, F se trouve attiré et les charbons se rapprochent.
  - Les montages et les régulateurs que nous venons de décrire fonction-nent aussi bien sur courant alternatif que sur courant continu. En effet, la régulation électrique est toujours obtenue par le mouvement d’attraction d’un électro-aimant sur son armature ou par l’aspiration d’un noyau <ta fer dans une bobine. Or, un électro-aimant attire le fer doux aussi bien Par son pôle nord que par son pôle sud,
  - Parce que ses pôles induisent toujours dans le fer du magnétisme de nom contraire. Dans le second type de réglage, ta bobine attire le noyau de fer, quel que S0lt le sens du courant qui la parcourt.
  - Ces deux modes de régulation s’appliquent donc aussi bien aux courants
  - alternatifs. Il
  - tam
  - aux
  - faut cependant, dans les
  - pes destinées à fonctionner sur cou-raut alternatif, ne#pas oublier de feuil-leter le
  - fer de l’électro-aimant, afin ^ éviter les échauffements par courants
  - de Foucault.
  - * * *
  - 1
  - L existe des s}7stèmes de réglage qui, au contraire, ne fonctionnent que sur COurant alternatif. Nous n’en décrirons qu’un : ie
  - £
  - Principe. Un disque d’aluminium A
  - régulateur à moteur
  - G. La figure 504 en montre le
  - ^ tourner entre les pièces polaires de deux électro-aimants, l’un en série, » 1 autre en dérivation, N, sur le circuit. Les pôles de ces deux aimants te Partiellement recouverts de plaques de cuivre. Lorsque le courant ailes tio
  - m^u disque mobile A. Les charbons sont reliés à ce disque par l’inter-laire de roues dentées. L’électro-aimant en série tend à écarter charbons, tandis que l’électro-aimant en dérivation, au con-
  - uatif passe, il engendre, aussi bien dans le disque en aluminium que dans Ptaques de cuivre, des courants d’induction qui déterminent une rota-
  - ^ïgneron. — Électricité.
  - 34
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- - 53°
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - traire, a pour effet de les rapprocher. Le courant est branché aux
  - bornes P et P'. ,
  - Les lampes à arc flamme dans lesquelles leS charbons, au lieu d’être disposés Lun au-dessus de l’autre, sont disposés de façon à former un V, nécessitent une construction différente de celle des lampes ordinaires, et nous allonS en décrire quelques types.
  - La lampe Bremer (fig. 505) a ses porte charbons guidés par des tiges fixes, A et B, sur lesquelles ils peuvent glisser solidairement avec un poids P qui actionne un mouvement d’horlogerie M. Celui-ci est commandé par l’électro aimant E qui détermine également, par l’intermédiaire du doigt D et du système de leviers L, U, L", le mouvement de la pointe infe' rieure du charbon négatif.
  - Comme les scories formées sur les charbons
  - Fig. 505. — Lampe Bremer.
  - empêchent, comme nous l’avons déjà dit
  - r • a GH
  - l’établissement direct de l’arc entre eux, au moment de la mise circuit, l’électro-aimant E' attire son armature G qui, par l’intermédiaire de la tige T, amène le doigt N en contact avec le charbon négatif. Comme cette tige est reliée à la borne positive d’arrivée du courant, l’arc s’amorce, puis, l’électro-aimant E' cessant son attraction, le doigt N s’écarte.
  - Le réglage en fonctionnement s’établit par extinctions et rallumages successifs de l’arc qui se produisent extrêmement rapidement.
  - L’électro-aimant E' est encore muni d’un autre dispositif, K, intercalant automatiquement dans le circuit la
  - Fig. 506.
  - Schéma d’une lamPe
  - s’éteint
  - résistance R équivalente à celle de la lampe lorsque celle-ci sans pouvoir se rallumer. On évite ainsi la détérioration des e
  - :lectrO'
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- - L’ÉCLAIRA GE 531
  - aimants qui, saris cela, seraient parcourus par le courant total.
  - La lampe Beck est extrêmement simple, car elle ne contient aucun mécanisme d’horlogerie ni aucun sj^stème de réglage. La fighre 506 Contre le principe de son fonctionnement.
  - Les charbons sont fixés à un chariot extensible C, constitué par deux fubes pouvant coulisser l’un dans l’autre. Tout l’ensemble repose sur le charbon négatif. Celui-ci est muni d’une nervure latérale B, par laquelle il repose sur un doigt métallique D qui sert également de borne de sortie du courant (afin de diminuer la résistance intérieure de la lampe en élimi-nant celle du charbon négatif). Lorsque ce charbon se consume, la ner-Vure B brûle simultanément et provoque la descente du chariot, et par suite le rapprochement des deux charbons.
  - Le seul mécanisme se réduit à un
  - élect
  - ro-aimant E en série avec la lampe
  - ct fiui, au moment où il est excité, attire L noyau F et, par l’ntermédiaire des levers a, b, c, sépare les charbons primiti-Vement au contact et amorce l’arc.
  - certain nombre de lampes
  - a arc
  - hamme ont conservé la disposition des charbons l’un au-dessus de l’autre. Telles
  - sont leS
  - N.
  - lampes Blondel, Bardon, etc.
  - °us décrirons seulement cette dernière,
  - est une lampe à arc clos utilisant des
  - charbons entièrement minéralisés et fonc-tio
  - 1Qnnant indifféremment sur courant con-tinu °u alternatif.
  - L arc est enfermé dans un globe G héroïquement clos (hg- 5°7L Le mécanisme Se compose d’un rouage R, dont la cage peut basculer autour de son Ceotre, grâce à une suspension à couteaux. La cage s incline d un côté °u de l’autre, suivant le sens de l’attraction résultante exercée par bobines, série et dérivée, agissant sur deux noyaux de fer libre-suspendus aux extrémités de la cage. Des roues de renvoi et
  - Fig. 507. — Lampe Bardon.
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - une chaînette réunissent les tiges porte-charbons au système oscillant.
  - Lorsque l’enroulement dérivé prédomine, la cage s’incline vers la gauche, la roue d échappement se dégage alors d’une butée fixe et les charbons se rapprochent jusqu’au contact, le porte-charbon supérieur étant convenablement lesté dans ce but. La prédominance de l’enroulement série fait au contraire basculer le rouage vers la droite, la butée fixe empêche l’échappement et les charbons s’écartent, ce qui permet à l’arc de s’amorcer.
  - Enfin, pour une certaine disposition de la cage qui correspond à des efforts magnétiques preS' que égaux, la roue d’échappement se dégage lentement et défile dent par dent : c’est la portion de réglage.
  - Dans les lampes à charbons minéralisés» l’écart doit toujours se produire avec une certaine lenteur, afin d’éviter que l’arc amorce ne s’éteigne aussitôt, par suite d’un accroissement de longueur trop rapide empêc réchauffement nécessaire. Au contraire rapprochement ne doit subir aucune gêne. ^ Pour satisfaire à ces conditions, un frein a
  - :hant le
  - sont
  - Fig. 508. — Lampe G. E. C. Vue d’ensemble.
  - air, solidaire de la cage oscillante, permet rapprochement des charbons, tandis que viscosité mécanique du système est d’autant plus grande que l'écart des charbons tend a se produire plus vite.
  - Les tiges du porte-charbon inférieur isolées et réunies à leur partie supérieure Par une traverse conductrice, et le courant est amené en un point déterminé de cette traverse, afin que les courants dans les tiges du porte charbon inférieur aient des actions magnétiques sur l’arc exactement équilibrées. Comme celui-ci est très sensible au souffle magnétique, °n évité ainsi que les charbons s’usent en sifflet, ce qui rendrait l’arc instable La lampe ainsi construite ne fonctionne bien que sur courant aher natif. Grâce à un artifice, on est arrivé à pouvoir l’emplo}7er aussi bien sUf courant continu. Cet artifice consiste à munir la partie supérieure de la chambre close d’un petit orifice O, formant un évent que l’on peut ferme1" plus ou moins à l’aide d’une cheville convenablement percée.
  - Il se produit alors dans le vase clos une lente circulation gazeuse accom pagnée d’une très légère rentrée d'air. C’est par ce simple moyen qu’est obtenue la stabilité de marche en courant continu.
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  - 533
  - La figure 508 représente la vue d’ensemble du dernier modèle de lampe à arc métallique construit par la General Electric C° de Schennectady (États-Unis). La figure 509 montre la disposition du système optique employé pour améliorer la répartition lumineuse de l’arc. Les figures 510 et 5H montrent le mécanisme de ta lampe et le schéma des connexions électriques.
  - L arc, qui consomme de 4 à 6 ampères suivant les modèles, laillit entre une électrode inférieure de magnétite et un jbloc cylindrique de cuivre formant cathode. Lorsque la lampe ne fonctionne pas, les charbons sont ecartés. Au moment de la fermeture du circuit électrique,
  - 1 électro-aimant de départ en dérivation amène les charbons au contact. Immédiatement,
  - 1 électro-aimant en série entre en action et provoque l’écarte-ment des charbons, amorçant amsi l’arc. Le réglage est du type différentiel que nous avons décrit
  - Précédemment.
  - L’emploi d’un réflecteur prismatique formé de deux troncs de cône s emboîtant l’un dans l’autre est un des perfectionnements intéressants de cette lampe.
  - Fig. 509. — Vue du système optique de la lampe G. E. C.
  - de
  - Ée tronc de cône extérieur présente sur sa face interne une série
  - ün
  - axial
  - j Prismes à arêtes verticales servant à diffuser la lumière, tandis que ^ ironc de cône intérieur a sa face externe taillée en prismes à arêtes °rizontales qui renvoient les rayons lumineux dans une direction faisant angle de io° en dessous de l’horizontale. Une importante cheminée ^ laie sert à l’élimination des vapeurs et des fumées, ce qui nécessite une Position excentrée de tous les organes de réglage et de fonctionnent.
  - É électrode supérieure en cuivre a une durée de 2 000 à 4 000 heures ^ ant la puissance de la lampe, et l’électrode inférieure a une vie moyenne Plusieurs centaines d’heures (150 à 350, suivant le type). Ces lampes ne Peuvent être branchées qu’individuelle ment sur le circuit d’éclairage, r ePes nécessitent une tension de 75 à 80 volts aux bornes, l’arc lui-même
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- - 534
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - absorbant 74 à 79 volts. Aussi ces lampes comportent-elles une assez
  - grosse résistance en série pour absorber Ie voltage en excès.
  - Fig. 510. — Lampe'G. E. C. Vue du mécanisme.
  - * * *
  - Il nous reste à dire quelques mots des foyers lumineux de très grande puissance, des' tinés à l’équipement des projecteurs, des phareS et des appareils de projection cinématographiques-Le problème est entièrement différent de celui de l’éclairage ordinaire, dans lequel on cherche à répartir le flux lumineux de la meilleure manière possible, afin d’éclairer également tous
  - Fig. 511. — Schéma des connexions électriques.
  - les objets dans le champ. Il s’agit dans les projecteurs, au contraire, concentrer l’émission lumineuse en un point, de façon à former source ponctuelle d’un éclat intrinsèque aussi grand que possible, condition est imposée par l’emploi de systèmes optiques pour pr° les faisceaux lumineux émergents, et l’on sait que, sitôt que la -a des dimensions finies, les corrections à apporter aux lentilles extrêmement difficiles à réaliser et ne donnent finalement qu’un resu
  - de une Cetté duire
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  - 535
  - Peu satisfaisant : le faisceau s’éparpille toujours ; la puissance et la Portée en sont considérablement réduites. Nous n’entrerons pas dans la discussion des dispositifs optiques, qui sortirait du cadre de ce livre ; nous ne parlerons que des sources lumineuses elles-mêmes.
  - On peut employer des lampes à incandescence ou des lampes à arc.
  - Les lampes à incandescence doivent être d’une fabrication spéciale, le fila-ment étant aussi ramassé que possible, afin de donner une source de petites dimensions et aussi brillante que possible. Souvent, la paroi de l’ampoule est argentée sur une certaine surface, de façon à former miroir et à augmen-
  - te- 512. — Lampe 3000 bougies 110 volts pour projections fixes.
  - Fig. 513. -— Lampe 300 bougies 110 volts pour projection de dia-positifs.
  - ter le flux lumineux projeté dans une seule direction (fig. 5^2, 5*3 et Ô1^-Mais on ne peut réaliser, avec les lampes à incandescence, de sources lumineuses très intenses. L’impossibilité de donner au filament éclairant une forme assez concentrée pour que l’on puisse le considérer comme une source ponctuelle empêche l’obtention de faisceaux lumineux parallèles, et une partie notable du flux est inutilisée. D’autre part, les lampes à incandescence ne nécessitent aucun réglage en fonctionnement ; elles suppriment les dangers d’incendie que présentent les arcs électriques où la flamme est à nu ; enfin, elles ne dégagent ni vapeurs ni fumées, ce qui fait flu on peut les utiliser dans les projecteurs d’automobiles, les appareils cinématographiques et de projection pour appartements, les appareils d agrandissement photographiques, etc. ; aussi le champ de leurs applications est-il extrêmement vaste.
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- - 536
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Les lampes à arc sont employées chaque fois qu’il faut réaliser un appareil puissant. Très souvent, elles sont excessivement simples comme construction, et le réglage est obtenu à la main, par le jeu de crémaillères maintenant l’écartement des charbons et que manoeuvre l’opérateur (fig. 515). Dans d’autres cas, la régulation est produite par un mouvement d’horlogerie ou par un des dispositifs que nous avons décrits précédemment. Afin d’augmenter la puissance, on utilise de gros charbons minéralisés dans lesquels on fait passer un courant aussi intense que possible (parfois 100 ampères et plus).
  - Fig.
  - 514. — Lampe i ooo watts 3r, volts pour projections cinématographiques.
  - A titre d’exemple, et parce qu’il repose sur un principe un peu différent des autres arcs, nous décrirons avec quelques détails le projecteur Sperry, qui est actuellement la source lumineuse la plus puissante.
  - Le foyer lumineux est constitué par des gaz incandescents maintenus dans le cratère du charbon positif. La figure 516 montre le fonctionnement de la partie éclairante de l’arc. Lorsque l’intensité du courant électrique est suffisante, la partie centrale de la flamme jaillissant du charbon négatif acquiert une puissance
  - 515.
  - Lampe à arc à main de 100 ampereS'
  - uu acquiert une puissance et une vitesse suffisantes pour maintenir les vapeurs provenant de
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- - L‘ÉCLAIRA GE
  - 537
  - Matière minéralisée du charbon positif dans le cratère positif qui devient alors extrêmement brillant (passant de 170 bougies par millimètre carré dans Tare ordinaire à plus de 500), ce qui le différencie nettement des arcs ordinaires.
  - Un autre avantage est la grande réduction de la surface du cratère, dui est beaucoup plus petit que celui d’un arc ordinaire consommant la ^eme intensité. C’est ainsi que l’arc. Sperry de 150 ampères a un charbon
  - Cou/an f dja/r provenant du/zhart/on
  - ne'pat/
  - Gourant d'air provenant du porre^charbon positif
  - Ailettes 'x /"
  - de\ A
  - refroidissementer a
  - 5i6. — Schéma du fonctionnement de la partie éclairante du projecteur Sperry.
  - Positif de 16 millimètres de diamètre et un charbon négatif de 11 milli-^otres seulement. Ajoutons que le charbon positif est animé d’un mou-Vement de rotation, afin d’assurer la régularité de la forme du cratère. ^1 celui-ci, en effet, s’usait plus vite d’un côté que de l’autre, ce qui arrive-forcément si le charbon était immobile, les gaz pourraient alors v echapper, et le rendement lumineux baisserait immédiatement. La lampe c°mprerid en plus un ventilateur qui-refroidit les porte-charbons, et parti-Cuiïèrement le charbon positif, grâce à un système d’ailettes entre lestes circule l’air.
  - ^ette lampe, qui est montée dans des projecteurs de im,5 de diamètre, c°mporte en plus quelques détails techniques originaux. La figure 517 Iïl°ntre la vue d’ensemble de la lampe, et la figure 518 le schéma des confions électriques.
  - corps de la lampe renferme un moteur électrique entraînant le ven-
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- - 538 APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - tilateur et commandant les mouvements de l’arc : rotation du charbon positif et réglage de la distance des deux charbons.
  - . Le réglage de la position du charbon positif, qui doit être au centre
  - Fig. 517. — La lampe du projecteur Sperry.
  - optique du projecteur, est obtenu au moyen d'une commande therfl1 statique des électro-aimants l’actionnant. . ^
  - Le thermostat est monté sur le tambour du projecteur et il est cl F
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 539
  - de telle sorte que, lorsque en brûlant le charbon positif s’éloigne du foyer du miroir, la lumière provenant de la divergence du faisceau qui en résulte frappe le thermostat, dont elle fait varier la résistance électrique. Des relais
  - Moteur c/u ventilateur
  - Thermostat
  - Charbon
  - pos-
  - Charbon
  - \ né9-
  - Interrupteur
  - ventilateur
  - ïElectro-a/i tant thermos ta ‘
  - 'sôfcnoïdeat /'arc
  - Interrupteur de t'erc
  - •Moteur !horizontal
  - Con deniateuns
  - '• 5i8. — Connexions électriques du projecteur Sperry et de ses organes de réglage.
  - entrent alors en jeu, produisant la mise en marche du mécanisme, jusqu à que le cratère soit de nouveau au foyer du miroir.
  - Le réglage du charbon négatif est commandé par un électro-aimant rehé directement aux bornes à l’arc et qui fait déplacer le charbon dans sens ou dans l’autre, suivant que la tension augmente ou diminue.
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- - 54°
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - Nous avons vu que les lampes à arc, par suite de leur puissance lumineuse et des vapeurs et fumées qu’elles émettent, ne convenaient pas pour l’éclairage de l’intérieur des édifices et des maisons d’habitation. Cependant, un certain nombre de constructeurs ont réalisé des lampes à arc de faible puissance, ne consommant que i à 3 ampères et donnant de 100 à 300 bougies. Nous décrirons seulement la lampe Lilliput.
  - Dans cette lampe, le faible volume total que l’on cherchait à réaliser imposait de réduire au minimum le système de réglage. La figure 519 montre l’intérieur de cette lampe. Tant qu’elle n’est pas parcourue par le courant, la rondelle de coincement m repose sur la plaque de guidage k. Le charbon supérieur est alors libre et vient reposer sur le charbon inférieur. Dès que le courant passe, la bobines attire le noyau a et, avec lui, la rondelle de Coincement. Celle-ci se place obliquement et vient saisir le charbon positif, qui est ainsi séparé du charbon négatif ; l’arc se forme. Quand les charbons s’usent, le courant diminue dans la lampe, le noyau a, moins fortement attiré, redescend, la rondelle de coincement vient de nouveau reposer sur la plaque k et le charbon positif se rapproche du charbon négatif. Une pompe à air 2- ralentit le mouvement de façon à éviter le << pompage ».
  - * * *
  - La lampe à vapeur de mercure .Cooper-Hewitt est formée d’un tube de verre de 80 centimètres environ de longueur et 2 à 3 centimètres de diamètre. A l’une des extrémités, jouant le rôle d’anode, se trouve fixé un dé en fer relié au circuit électrique. L’autre extrémité est constituée par une poche dans laquelle une petite quantité de mercure fonctionne comme cathode. Le tube est incliné, la cathode de mercure étant à la partie infe rieure (fig. 520). La résistance en fonctionnement est d’environ 28 a 30 ohms pour un courant de 3,5 ampères, et la tension aux bornes de la lampe est d’environ 80 volts. Il est donc nécessaire de mettre en série avec la lampe une résistance pour absorber le voltage en excès. Cette résistance
  - Fig. 519-
  - Lampe Lilliput.
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 541 -
  - est placée au-dessus de l'appareil, ainsi qu’une bobine de self-induction Protégeant la lampe contre les variations brusques de tension (fig. 521).
  - La température à l’intérieur du tube est comprise entre 125° et 170° pour les lampes ordinaires.
  - Le procédé d’allumage le plus simple consiste à basculer la lampe de façon
  - Fig. 520. — Lampe Cooper-Hewittj
  - à réunir les électrodes par un filet de mercure, puis à laramener à sa position Primitive. Le filet de mercure se rompt alors, un arc jaillit au point de rupture et suffit pour amorcer l’arc dans tout le tube. Ce basculage peut être fait soit à la main, soit automatiquement par l’action d’un électro-aimant qui est excité lorsque le circuit électrique est fermé.
  - De nombreux dispositifs ont été proposés pour provoquer 1 allumage sans qu’il s°it nécessaire de bas-ouler le tube de verre,
  - Ce qui est une Opé- Fig. 521. — Schéma d’une lampe Cooper-Rewitt.
  - ration toujours un peu
  - délicate. Nous n’en citerons que quelques-uns. L’un des plus connus est celui de Weintraub. Il consiste a produire un petit arc a la catbode, à l’intérieur du tube. A cet effet, la catbode porte une petite tubulure latérale T dans laquelle se trouve un noyau de fer F, flottant sur Ie mercure, (fig. 522). Lorsque la lampe ne fonctionne pas, la partie immergée du noyau de fer fait monter le niveau du mercure dans la tubulure, de façon que sa surface libre soit commune avec celle de la cathode principale. Un électro-aimant E, placé à l’extérieur, peut attirer
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- - 5 42
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - le noyau de fer. Lorsque l’on ferme le circuit, l’armature flottante est attirée par l’électro-aimant, et par suite le niveau du mercure baisse dans
  - l'électrode auxiliaire. La rupture de la nappe de mercure produit un arc 4U1 détermine l’amorçage. A ce moment, l’électro-aimant E' est parcouru par le courant de la lampe et attire sa pièce polaire F', rompant ainsi le circuit d’allumage.
  - Dans le dispositif de Bodde, °n va" porise le mercure, non par un arc comme dans le cas précédent, mais par échauffe-ment. Lorsque l’on ferme le circuit de la-lampe, le courant passe initialement par une anode auxiliaire comme dans le dispositif de Weintraub, mais ayant la forme indiquée figure 523. P est un fil de platine enfermé dans une pièce de verre présentant un renflement formant une petite' ampoule A munie d’un orifice O la faisant communiquer avec Pinte-rieur du tube principal de la lampe.
  - Toute l’intensité du courant parcourant P, il se produit au point N de contact avec la cathode un échauffement considérable. Le mercure se trouve vaporisé dans l’ampoule A,, d’où il s’échappe par l’orifice O et se répand dans la lampe, permettant à l’arc de s’amorcer. La vaporisation continue jusqu’à ce que, le niveau ayant baissé à la cathode au-dessous de N, le circuit d’allumage se trouve automatiquement coupé. Cette succession de phénomènes s’effectue d’ailleurs instantanément.
  - Fig. 522. — Allumage Weintraub.
  - Fig.
  - 523-
  - Bodde.
  - Allumage
  - Les modèles de lampes à vapeur de mercure
  - sont assez nombreux et ne diffèrent souvent que par des détails secou daires ; aussi n’en décrirons-nous que quelques-uns. /
  - Dans la lampe Bastian (fig. 524), on a cherché à augmenter la densité , vapeur et réduire les dimensions du tube de verre. L’allumage est provoqu par basculage de la lampe sous l’action d’un électro-aimant E flue ^ voit sur la figure. Afin de remédier à la coloration blafarde de la lumier
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- - L ÉCLAIRAGE
  - 543
  - mise par la vapeür de mercure, une ampoule à incandescence à filament de charbon L (afin d’avoir une émission de radiations rouges) est disposée en série avec le tube de la lampe.
  - Nous avons vu que l’emploi des tubes de quartz a permis d’augmenter considérablement le rendement lumineux, tout en mettant à la disposition des médecins, des chimistes, des physiciens une source de lumière ultra-violette infiniment précieuse pour les applications.
  - -Dans la lampe Heraues, les réservoirs de mercure constituant l’anode et la cathode sont entourés d’ailettes métalliques destinées à assurer leur refroidissement et qui donnent à la lampe son aspect bien caractéristique (fig. 525). L’allumage s’opère par un mécanisme de bascule automatique dont la figure 525 permet de suivre le fonctionnement. Le brûleur ax est relié par la tige v à l’armature d’un électro-aimant q. Dans le circuit principal se trouvent le brûleur, les résistances h et m en fil de fer et une bobine de réactance l. Au moment de la fermeture du courant, l’aimant q attire son armature, ce qui relève l’un des côtés du brûleur, son anode a. Le mercure s’écoule alors vers v et établit le contact entre les deux électrodes. Mais alors la bobine de réactance l entre en action, attire son armature 0, ce qui coupe le courant dans la dérivation de l’électro-aimant q. La lampe reprend sa posi-Fig. 525. — Lampe Heraues. tion primitive, la colonne de
  - ^rcure se rompt et l’arc s’amorce.
  - Fig.524.—Lampe Ba'stian et Salisbury.
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- - 544
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La lampe n’a pas besoin en général d’autres dispositifs de réglage-La lampe à vapeur de mercure Lu m iere est particulièrement bien adaptée au travail médical. Elle comprend un tube de quartz qui, au repos, est
  - Fig. 526. — Lampe Lumière. Vue extérieure et schéma du montage.
  - horizontal. Dans cette position, un filet de mercure relie les deux électrodes. Lorsque l’on ferme le circuit électrique, la lampe bascule sous l’action de l’électro-aimant G qui attire le noyau de fer K en série avec la lampe, Ie filet est rompu et l’arc s’amorce. Une résistance variable R permet de régler l’intensité du courant circulant dans la lampe (fig. 526).
  - * $ >>!
  - On a étudié de nombreux moyens d’améliorer la couleur assez desa gréable de la lumière émise par la vapeur de mercure. Nous avons déjà signalé la solution de Bastian ajoutant une lampe à filament de charbon en série avec la lampe à mercure. D’autres inventeurs ont proposé d enve lopper les tubes de tissus fluorescents qui absorbent la lumière du mercure et la transforment en radiations déplus grande longueur d’onde. Mais, dans ces conditions, le rendement lumineux devient très mauvais.
  - On a également cherché à ajouter au mercure des corps qui se vaporis ^ dans la lampe et donnent un spectre de luminescence corrigeant celui mercure.
  - Un mélange de 98 p. 100 de cadmium et 2 p. 100 de mercure d°nj^
  - d’excellents résultats. Une très petite quantité de mercure se renou
  - /- temPs
  - sans cesse à la surface dé l’alliage fondu et se vaporise en meme qu’une beaucoup plus grande quantité de cadmium.
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 545
  - On a également proposé un mélange d’étain avec 5 p. 100 de cadmium et 3 p- 100 de mercure. La cathode est solide à la température ordinaire et 1 allumage est produit par une étincelle d’induction. La lumière émise Présente avec une intensité à peu près égale les spectres du cadmium et du mercure. L’étain ne bout qu’à 1 200° dans le vide, tandis que le cadmium Se vaporise à 450° et le mercure à 150° environ ; c’est pourquoi on n’obtient Pas de spectre de l’étain dans la lumière émise. Ce corps agit seulement comme dissolvant des deux métaux à vaporiser et assure leur évaporation en proportion constante à la surface de l’électrode.
  - * * *
  - Nous avons vu que l’arc au mercure fonctionne comme une soupape ne baissant passer, lorsqu’il est branché sur courant alternatif, que 1 onde Pour laquelle le mercure est cathode. On conçoit que,pour l’éclairage, cette Propriété, si intéressante dans d’au-tres cas, constitue un gros défaut.
  - Lour pouvoir utiliser tes deux °ndes des courants alternatifs,
  - Weintraub a proposé le dispositif représenté figure 527.
  - Le courant alternatif du secteur Passe dans le primaire d’un transformateur T. Le secondaire est connecté a ses deux extrémités à deux anodes
  - posées dans la lampe. Le milieu
  - dis
  - de 1 enroulement du secondaire est reHé à la cathode. Il est facile de voir clUe> dans ces conditions, tantôt une an°dè, tantôt l’autre fonctionne, sui-vant le sens du courant dans le secondaire, le milieu de l’enroulement Secondaire jouant toujours le rôle de
  - cathode.
  - Lomme, chaque fois que le courant .
  - ch»nge de sens, il s’annule, il en résulte que la lampe s’éteindrait a chaque ^mi-période, si on ne lui adjoignait un dispositif qui en provoque auto-matiquement le rallumage. ... ,
  - A cet. effet, une pile P est reliée à une cathode auxiliaire C a travers une
  - Fig. 527. — Dispositif Weintraub pour l'alimentation des lampes à vapeur de mercure par les deux ondes du courant alternatif.
  - bobin
  - teur J
  - e de self-induction L. Dans ces conditions, en fermant l’interrup-
  - au moment de la mise en service de la lampe, lorsque l’arc s’éteint ^ igneron. — Électricité. 35
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 546
  - au moment du changement de sens du courant d’alimentation, la bobine L se décharge et provoque un arc entre C et C/ suffisant pour rallumer la lampe.
  - On voit donc que la lampe à mercure n’est guère pratique sur courant alternatif, puisqu’elle nécessite deux anodes, deux cathodes et un circuit auxiliaire d’allumage.
  - * * *
  - Il nous reste à dire quelques mots de l’éclairage par les gaz, azote, argon, néon, illuminés par la décharge électrique et qui, depuis les travaux de G. Claude et de Beaufort, ont pris un développement des pluS intéressant. Il n’y a plus ici aucun phénomène d’incandescence, et les lois du rayonnement thermique du corps noir ne s’appliquent plus. Le seul phénomène qui intervient est la luminescence, et c’est pourquoi on a souvent donné à ce procédé d’éclairage le nom de « lumière froide ».
  - Nous avons vu que, lorsque la décharge électrique passe sous forme
  - d’effluve à travers un
  - 0 ai OA 0,6 0,8 1 1,1 1,4 1,6 1,8 2 22 2,4
  - pression en dixièmes de millimètre de mercure
  - Fig. 528. — Tube de Moore.
  - tube renfermant un gaz
  - sous faible pression (omm,i de mercure dans te cas présent), le gaZ s’illumine. C’est sur ce phénomène que reposent les procédés d’éclairage par tubes au néon, à 1 azote, à l’acide carbonique, etc., de Moore et G. Claude. Le principe des appareils est très simple ; il suffit d’apph' quer aux extrémités du tube de Geissler rempli du gaz une différence
  - élevée.
  - tude
  - gaz
  - de potentiel assez1
  - Mais les difficultés pratiques qu’il a fallu vaincre ont nécessité une e ^ extrêmement serrée du phénomène et beaucoup d’ingéniosité de la P^ des constructeurs. En particulier, Moore constata dès le début de ^ recherches que le vide augmentait peu à peu dans le tube au cours de s fonctionnement et que finalement la décharge ne pouvait plus le trav ^ La courbe figure 528 montre comment varie la conductibilité du
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- - L’ÉCLAIRAGE
  - 547
  - €n fonction de la pression intérieure. Elle augmente d'abord avec la pression jusqu’à un maximum et finalement décroît très vite. Le point B correspond à la pression normale de fonctionnement du tube, que l’on cherche a maintenir constante.
  - On se trouve en présence d’un phénomène d’absorption des gaz par ^s électrodes auquel il fallait à tout prix remédier.
  - Moore construisit une soupape laissant automatiquement rentrer dans le tube une petite quantité de gaz, de façon à y maintenir une pression voisine d’un dixième de millimètre de mercure. La soupape est sensible a une variation de pression d’un duarante-millième d’atmosphère, et son principe est le suivant (fig. 529).
  - Les tubes de l’apareil d’éclai-rage I sont réunis par un tube en U dans les branches duquel des bouffions de sable fin F forment une resistance électrique suffisante pour empêcher la décharge de jaillir dune électrode à l'autre à travers le tube en U. La branche unique B de ce tube est reliée à un récipient eri verre R, lui-même solidaire de 1 aPpareil générateur de gaz utilisé dans le tube.
  - L’orifice d’arrivée O du tube B dans le réservoir R est obturé par un
  - cône de charbon poreux K immergé dans un bain de mercure H et coiffé d un tube de verre V portant à sa partie supérieure un noyau de fer doux.
  - Petit orifice L, sorte de lumière latérale, met l’intérieur de ce tube en communication avec le réservoir R. Le noyau de fer est au centre d’un s°lénoïde S monté en série avec le primaire du transformateur T alimen-tant les tubes.
  - Si la pression diminue à l’intérieur des tubes, la conductibilité commence
  - Fig. 529. — Soupape Moore.
  - T, transformateur ; D, bobine de réactance ; S, solénoïde ; L, trou permettant au gaz aspiré en R d’arriver au charbon K ; U, sable maintenu par des bouchons et destiné à éviter la production de décharges sur ce trajet.
  - f*ar augmenter (voir la courbe, fig. 528) et l’intensité du courant croît ns le solénoïde. Le noyau de fer doux est soulevé, entraînant le tube de V^re. Le niveau du mercure baisse et découvre la pointe supérieure du Corie de charbon, ce qui permet au gaz de rentrer dans l’appareil. Quand la Passion a repris sa valeur normale, le noyau de fer doux retombe, le mer-C Jre recouvre le charbon et ferme l’arrivée du gaz. Une bobine de réactance
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- - 54^
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - est de plus insérée dans le circuit primaire du transformateur pour stabiliser l’arc.
  - G. Claude est arrivé à supprimer la soupape de Moore dans ses tubes a néon en employant de très grandes électrodes métalliques ayant au moins une surface de 5 décimètres carrés par ampère.
  - La lumière des tubes à néon est rouge; celle des tubes à azote est jaune orangé. Pour améliorer l’effet lumineux, Moore ajoute dans ses tubes des traces de mercure et Claude combine les tubes au néon avec des lampes a vapeur de mercure.
  - * * *
  - La diversité des modes d'éclairage que l’électricité a mis à notre disposition dans les dernières années est donc considérable, et il est iu*e ressant de pouvoir les comparer entre eux. C’est ce que nous allons faife maintenant. Nous étudierons d’abord les caractéristiques électriques des diverses lampes, puis leurs caractéristiques lumineuses. Nous avons préfere réunir ainsi toutes les données relatives à la consommation d’énergie, al1 rendement lumineux, à la répartition du flux, etc., plutôt que de donner ces renseignements pour chaque lamp£, afin de permettre au lecteur de faire plus facilement la comparaison entre les multiples sources de lumiÇre entre lesquelles il a actuellement le choix et entre lesquelles, ainsi qu °n pourra s’en rendre compte, il est extrêmement difficile de décider sans hesi tation.
  - * * *
  - Le problème est relativement simple pour la lampe à filament de char bon. C’est la plus ancienne des lampes à incandescence, et sa fabricati0 est arrivée aujourd’hui à une telle uniformité que les nombres trouve par les différents expérimentateurs sont tous concordants. ^
  - Les figures 530 montrent l’influence de la tension sur la durée ej-variation de l’intensité lumineuse en fonction du temps et de la temper ture du filament.
  - On voit que, la tension augmentant, la durée de la lampe décroît ^ rapidement. D’autre part, son intensité lumineuse augmente au début^ son fonctionnement, passe par un maximum après deux cents à trois c heures d’éclairage, puis retombe aux environs de sa valeur initiale, P ensuite baisser rapidement après neuf cents heures de service.
  - Pour les lampes à filaments métalliques, les conclusions que 1 on/^ilS tirer des expériences sont beaucoup moins nettes. La diversité des iue
  - tau*
  - avec
  - employés et surtout le mode de fabrication du filament, qui diffère chaque marque de lampe, ne permettent d’accorder aux nombres e*P
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- - L'ÉCLAIRA GE
  - 549
  - Mentaux que la valeur d’indications valables seulement pour la lampe étudiée. Elles peuvent d’ailleurs ne plus s’appliquer, même pour les
  - Fig. 530. —Lampe à filament de carbone.
  - mfluence de la tension sur la durée en heures ; b, variation de l’intensité lumineuse d’une lampe de Pou °U^es> 100 volts, en fonction du temps ; c, variation de l’intensité lumineuse avec la température d’uril"111 ?^amerd de charbon (on voit que la température de 1 68o° environ est la température optima
  - lampes de la même marque, après quelques mois, car les procédés de fabri-cation changent sans cesse
  - Aussi nous contenterons-nous de faire, diaprés les essais de M. Laporte, au Laboratoire central d’électricité, une comparaison générale entre les
  - 70 80 90 100 110 120 130 140 150
  - tension volts
  - 70 80 90 100 110 120 130 lhO 150
  - tension aux. bonnes volts
  - a
  - b
  - Fig, 531. — Lampe à filament de carbone et lampe au tungstène.
  - d’L *nfluence de la tension sur l’intensité lumineuse ; b, influence de la tension sur la consommation energie.
  - Loupes à filaments de carbone et les lampes au tungstène ordinaires. ^es courbes delà figure 531 montrent que l’intensité lumineuse croît moins en fonction du voltage pour la lampe au tungstène que pour la ar*dpe carbone et que, de même, pour des variations importantes de la tension, la consommation en watts par bougie reste sensiblement con-Stante et toujours inférieure à celle de la lampe a filament de carbone. P°ur les nouvelles lampes demi-watt au tungstène et atmosphère ga-
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- - 550
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - zeuse, dont le mode de fabrication esthmiforme pour les diverses marques, on peut donner des indications plus précises. La figure 532 traduit, d’après M.Pécheux, la variation d’intensité en fonction du voltage pour les diverses puissances lumineuses. Elle montre que le coefficient angulaire croît rapi'
  - 1# IJ 2. 2,1 2.2 2,3 2A 2,5 2,6 2,7 28 2,9 3 3.1 3.2 33 3A 3? 3,6 37 30 39
  - 0,1 0,2 0,3 OA 0,ï> 0j5 0.7 0.8 0,9 l 1,1 1,2 1,3 IA 1,6 1,6 1,7
  - intensité/ du courant
  - Fig. 532. — Courbes caractéristiques de différentes lampes demi-watt au tungstène à atm° sphère gazeuse (d’après Pécheux).
  - dement jfisqu’à la tension pour laquelle le filament commence à rougtr’ puis moins vite. Cette tension de commencement de luminosité est^d au tant plus forte que la lampe est moins puissante, ainsi que le montrent-les chiffres suivants :
  - Lampe................... 50 100 200 400 600 1 000 bougies-
  - Volts................... 13 12 10 9 7 6
  - Ajoutons que, pour toutes les lampes à incandescence, la nature courant d alimentation importe peu, et les courbes sont sensiblement leS mêmes, que l’alimentation de la lampe soit faite par du courant contv11 ou du courant alternatif. Tout au plus pourrait-on noter un léger avantage en faveur du courant alternatif.
  - Il n’en est pas de même pour les lampes à arc. Celles-ci ont fait 1 °^e de nombreuses études, et l’arc en courant continu a été examiné en p culier par Mme Ayrton et M. Blondel. Les figures 533 et 534 donnent ^ caractéristiques de cet arc, soit que l’on cherche la variation de l'inten ^ du voltage en fonction de l’ampérage, pour une longueur d’arc soit, au contraire, que, maintenant constante l’intensité, on veuille c naître la longueur de l’arc pour les différents voltages appliqués.
  - On constate dans le premier cas que la force électromotrice di ^ quand l'intensité augmente, d'abord rapidement, puis plus lenteiu
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- - L’ÉCLAIRAGE
  - 55i
  - Pour chaque longueur d’arc, à partir d’un certain moment on rencontre
  - sifflants
  - 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2a 26
  - Intensité en ampères
  - Fig. 533. —- Caractéristiques des arcs électriques.
  - > 50
  - 5 10 1 5 20 25 30 35 40
  - millimètresd'écart
  - 534. — Courbes des tensions èn courant continu entre électrodes, pour des écarts croissants et pour différentes catégories d’électrodes.
  - auC> charbons purs (d’après Mme Ayrton) ; F, charbon à mèche à flamme (d’après Zeidler) ;S, charbons sPath (à 50 p. 100 dans la pâte) (d’après Blondel) ; M, électrodes de magnétite (d’après Steinmetz).
  - zone d’instabilité, puis une zone où l’arc siffle et ne s’allume que diffi-cdernent Les courbes de la figure 533 sont relatives à un arc jaillissant
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- - 552
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - entre deux charbons purs. Si, comme c’est le cas le plus général, le charbon positif est à âme et le négatif en charbon pur, on trouve que la force électromotrice passe par un minimum quand l’intensité croît, puis augmente ensuite avant d’arriver à la zone instable.
  - On voit d’après la ligure que les arcs courts et intenses nécessitent une tension faible, tandis que les arcs longs et faibles ne fonctionnent que sous une tension élevée. Dans tous les cas, quel que soit le rapprochement des électrodes, un arc ne peut jaillir que si on établit une certaine différence de potentiel minima entre ses extrémités.
  - Quant à la loi de la variation du voltage en fonction de l’écart à intensité constante, cette loi est linéaire, aussi bien pour les charbons purs qne pour les charbons minéralisés, comme le montre la figure 534.
  - * * *
  - Les figures 535 et 536 donnent les caractéristiques de l’arc à vapeur de mercure de Cooper-Hewitt. On voit par exemple que l’arc de 3 ampèreS donne 500 bougies avec une consommation d’énergie de 0,4 watt par bougie
  - 800 1 100
  - 700 0,9 90
  - 600 0.8 80
  - 500 0,7 70
  - «Ü00 CD g 0,6 60
  - O» rr> S 300 _o fe 0,5 O- Cfi 0,4 £ 0,3 73-50
  - 0 200 > uo
  - 100 30
  - 0
  - 1 1,3 ampères a 1 1 1 2 3 ampères b Fig. 535- t 2,3 ampères C x '>
  - a, variation de l’intensité lumineuse en fonction de l’ampérage (lampe à vapeur de mereu ^ fi, variation du nombre de watts par bougie en fonction de l’ampérage ; c, variation du voltage aux bo de la lampe en fonction de l’ampérage.
  - et que ce régime est le régime optimum pour le tube considéré (d’après la-courbe de l’ampérage en fonction du voltage), puisqu’il correspond a 74 volts seulement aux bornes du tube-
  - 1 * f
  - Von Recklinghausen, Willis, Weintraub, etc., ont étudié complèterne l’arc à vapeur de mercure. Ils ont trouvé que la tension de l’arc est direC tement proportionnelle à la longueur et apparemment inversement pr0 portionnelle au diamètre du tube.
- p.552 - vue 561/834
- - L’ÉCLAIRA GE
  - 55 3
  - Des changements de 50 à 100 p.
  - 12 3 4
  - ampères
  - Variation de la résistance en fonction de la pression et de l’intensité du courant.
  - 100 dans l’intensité du courant ne modifient la tension que de quelques pour cent pour une pression de vapeur favorable. Celle-ci correspond normalement à une colonne de mercure de 2 millimètres et est réglée par une chambre de refroidissement de dimensions convenables.
  - La variation de potentiel est directement proportionnelle à la densité de la vapeur et inversement proportionnelle au diamètre du tube (Willis). La chute de potentiel à la cathode est constante et égale à 5,27 volts, tandis qu’à l’anode en
  - £ 03
  - Diamètre en centimètres
  - La pression est de i millimètre de mercure.
  - 3 /O
  - Courant en ampères
  - Fig. 536. — Caractéristiques de tubes à vapeur de mercure.
  - fer. elle est variable et fonction ducourant, comme le montre le *ableau suivant :
  - Ampères.................... 1,25 1,75 2,25 2,75 3,25
  - Chute à l’anode............. 6,5 5,8 5,4 5-1 4>6
  - Température................. 123 143 172 200 243
  - . * * *
  - ï*our les tubes à gaz de Moore, la tension à appliquer aux bornes du tu1ae est une fonction de sa longueur et de la pression intérieure. Elle est
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- - 554
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 0,1
  - indépendante du courant à travers le tube, dont l’intensitéffiormale est de-2 à 3 dixièmes d’ampère. Elle croît avec la longueur du tube, mais moins vite que celle-ci;par exemple, la tension pour un tube de 30 mètres de longueur est de 7 000 volts et de 12 000 seulement pour un tube de 60 mètres-
  - L? figure 537 montre-l’influence de 1 a preston du gaz sur la dépense d’énergie par bougie et met en évidence l’existence très nette d une pression op timum (point C).
  - Dans les tubes de Claude, la tension est inversement p r o p 0 r ' tionnelleau diamètre et
  - est de 100 volts Par mètre pour un tube de 45 millimètres de diamètre et de 700 volts pour un tube de 7 . limètres de diamètre»
  - les intensités étant respectivement de 1 et 0,3 ampère.
  - Ces tubes nécessitent une différence de potentiel plus faible que celle des tubes remplis d’azote ou d’acide carbonique, car le néon a une cohe' sion diélectrique inférieure à celle de ces gaz (Bouty).
  - Le rendement lumineux est difficile à évaluer, car la source, ainsi gue pour les lampes à vapeur de mercure, n’est plus ponctuelle, et les appare^s de photométrie ne sont pas établis pour fonctionner dans le cas de source5 de grande surface. De plus, la lumière est ici fortement colorée. Si cependant on compare les intensités lumineuses émises par centimètre carré dessources, on trouve les nombres approximatifs suivants :
  - Arc électrique..................................... 20 000
  - Ciel nuageux....................................... 0,52 à i»6
  - Tube à mercure..................................... 2
  - Tube Moore......................................... 0,16
  - On peut estimer le rendement lumineux d’un tube Moore à azote
  - * tri XXl'à"
  - 37 mètres de long à 51,4 bougies par mètre, ce qui donne une consou tion de 1,7 watt par bougie. Pour un tube au néon de 7 mètres de lonb» la quantité de lumière émise est de 180 bougies par mètre et la consonm1
  - 0,4 0,6 0,8 1 U IA 1,6 18 1 2,1 2,4
  - pression en dixièmes de millimètre demercure
  - Fig- 537-
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- - L'ÉCLAIRA GE
  - 555
  - tion de 0,70 watt par bougie. Enfin, pour une lampe à vapeur’de mercure de 3.5 ampères donnant 1 000 bougies par mètre, la consommation tombe a 0,45 watt par bougie.
  - L'avantage des tubes à gaz est l’extrême diffusion de la lumière qu’ils produisent, ce qui permet de réaliser un éclairage parfaitement uniforme sans avoir recours à des artifices, tels que globes dépolis, écrans, réflecteurs, lumière indirecte, qui diminuent considérablement le rendement des autres sources, de sorte que ces tubes sont les plus avantageux modes d’cclairage lorsque l’on veut éclairer uniformément une grande surface, les salles de bal par exemple. Leur seul inconvénient est la coloration de la lumière qu’ils émettent.
  - * * *
  - Un facteur très important dans les mesures de photométrie est la grandeur variable de l’ouverture de la. pupille, qui peut être vingt fois plus Petite lorsque l’œil est en pleine lumière que lorsqu’il est dans la pénombre. ' L semble d’ailleurs que ce soit l’éclat spécifique des objets lumineux qui détermine cette protection automatique de la rétine, bien plus que la quantité totale de lumière qui tombe sur l’œil. C’est ce qui explique sans doute ta sensation que l’on éprouve en comparant un arc nu et un arc identique entouré d’un globe dépoli. Le premier brille plus qu’il n’éclaire, et, bien que le second ait 25 à 30 p. 100 de sa lumière absorbée par le diffuseur, il laisse pénétrer plus de lumière jusqu’à la rétine, par suite de la contraction moindre de la pupille : il semble plus lumineux. On comprend ainsi l’utilité et l’intérêt que présentent certains diffuseurs en verre cannelé °u strié qui donnent à la source une plus grande surface apparente sans absorption notable de lumière.
  - L’autre considérations d’ordre physiologique viennent encore compliquer le problème. Le rendement lumineux tel que nous 1 avons défini, Par le rapport de l’énergie comprise dans le spectre visible à l’énergie rayonne totale, ne permet pas de tirer de renseignement précis sur la valeur éclairante d’une source. Suivant les différents observateurs, les limites du sPectre visible sont variables, ce qui introduit une grave cause d erreur, Puisque justement ce sont les radiations dans le rouge et 1 infra-rouge qui Possèdent la plus grande énergie, ainsi que 1e montre immédiatement la %ure 488. De plus, nous avons vu que l’œil est très inégalement impres-sionné par les diverses radiations, le maximum de sensibilité étant voisin jaune verdâtre qui, justement, dans le spectre solaire, se trouve cor-respondre au maximum d’énergie. On peut voir là un exemple remarquable d’adaptation au milieu.
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Pour montrer la sensibilité énorme de notre œil à cette radiation, M. Guillaume a calculé qu’en transformant une petite calorie en énergie lumineuse correspondant à cette teinte, on pourrait impressionner un œil normal pendant cent millions d’années.
  - On aurait donc une meilleure évaluation du rendement lumineux si on faisait intervenir chaque radiation avec la part pour laquelle elle contribue à la vision. Mais le coefficient que l’on attribuerait ainsi à chaque radiation, et qui pourrait être, par exemple, celui que nous avons donné d'apres Nutting (p. 497), n’aurait encore qu’une valeur relative,puisqu’il dépend de chaque observateur. On ne peut tourner la difficulté qu’en prenant une moyenne entre un grand nombre d’expériences faites par des opérateurs différents. Même dans ces conditions, il faut encore tenir compte de l’influence de la durée de l’impression lumineuse qui diffère avec les couleurs, et de la fatigue de l’œil, ainsi que l’ont montré MM. Broca et Sulzer.
  - Aussi ne donnerons-nous aucun chiffre, car même les valeurs relatives ne peimettraient pas de tirer des indications précises. Au point de vue pratique, la consommation en watts par bougie est amplement suffisante pour différencier les divers modes d’éclairage. Le tableau suivant montre comment se classent actuellement les diverses lampes.
  - Lampes à incandescence.
  - Watts
  - Filaments. par bougie.
  - Carbone................................................... 4
  - Nernst.................................................... 1,9
  - Tantale................................................... i,5
  - Tungstène pressé........................................... 1,25
  - Tungstène étiré........................................... i,°
  - Demi-watt................................................. 0,6
  - Lampes à arc (1). (Voir tableau page suivante.)
  - * * *
  - La connaissance de l’intensité lumineuse moyenne des sources d éclai rage et de leur rendement en watts par bougie n’est pas le seul élément intéressant. Il faut encore connaître comment se distribue dans 1 espace le flux lumineux qu’elles émettent.
  - Nous ne dirons cependant que peu de choses de cette répartition, •effet, pour les lampes à incandescence, elle est fonction de la disposé101 du filament dans la lampe, disposition qui varie suivant chaque constrnc
  - (1) D’après Blondel, Rapport au Congrès international, Marseille, 1908.
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- - Comparaison approximative des différentes espèces d’arc. — Intensités lumineuses hémisphériques en bougies décimales et consommations
  - spécifiques correspondantes sous iio volts.
  - Intensité Consommation spéci- Usure
  - fique en watts par bougie
  - Type de lampe. Ampères. Volts. ) i atts moyenne hémisphérique en hémisphét ique moy. pratique horaire de l’électrode
  - utiles. totaux (2). bougies (1). absolue. sous minéralisée.
  - 110 volts.
  - 1 2 3 4 5 6 7 8
  - Millimètres.
  - I. — Courants continus.
  - Lampe ordinaire à charbons purs 9 40 360 495 700 0,514 0,710 1 4 à t 6
  - Lampe ordinaire à charbons purs (par 3) 0 35 315 330 540 0,583 » M à 16
  - Lampe à flamme à charbons à mèche verticaux.. . 9 40 360 495 910 0,396 0,610 27,5
  - Lampe à flamme intensive à charbons à mèche
  - convergente 9 45 4°5 495 2 000 0,202 0,247 34 à 42
  - Lampes enfermées américaines 6,8 70 476 768 329 1,45 2,334 1,5 a 2
  - Lampe à la magnétite 3-5 9i 320 385 400 (?) 0,800 0,962 1 a 2
  - Lampe Bremer (9 amp.) 9 48 412 495 4 814 0,131 OA43 35 a 45
  - Lampe carbo-minérale (9 amp.) 9.1 43 391,3 5°° 4 800 0,081 0,103 16 à 20
  - Lampe carbo-minérale (5 amp.) 5.01 50,3 252 2 75 883 o,i33 0,146 16 à 20
  - Arc au mercure de Cooper-Hewitt 3-5 80 280 385 770 0,362 0,50 »
  - Arc au mercure de Küch 250 0,27 ' o,33
  - Arc au ferro-titane 3,5 48,3 169 385 700 0,242 o,55 1 à 2
  - Arc lumineux entre charbons purs (lampe carbone!. 10 90 90 110 070 0,82 0,98 18 à 20
  - Petits arcs enfermés 3 80 240 230 265 0,90 1,25 4 à- 5
  - IL — Courants alternatifs.
  - Lampe ordinaire à charbons non minéralisés 9 30 270 330 350 o,772 o,945 L5 à 16
  - Lampe ordinaire à charbons purs à mèche L5 35 480 555 470 1,02 1,18 15 à 16
  - Lampe à flamme à charbons verticaux 9 30 270 330 700 0,386 0,471 30
  - Lampe à flamme à charbons convergents 9 45 4°5 495 2000 0,202 0,247 35 a 45
  - Lampe enfermée 6,6 70 482 726 3H 1.535 2,312 1 a 2
  - Lampe Bremer 9 48 » » » 0,131 o,M3 35 a 45
  - Lampe carbo-minérale 10 35 (reelf). 255 370 1 890 0,135 0,174 IO à 20
  - Voir les notes à la page suivante.
  - L’ÉCLAIRAGE 557
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - teur, et de la forme et de la texture de l’ampoule (ovale, ronde, dépolie, etc.) -De plus, comme pratiquement on n’emploie jamais la lampe nue, mais munie d’un réflecteur, les résultats sont complètement modifiés. Il suffit, pour s’en convaincre, de se reporter à la figure 538, qui donne les courbes
  - Fig. 538. — Variation des courtes de répartition du flux lumineux obtenu avec une même lampe (Mazda 250 watts) suivant la forme du réflecteur.
  - de répartition de la lumière pour -une même lampe Mazda de 250 watts munie de trois réflecteurs de formes différentes. Ces réflecteurs ont d’ail' leurs spécialement pour but de modifier la répartition au mieux du but à remplir. La forme a donne une répartition qui convient pour les magasins, antichambres et pièces à plafond bas ; au contraire, la forme b assure un éclairage brillant comme celui demandé dans les restaurants, salles de bal, etc. ; enfin, la forme c concentre la lumière dans un petit espace, comme il est désirable pour les vitrines des étalages, les pièces hautes et étroites-
  - Le cas des lampes demi-watt est tout différent de celui des autres
  - (1) Rappelons que l’unité d’intensité lumineuse n’est pas la même dans les àtôe' rents pays et que la correspondance suivante existe entre les divers étalons employés •
  - Carcel.
  - Carcel................ 1
  - Hefner................... 0,093
  - Vernon-Harcourt....... 1.035
  - Bougie décimale....... 0,104
  - Hefner. Vernon- Harcourt. Bougie décimale.
  - 10,75 0,965 9,61
  - 1 0,09 0,895
  - II,IO 1 9,95
  - I.I5 0,1 1
  - (2) Dans la colonne « watts totaux », on a tenu compte de la dépense d’énerg1 dans la résistance mise en série avec l’arc. Ainsi, la lampe ordinaire à charbons p ^ ne demande que 40 volts pour pouvoir fonctionner. On peut donc en mettre deux ^ série sur le secteur ; elles consomment 80 volts et il faut absorber 30 volts, soit par lampe, dans une résistance a qui correspond à une dépense de 9 X 15 = I35W qui, ajoutés aux 360 watts utilisés dans l’arc, donnent 495 watts.
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- - L’ÉCLAIRAGE
  - 559
  - lampes à incandescence à charbon ou métalliques. Le filament n’est plus disposé verticalement, mais horizontalement, de sorte qu’une grande Partie de la lumière est renvoyée au-dessus de l’horizontale, ce qui rend
  - 539. — Répartition du flux lumineux des lampes demi-watt (d’après Pécheux).
  - a< lampe de 100 bougies ; b, lampe de 600 bougies ; en c est représenté le flux lumineux d’une lampe atltale ordinaire de 20 bougies (d’après_Laporte).
  - l’emploi de réflecteurs spéciaux presque indispensable, si l'on veut profiter de toute la lumière émise. Les courbes delà figure 539, que nous reproduisons d’après M. Pécheux,^donnent la répartition du flux des lampes de faible puissance (jusqu’à 100 bougies) dans lesquelles le filament, très s’allonge sous l’action de la chaleur et forme légèrement chaînette, et 'Celle des lampes puissantes (600 bougies et plus) oùleflé-ohissement du filament ne Se Produit pas. Nous avons également reproduit d’après des nombres de M. La-P°rte, la courbe de réparti-h°n du flux d’une lampe tantale à filament en zig-Zags verticaux. On voit immédiatement que les deux types de'courbes diffèrent totalement.
  - Les lampes à arc ont une répartition du flux quiji’est pas la même, sui-v’ant qu’elles sont alimentées par du courant continu ou du courant alter-
  - Fig. 540.
  - Arc à courant continu : Arc à courant
  - à l’air libre, en vase clos. alternatif.
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- - 5ôo
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - natif, l’intensité maxima étant émise suivant une direction à 45° (-e l’horizontale dans le premier cas et suivant deux directions à 40° dans le second (fig. 540), d’où la justification du système optique que nous avons
  - Fig. 541. — Répartition du flux hémisphérique moyen dans les lampes à arc à charbon pu*--
  - a, lampe Beck (64,5 volts, 11,2 ampères). Intensité hémisphérique moyenne inférieure, 3 220 bougieS > b, lampe Bardon (45,5 volts, 8,02 ampères) à vase clos. Intensité hémisphérique moyenne inférieur6,
  - 1 470 bougies ; c, lampe Bremer (45,7 volts, 9,45 ampères). Intensité hémisphérique moyenne inférieure-
  - 2 200 bougies.
  - décrit dans la lampe de la General Electric C». Q„and rarc COJltinu fonc-
  - tioneu en vase clos, le maximum a alors lieu aux environs de 30° (lampe Bardon, par exemple).
  - Pour les lampes à charbons inclinés, la répartition du flux est influencée par l’angle des charbons, Pin* tensité du courant, la nature des substances ajoutées dans les charbons qui donnent des teintes variables et des longueurs de flarnm6 différentes. Aussi une étude complète est-elle pratiquement impossible. A titre d’indication, nous avons reproduit les courbes de répartition relatives aux lampes Beck et Bremer que nous avons décrites.
  - Les figures 542 et 543' „ Dl , . empruntées à un mémoire
  - Blondel, montrent la complexité du problème et l’influence du
  - Fig. 542. — Courbes à feu uu d’arcs de 3,5 ampères avec positif au titane, (B) ferro-titane sous 47,5 volts, (C) rutile-magnétite sous 55,4 volts. La courbe pointillée se rapporte à l’arc ordinaire de 3,5 ampères en vase clos. Intensités sphériques f moyennes: B = 5x0, C = 283; vase clos : 84bougies (d’après Blondel).
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  - 56i
  - globe dans lequel se trouve toujours enfermé l’arc plus ou moins hermétiquement.
  - On voit donc que la répartition du flux lumineux dans l’espace est un élément très important sur lequel on peut agir efficacement par l’emploi de réflecteurs et de diffuseurs appropriés. Ce dernier point est trop souvent uégligéet,dans beaucoup d’installations, la forme des réflecteurs est choisie beaucoup plus d’après 1 esthétique de leur silhouette que d’après leurs qualités optiques. Pour chaque but particulier, lampe et réflecteur sont Uettement déterminés, et remplacer, comme on le fait trop souvent, les lampes à filament de charbon par des lampes uietalliques ou des lampes demi-watt sans change1' en même temps les reflecteurs est un non-Sens au point de vue de
  - I éclairage. Dans bien des cas, c’est l’unique raison pour laquelle on
  - II obtient pas l’amélioration escomptée.
  - 543- — Courbes photométriques à feu nu et sous globe opale de deux arcs carbo-minéraux, courant continu, de 5 ampères (moitié droite delà figure) et 3 ampères (moitié gauche) sous 50 volts. Intensités moyennes sphériques en bougies: A = 420 (feu nu), B = 288 (globe), C = 786 (feu nu), D = 586 (globe). Intensités hémisphériques: A = 700,B = 363, C = 1 650, D = 765 (d’après Blondel).
  - De nombreuses recherches ont été faites non plus en vue de comparer es diverses sources lumineuses, mais au contraire pour chercher la meilleure utilisation d’un mode~d'éclairage donné.
  - Cette question est particulièrement importante dans l’industrie. Il est ^tabli que les ateliers sombres sont plus sales que ceux dans lesquels la ^Umière entre à profusion et que les ouvriers y travaillent plus lentement. es accidents sont aussi plus fréquents dans les locaux industriels 011 la mière est mal distribuée, laissant dans fine clarté douteuse les poulies, Çs engrenages, etc. C’est surtout au travail à la lumière artificielle que aPphquent. avec le plus de force les remarques précédentes. L’éclairage ratiorinel augmente de 10 p. 100 environ le rendement du travail. Quant aux accidents, 25 p. 100 peuvent être attribués au mauvais éclairage des ^lries. La figure 544 est très suggestive à ce point de vue ; elle résulte Une statistique américaine s’étendant sur une période de trois ans et x igneron. — Électricité. 3^
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- - 562
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - portant sur 80 ooo usines. On voit nettement la relation entre le nombre
  - Heures aie
  - Fig. 544. — Correspondance entre le nombre des accidents et l’éclairage des ateliers. Le graphique supérieur donne la proportion des heures de lumière, temps sombre et obscurité par jour pour une année normale. Le graphique inférieur indique le nombre d’accidents correspondants. Le trait noir est relatif aux accidents se produisant la nuit, le trait interrompu aux accidents pendant la période de pénombre, la courbe en trait mixte aux accidents pendant le jour.
  - des accidents et les conditions d’éclairage.
  - On sait que l’exposition à une lumière trop « crue >> détermine une contraction des muscles ciliaires qui amène rapidement la fatigue. Oe plus, si l’œil est accommodé pour la vision nette d’un objet et que dans le champ visuel/ en arrière particulièrement, existe un foyer lumineux intense, la fatigue de l’œil est très rapide. En tenant compte de ces deux remarques,
  - il faut, dans les usines, non seulement que l’éclairage soit assez intense pour que Ton puisée discerner tous les objets sans fatigue, mais encore les sources de lumière, suffisamment espacées, doivent être garanties par des réflecteurs calculés de telle sorte que l’ouvrier travaillant sous l’une d’elles ne puisse être atteint par la Ju' mière directe des autres. Tl faut déplus que les lampes ne déterm1-nent pas d’ombres portées s’entrecroisant, car
  - il en résulte pour l’œil une impression pénible qui se traduit par une hcs tation dans les mouvements et une fatigue générale plus rap
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  - * * *
  - Pour le choix des lampes à incandescence, on peut se laisser guider par les indications suivantes, que nous empruntons à une étude du DrL.Pech.
  - La lampe à filament de charbon a le défaut de rayonner une trop grande quantité de rayons infra-rouges qui entraînent rapidement, en traversant 1 °eil, delà céphalée, du larmoiement et une sorte de sensation d’échauffe-rrrent du globe de l’oeil. D’autre part, l’infra-rouge étant réfléchi et diffusé en grande quantité par les objets qui nous entourent, l’éclairage, même indirect, fatigue rapidement l’œil.
  - La lampe demi-watt tombe dans l'excès contraire, et son rayonnement ultra-violet très riche éblouit par un curieux phénomène de fluorescence. Le cristallin frappé par l’ultra-violet devient fluorescent et, la rétine étant impressionnée par ce rayonnement secondaire, les objets ne sont plus vus qu’à travers une sorte de halo lumineux. De plus, les dimensions. du filament étant très réduites, on obtient une lumière très riche en opposions, ce défaut étant encore accentué par la fluorescence que prennent presque tous les corps sous l’influence de la lumière ultra-violette. Il en résulte une diminution de la sensibilité rétinienne et la congestion de la. c°njonctive. Aussi ne doit-on utiliser ces lampes que pour l’éclairage
  - indirect.
  - Quant aux lampes monowatt au tungstène, leur rayonnement infrarouge est compensé par le rayonnement ultra-violet. En effet, si 1 action d une seule catégorie de rayons est nuisible à l’œil, lorsque les deux listent en proportions convenables, ils sont parfaitement tolérés par les. téguments humains. Les lampes monowatt sont donc préférables pour les. llsages courants.
  - * * *
  - On voit combien le problème est complexe. Dans une très intéressante-étude, p. C. Nutting, directeur du Laboratoire de recherches de la W esting-L°use, a formulé quelques règles générales, fruits d’une longue expérience. Pratique et théorique, qui constituent le guide à suivre dans 1 établissement de l’éclairage. Nous les résumons en quelques mots L objectif de tout éclairage est d’assurer la visibilité des objets sur les-flUels se dirige l’attention. Les détails à observer peuvent être : a' Les contours des grands objets (comme dans l’éclairage public) ;
  - Les contours des petits objets (comme dans la lecture) ; c- Les détails les plus fins que l’œil soit capable de résoudre (comme: dans la p hotogravure, la couture, le dessin, etc.).
  - 36.
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La vision de la classe a ne nécessite qu’un faible éclairage. On opère si près de la limite inférieure de l’impression lumineuse que la rétine est incapable de percevoir les détails, excepté en cas de contraste accentué. On peut n’accorder qu’une faible attention à la direction de l’éclairage ou au rapport de la lumière diffusée à la lumière directe, car l’œil opère toujours avec une faible efficacité. Cependant, il faut éviter l’éblouissement, car la rétine est dans un état d’hypersensibilité, et un éblouissement même faible déprimerait la sensibilité au point de rendre les objets invisibles-Les phares d’automobiles ordinaires et les unités d’éclairage visibles a moins de 30° au-dessus de l’horizon doivent être soigneusement évites-C’est dans la classe b que rentrent la plus grande partie des cas pra' tiques : lecture, écriture, éclairage des salles d’écoles, théâtres et ateliers-Les contrastes sont accusés et l’observation des détails fins n’est pas néces-
  - saire.
  - Les problèmes difficiles à résoudre dans ces cas consistent à assurer Ie rapport correct de la lumière diffuse et de la lumière directe et. à donner la bonne direction à chacune d’elles. Pour assurer une vision confortable et aiguë, il faut qu’il n’existe ni lumières trop fortes, ni ombres denses» mais que les détails à observer présentent un contraste suffisant sans être pour cela trop accentué. L’éclairage, indirect, s’il fait bien disparaître leS ombres et les lumières trop fortes, supprime presque complètement leS contrastes, principalement sur les surfaces brillantes ou inégales. H re
  - jgt;
  - couvre les premières d’un léger voile de lumière réfléchie, tandis que surfaces inégales deviennent moins visibles par suppression des ombres-En plein air, par temps clair, la lumière diffusée par le ciel contribue pour 16 à 40 p. 100 à la lumière totale tombant sur une surface horiz°n taie ou verticale. Pour une bonne vision moyenne, la proportion idéale e sans doute voisine de 30 p. 100 de lumière diffuse.
  - Si l’on observe un paysage par un jour clair à travers un verre jaune
  - on
  - vert, il parait beaucoup plus éclatant et plus net. On explique ce fa^ e disant que le verre jaune supprime la brume pourpre. Mais, en pblS) élimine la lumière diffuse du ciel dans toutes les ombres, car ces oflibr^ sont éclairées par la lumière bleue, tout en laissant presque inaffectee lumière solaire directement réfléchie, parce que le bleu ne constitue q11 ^ faible partie de la luminosité de cette dernière. Par suite, les ombres s ^ approfondies et les contrastes partout augmentés, produisant ainsi effet d’éclaircissement. C’est l’inverse qui se passe si l’on regarde a
  - vers un verre bleu.
  - verre
  - Tandis que la diminution de clarté par l’absorption due à un ^ jaune peut produire l’apparence d’une clarté renforcée, l’addition ^ lumière peut au contraire donner la sensation de clarté diminuée-
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- - L'ÉCLAIRAGE
  - 565
  - ajoute un éclairage diffus pëu élevé dans une pièce éclairée par des lampes Placées assez haut et envoyant une lumière directe, la sensation produite est celle d’une diminution de clarté, par suite de l’atténuation des ombres et de la décroissance générale des contrastes.
  - Il est facile de répartir les foyers lumineux de façon à obtenir une proportion convenable entre la lumière directe et la lumière diffuse. Ensuite, d faut chercher à donner à la lumière une direction adaptée aux services à rendre. Dans les galeries d’art, par exemple, les surfaces brillantes que l’on regarde sont planes et presque verticales : un éclairage à grand angle est donc indiqué. Au contraire, dans les ateliers mécaniques, les surfaces à considérer sont surtout des cylindres horizontaux, et l’éclairage doit être à angle faible et très diffus.
  - Pour l’éclairage des rues, on conserve encore dans bien des villes la coutume de laisser le dispositif éclairant en pleine vue et de permettre à une fraction importante de la lumière de s’échapper vers le haut. Or la présence d’une source lumineuse éclatante dans le champ de vision diminue énormément la sensibilité visuelle, de sorte que le dispositif habituel est loin d’être satisfaisant. La figure 548 est particulièrement instructive à Cet égard. Elle représente, à gauche, la rue Mathurin-Moreau, à Paris, éclairée Par des appareils trilampes analogues à ceux de la figure 545 munis de réflecteirs scientifiquement étudiés, qui renvoient la lumière vers le sol et assurent un éclairage uniforme de 1a. chaussée sans que les foyers soient apparents à l’œil et puissent l’éblouir, tandis qu’à droite de la photographie on retrouve l’aspect ordinaire de l’éclairage irrationnel, qui est encore la règle même dans les grandes villes.
  - Enfin, lorsque l’on doit observer d’une façon critique les détails les Pins fins (classe ci, seules les meilleures conditions d’éclairement empêchent la gêne visuelle.et la tension oculaire. Un travail fin à l’aiguille est peut-etre l’opération qui nécessite la meilleure espèce d éclairage. L attention Se concentre sur une masse d’images brillantes et fines, formées par l’ai-guille et les fibres des tissus. Si la lumière est diffuse, ces images s’élar-Sissent, se fusionnent, et les ombres disparaissent. La vision est fatiguée Par la tentative de percevoir de faibles contrastes juste à la limite du pou-y°ir de discrimination. Le seul éclairage approprié est celui limité presque a Une direction et assez élevé. On voit alors une masse d images cylindriques de la source et, si celle-ci est peu étendue, ces images sont nettes
  - contrastées.
  - Eour les écoles, on cherche à réaliser un éclairement aussi uniforme que Possible. La figure 546 montre un réflecteur spécialement étudié à cet e^et, répartissant le flux lumineux comme l’indique la courbe photomé-trique figure 547. L’éclat est totalement supprimé, ce qui permet aux
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- - 56 j
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - yeux les plus sensibles un travail facile et prolongé sans fatigue. La figure 549 représente une salle de travail de l’École nationale d’Arts et
  - Fig- 546. — Diffuseur rationnel.
  - FlS- 547- — Courbe de répartition du flux lumineux du diffuseur rationnel.
  - Métiers de Paris, éclairée par ces diffuseurs, qui ont de plus l’avantage d’être très robustes puisqu’ils ne comportent aucune verrerie fragile pouvant retenir la poussière.
  - En résumé, la vision la meilleure demande une abondance de lumière venant presque d une seule direction, comme la lumière du F. , ciel arrivant à travers des fenêtres élevées
  - rationnel. & eclairage et bien espacées. L’éclairage indirect par des sources nombreuses est très mauvais. L’eclai' rage semi-direct par des unités rapprochées et sur un seul côté est probablement la meilleure forme d'éclairage artificiel.
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- - L'ÉCLAIRAGE
  - 567
  - A titre^cl’indication seulement, nous donnons ci-dessous quelques
  - Fig. 548. — Exemple du bon et du mauvais éclairage.
  - Fig. 549. — Un bon éclairage d’une salle d’étude.
  - chiffres qui permettront de se guider dans l’établissement d’un projet ^ éclairage.
  - 36*
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- - 568
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Valeur réflective de diverses parois.
  - Plafond ou mur blancs................................. 80 p. ioo
  - Mur gris.................................................. 50- —
  - Mur jaune ou rose.......................................... 40 —
  - Peinture rouge.......................................... 25-30 —
  - — brune............................................... 40 —
  - — vert clair....................................... 40-50 —
  - — vert foncé....................................... 15-25 —
  - — vert très foncé.................................. 10-15 —
  - Nombre de lux nécessaires par mètre carré (blancheur moyenne des parois)-
  - Magasins 175 à 250
  - Appartements •.•••• 35 à 5°
  - Vestibules 10 à 20
  - Restaurants 50 à 60
  - Bureaux 60 à 80
  - Industries : Halls 30 à 40
  - Travaux fins 60 à 80
  - Ajustage 60 à 80
  - Imprimerie, textile 100 à 150
  - Places publiques, rues 5 à 20
  - La formule suivante permet de calculer le nombre de lumens (1) neces saires pour l’éclairage d’une pièce :
  - Nombre de lumens = 2 fôis l’éclairement nécessaire en lux x surface en m8-
  - Enfin, le tableau suivant facilitera, connaissant le nombre de lumens, le choix du nombre des lampes à installer.
  - (1) Rappelons que le flux s’exprime en lumens. C’est une constante bien défi111 pour chaque source, tandis que l’intensité lumineuse varie avec la direction. Supp° sons qu’une source émette une bougie décimale dans toutes les directions et play , la au centre d’une sphère creuse de 1 mètre de rayon. Toute surface d’un mètre c ^ découpée sur cette sphère reçoit, par définition, une quantité de lumière égale a
  - émet'
  - lumen.
  - Comme la surface totale de cette sphère est I2m *,57, toute source lumineuse ei tant une bougie dans toutes les direction émet au total 12,57 lumens. Il est 1
  - tant de déterminer la quantité de lumens reçue réellement sur les surfaces -. ^
  - ou Y éclairement de ces surfaces. L’unité correspondante est le lux, ou éclairem^ produit par une bougie décimale sur une surface de 1 mètre carré placée a 1 de la source et perpendiculairement aux rayons lumineux. ^ce
  - L’éclairement diminue extrêmement vite quand grandit la distance entre la s ^ ^ et la surface éclairée. Cet éclairement est inversement proportionnel au carre distance entre la source et l’objet.
  - éclairées-
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- - L’ÉCLAIRA GE
  - 569
  - Valeur approximative en lumens des lampes intensives.
  - Type de lampe en watts. Valeur en lumens.
  - 110-125 volts. 220-250 volts.
  - 25 180 150
  - 45 400 300
  - 75 800 600
  - 100 1 200 1 000
  - 200 2 900 2 400
  - 300 4 500 3 000
  - 500 8 000 7 200
  - 1 000 19 000 16 500
  - 1
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- - CHAPITRE XXIV
  - APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ LES MOTEURS
  - Réversibilité des génératrices. — Moteurs à courant continu. — Généralités. — Calage des balais. — Force contre-électromotrice. — Conditions au démarrage. — Rendement. — Vitesse de rotation.— Puissance. —Caractéristiques. — Moteurs série. Moteurs shunt. — Moteurs compound. — Caractéristiques de chacun d’eux. Moteurs à courant alternatif. — Moteurs synchrones. — Principe de fonctionnement. — Accrochage. — Indicateurs de phases. — Moteurs asynchrones. — Moteurs d’induction. — Champs tournants. — Moteurs à cage d'écureuil. — Moteurs a enroulement. — Moteurs à collecteurs. — Moteurs série, moteurs universels. Moteurs à répulsion. — Moteurs Deri. — Moteurs Latour,
  - Les principes généraux de l’induction montrent que les dynamos génératrices à courant continu que nous avons étudiées précédemment sont des appareils réversibles Lorsqu’on leur fournit du travail, elles f°nC tionnent comme générateurs d’énergie électrique ; si, au contraire, °n leur fournit de l’énergie électrique, elles se mettent en mouvement et produisent du travail mécanique. En d’autres termes, une dynamo trans forme l’énergie mécanique en énergie électrique, et inversement. Dans premier cas, c’est une génératrice ; dans le second cas, un moteur' Il n’y a pas de différence, au point de vue de la construction, entre nne dynamo et un moteur à courant continu, et les divers types de dynamo5 que nous avons décrits précédemment peuvent être également utillseS comme moteurs. Nous aurons donc des moteurs série, des moteurs dérivation et des moteurs compound.
  - * * *
  - Avant de les examiner en détail, il est nécessaire de faire quelques
  - re'
  - marques générales. Tout d’abord, conformément à la loi de Lenz, s* °t
  - • tTI
  - envoie du courant par les balais dans une dynamo, l’induit se u
  - tourner, mais, pour un même sens de circulation du courant dans
  - machine, le sens de rotation de l’induit est, dans le fonctionnement
  - , , rvst dire
  - moteur, l’inverse de celui dans le fonctionnement en génératrice. ^ c
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- - LES MOTEURS
  - 571
  - flue, si l’on veut conserver le même sens de rotation, il faut que le courant le flux inducteur soient inversés, mais pas les deux simultanément.
  - * * *
  - Supposons que ce soit le sens du courant qui soit inversé. La variation courant dans chacune des bobines en commutation se produira donc en sens inverse du sens correspondant au fonctionnement en génératrice, par suite, dans un moteur en charge, les balais doivent être décalés arrière du sens de rotation, tandis que c’était l’inverse dans les génératrices.
  - Il en résulte que, dans les moteurs destinés à tourner indifféremment dans un sens ou dans l’autre, comme les moteurs de traction ou ceux des aPpareils de levage, par exemple, les constructeurs doivent étudier les caractéristiques de façon à ce qu’ils puissent fonctionner sans décalage des balais, ceux-ci étant disposés au voisinage de la ligne neutre. Par la sursaturation des inducteurs et l’emploi de pôles auxiliaires, comme dans Es génératrices, on arrive à avoir une marche sans étincelle dans les deux sens.
  - * * *
  - «
  - Enfin, lorsqu’un moteur tourne, chacun des conducteurs actifs de 1 induit coupe le flux magnétique des inducteurs et, par suite, devient le siège d’une force électromotrice induite (comme dans le cas de la génératrice) dont le sens est tel qu’elle tend à s’opposer à la circulation du courant Agissant. Cette force a reçu le nom de force contre-électromotrice. E est la force électromotrice que le moteur fournirait si on le considérait c°mme générateur tournant à la même vitesse et dans le meme flux.
  - Si V est la différence de potentiel constante appliquée aux bornes du Moteur, si e est la force contre-électromotrice induite, de signe opposé, et flui est toujours inférieure à V en valeur absolue, sans quoi il ne passerait Pas de courant dans le moteur et celui-ci ne pourrait plus tourner, le c°urant I qui passe dans le moteur dont la résistance est r ohms est donné Par :
  - V = e + Ir ; V --e
  - Comme la résistance du moteur est toujours très faible, il faut que V et e aient sensiblement la même valeur, afin que le courant I n atteigne pas des intensités exagérées.
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- - 572
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Or, au moment du démarrage du moteur, il n’y a pas de force contre-électromotrice, puisque le moteur est au repos, et par suite la résistance f intervient seule pour limiter l’intensité du courant qui atteindrait alors des valeurs dangereuses pour la machine dont les isolants fondraient sous l’influence de la chaleur dégagée par effet Joule dans les bobinages. C’est pourquoi il faut toujours prévoir un rhéostat de démarrage calculé de telle façon qu’à l’arrêt l’intensité du courant ne dépasse pas une certaine valeur. On démarre le moteur en diminuant progressivement la résistance du rhéostat jusqu’à ce que, le moteur ayant atteint sa vitesse de régime, la force contre-électromotrice équilibre à peu près la tension appliquée. A ce moment, on retire le rhéostat du circuit.
  - * * *
  - La puissance électrique absorbée par le moteur est VI. Or, une partie est dissipée sous forme de chaleur dans les bobinages et a pour expression IV, de sorte que la puissance électrique réellement transformée en puissance mécanique, déduction faite des pertes par frottement, ventilation, hystérésis dans le fer, et par courants de Foucault dans le fer et le cuivre,
  - est seulement el. Le rendement théorique est donc ^ ; le rendement industriel est plus faible. Il atteint, à pleine charge, 0,9 environ.
  - * * *
  - La vitesse de rotation à pleine charge a une valeur telle que la force contre-électromotrice équilibre sensiblement la tension appliquée ; Ie calcul montre très simplement que cette vitesse est à peu près propos tionnelle à la tension appliquée aux balais et inversement proportionnelle à l’intensité du flux des inducteurs.
  - * * *
  - Enfin, la puissance mécanique du moteur peut s’exprimer en fonc tion du couple moteur et de la vitesse de rotation, le couple C étant eg au produit de la force tangentielle F qui s’exerce par exemple sur une poulie de rayon R. On a :
  - P = 2 7; uC
  - si ie moteur fait u tours par seconde.
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- - LES MOTEURS
  - 573
  - (Remarquons que, pour un moteur donné, la valeur du couple C est constante pour une vitesse donnée, puisque, si R, rayon de la poulie, augmente, l’effort F diminue proportionnellement.)
  - On montre facilement que le couple moteur est sensiblement proportionnel au produit du flux par le courant dans l’induit.
  - * * *
  - Ces quelques définitions sont indispensables pour comparer les divers types de moteurs à courant continu. En effet, comme ceux-ci, par suite même des conditions variées de leur emploi, ont en pratique une infinité de régimes de fonctionnement, on est conduit à établir pour chacun d’eux Es courbes caractéristiques qui représentent graphiquement les relations qui existent entre les divers éléments : courant, couple, vitesse.
  - Ces courbes diffèrent suivant les modes d’excitation des moteurs, ce fini fait que, suivant les buts à atteindre, l’un ou l’autre mode est préférable. *
  - * * *
  - Examinons maintenant les caractéristiques des moteurs à excitation série, identiques aux génératrices à excitation en série.
  - De même que celles-ci n’ont qu’un seul sens de rotation possible, celui ^1 que le courant produit augmente l’aimantation rémanente des inducteurs, de même le moteur série n’a qu’un seul sens de rotation qui est inverse du sens de rotation de la génératrice. Rien ne sert de permuter les bornes, car, le courant changeant simultanément de sens dans l’induit et dans l'inducteur, le sens de rotation reste le même. Si on veut le chan-§er, il faut utiliser un inverseur de courant placé entre l’inducteur et l’induit, qui permet de changer le sens du courant dans l’induit seulement.
  - Dans les moteurs série, la vitesse de rotation diminue quand le couple résistant, que l’on appelle la charge, augmente, et à vide elle est très grande : le moteur s’emballe.
  - Le CQuple moteur au démarrage possède une grande valeur et diminue lorsque la vitesse augmente, ce qui fait que le moteur série est utilisé dans Es applications qui exigent à certains moments des efforts considérables (tramways, grues, pompes, etc.). Par contre, pour les usages industriels Es plus courants : commande des machines-outils, desmétiersa tisser, etc., Es variations trop grandes de sa vitesse avec la charge font qu’il est peu erripl0yé dans ces applications.
  - Les formes générales des caractéristiques du moteur série sont représentées figure 550.
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- - 574
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - * * *
  - La propriété fondamentale des moteurs h excitation shunt ou dérivation est que leur vitesse de rotation varie très peu lorsque la charge varie.
  - Comme pour les-
  - Moteur série R rhéostat de démarrage
  - WWW
  - Moteur shunt
  - Moteur com pound
  - vitesse
  - intensité
  - du courant
  - vitesse
  - intensité du courant
  - vitesse
  - intensité du courant
  - couple
  - intensité
  - du courant
  - couple
  - intensité du courant
  - couple
  - dynamos série, les moteurs shunt n’ont qu’un sens-de rotation, et il est facile de montrer que ce sens-est le même que êelui de la même machine fonctionnant comme génératrice.
  - Le couple moteur est à peu près-proportionnel à l’intensité du courant dans l’induit-Si l'induit d’un moteur shunt tourne à une vitesse supérieure a sa vitesse de marche normale, ü fonctionne comme-
  - Fig. 550. — Caractéristiques des divers moteurs à courant continu.
  - générateur et restitue du courant à la ligne qui l’alimente. Cette propriete est utilisée dans certaines applications, en particulier la traction sur les lignes de montagne. Dans les descentes, les moteurs fonctionnent efl générateurs, en récupérant de l’énergie empruntée à la force vive du train qui se trouve ainsi partiellement freiné.
  - Les caractéristiques du moteur shunt sont représentées figure 55°'
  - * * *
  - Enfin, le moteur compound peut être à excitation différentiel6’ les flux magnétiques produits par les deux enroulements (série et dérivé tion) sont de sens contraire ; il suffit pour cela d’employer une geIie ratrice compound comme moteur.
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- - LES MOTEURS
  - 575
  - Quand Je moteur est peu chargé, l’excitation en dérivation l’emporte Nettement sur l’excitation série; mais, si l’on fait circuler un fort courant dans le moteur, il passe entièrement dans l’excitation série et il peut arriver due le flux qui en résulte l’emporte, changeant le sens du flux total et Par suite celui de rotation. Aussi ce moteur est-il peu employé, bien que, Sl les enroulements sont bien calculés, il puisse, dans de grandes limites, avoir une vitesse absolument constante.
  - Le moteur compound peut également être h excitation additionnelle. Dans ce cas, les deux enroulements d’excitation sont faits en sens inverse, de sorte que leurs actions s’ajoutent. On a ainsi un moteur dont les propriétés sont intermédiaires entre celles des moteurs shunt et des Moteurs série. La figure 550 montre l’allure des caractéristiques de ce Moteur.
  - * * *
  - Nous venons de voir que les moteurs à courant continu sont très ana-J°gües aux générateurs de courant continu. Pour les moteurs à cou-rant alternatif, il y a une plus grande variété de réalisations possibles. On peut distinguer trois types principaux :
  - oteurs synchrones, dont la vitesse est rigoureusement constante
  - indépendante de la charge et qui ne peuvent démarrer seuls.
  - 2° Moteurs asynchrones, dont la vitesse dépend de la charge et qui s°nt généralement employés avec les courants polyphasés.
  - 3° Moteurs à collecteur, employés avec le courant alternatif simple, ^it courant monophasé.
  - Nous allons dire quelques mots de chacune de ces classes de moteurs.
  - * * *
  - Le même que la dynamo à courant continu, 1 alternateur monophase est une machine réversible qui peut fonctionner comme génératrice ou c°mme moteur, si on l’alimente avec un courant de fréquence et de tension Convenables, et à condition qu’on ait communiqué par un moyen quel-c°nque au rotor du moteur une vitesse de rotation égale à celle du rotor ^ générateur. Pour cette raison, on appelle ces moteurs des moteurs Synchrones. Disons quelques mots de leur fonctionnement.
  - S°ient deux alternateurs monophasés identiques A et A (fig. 551)» daris lesquels on suppose que les inducteurs N S, N S sont mobiles. Les
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- - 576
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - connexions sont celles de la figure. A est le générateur et A1 le moteur. NS et N'S'tournent avec la même vitesse et sont dans la même position relative par rapport aux bobines BB', BjB/. Dans ces conditions, on voit que, lorsque l’interrupteur I est fermé, les deux forces.électromo-
  - trices induites dans les deux machines ont même fréquence, mais sont en opposition de phase. Contrairement
  - à ce qui se passe dans le moteur a
  - • 1 <X
  - courant continu, force électromotrice
  - induite n’agit PaS comme force contre électromotrice et n est pas forcément inférieure à la tension d’alimentation.
  - Quand les conditions de lancement indiquées ci-dessus sont réalisées, on dit que le moteur est accroché, et il peut alors fournir du travail meca nique. En effet, quand, dans le générateur, les pôles N, S passent par ^ ligne neutre, le courant s’annule et change de sens ; simultanément ou presque les pôles N', S' du moteur passent également par la ligne neutre, le courant s’inverse, ainsi que l’effet des bobines B v B/. C’est-à-dire que les efforts exercés restent de même sens, et par suite le moteur produit un couple mécanique.
  - Supposons que l’on augmente l’effort demandé au moteur; celui'01 tend à diminuer de vi-
  - tesse, par conséquent N'S' sera en retard dans sa rotation sur NS, l’intensité du courant absorbé augmentera. Si la charge est encore plus forte, N'S' sera de plus en plus en retard sur NS, jusqu’au moment où il aura perdu un quart de tour. A ce moment, la discordance sera maximum, le moteur raient1^ brusquement et s’arrêtera : on dit qu’il est décroché, et le courant attei alors une valeur très élevée. * ef
  - Pour le démarrage des moteurs synchrones, on est conduit à empPô
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- - LES MOTEURS
  - 577
  - Un moteur auxiliaire que l’on retire du circuit quand la vitesse de synchronisme du moteur et du courant est atteinte. Pour juger lorsque ce résultat est atteint, on se sert de lampes ou à!indicateurs de phase analogues à ceux utilisés pour le couplage des alternateurs. La ligure 552 montre un dispositif schématique très simple : deux petits transformateurs T, T! °nt leurs primaires branchés sur le circuit de l’alternateur A etdumoteur Ax, tes secondaires sont en série et alimentent les lampes L,L.La fréquence de la force électromotrice induite dans le moteur Ax va en augmentant avec sa altesse de rotation. Comme la tension à laquelle sont soumises les lampes L, L est la résultante des deux forces électromotrices induites dans les transformateurs, tant que celles-ci sont de fréquences inégales, leur résultante présente des battements, car à certains moments elles s’ajoutent et a d’autres elles se détruisent partiellement. Il en résultera que les lampes auront des alternatives d’éclat et d’extinction. Quand les forces electromotrices ont même fréquence et sont opposées en phase, les lampes s éteignent; on ferme l’interupteur I; le moteur est accroché et on peut lui aPpliquer progressivement la charge.
  - Ce que nous venons de dire s’applique également aux moteurs synchrones polyphasés, qui sont des alternateurs polyphasés. On voit que Ces moteurs ne démarrent pas d’eux-mêmes, il faut les lancer préalablement. Ils ont une vitesse de rotation constante et indépendante de la charge, ce ^ui fait qu’on les emploie dans certains cas particuliers : commande des métiers à tisser, machines-outils, etc. Ils sont très robustes, n ayant ni kslais ni collecteur, et ils peuvent supporter des tensions élevées. Malheureusement, si la charge dépasse une valeur maxima, brusquement ils s Prêtent, le courant dans l’induit devient très intense et peut abîmer la
  - Machine.
  - Par opposition avec les moteurs précédents qui tournent à vitesse contante, il existedes moteurs asynchrones, c’est-à-dire des'moteurs dont A Vltesse n'est pas constante et varie avec la charge. Ces moteurs peuvent *re classés en deux catégories : les moteurs d’induction et les mo-
  - teürs à collecteurs.
  - ^es moteurs d’induction fonctionnent grâce à la propriété qu’ont les °urants alternatifs polyphasés de produire des champs magnétiques rrt&nts. Ils sont donc en principe construits pour être alimentés par des jurants polyphasés ; certains artifices cependant permettent de construire moteurs d’induction pour courant monophasé, mais alors leur couple e démarrage est très faible.
  - Vigneron. — Électricité. 37
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- - 578
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Indiquons brièvement ce que l’on entend par champ tournant. Nous raisonnerons sur les courants diphasés, les plus simples des courants alternatifs polyphasés. On sait que ce sont des courants de même fréquence, même jjintensité maxima, mais décalés l’un par rapport à l’autre d’une demi-période. Si on les représente graphiquement, on obtient la figure 553.
  - Fig. 554. — Production d’un champtour nant par courant diphasé.
  - Supposons que l’on place deux paires de bobines identiques en croix AA, BB, comme l’indique la figure 554 et que chaque paire soit alimentée par une des phases du courant diphasé. Chaque groupe de bobines produit au centre O du système un champ magnétique proportionnel à l’intensité du courant qui le parcourt et, si on cherche la résultante des deux champ5, ainsi produits qui se composent comme des forces, on voit facilement.
  - Fig- 555- — Représentation graphique du champ tournant.
  - par la construction graphique (fig. 555), que le champ résultant est un champ tournant de même périodicité que le courant. Le calcul montt également que sa valeur absolue est constante et égale à la valeu maxima de l’un des champs alternatifs générateurs. ^ ^
  - Si, au lieu de deux paires de bobines, on prend trois bobines disp05603
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- - LES MOTEURS
  - 579
  - " ^ 0.-
  - Fig. §56. — Champ tournant par courant triphasé.
  - 120° l’une de l’autre (A, B, C, fig. 556), et que chacune d’elles soit alimentée Par une des phases d’un courant alternatif triphasé, on trouverait de même que cet ensemble crée en son centre O un champ tournant faisant encore un tour par période, mais dont l’intetisité, constante d’ailleurs, est
  - les | de l’intensité maxima de l’un des champs alternatifs générateurs.
  - Supposons maintenant que nous placions dans l’espace compris entre les bobines une masse métallique susceptible de tourner autour d’un axe Perpendiculaire au plan des bobines et Passant par O. Comme ce corps conducteur est traversé par des lignes de force magnétiques en mouvement (champ tournant), tout se passe comme si on le déplaçait dans un champ magnétique uniforme. C’est-à-dire, d’après les lois fondamentales de l’électrodynamique, que ce conducteur sera le siège de courants induits (d’où le nom de moteurs à mduction donné aux machines de ce système).
  - Mais alors, puisque le corps conducteur est parcouru par des courants, ceux-ci engendrent à leur tour des champs magnétiques qui tendent, d’après la loi de Lenz, à s’opposer à la cause qui les produit, c’est-à-dire a diminuer la rotation relative du flux, ce qui se trouve réalisé par la rotation dans le même sens de la masse métallique.
  - Ainsi donc, bien qu’il n’existe aucune liaison entre les deux organes : bobine et pièce centrale, celle-ci se met à tourner avec une vitesse de rotation qui est inférieure à celle du champ tournant. On appelle glissement fa différence de ces deux vitesses. Le glissement ne peut être nul, sans quoi, le champ et l’induit tournant avec la même vitesse, il n’y aurait plus de Variation de flux dans ce dernier et par suite plus de courants induits.
  - Tel est le principe des moteurs à induction. L’organe fixe, générateur du champ tournant, est établi comme l’induit d’un alternateur. A l’intérieur, °n place un rotor ou induit qui peut être con-shtué de deux façons différentes : en cage d’écu-rcuil ou à enroulement.
  - Fig- 557- — Rotor à cage d’écureuil.
  - Le rotor en cage d’écureuil (fig. 557) est imposé d’une série de barres de cuivre dispo-Sees vivant les génératrices d’un cylindre. Ces barres sont fixées à deux
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- - 580
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - couronnes de cuivre qui les mettent en court-circuit. Grâce à ce dispositif, les courants de Foucault (courants induits), au lieu de se refermer dans la masse du rotor, sont dirigés suivant ses génératrices, ce qui augmente leur efficacité. Celle-ci est encore accrue en remplissant l’intérieur de la cage ainsi constituée par une masse métallique formée de disques de tôle empilés dans lesquels sont noyées les barres de cuivre. L’ensemble a alors l’aspect de la figure 558.
  - Le moteur à cage d’écureuil ne présente donc ni balais ni collecteur, puisque son rotor ne reçoit pas de courant, mais il a l’inconvénient, au
  - démarrage, lorsque la vitesse est faible, d’être traversé par des courants induits très intenses. En effet, ces courants sont d’autant plus forts que la différence des vitesses entre les champs inducteur et induit est plus grande, ce fini se produit au démarrage’ puisque le champ inducteur tourne à sa vitesse normale, l’induit ayant une vitesse nulle. Il en résulte une réaction très énergique sur l’inducteur, et par suite sur la ligne ; aussi les compagnies de secteurs n’acceptent-elles que des moteurs à cage d’écureuil de petite puissance sur leur réseau.
  - lames de cuivre
  - Fi?. 558. — Vue d un rotor à cage d'écureuil.
  - Le rotor h enroulement est toujours constitué par un cylindre de rondelles de tôle empilées portant des encoches dans lesquelles sont
  - Fig. 559. — Caractéristiques des moteurs asynchrones.
  - logés les conducteurs de cuivre, mais ceux-ci sont soigneusement isoleS du fer et le circuit bobiné ainsi réalisé peut ou bien être fermé sur lul même (rotor en court-circuit), ou bien aboutir à des bagues de con
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- - LES MOTEURS
  - 581
  - servant lors du démarrage et que l’on court-circuite ensuite entre elles.
  - Afin de limiter le courant absorbé au démarrage et d’améliorer le couple uioteur, on introduit généralement des résistances dans le rotor des moteurs asynchrones.
  - Si un moteur asynchrone se trouve entraîné mécaniquement à une vitesse supérieure à celle du synchronisme, on voit qu’il fonctionne alors automatiquement en générateur et renvoie du courant dans la ligne ; c’est Pourquoi on l’emploie dans certaines applications spéciales, comme la traction électrique des chemins de fer de montagne.
  - La figure 559 montre la forme des caractéristiques des moteurs asynchrones. Ajoutons encore que le calcul montre que le couple d’un moteur b induction est proportionnel au carré de la tension d’alimentation aux bornes, de sorte qu’il est nécessaire d’avoir une tension d’alimentation aussi constante que possible, puisque, si elle varie de 10 p. 100, le couple nioteur tombe à 81 p. 100 de sa valeur normale.
  - * * *
  - Nous allons dire quelques mots pour terminer des moteurs à col-
  - tecteurs.
  - Commençons par les moteurs série monophasés. Ce sont des Moteurs série à courant continu, dont tout le fer (induit et inducteur) est feuilleté. Alimentés par du courant alternatif, au lieu de courant con-
  - ffriu, ils sont encore capables de fonctionner. Voici comment on peut s en reudre compte facilement.
  - Supposons un anneau Gramme muni de son enroulement et tournant Vers la droite. Les courants circulant dans l’anneau ont pour effet de propre, d’après la règle d’Ampère, des pôles magnétiques dans le fer de
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 582
  - l'anneau en p et q, tandis que les pôles engendrés par les inducteurs se trouvent en « et s. La résultante de ces deux actions est de former des pôles en v et p et de donner à l’axe magnétique la position indiquée sur la figure. C’est le phénomène du décalage des balais de la zone neutre dans le sens de la rotation dont nous avons parlé précédemment.
  - Mais si les deux électro-aimants N et S ne sont plus alimentés par du
  - courant continu, mais par du courant alternatif, les pôles ^ et s auront des intensités qui ue seront plus constantes, et même changeront périodiquement de sens ; au moment du renversement du courant dans Ie circuit des électro-aimants par exemple, la composante magnétique de leur action est nulle : la position de l’axe magnétique sera celle indiquée sur ja figure 560,2. Quand les pôles se seront inversés et que l’intensité du courant alternatif sera maxima, 1 axe magnétique sera par exemple dans la position de la figure 560,3. Au moment de l’in version des pôles, àla seconde demi-période du courant, sa position sera celle de la figure 560,4. Par suite, tout se passe comme si on avait encore ici un champ tournant ) mais on voit qu’il est nécessaire de lancer le rotor par un artifice spécial, et qu’ensuite sa vitesse augmente jusqu’au voisinage du synchronisme.
  - Le dispositif de démarrage le plus employé consiste à munir le stator de deux bobinages, l’un en communication directe avec la ligne, c’est 1 enroulement principal, 1 autre en dérivation sur le premier, c’est l’enrou lement auxiliaire dans le circuit duquel on place une bobine de self-indue tion ou un condensateur, de façon à décaler le courant dans ce circuit par rapport au courant principal. On a alors deux courants qui ne sont pins en synchronisme et produisent une sorte de champ tournant diphasé qni entraîne le rotor et produit le démarrage. Quand celui-ci est effectué, on isole le circuit auxiliaire (fig. 561).
  - Ajoutons que ces moteurs, lorsqu’ils atteignent une certaine puissance» sont très lourds et nécessitent, pour éviter les étincelles aux balais, de pre' voir des enroulements compensateurs et des pôles de commutation-Les moteurs dits universels, toujours de petite puissance, sont simple
  - principal
  - Courant
  - décalé
  - Fig. 561. — Dispositif de démarrage pour moteur monophasé. >
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- - LES MOTEURS 583
  - ment des moteurs série fonctionnant à la même tension d’alimentation, sur courant continu ou sur courant alternatif.
  - * * *
  - Dans les moteurs à répulsion imaginés en 1887 par Thomson, le courant n’est plus amené à l’induit par les balais : il y est engendré par induction statique. A part cela, ils sont très analogues comme construction aux moteurs série.
  - L’induit a la forme d’un rotor d’un moteur à courant continu à deux balais distants de 1800, mais en court-circuit. La figure 562 permet de comprendre le fonctionnement de ce moteur. Dans la position représentée, les balais B et B', étant calés sur la ligne neutre, seront toujours au même potentiel ; il ne circule donc pas de cou-rant dans l’induit. Inclinons mainte-nant les balais dans la position BJBj'
  - Par exemple, les parties de l’anneau sous chaque pôle ont pour effet de faire tourner l’induit de manière à amener les bobines perpendiculairement sous les masses polaires. Comme les balais restent toujours à la même place, l'induit tourne indéfiniment.
  - Au démarrage, le courant et le couple sont maxima, puisque, en marche normale, le courant circulant dans l’induit crée une force électromotrice secondaire qui vient diminuer le courant, et par suite le couple, quand la vitesse augmente.
  - Pour un courant donné, le meilleur couple de démarrage est °btenu pour un angle de calage [des balais voisin de 220, et on peut, en taisant varier cet angle, modifier la vitesse du moteur. En résumé' Pour démarrer et régler la vitesse, il suffit d’agir sur l’angle de calage balais.
  - De nombreux moteurs à répulsion ont été imaginés. Nous en citerons
  - seulement deux.
  - A
  - Fig. 562. — Moteur à répulsion.
  - Les moteurs Deri, dans lesquels il y a deux paires de balais réunis on court-circuit deux à deux comme 1 indique la figure 563 > les balais L et D sont seuls mobiles et servent au réglage. Ces moteurs ont unp Meilleure commutation que les moteurs a répulsion ordinaires.
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- - 5§4
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Les moteurs Latour comportent également deux paires de^ balais, l’une, AB, en court-circuit, l’autre, CD, calée à 90° de la première et en série
  - Fig. 563. — Moteur Deri.
  - Fig. 564. — Moteur Latour.
  - avec le circuit principal. L’avantage de ce moteur est d’avoir ses balais fixes, et il participe à la fois du moteur seul et du moteur à répulsion.
  - Enfin, sous le nom de moteurs asynchrones synchronisés, on a cherché à réaliser des appareils dont le fonctionnement normal se rapproche de celui du moteur synchrone, tandis qu’au démarrage ils se comportent comme un moteur asynchrone. Leur étude sortirait du cadre de ce chapitre.
  - 1
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- - CHAPITRE XXV
  - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - Avantages de la traction électrique. — Le problème de l’électrification des chemins ae fer. — Les systèmes en présence : traction par courant alternatif triphasé ; par courant alternatif monophasé ; par courant continu. — Avantages et inconvénients de chaque système. — La captation du courant. — Alimentation par fil aérien : mode de suspension et d’isolement. —Dispositif de prise du courant: trolley, archet. — Alimentation par caniveau. — Dispositif de prise du courant. — Alimentation par troisième vail. — Suspension caténaire. — Les moteurs de traction. — Les locomotives électriques. — Liaison des moteurs aux châssis. — Les systèmes de transmission de la Puissance motrice. — Les organes de régulation. — Les controllers. — La traction par unités multiples. — Le freinage des trains électriques. — Freinage électromagnétique. •— Fa traction par accumulateurs. — La propulsion électrique des navires, halage électrique et magnétique sur les rivières et canaux. — Organes auxiliaires manœuvre : les cabestans électriques.
  - Les avantages qne présente la traction électrique comparée a la trac-Lon à vapeur sont si nombreux et, pourrait-on dire, si évidents qu il Su^Lt de les énoncer rapidement pour se rendre compte du progrès que * électricité permet de réaliser dans ce domaine.
  - La suppression de la fumée assure tout d’abord à la traction électrique ^a supériorité sur tous les autres modes de traction au point de vue hygiène et confort. Mais elle permet également d’augmenter considérablement la CaPacité des gares terminus, surtout lorsque les rames comprennent plu-sieurs automotrices, en libérant les voies qu’il fallait réserver pour la ma-^ceuvre des locomotives.
  - Lrace à la traction électrique, l’accélération au démarrage peut atteindre des valeurs impossibles à obtenir avec la traction a vapeur, ce qui est parti-CuLerement avantageux lorsque les arrêts sont nombreux, comme sur une L§ne de banlieue ou un réseau métropolitain. Tandis que les locomotives 116 Peuvent communiquer aux trains qu’une accélération de om,30 à om,40 seconde, on arrive àParis, sur le Nord-Sud, a une accélération au demar-rage de om,57 et sur le Métropolitain de om,75-
  - La souplesse de marche, la capacité plus grande du trafic, le franchisse-rnent de rampes plus fortes et plus longues que celles que peut gravir locomotive à vapeur, le couple moteur plus uniforme sont des avants sur lesquels il est inutile d’insister.
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- - 586 APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Une autre qualité des locomotives électriques est leur poids moindre a •égalité de puissance, puisqu’une locomotive à vapeur de i 800 chevaux type Atlantic pèse 145 tonnes, dont 55 tonnes adhérentes seulement, tandis qu’une automotrice électrique de 2200 chevaux n’atteint qunn poids de 85 tonnes, dont 60 tonnes adhérentes. De plus, il n’y a pas de limite à la puissance d’une locomotive électrique, tandis que, pour la-traction à vapeur, le foyer ne pouvant dépasser certaines dimensions détermine par cela même la quantité de vapeür maxima qu’il sera p°s' sible de produire.
  - Enfin, à toutes ces supériorités, la traction électrique ajoute celle de permettre une économie notable de combustible, et c'est sans doute Ie plus gros argument en sa faveur.
  - Les grandes centrales modernes, brûlant des charbons de toutes qualités, équipées avec tous les perfectionnements apportés dans ces dernière5 années, aussi bien à la production de la vapeur qu’à son utilisation, permis d’abaisser la consommation intrinsèque du charbon jusqu’au vQl sinage de la limite théorique ; de telles stations présentent évidemment, au point de vue rendement thermique, une supériorité énorme sur locomotives à vapeur les plus perfectionnées, et cette supériorité est deve nue telle que, même en tenant compte de toutes les pertes dues à la trans formation de l’énergie et à son transport le long des voies ferrées, il u y aucun doute, d’après les résultats déjà acquis, que la substitution locomotives électriques aux locomotives à vapeur permettra de diminner de près des deux tiers la consommation totale de charbon.
  - Si on tient compte en plus des autres moyens de production de 1 èu^ gie électrique, en particulier par usines hydrauliques, il y a là un supp^e ment d’économie qui, dans les pays bien dotés comme la France en rl chesses hydrauliques, est loin d’être négligeable.
  - Il ne faut pas d’ailleurs attacher à ce dernier facteur une importa110 primordiale.
  - Du fait de l’électrification d’une section quelconque d'un réseau, et Pa la simple substitution, pour l’utilisation des combustibles, d’une stati° centrale moderne aux locomotives à vapeur actuelles, la dépense de char bon se trouve déjà réduite au tiers ; l’emploi de l’énergie hydraulique peut donc intervenir que pour réduire, ou dans certains cas faire d-isp^ raître, ce dernier tiers. Cet emploi donnera bien lieu à un suppleIïl d’économie, mais l'économie principale résultera de l’électrification Pr prement dite, quelle que soit la source d’énergie utilisée. ^
  - Il en résulte, par voie de conséquence, que les sections dont 1 élec cation serait le plus profitable à ce point de vue spécial ne sont paS lement, comme on serait tenté de le croire, celles pour lesquelles seraie
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 587
  - utilisables des puissances hydrauliques, mais aussi et surtout celles dont le trafic kilométrique est considérable et donne lieu à une consommation kilométrique de charbon élevée (Paris-Orléans, Paris-Dijon, Paris-Creil, Par exemple).
  - Enfin, la traction électrique nécessite un personnel moins nombreux, effectuant un travail moins pénible, que la traction à vapeur.
  - Bien que le premier chemin de fer électrique date de 1879 et que, depuis Cette date, tramways, métropolitains, sections de “chemins de fer électrifiés, se soient multipliés, le problème général est loin d’être résolu d’une laÇ°n définitive.
  - Si, dans les .villes et leurs alentours, pour des lignes de faible longueur Es solutions actuelles sont très satisfaisantes, il ne faut pas croire qu’il suffise de les amplifier pour résoudre le problème de la traction électrique sur les grands réseaux. En effet, dans la plupart des cas, l’alimentation fie courant continu à 500 ou 750 volts par trolley ou caniveau est très simple : la consommation d’énergie par les automotrices est relativement faible, et, bien qu’il y ait, au bout de la ligne, une chute de potentiel, elle 11 est pas très importante. Cependant, pour certaines lignes très longues, c°mme celle qui va de Grenoble à Chapareillan (45 kilomètres), la chute de Potentiel serait trop grande en fin de ligne, et il a fallu alimenter le trolley en plusieurs points par des feeders. Les réseaux métropolitains c°usomment plus d’énergie que les tramways, mais ils ont un développement moindre, et l’alimentation par troisième rail à 600 et même 1 200 volts est très suffisante.
  - Le problème est tout autre lorsque l’on passe à l’électrification des che-1111118 de fer. Ici, les automotrices ont des puissances considérables, variant
  - 2500 à 5000 et même 6 000" chevaux ; un grand nombre de trains sortent
  - E gare terminus et y entrent, surtout lorsque, comme c’est le cas pour ^aris, le réseau de banlieue a un service très chargé. Par conséquent, la c°nsommation d’énergie électrique est véritablement énorme et est de PEs sujette à de très forts à-coups qui dépendent des incidents de marche fies trains (démarrage, arrêts, passage des rampes, etc.). Il faut donc créer fies usines génératrices très puissantes, 100 000 ou 200 000 chevaux, ce qui, à 1 fieure actuelle, ne présente pas de grandes difficultés techniques, usines fi°nt le grand nombre des trains qu’elles alimentent assure du reste l’uni-Ermité du débit. Mais, lorsque l’on passe aux électrifications de vastes regions, comme par exemple celle des chemins de fer du Midi, de Paris-^rEans, de Paris-Lyon-Méditerranée, dont le programme comporte plus
  - 8000 kilomètres de lignes à électrifier, soit près du cinquième de la n8Peur totale du réseau français, la distribution du courant sur de
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- - 588 APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - grandes distances complique singulièrement le problème. Trois systèmes se trouvent en présence : courant alternatif triphasé, courant alternatif monophasé, courant continu. Actuellement, chacun d’eux a ses partisans'et ses ennemis, mais il semble bien que le courant continu soit le système qui, dans un avenir prochain, sera uniquement employé. Nous allons résumer rapidement les arguments qui sont présentés de part et d’autre.
  - Traction par courant alternatif triphasé. — Elle nécessite deux fils de phase assez voisins pour pouvoir être attaqués par des trolleys ordinaires ou des archets, et un troisième conducteur qui est constitué par la voie. L obligation d’avoir deux conducteurs aériens rapprochés limite la tension d’alimentation, qui est en général de 3 ôoo volts et ne dépasse pas 6 000. Particulièrement dans les tunnels, les conditions atmosphériques qui y existent et les dimensions restreintes de la place dont on dispose pour installer le système d’alimentation rendent le problème très délicat.
  - Les moteurs de traction sont par contre très robustes ; ce sont des moteurs d’induction asynchrones ; mais ils ont un gros inconvénient : üs manquent de souplesse, et leur vitesse, obligée de se trouver toujours au voisinage de la vitesse de Synchronisme, convient mal pour une exploita* tion de traction. On utilise bien divers artifices portr modifier leur vitesse • couplage en tandem de deux moteurs, variation du nombre des pôles des enroulements, etc., mais ce sont plutôt des expédients peu satisfaisants au point de vue rendement et surtout au point de vue de la récupération du courant lorsque le train, sur une pente descendante, progresse unique' ment sous l’action de la pesanteur.
  - Enfin, le courant alternatif produit, dans les lignes télégraphiques et téléphoniques qui longent la voie, des perturbations désastreuses. Dans certains cas, on a pu allumer des lampes à incandescence, grâce au courant développé par induction dans les lignes télégraphiques longeant une voie électrifiée. On conçoit que les appareils télégraphiques et téleph0 niques ne puissent résister dans ces conditions.
  - On a proposé d’abaisser la fréquence du courant à 25 et même 16,6 Pe riodes par seconde, afin de diminuer la résistance apparente des enroule ments des moteurs, mais on ne peut alors utiliser le courant alternatif des secteurs ; il faut construire des usines spéciales, dont le courant ne peut être employé qu’à la traction.
  - Traction par courant alternatif monophasé. — L’inconvénieO* des deux fils de prise de courant disparaît ici, puisqu’il suffit d’un seU fil aérien pour amener l’énergie électrique, lç retour se faisant par la terre
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- - 589
  - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - les rails. Aussi peut-on opérer sous des tensions élevées, 10 000 ou 20 000 volts, la locomotive portant un transformateur qui abaisse la tension à la valeur d’utilisation et permet de plus de faire varier le voltage très simplement aux bornes des moteurs.
  - Malheureusement, le moteur monophasé normal ne possède pour ainsi dire Aucun couple moteur au démarrage, car, ainsi que l’a montré M. Leblanc, le champ alternatif de l’inducteur se décompose en deux champs tournants egaux, mais dirigés en sens inverse, dont les actions s’annulent sur l’induit. Cette absence de couple moteur au démarrage étant inacceptable, °u se sert alors de moteurs à courant continu qui peuvent fonctionner également sur l’alternatif monophasé, puisque le sens du courant change simultanément dans l’inducteur et dans l’induit. On a alors des moteurs de traction monophasés dits à collecteurs, mais ils sont plus délicats que les Moteurs continus et leur rendement inférieur.
  - Traction par courant continu- — Ici, la difficulté ne réside plus dans 1 Appareillage électrique des moteurs, mais bien dans le mode de transport de l’énergie le long de la voie.
  - Tandis qu’il est très facile, avec les courants alternatifs triphasés ou Monophasés, d’effectuer l’alimentation à haute tension, le transformateur statique placé sur l’automotrice permettant d’une façon très simple et Ires avantageuse de ramener la tension aux valeurs normales d utilisation, il n’en est pas de même pour le courant continu. Transformer le courant continu d’alimentation à haut voltage en courant continu d’utilisation à bas voltage est une opération délicate et coûteuse, par suite du Mndement médiocre des appareils de conversion.
  - Aussi de nombreux systèmes ont-ils été essayés. La solution à laquelle °n est arrivé finalement, et qui donne toute satisfaction, consiste à réaliser le transport par courant alternatif de haut voltage, et à le transformer dans les sous-stations en courant continu de bas voltage (500 à3 000 volts), ^ette opération est très facile, grâce aux nombreux moyens dont on dispose P°ur l’effectuer : transformateurs rotatifs, redresseurs à vapeur de mer-Cllre, commutatrices, etc., que nous avons étudiés précédemment en dé-tail (chapitre XIX). En résumé, chaque mode de traction a ses avantages
  - ses inconvénients, mais il semble que la traction par courant continu soit celle qui doive, dans l’avenir, supplanter les autres ; aussi 1 étudierons-n°Us avec quelque détail.
  - Au début de la traction électrique, entre 1894 et 1906, le courant tri-Phase triomphe avec le moteur asynchrone normal (électrification du SlMplon, de la Valteline, etc.) ; sous l’influence des électriciens allemands, Artisans convaincus du monophasé, entre 1906 et 1909, le nombre des
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - voies électrifiées en monophasé avec les moteurs à collecteur augmente considérablement (lignes du Tessin, d’Oberammergau, essais du chemin de fer du Midi). Depuis cette date, le courant continu est de plus en plus en faveur (Société des transports en commun de la région parisienne, Chemins de fer'nogentais, tramways de Nice, etc.).
  - Dans les pages qui suivent nous allons examiner rapidement les installations de prise de courant, puis les moteurs et finalement les dispositifs mécaniques actionnant les automotrices et les locomotives électriques.
  - * * *
  - Le problème de la captation du courant comprend deux parties distinctes : la ligne distribuant l’énergie électrique le long de la voie, d’une part, et les organes solidaires du train, d’autre part.
  - Pour les tramways et les lignes de chemins de fer à voie étroite, on réalise l’alimentation soit par fil aérien, soit par caniveau. Pour les chemins de fer» le troisième rail (traction continue ou monophasée) est le système de distribution le plus simple ; mais, lorsque la tension d’alimentation dépasse i 200 volts et la vitesse du train ioo kilomètres à l’heure, on est obligéjwde renoncer au système du troisième rail, par suite de la difficulté de maintenir
  - -â
  - n9W
  - W
  - Suspension élastique sur Suspension élastique à console par clochette tube console avec clo-
  - chette isolante.
  - Suspension élastique 5 console.
  - Fis. 565-- Divers ^ des de suspensio fils aériens.
  - Isolateur pour courbes.
  - Isolateur à deux branches.
  - l’isolement et d’appuyer d’une façon satisfaisante l’organe de prise courant sur le rail conducteur ; on revient alors à la ligne aérienne à sUS pension caténaire.
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 59r
  - Les fils conducteurs aériens ont un diamètre de 8mm,2 en général (jauge anglaise n° o) et sont soit en bronze phosphoreux ou siliceux afin de Lur conférer une grande résistance à la traction, soit en cuivre dur ayant une conductibilité de 0,98 environ par rapport à l’étalon Matthiessen.
  - Le problème de la suspension du fil conducteur a fourni aux constructeurs l’occasion de déployer leur ingéniosité, et les systèmes proposés sont variés à l’infini. En général, on se sert de clochettes montées sur un tube console en porte a faux sur le poteau qui soutient la ligne.
  - Le montage de la clochette sur le tube console peut être soit rigide, soit élastique, soit enfin réalisé par fils transversaux. La suspension rigide est peu employée,
  - Par suite de son manque de souplesse. Au contraire, la suspension élastique permet la réalisation de grandes vitesses sans déraillement des perches.
  - La figure 565 donne Quelques types de
  - Pochettes.
  - Enfin, au lieu de suspendre la ligne à des appuis rigides,
  - °n Peut l’accrocher a un réseau de fils d acier tendus, dont tes extrémités sont attachées à des cro-chets scellés dans des murs, des poteaux, des maisons, etc. Si ce sys-tèrne est très économique, il donne naissance à des polygones articulés si enchevêtrés que les places et les rues dans les parties en courbe semblent ^couvertes d’une véritable toile d’araignée absolument inesthétique ; aussi Es municipalités des grandes villes tendent de plus en plus à en proscrire
  - leruploi. La figure 565 montre un type d’isolateur employé dans ce cas.
  - Le fil conducteur est fixé à l’isolateur par l’intermédiaire d’une oreille de façon très variable (fig. 566).
  - La prise de courant s’effectue soit par trolley, soit par archet. v Le trolley se compose d’une tête (fig. 567) montée de façon à rester paral-Ele au fil conducteur dans toutes les positions, d’une perche en tube d’acier une hase comprenant un pivot sur lequel tourne un fût supportant
  - Fig. 566. — Oreilles pour fiis aériens.
  - Fig- 567.— Tête de trolley, système Fives-Lille.
  - et d
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- - 592
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - la perche et la prise proprement dite. Des ressorts de rappel tendent a appuyer constamment la tête contre le fil de travail. Grâce aux deux
  - mouvements de la base et de la tête du trolley, on peut désaxer notablement Ie fil de ligne, ce qui est un gros avantage.
  - Nous décrirons sommairement, à titre d’exemple, la base du trolley employée sur les tramways de Paris (fig. 568). La perche Fig. 568.— Base de trolley Delachaux (S. T. C. R. P.). du trolley T est mon-
  - tée sur une fourche £
  - pivotant autour d’un axe O, solidaire de la base B. Un fort ressort à boudin R agit, par l’intermédiaire de deux tirants G et de deux bielles à béquille M, sur un axe H qui peut se déplacer dans une fenêtre C que porte la fourche E. Cette fenêtre comporte un logement d’accrochage L dans lequel vient se loger, en service normal, l’axe H. Enfin les bielles à béquille M peuvent buter sur les pièces K en forme de V qui se trouvent sur le plateau de base.
  - La figure représente la position normale de fonctionnement, et on comprend immédiatement le mode d’action du ressort à boudin. Lorsque la roulette du trolley quitte le fil, la perche, sollicitée par le ressort, s’élève jusqu’à ce que l’axe de roulement H, rencontrant brusquement la partie F de la base B, se dégage de son logement L. L’axe de roulement se déplace alors librement dans l’encoche C et l’action du ressort R est supprimée. Sous l'influence de son polus»
  - , . , uutef
  - perche s’abaisse donc jusqu’à ce que les béquilles de M viennent
  - Fig. 569. — Prise de courant par
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 593
  - sur les pièces K. Pour produire le réenclenchement du trolley, il suffit de tirer sur la corde qui est à l’extrémité de la perche jusqu’à amener celle-ci dans la position horizontale. Par cette manœuvre, on force l’axe H à venir se placer de nouveau dans son logement L, et l’action du ressort agit sur la perche qui remonte et est prête à la mise en place de lu roulette sur le fil.
  - L'archet, assez peu utilisé en France, comporte un polygone très léger rnonté sur un cadre fixé sur le toit de la voiture (fig. 569). Des ressorts de rappel très doux appuient légèrement l’archet contre la ligne. Un des avantages de ce système est la simplification du montage de la ligne conductrice en courbe, puisque celle-ci peut glisser sur toute la longueur de l’archet. Mais, par contre, on ne peut désaxer le fil conducteur dans d’aussi grandes limites latérales qu’avec le système à perche, et les vibration de l'archet dues à ses grandes dimensions et à son faible poids provoquent des étincelles qui détériorent l’installation.
  - La barre de frottement de l’archet est en aluminium, et la partie frottante en alliage doux antifriction coulé dans une rainure.
  - * * *
  - L>ans certains parcours des tramways, il est impossible, pouqdes raisons d’esthétique, de distribuer le courant par fils aériens. On a alors recours
  - Contact par le retour <M
  - courant du conducteur
  - Contact par te conducteur souterrain
  - Fig. 570. — Caniveau latéral.
  - système du caniveau, dont le seul inconvénient est son prix d'établis-Se<nent très élevé et son installation assez longue et délicate.
  - V igneron. — Électricité.
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- - 594
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Le système à caniveau consiste en l’aménagement, d’une conduite souterraine possédant une ouverture continue à sa partie supérieure et dans laquelle sont déposés des conducteurs de contact sur lesquels frotte
  - une prise de courant de forme spéciale solidaire de la voiture motrice et qui sert à alimenter les moteurs en courant.
  - Le caniveau peut être latévaU l’un des rails de roulement des voitures servant
  - xi amorce au caniveau où se déplace la prise de courant (fig. 57°^’ ou axial, ce qui est le cas le plus général, étant alors constituée par une ossature métallique superficielle située à égale distance des deux rail5 (fig- 571)-
  - Pour résister aux efforts souvent très considérables qui se développe»1
  - Fig. 571. — Caniveau axial.
  - Fig. 572. — Coupe d’un caniveau axial.
  - dans le sous-sol des grandes villes, les caniveaux doivent être établis d un^ manière extraordinairement solide et résistante. A Paris, par exempt 1 comportent des chaises en fonte, placées tous les im,30 et pesant 160 grammes (fig. 572). Contre ces chaises, lors de la construction du can^ veau, on dispose des moules en tôle à l’intérieur desquels on coule ^ béton de manière à constituer un caniveau continu. Sur les chaises - ^ fixés au centre les rails de rainure, et sur les bras les rails de roulem ^ L’écartement des premiers est maintenu par deux tirants ancres
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 595
  - 'a partie supérieure des chaises. Dans le pavage en hors, dont les reactions de poussée sont très fortes, on intercale, au milieu de chaque intervalle des chaises, des tirants supplémentaires prenant appui sur l'âme des rai s de roulement. Les conducteurs actifs~(positif et négatif dans le cas u courant continu, fil de ligne et fil de retour dans le cas du courant monophasé) sont de larges fers en T dont l’une des branches est serrée dans un boulon surmonté d’un isolateur fiu’un deuxième système de boulons relie aux parois du caniveau.
  - L’emploi de deux conducteurs s est imposé, car tous les essais de retour par la terre ou les rails de roulement ont donne des résultats déplorables dans les_J:ractions jpar caniveau, un court-circuit permanent Pouvant s’établir à Tinté-ricur des caniveaux entre les fils conducteurs et l’os-Sature métallique du caniveau.
  - La prise de courant
  - s’effectue par l’aide d’une
  - Prise plate dite « soc de
  - charrue », qui descend et
  - s lrisère entre les fers plats.
  - Pu v
  - Ue porte des palettes que
  - hes ressorts de rappel tenant à écarter du soc et à Maintenir au contact des conducteurs électriques.
  - ^es dispositifs mécaniques Fig. 573. — Prise de courant souterraine.
  - varient d’ailleurs avec cha-
  - ^ constructeur. La figure 573 montre le dispositif Thomson-Houston.
  - rmm
  - * *
  - ^ °rsque la voie sur laquelle circulent les trains est interdite aux piétons ^aux voitures, on peut disposer le^conducteur d’amenée du courant près c est T alimentation par troisième rail (chemins de fer, métro-ains). Le retour du courant s’effectue par les rails de roulement, o°nt L r
  - es hivers tronçons sont reliés les uns aux autres de façon à réaliser
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- - 596
  - APPLICATIONS DE VÉLECTRICITÉ
  - un conducteur électrique dont la résistance ne soit pas trop considérable (elle atteint io à 12 fois celle du cuivre).
  - Quant au troisième rail, il est constitué par un acier spécial au manganèse (carbone, 0,2 p. 100 ; manganèse, 0,4 p. 100 ; phosphore, 0,1 p. i°° > soufre, 0,05 p. 100 environ), de façon à diminuer sa résistance électrique-D’après Grard, les résistances kilométriques des rails (joints compris) sont approximativement les suivantes :
  - Poids en kilogr. par mètre. Résistance du Résistance des
  - troisième rail. deux rails de roulement.
  - 25 0,046 0,032
  - 30 0,038 0,027
  - 35 0,033 0,023
  - 40 0,028 0,020
  - 45 0,026 0,018
  - 50 0,023 0,016
  - La question de résistance électrique n’est pas la seule à envisager-L’isolement électrique du troisième rail est difficile à réaliser, car souvent les isolateurs se brisent. Il faut aux joints ménager des espaces suffisants pour permettre sa libre dilatation. On laisse généralement aussi une certaine latitude de déplacement vertical, afin de suivre les modifications de hauteur de la voie au passage des trains.
  - Enfin, la forme même du rail a dû être l’objet de nombreux essais- U doit pouvoir être recouvert d’une gaine protectrice isolante aux endroits
  - Cale en bois en Z pièces
  - Support en \ fonte \
  - \Rail normal
  - Fig. 574. — Coupe du rail de prise de courant avec plateau de protection en basalte fondu
  - Fig- 575- — Support du troisième rail, Nevv-Central.
  - (banlieue Ouest).
  - de passage du personnel. Il faut de plus le protéger contre le verglas en le recouvrant de quelques millimètres de glace, interrompt comp ^ ment le contact électrique. Sous la pression du frotteur de prise de coUf^üjt la couche de glace est rompue en certains endroits seulement ; il se pr0 alors des arcs qui peuvent provoquer l’incendie des supports (cet acc
  - fut fréquent sur les lignes aériennes du Métropolitain de Paris, et on ne P
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 597
  - remédier qu’en disposant sur les voitures des racleurs mécaniques précédant dans la marche du train le contact des frotteurs de prise de courant).
  - La figure 574 donne la forme du rail de prise de courant adoptée sur les chemins de 1er de l’Ouest pour l’électrification des lignes de la banlieue parisienne. Le contact des frotteurs a donc lieu, dans cet exemple, sur la partie infé- Pig 576.__Suspension caténaire simple.
  - rieure du rail parfaitement protégée. La figure 575 montre un autre dispositif fort en usage en Amérique.
  - * * *
  - Aux très grandes vitesses, ou lorsque la ligne électrifiée a de nombreux croisements de routes en passage à niveau, ou encore quand 1 enchevê-
  - Suspensiop triangulaire.
  - Ligne.
  - Traverses métalliques.
  - Fig- 577- — Suspension caténaire triangulée.
  - tr
  - ement des voies est considérable, comme aux abords des grandes villes dans les gares de triage, il est évident que le troisième rail n’est plus la s°lution idéale. On revient alors à la prise aérienne, mais modifiée afin de
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- - 598
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - l’adapter aux conditions beaucoup plus sévères de l’exploitation des chemins de fer.
  - Afin de ne pas multiplier les pylônes de suspension et d’éviter que le fil conducteur, sous son poids, ne prenne la forme d’une chaînette, on rend
  - le fil horizontal dans chaque portée en tablier des ponts suspendus, par des fils verticaux fixés à un ou deux câbles d’acier eux-mêmes tendus entre les supports de la ligne. C’est ce qu’on
  - Câble de suspension
  - Câble de suspension.
  - Fig. 578. — Suspension caténaire double.
  - le suspendant, à la manière dn
  - Fig. 579.— Pantographe Westingh°u
  - appelle la suspension caténaire, qui peut être simple (fig. 576) oudouble (fi&- 578). De plus, le fil de contact n’est pas rigoureusement parallèle â 1 axe de la voie ferrée, afin de ne pas user au même point l'archet de pr*se de "courant.
  - Sur les sections très chargées en trafic, on est forcé de construire de véritables charpentes afin de supporter le conducteur aérien de section suffisante pour laisser passer les intensités de plusieurs milliers d’ampofeS que consomment les locomotives électriques de 1 800 à 2 000 cheval'
  - La figure 577 montre le dispositif employé par les chemins de fer d léans pour les sections a gros trafic de leur réseau.
  - Quant au système de prise, l’archet est remplacé par un disposé pantographique analogue à celui représenté figure 579.
  - * * *
  - * ’ ps
  - Les moteurs de traction fonctionnent sur les mêmes principe» les moteurs ordinaires, mais les conditions spéciales à satisfaire imp°s dans leur réalisation un certain nombre de modifications.
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 599
  - Dans les automotrices et les tramways, le faible encombrement dont on dispose ne permet pas de donner beaucoup d’aisance aux moteurs. Les carcasses de moteur doivent être, ainsi que les organes de transmission, enfermées aussi hermétiquement que possible.
  - Les enroulements sont extrêmement simples, la question de robustesse
  - /Ressort /ame
  - essort de repper\ JCharbon
  - Charbon \
  - Fig. 580. — Balais de moteur de traction.
  - étant primordiale. Les balais, par suite des vibrations du châssis, ont une tendance à quitter les lames des collecteurs, d’où production d’arcs nocifs
  - Fig. 58t. — Moteur de traction T.-H. 560 A. V. (vue côté pignon).
  - 'Ld les détériorent. Actuellement, les porte-balais comprennent une gaine de cuivre renfermant le charbon pressé sur le collecteur par un ressort. L’inertie, réduite à celle du charbon, est alors minime (fig. 580).
  - Nous avons vu, en parlant des moteurs à courant continu, _que les
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- - 6oo
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - balais, par suite du champ magnétique induit, ne doivent pas être cales suivantja ligne neutre théorique. Comme c’est le flux induit qui déter-
  - Pôle de commutation. Bobine d’induction.
  - Arbre
  - moteur.
  - ... © <
  - Balais.
  - Collecteur.
  - Ventilateur.
  - Déflecteur.
  - Fig. 582. — Coupe transversale et coupe longitudinale d’un moteur T.-H. 5^0,
  - mine le décalage des balais, celui-ci augmente avec l’intensité absorb par le moteur, c’est-à-dire qu’il augmente avec la charge. ,
  - Dans les moteurs de traction, où la charge varie d’une manière con ^ depuis le démarrage du train, on ne peut modifier le calage des balais-^^ a alors recours à des pôles auxiliaires dits pôles de commutation> les enroulements desquels circule le courant induit. Ces pôles sont ma
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE 601
  - à l’inverse des pôles principaux. Le même artifice est applicable aux Moteurs monophasés à collecteurs.
  - Nous donnerons, à titre d’exemple, quelques indications sur le moteur Thomson-Houston TH 560, d’une puissance de 40 chevaux (600 volts, 59 ampères, 710 tours à laminute). La figure 581 donne la vue d’ensemble et la figure 582 les coupes transversale et longitudinale.
  - La carcasse est en acier coulé magnétique et fondue d’une seule pièce. Les paliers du moteur sont solidement fixés à chaque extrémité de la carcasse par des Vls rendues indesserrables.
  - LTne large porte permet la visite du collecteur. Le fil conducteur des bobines inductrices et de commutation est de section rectangulaire afin fiu’elles ne soient pas 'désorganisées par les trépidations, et elles sont spécialement protégées contre l’humidité. Des disques-ressorts assurent leur immobilisation par rapport anx masses polaires et composent les contractions que Pot subir à la longue l’isolant Extérieur.
  - L’induit porte un ventila-^Or centrifuge, qui assure la circulation de 1’ air dans le moteur. A chaque extrémité de l’induit se trouvent des déflecteurs d’huile portant une double gorge circulaire dont les bords viennent se placer de part et d’autre des bords d une double gorge circulaire venue de fonderie avec le palier. Ces déflecteurs °nt pour but de recueillir l’huile de graissage qui coule des paliers et de la rejeter par la force centrifuge dans des gouttières qui la ramènent à un réservoir inférieur dont la vidange est très facile. Le moteur entraîne an arbre par l’intermédiaire d’un engrenage dont le rapport des dents
  - 85 8°
  - Permet de réduire la vitesse dans le rapport de — ou —.
  - 14 » 19
  - Fig. 583. —Courbes caractéristiques sous 600 volts du moteur T.-FI. 560. Roues de 800 millimètres. -Réduction : 85/14.
  - Régime horaire 40 CV pour moteur auto-ventilé. Régime continu 27 CV pour moteur auto-ventilé. Régime horaire 33 CV pour mo'teur fermé.
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- - 602
  - APPLICATIONS DE• L’ÉLECTRICITÉ
  - Les courbes caractéristiques de ce moteur]sont dessinées dans le graphique figure 583 aux différents régimes.
  - Dans les locomotives électriques, où la place n’est plus si limitée pour l’installation des moteurs, ceux-ci se rapprochent beaucoup des moteurs ordinaires. Aussi nous ne dirons que quelques mots des avantages généraux des divers systèmes.
  - Le moteur série
  - est employé universellement sur leS' lignes à courant continu. Un de ses pi115" grands avantagé est de développer un effort de traction d’autant plus grand que sa vitesse dimi-nue davantage Avec la locornotive à vapeur, quand l’effort à développer augmente trop, la vitesse diminue très rapidement jusqu’à devenir nulle, tandis qu’avec la locomotive électrique, la vitesse tend vers une limite inférieure et l’effort de traction peut atteindre un maximum beaucoup plus élevé.
  - Le moteur série à courant alternatif fonctionne d’une manière analogue» mais ne peut développer un couple de démarrage aussi grand que le moteur à courant continu.
  - Avec le moteur d’induction, à vitesse constante, le couple de démarrage est très puissant, mais, la vitesse restant constante, la puissance augmente avec l’effort de traction, ce qui fait que l’on est obligé de prévoir des moteurs d’une puissance supérieure à celle indispensable en moyenne.
  - La figure 584 groupe les caractéristiques générales des diverses l°c° motives électriques et à vapeur.
  - Centièmes de ièffbrt normai de traction
  - Fig. 584. — Comparaison des divers systèmes de traction.
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- - trique est la liaison du moteur au châssis et la transmission de l’énergie Iïîecanique aux roues.
  - Fig. 585. — Locomotive de 265 tonnes courant continu 3 000 volts sans engrenage (gearless). Puissance maxima, 3 250 chevaux.
  - Fig. 587. — Armature et roues d’une locomotive sans engrenage.
  - Fig. 586.— Section par l’axe d’un des douze essieux moteurs de la lopomotive sans engrenage,
  - LA TRACTION ÉLECTRIQUE 603
  - Un des problèmes les plus délicats de l’équipement de traction élec-
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- - 604
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - L’idée la plus simple serait de caler directement les roues sur l’arbre du moteur et de transformer celui-ci en essieu. Mais cette solution s’est heurtée dès le début à des difficultés mécaniques considérables, malgré son apparente simplicité. Cependant, en Amérique, on a construit de nombreuses loco-
  - CAassis de b voilure
  - / /îessarl
  - CAâSs/S de b voiture
  - 7bmpons\>A
  - e/âst/QueèrC^
  - Fig. 588. — Suspension par le nez.
  - Fig. 589. — Suspension par barres latérales inférieures.
  - motives sans engrenages ; la figure 585 représente une locomotive de 265 tonnes, 3 000 volts continu, utilisée dans les Montagnes Rocheuses et destinée à remorquer des trains de 960 tonnes (douze wagons Pulmann)-Elle possède douze moteurs et peut développer 3 250 chevaux. Les figures 586 et 587 donnent la coupe par l’un des douze axes moteurs et la vue de l’essieu muni de son armature.
  - A part ces cas exceptionnels, on emploie, surtout pour les tramways, des moteurs à réduction
  - traînement élastique de l’essieu par le moteur.
  - de vitesse, mais alors une complication se présente : comment suspendre moteur au châssis de la voiture pour que, malgré les vibrations des^ sieux et du châssis et leurs mouvements relatifs par suite des irregu
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- - 6o 5
  - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - larités de la voie, la transmission se fasse sans à-coups et sans que le train d’engrenages soit soumis à des efforts anormaux ?
  - Parmi les nombreux systèmes de suspension proposés, nous ne citerons que les principaux. Une suspension très employée est celle dite « par le nez » (fig. 588). Elle consiste en une patte venue de fonte avec la carcasse dans laquelle s’engage un boulon relié au châssis. Ce boulon sert de guide a un ressort fixé au châssis et à la patte (ou nez) du moteur.
  - Une autre suspension est dite par barres latérales. La figure 589 en donne le principe : un système articulé repose sur le châssis par des tampons élastiques et, vers son milieu, supporte le poids du moteur par l’intermédiaire d’une bielle verticale passant par le centre de gravité du moteur.
  - * * *
  - L’entraînement de l’arbre moteur par la dynamo, quel que soit le système de suspension, doit se faire d’une façon élastique, sans quoi, au démarrage ou lors des changements brusques de régime de marche, les engrenages seraient Infailliblement détériores. On réalise la liai-s°n par l’intermédiaire de plateaux d’accouplement de systèmes di-vers. Les figures 590 et 591 montrent deux types d’entraînement de l’essieu par le moteur.
  - Au lieu de commander les roues motrices Par train d’engrenages, on utilise également le système classique de la machine à vapeur, bielle-manivelle, et ici encore les réalisations pratiques s°nt extrêmement nombreuses. Bien qu’en faveur en Amérique, en Allemagne et en Suisse, les locomotives à bielles ont donné lieu à des mécomptes et à des ruptures de pièces partout où elles ont été employées.
  - Les moteurs électriques sont en général à axe horizontal, attaquant les r°ues motrices par l’intermédiaire d’un train d’engrenages (fig. 592). Dans certaines locomotives récentes de grande vitesse, les moteurs sont à axe Vertical, couplés par deux et attaquent l’arbre creux au moyen d’engre-
  - Fig. 592. — Disposition de la commande individuelle unilatérale d’un essieu moteur par un engrenage réducteur de vitesse (chemins de fer suisses).
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- - 6o6
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - nages coniques. Tel est le cas des locomotives à grande vitesse de la Compagnie du Midi, qui remorquent un train de 300 tonnes à 130 kilomètres à l’heure. La disposition verticale des moteurs permet d’avoir un centre de gravité situé assez haut (im,87) au-dessus de la voie, ce qui assure une bonne stabilité de route. De plus, les moteurs tournant en sens inverse créent sur les engrenages coniques de l’arbre creux des réactions horizon-
  - Fig. 593. — Vue de la locomotive type 2C2 des chemins de fer du Midi, paroi latérale enlevée.
  - taies égales et de sens contraire, de sorte que cet arbre creux est en équilibre et n’a pas besoin de butée latérale.
  - La figure 593 montre la vue d’ensemble de cette locomotive (panneaux latéraux enlevés), et les figures 594 et 595 les vues de détail de l’ensemble deè moteurs, permettant de saisir leur mode d’action.
  - L’aspect extérieur des locomotives électriques dont nous donnons quelques types dans les figures 597 et 598 montre combien leurs disposa tions intérieures sont variées. Aussi serait-il impossible d’indiquer, meme succinctement, les diverses combinaisons auxquelles se sont livrés lesmge' nieurs de façon à utiliser au mieux la place relativement restreinte dont ils disposent pour installer les moteurs et les organes de commande. On com prend également immédiatement que, pour la locomotive électrique, on en est encore, malgré les résultats satisfaisants obtenus, à la période de tâtonnement, et la forme « standard » n’est pas encore trouvée. Chaque fois qu’unejiouvelle ligne ou un nouveau réseau est électrifié, on crée un
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 607
  - Nouveau type de locomotive électrique... supérieure aux types existants ^t en général radicalement différente quant à la disposition intérieure ^t aux organes mécaniques,
  - * * *
  - 594- — Coupe suivant l’axé d’un des moteurs doubles de la locomotive des chemins de fer
  - du Midi.
  - A côté des locomotives destinées au service des lignes de chemin de fer, 0n utilise de plus en plus à l’intérieur des usines, des mines, des carrières, etc., ^es locomotives industrielles remorquant les matériaux à de petites dis-
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- - 6o8
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fig- 595- — Vue de détail de I’en' semble des moteurs.
  - tances. Leurs dispositions sont également très variées, mais leurs organes essentiels sont analogues à ceux des locomotives de réseau ^fig. 596, 599> 600).
  - * * *
  - Un organe extrêmement important de toute locomotive
  - électrique est le contrôlé’ qui permet au mécanicien de
  - Fjg. 596. — Locomotive d’usine d 25 tonnes.
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- - Fig. 599. — Type de locomotive de mines.
  - Fig. 598. — Locomotive de 100 tonnes, 600 volts, courant continu, moteur 300 chevaux (G. E. C°).
  - Fig. 600. — Locomotive d’usine de 15 tonnes.
  - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
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- - 6io
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - faire varier à volonté la vitesse du train en agissant sur le régime électrique des moteurs.
  - C’est un cylindre vertical isolant que l’on peut faire tourner autour de son axe, au moyen d’une manette. Il porte sur sa longueur des bagues ou portions de bagues en cuivre qui viennent frotter contre des plots de connexion, ou encore des doigts métalliques s’engageant dans des mâchoires fixes.
  - La figure 601 donne un exemple schématique simple d’un controller pour moteur série. Le cylindre mobile porte onze bagues numérotées de i à ii, qui sont développées sur la figure. Elles frottent contre les plots fixes A, R1( R2, R3) R4> S1; S2, S3, C, D, B, reliés aux rhéostats de démarrage, de réglage, au moteur et à la ligne en A et B.
  - Lorsque le cylindre est tourné de façon que les plots se trouvent sui la ligne I, le courant arrive par i, va en 2, passe par le rhéostat de démarrage, par l'excitation, arrive à la bague 8 par le plot S3, passe à la bague 9 et au moteur par.le plot C et enfin retourne à la ligne par le plot D, les
  - Excitation
  - bagues 10 et 11 et le plot B.
  - Au fur et a mesure que l’on tourne le cylindre (lignes II, III), on dimi-01,1 wvw nue la résistance de démarrage, et, quand on est dans la position D > elle se trouve éliminée : le moteur est en court-circuit sur la ligne.
  - Dans la position V, le moteur est toujours en court-circuit, maL on a introduit une résistance de réglage en dérivation sur l’excita tion, ce qui augmente la vitesse. On diminue cette résistance en passant à la position VI.
  - Pour changer le sens de marche, on renverse le courant seulement dans l’induit, au moyen d’un com mutateur manœuvré par une seconde manette placée sur le controller et qu'on ne peut actionner que lorsque l’on a interrompu complètement le courant.
  - 601. — Schéma d’un contrôleur de tramway.
  - Lorsqu’il y a deux moteurs série-parallèle, la disposition est un Pe plus compliquée. La figure 602 permet de suivre facilement les div combinaisons que peut effectuer le wattman. *
  - La figure 603 montre la vue d’un controller de tramway. Les q plots supérieurs correspondent à l’inverseur de courant, les plots inféré
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE 611
  - aux positions diverses du controller proprement dit. Ajoutons que, pour éviter la formation des arcs lorsque les bagues quittent les plots, des
  - Fig. 602. — Contrôleur série-parallèle pour deux moteurs de traction.
  - éiectro-aimants, quel’on aperçoit sur la partie gauchedela figure, assurent k soufflage magnétique des arcs fiui pourraient s Amorcer.
  - * * *
  - ' problème se
  - '“Wpüque encore
  - 0rSque, au lieu
  - avoir une seule
  - v°iture motrice
  - ^nnie d’un ou,
  - ^Us fréquem-
  - ment> de deux
  - Iïl°teurs, on a une
  - arïle comprenant
  - eUx °u plusieurs
  - °itures motrices,
  - COlTlme les métro-
  - ^°Ütains ou certaine i. . Fig. 60^5. — Vue d’un controller de tramway Thomson-Houston.
  - trams destinés ' «,
  - a etre sectionnés au cours du parcours. Pour ce mode de traction
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- - 6l2
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - dit par unités multipes, la commande et la régulation des moteurs sont des problèmes dont les diverses solutions qui ont été proposées sont extrêmement délicates et compliquées. Aussi n’en dirons-nous qlie quelques mots très généraux.
  - Électro-aimant.
  - Au controller.
  - Valve.
  - Piston.
  - Crémaillère.
  - Air comprimé.
  - Axe du cylindre. —
  - Au controller.
  - Piston.
  - Valve.
  - Fig; 604. — Schéma de la commande électro-pneumatique.
  - Tout d’abord, les puissances mises en jeu ne permettent plus d’effectuer les connexions à l’intérieur même du controller. On ne peut évidemment pas construire cet appareil de façon à couper sans danger des courants
  - Fig. 605. — Ensemble d’un controller électro-pneumatique P. C. (Thomson-
  - Houston)-
  - de
  - plusieurs centaines d’ampères sous 500 ou 600 volts. Le controller
  - cdX ^
  - commande est beaucoup plus réduit que celui des tramways, ^ ^
  - sert seulement à envoyer un courant dans des électro-aimants disp ^ dans une autre partie de la voiture et qui, eux, actionnent les interrup généralement plongés dans des bains d’huile.
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 613
  - L’un des premiers systèmes est le système Sprague. Il comprend un circuit de commande réunissant toutes les voitures motrices ; dans chaque yoiture se trouve un équipement analogue à celui d’une voiture isolée ordinaire et un circuit de relais actionnant des* électro-aimants. Il suffit d’un câble à cinq conducteurs reliant les diverses voitures pour commander toutes les manœuvres nécessaires.
  - Dans les systèmes pneumatiques (Westinghouse, P. C., Thomson-Houston), les contacteurs réalisant les différentes combinaisons électriques des moteurs sont montés sur un axe portant une roue dentée sur ^quelle embraye une crémaillère solidaire de la tige d’un piston se déplaçant dans un cylindre sous l’action de l’air comprimé distribué par une conduite spéciale.
  - Dans ces conditions, le manipulateur de commande ne travaille que SUr une ligne à faible voltage, 10 à 15 volts fournis par une batterie d accumulateurs, et le courant qu’il envoie ne sert qu’à actionner des électro-mrnants ouvrant ou fermant les valves de la conduite d air comprimé.
  - La figure 604 montre le principe du fonctionnement et la figure 605 représente un contrôleur électro-pneumatique Thomson-Houston, les Afférents organes (inverseur, controller, interrupteur de ligne) étant mondes sur un axe mû par l’intermédiaire d’une crémaillère actionnée par ^ air comprimé.
  - Le freinage des trains Par le même système que dans les tr Westinghouse par exemple). Mais, dans certains cas, on réalise également un frei-nage auxiliaire à l’aide des moteurs eux-^êmes fonctionnant ^°rs, non plus cornue moteurs, mais comme générateurs.
  - f;n effet, si on laisse Alimentation du courant des
  - Excitation des inducteurs, en coupant h du train, débi-
  - *duits, les dynamos, tournant sous l’action de la marAe du feront alors un courant, produit au prix dun travail qu
  - Fig. 606. — Schéma du fonctionnement d’un frein électromagnétique à patins.
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- - 614 APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - train. On sait en effet qu’en court-circuitant un moteur lancé, on l’arrête immédiatement. Le courant ainsi produit peut être renvoyé dans le cif* cuit d alimentation, et on obtient ainsi une récupération qui est loin d être négligeable, surtout lorsqu’il s’agit de lignes de montagne (fig. 604)-Pour les tramways, aux systèmes de freinage ordinaire, et au freinage électrique, on adjoint en plus le freinage électromagnétique, rendu obligatoire par les règlements d’administration publique lorsque la ligne présente des parties ayant des pentes supérieures à 6 centimètres par mètre.
  - Les patins électromagnétiques, que des électro-aimants alimentés par le courant des moteurs
  - Fig. 607. - Frein électromagnétique. tournant en génératrices
  - appliquent sur les rau
  - pendant la descente, présentent le gros avantage d’augmenter l’adhérence de la voiture en même temps qu’ils produisent le freinage. La figure 606 montre un patin[à une bobine qui, pour une intensité de25 ampères, exerce un effort vertical de 4 tonnes sur le rail. On voit donc que ce système de freinage est extrêmement puissant.
  - * H= *
  - Dans ce qui précède, nous avons parlé uniquement de la traction Paf courant fourni aux moteurs par une ligne de distribution d’énergie- 11 nous reste à dire quelques mots de la traction par accumulatcHrS' Bien que les automobiles électriques aient été abandonnées lors du développement des moteurs à èxplosion, il semble que, tout au moins dans certains cas particuliers, les accumulateurs actuels, grâce à leurs Per' fectionnements, puissent soutenir avantageusement la comparaison a^eC les automobiles ordinaires.
  - Si 1 automobile électrique ne peut concurrencer la voiture de tourisn1 à moteur à explosion, par suite de son rayon d’action limité (15° métrés environ), par contre, elle présente des avantages indiscuté lorsqu’il s’agit d’assurer un service de ville, de livraisons, par exempt' le trajet journalier n’excédant pas, dans ces conditions, une centaine kilomètres.
  - En effet, 1 automobile électrique est le véhicule idéal au point de v
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - 615
  - construction. Supposons qu’à une automobile ordinaire on enlève tout ce qui constitue un mécanisme délicat, le moteur avec ses pistons, soupapes, bougies, etc. ; le carburateur, le système d’allumage, le ventilateur, le radiateur, les pompes à huile et à eau, les réservoirs d’eau et d’essence, le changement de vitesse et la transmission avec toutes leurs complications, ue laissant finalement subsister que la batterie d’accumulateurs, le démarreur électrique et son bouton de commande, nous avons les éléments essentiels d’une automobile électrique.
  - Chacun de ces organes fondamentaux a été l’objet d’études si poussées dans d’autres branches de l’industrie électrique et est arrivé à un si haut degré de perfectionnement et de sécurité qu’il est facile de comprendre que l’automobile électrique est infiniment plus parfaite, plus « au point », ue l’automobile ordinaire. Le controller qui remplace le changement de vitesse a fait ses preuves sur les tramways et locomotives électriques ; les moteurs sont analogues à ceux que l’on utilise en traction ordinaire, et les batteries d’accumulateurs sont maintenant bien étudiées : le poids mort est réduit ; la capacité par kilogramme de plaques est satisfaisante, les connexions, couvercles et bouchons de bacs assurent une étanchéité Parfaite. Enfin, les divers systèmes de transformation du courant pour la charge des batteries suppriment tout ce que ce problème Pouvait avoir de compliqué il y a quelques années.
  - Les avantages de 1 automobile électrique sont nombreux, et nous les signalerons rapidement. Facilité de mise en marche par toutes les températures j risquesf d’in-
  - Udie extrêmement pjg 608. __ un camion électrique. On remarque sous le châssis reduits ; souplesse la caisse d’accumulateurs amovible.
  - marche et de
  - manœuvre supérieures à celles des automobiles ordinaires; durée plus grande des pneumatiques ; durée incomparablement plus longue de la voiture, par suite de l’extrême simplicité et de la robustesse de son méca-nisme, frais d’entretien et de réparation minimes ; enfin, économie appré-
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- - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - éiè
  - ciable sur la puissance motrice, et cela même en des pays comme l’Amérique, où cependant le prix de l’essence est très peu élevé. L’économie que présente la traction par accumulateurs est au moins de 25 à 30 p. 100 sur la traction automobile ordinaire.
  - Chose remarquable : c’est en Amérique, pays d’élection de l’automobile, centre principal de production du pétrole et de l’essence, que l’automobile électrique s’est développée au maximum. C’est ainsi qu’à New-York,
  - tous les grands magasins emploient exclusivement des automobiles électriques pour leurs livraisons à l’intérieur de la ville, il en est de même des laitiers, des boulangers ( Cushman, 150 voitures ; Ward Baking, 200 voitures) et des entreprises de transport (American Railway Express, 324 voitures). La figure 608 représente une voiture de livraison à accumulateurs, et la figure 609 une automobile de tourisme.
  - Le controller, très simple et très robuste, est manœuvré par un levier qui remplace le levier de changement de vitesse des automobileS ordinaires, et les connexions électriques qu’il permet d’établir sont, puisqu’il n’y a en général qu’un seul moteur, les mêmes que celles que nous avons, décrites à titre d’exemple, page 601.
  - * * *
  - L’électricité a été également appliquée à la propulsion des navireS La marine de guerre américaine possède des croiseurs et des cuirasse (type New-Mexico) dans lesquels les hélices sont actionnées par des moteur électriques auxquels le courant est fourni par une véritable centrale e -trique installée à bord. Un certain nombre de cargos et de bateaux passagers sont également mus par l’électricité.
  - L’économie est notable sur les systèmes à vapeur et l’encombrerI1^ moindre, puisque l’on supprime les machines auxiliaires généra d’électricité qu’il faut toujours installer à bord pour l’éclairage, les p° k les treuils, etc.
  - Fig. 609. — Vue d’une voiture électrique de tourisme.
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - M7
  - En général, l’énergie électrique est produite dans la chambre des machines par une génératrice accouplée directement aune turbine à vapeur ; dans la cale arrière, se trouve le moteur actionnant l’hélice. Un controller installé au poste de manœuvre du commandant permet d’agir sur le régime électrique de ce moteur (moteur synchrone ou moteur d’induction).
  - La figure 610 montre une des dispositions de machines adoptée sur les cargos.
  - La figure 6n représente le turbo-géné-rateur du paquebot Cuba, et les figures 612 et 613 la vue et la coupe d’un moteur d’induction pour pro- è Pulsion marine. %
  - ci
  - •g
  - * * *
  - V
  - U
  - g
  - Un cas particulier g de traction électrique est le halage électrique sur les rivières et Us canaux.
  - Un emploie à cet effet des tracteurs spéciaux, dont la figure montre un type,
  - Fig. 610. — Disposition de la machinerie, dans un cargo mû par un moteur électrique.
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- - 6i8
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - qui circulent sur des rails disposés sur le chemin de halage du canal-Afin d’augmenter l’adhérence, les deux essieux sont couplés par bielle et manivelle. La prise de courant s’effectue par trolley. Le poids mort est intentionnellement assez élevé, et un double engrenage permet de réduire
  - Fig. 611.— Salle des machines du Cuba, côté du générateur.
  - la vitesse à la valeur très faible imposée dans cette application, écluses du canal de Panama, la manœuvre des navires s’effectue a
  - Aux
  - l’aide
  - de tracteurs électriques beaucoup plus puissants, étant donné Ie nage des navires à écluser.
  - * * *
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- - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Dans quelques cas, on réalise le halage magnétique (entre Paris et Rouen en particulier). Une chaîne de fer est disposée au fond de la rivière et s’enroule sur deux tambours de grand rayon montés sur le remorqueur.
  - Fig. 614.
  - A 1 extrémité de ces tambours se trouvent de puissants électro-aimants qui empêchent le glissement de la chaîne. Une machine à vapeur fait tourner les tambours et le remorqueur progresse en prenant ainsi appui sur la chaîne.
  - * * *
  - Les cabestans électriques qui, dans les gares de chemin de fer, servent à la manœuvre des rames de wagons, constituent un mode de traction très spécial, il est vrai, mais dont nous dirons quelques mots, car °n peut considérer qu il rentre dans le cadre de ce chapitre.
  - En général, on estime que, pour le tirage des wagons, il faut compta sur un effort de traction de 10 à 12 kilogrammes par tonne, en supposant que la manœuvre se fasse sur une voie droite, en palier, avec un bon materiel roulant ; cette estimation est encore valable avec une légère rampe et des courbes de grand diamètre.
  - Le cabestan dont être protégé absolument contre toute introduction de poussière, d’eau, etc. ; le nmteur doit avoir un très fort couple au démarrage et un faible encombrement.
  - On se sert soit de moteurs à courant continu (type compound), soit de moteurs a courant alternatif (type asynchrone à rotor bobiné avec résis tances intercalées dans le rotor). Les vitesses périphériques sont d’environ im,5o a vide et om,6o en régime normal pour une poupée de 30 centimètres
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  - LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - de diamètre ; l’effort au calage est voisin de i ooo kilogrammes et de 500 kilogrammes en régime normal pour les types ordinaires usuels. La consommation d’électricité est d’environ 6 kilowatts en service normal et peut
  - A - Poupée du cabestan B. - Couvercle de visiie.
  - - Pédale de commande.
  - - Interrupteur à pédale.
  - - Engrenages.
  - - Moteur électrique.
  - - Résistances.
  - Fig. 615. — Coupe et plan d’un cabestan électrique Thomson-Houston.
  - s élever à 15 kilowatts au moment du calage. La figure 615 montre la coupe d’un cabestan électrique Thomson-Houston actionné par un moteur à courant continu et permet de se rendre facilement compte du mode de construction et de fonctionnement.
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- - CHAPITRE XXVI
  - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Divers modes de transformation de l’énergie électrique en chaleur. — Effet Joule.—Diverses compositions des résistances. — Arc électrique.—Divers types de fours électriques. —-Effets d induction. — Applications domestiques. — Fer électrique, réchauds, appa~ reils à ébullition, radiateurs. — Prix de revient du chauffage électrique des appartements, de la cuisine, des bains. — Les appareils à accumulation. — La tarif cation de l energie électrique pour les applications domestiques. — Conditions de réception imposées pour les divers appareils. — Applications dans les laboratoires. — Étuves. • Fours et moufles électriques. — Fours électriques a vide. — Applications industrielles.
  - Fours à recuire. — Four Gin à résistance. — Construction des appareils à résistance. Coefficient de profl. — Coefficient de montage. — Exemples. — Les fours à arc. Fours Stassano, Héroult, Girod, Keller. —Fours pour la fixation de l’azote-— Conditions à remplir. — Fours Kowalski et Moscicky, Paulig, Birkeland et Eyde-Les fours à\induction. —- Fours Kjellin, Rôchling-Rôdenhauser, Gin, SaludiU-Les fours à haute fréquence de Northi up. — La soudure électrique par arc. — Carcic-. téristiques pratiques, résultats. — La soudure électrique par résistance, par rapPy0~ chement, par points, continue. — Rendement. — Fours à souder électriques.
  - Les procédés de transformation de l’énergie électrique en éner“ gie calorifique sont en très petit nombre : on a recours soit directement à 1 effet Joule, ce qui est le cas le plus fréquent, soit aux courants induits de Foucault, soit enfin à l’arc électrique. Dans le premier cas, c’est le paS' sage du courant à travers une résistance qui produit réchauffement-Il faut que la résistance soit toujours placée très près du corps à chauffer, pour que sa température propre ne soit pas beaucoup plus élevée que celle du corps à chauffer, ceci afin de ménager la durée des appareils.
  - Lorsque 1 on utilise les courants de Foucault, le corps à chauffer peut parfois constituer tout ou partie du circuit résistant. S’il s’agit de 1 arC électrique, le corps à chauffer peut, dans certaines conditions, jouer V rôle d une des électrodes, mais ces cas favorables sont assez rares.
  - Une des grosses difficultés pratiques provient de la tension assez élevée (no °u 220 volts) sous laquelle est fournie ordinairement l’énergie élee trique, ce qui impose une section assez faible du système chauffard et augmente sa fragilité lorsque l’on cherche à obtenir des température^ de 500° et plus. Nous allons passer en revue les différents systèmes de chauffage proposés.
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 623.
  - * * *
  - Pour la transformation de l’énergie électrique par effet Joule, le véritable problème réside dans la constitution des résistances de chauffage -
  - Celles-ci peuvent être non métalliques, par exemple consister en un fil ^ charbon analogue à celui des lampes à incandescence, comme dans les lampes de chauffage pour appartements, mais, ici, l’ampoule n’est pas complètement vide et renferme un gaz neutre ou un hydrocarbure qui dérive par convection une partie de la chaleur dégagée et diminue d’autant l’éclat lumineux de la résistance. L’ampoule est de plus fortement dépolie pour augmenter le pouvoir émissif de l’appareil.
  - On peut également employer le charbon sous forme de cylindres ou de Plaques sans enveloppe protectrice, s’il s’agit de dégager la chaleur dans Un milieu réducteur ou inerte (certaines industries chimiques), ou lorsque le charbon est un des éléments de la réaction (fabrication du sulfure de carbone, cémentation du fer, etc.); on peut également l’utiliser dans d’autres cas en le recouvrant d’une couche épaisse d’un produit réfractaire ou même de charbon en poudre qui évite l’oxydation de l’âme centrale conductrice.
  - Mais ce sont surtout les métaux ou leurs alliages auxquels on a recours dans la plupart des applications courantes. Les métaux purs ont l’inconvénient d’augmenter considérablement de résistance avec la température, ï-es plus couramment utilisés sont le platine, le fer. et le nickel. Le platine a un prix tel qu’il est réservé pour les appareils de laboratoire, et il a de Pins le défaut de se laisser trop facilement attaquer par les produits siliceux dont on se sert presque toujours pour les supports; le fer s’oxyde ; duant au nickel, son coefficient de température est trop élevé (sa résistance a ioo° dépasse de 60 p. 100 celle qui correspond à o°).
  - Aussi s’adresse-t-on aux alliages, dont l’emploi présente moins de difficultés en raison de leur plus grande résistivité et de la faible valeur de leur coefficient de température. Mais ils supportent des températures m°ins élevées que les métaux purs, par suite de leur composition hétéro-Sous l’influence de la chaleur, leur structure interne se modifie, ^ peut se produire des cristallisations locales ; enfin, certains constituants, les plus volatils, distillent peu à peu, laissant la masse poreuse ; dans tous ^es cas, il en résulte finalement la rupture de la résistance. Certains alliages ferro-nickels, en particulier ceux préparés par la Société des aciéries ^’ïmphy et baptisés R. N. C., peuvent supporter, suivant leur numéro (1 °rdre, des températures de régime allant jusqu’à 1 200° en service nor-
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - mal; des alliages moins bien étudiés, au contraire, au bout de quelques heures de fonctionnement à cette température, sont mis hors d’usage.
  - Les résistances métalliques sont employées soit à l’air libre, si la température n’est pas trop élevée, soit à l’intérieur d’appareils aussi clos que possible pour éviter l’oxydation trop rapide, soit enrobées dans une couche d’émail protecteur.
  - On utilise également des agglomérés de poudre conductrice et de poudre isolante, le but que l’on cherche à atteindre étant de diminuer la conductibilité de la matière conductrice par dilution dans une masse isolante. C’est ce qui est réalisé dans les résistances « métallo-céramiques ».
  - Ces résistances sont constituées par des poudres de métaux (fer, .nickel, chrome, etc.) et d’argiles réfractaires agglomérées sous forte pression et cuites à une température très élevée (12000 à 1500°) (Pouvillé). On peut ainsi absorber des puissances élevées sous un faible volume. Dans d’autres systèmes (Heræus), on imprègne des baguettes poreuses, constituées par des mélanges de silicates, avec des solutions de sels de métaux de la mme du platine, avec du chlorure d’ammonium ou d’autres sels ammoniacaux. En réduisant ces sels par la chaleur, le métal est libéré et tapisse l’intérieur des cavités du support qui est ainsi rendu conducteur. Enfin, certains constructeurs compriment des poudres formées de mélange de grains de charbon de différentes grosseurs, de silicates, de graphites, etc., et obtieu nent ainsi ce que l’on appelle des « cartouches de chauffage ».
  - On voit donc que les solutions que l’on peut envisager sont très variées , les conditions auxquelles il faut satisfaire sont nombreuses : inoxydabilfie de la résistance ; résistance spécifique suffisamment grande pour ne PaS nécessiter une trop grande longueur ou une trop faible section, ce qui ren drait les appareils encombrants ou peu puissants ; résistance meca nique à chaud élevée ; constance de la structure physique et chimifiue sous l’influence de la chaleur, etc. Ajoutons qu’elles ne sont qu’approXl mativement remplies par les différents systèmes de résistances actuelle
  - * * *
  - Le chauffage électrique par arc n’est guère employé que l’industrie, et même la grosse industrie métallurgique, si on en excep^ quelques applications mécaniques telles que la soudure électrique soudure autogène électrique, etc. Dans les fours électriques à arC’ courant est consommé soit pour produire de la chaleur purement et simplement, soit au contraire pour provoquer en même temps une actl° électrolytique. Nous traiterons ce dernier cas dans le chapitre sur 1 électr
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 625
  - métallurgie ; nous ne donnerons ici que le principe des divers fours à arc. L’arc peut jaillir entre deux électrodes au-dessus de la matière à chauffer ou entre deux séries d’électrodes en parallèle (fig. 616,1) (exemple : four Stassano), ou entre une électrode et la matière fondue (fig.
  - 616, 2) (type : four Girod), ou enfin entre deux électrodes assez éloignées l’une de l’au-fre (fig. 616, 3) (type: four Héroult). Ces fours ne conviennent pas pour la réduction des minerais ; ils sont, au contraire, très pratiques pour l’affinage d’un bain métallique, la masse fondue étant facilement accessible.
  - 1 2 3
  - Fig. 616. — Divers types détours électriques.
  - Il en est de même pour les fours à induction utilisant les courants de Foucault développés dans la masse conductrice à chauffer. Ce sont au fond des transformateurs dont le primaire est alimenté par de la haute tension et dont le secondaire, qui ne comporte qu’une spire, est formé par le métal même contenu dans le creuset qui a la forme d’un canal circulaire creusé dans un bloc de matière réfractaire. Le secondaire, constamment fermé sur lui-même, est traversé par un courant très intense (exemple : four Kjellin, four Rôchling-Rodenhauser).
  - Ce mode de chauffage nécessite l’emploi du courant alternatif, et. les Appareils doivent avoir un certain volume, ce qui fait qu’il a surtout ete aPPÜqué dans les appareils industriels ou de laboratoires importants.
  - , * * *
  - Nous venons de caractériser rapidement les principaux modes de transformation pratique de l’énergie électrique en énergie calorifique. Il nous reste à décrire les appareils proposés pour chaque application. Nous Passerons successivement en revue les applications domestiques, les applications de laboratoire et enfin les applications industrielles.
  - Les applications domestiques de l’électricité sont innombrables et fendent de plus en plus à se généraliser, tout au moins celles dans lesquelles fa consommation d’énergie de l’appareil ne dépasse pas 200 a 300 watts, Ce qui permet de brancher directement les appareils sur les canalisations existant déjà pour l’éclairage.
  - Vigneron.— Électricité.
  - 40
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - plaque deforrte_/ résistance.
  - Fig. 617. — Fer à repasser électrique.
  - Le fer électrique semble avoir le plus de faveur parmi tous les appareils électriques. Il est toujours constitué, comme l’indique la figure 617, par une masse de fonte servant à Lui donner du poids et en même temps
  - jouant le rôle de volant de chaleur, chauffée par une résistance extraplate, le tout enfermé dans l’enveloppe extérieure nickelée. La résistance est constituée par un ruban de ferro-nickel enroulé sur une lame de mica dentelée sur les bords et ayant la forme du fer. Deux autres lames minces de mica fixées par des agrafes recouvrent la résistance et l'isolent de la plaque de fonte et de l'enveloppe extérieure. La consommation d’électricité est comprise entre 200 et 300 watts pour un fer de dimensions moyennes (pesant Ikg,5)>
  - Les réchauds, chauffe-plats, chauffe-fer à friser, théières, cafetières, bouilloires, etc., sont constitués d’une façon analogue, la résistance étant soit unique, soit formée de plusieurs tronçons qui peuvent être accouplés de manière à donner plusieurs allures de chauffe (fig. 618).
  - La figure 619 montre schématiquement comment peut s’effectuer le changement de régime à l’aide d’une fiche à trois prises.
  - Le système de fils comprend d’abord un circuit
  - commençant en a et finissant en b, et ensuite un autre circuit formé de^ deux fils en parallèle commençant en c et finissant en d. Si on place la fiche triple dans la position 1, le courant parcourt un seul circuit et réchauffement est faible; dans la position 2, le courant parcourt deu* circuits bct et réchauffement est moyen; enfin, dans la position 3> C°U rant passe dans toutes les résistances, et par suite on réalise 1 alhire maxima.
  - Pour les appareils à ébullition de l’eau, on peut admettre les cons0111 mations suivantes, qui varient suivant les dimensions des appare^s '
  - Fig. 618. — Plaque chauffante ordinaire.
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE^627
  - Contenance.
  - 25 centilitres. 50 —
  - 1 litre.
  - Temps d’ébullition.
  - 10 minutes. 15 —
  - 15 —
  - Intensité sous la tension de 110 volts.
  - 1.5 am-père.
  - 2.5 ampères.
  - 5 —
  - D’une façon approximative, on peut dire qu’un courant de 1 ampère sous 11© volts porte un litre d’eau à Fébullition en une heure.
  - Les résistances formant les éléments chauffants de ces appareils sont
  - instruites soit comme celles des fers électriques décrits plus haut, soit en fils enroulés en spirale et tendus sur des supports isolants en matière réfractaire. En effet, lorsque l’on veut non plus seulement chauffer vers lQo°, mais obtenir une température suffisante pour préparer des grillades, Par exemple, il faut que les éléments résistants soient portés au rouge sombre et, dans ces conditions, le simple isolement au mica ne serait plus efficace. De plus, on supprime la masse métallique formant accumulateur calorifi.qoie, ou on l’éloigne de la résistance.
  - Il nous a semblé inutile d’entrer dans de plus longues explications au Sujet de -tous ces appareils très répandus à l’heure actuelle et dont les Multiples réalisations ne diffèrent suivant les constructeurs que par des détails secondaires... et la forme extérieure.
  - Les radiateurs électriques méritent quelques développements. Ls peuvent être soit constitués par de grosses lampes chauffantes à fila-
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - < 2 8
  - ment de charbon (fig. 620), soit par des résistances disposées dans un** enveloppe métallique ajourée pour laisser circuler l’air (radiateurs obscurs), soit enfin par un corps de chauffe incandescent et visible placé au foyef d’un réflecteur dont la surface revêt la forme d’un paraboloïde de façon a diriger le faisceau calorifique par réflexion dans une direction bien déterminée (fig. 621). La dernière modification de ces radiateurs paraboliques
  - Fig. 620. — Radiateur lumineux.
  - Fig. 621.— Radiateur parabolique.
  - a été le remplacement des éléments chauffants incandescents visibles par des résistances disposées à l’intérieur d’une cavité métallique et agissant surtout par convection, tandis que dans les modèles primitifs c’était la radiation qui intervenait. L’enveloppe de la résistance, qui u est plus portée à l’incandescence, est soit en tôle, soit en aluminium, ajoure ou non. Grâce à elle, l’oxydation des éléments chauffants, à l’abri de 1 air libre, est très réduite et leur cristallisation résultant d’un brusque refro1 dissement est évitée, puisque la température de l’élément ne dimiuu que lentement après la rupture du courant.
  - * * *
  - Un facteur très important à considérer est le prix de revient ^ diverses opérations de chauffage que l’on cherche à réaliser électriquem Disons-le tout de suite : la comparaison avec les autres procédés de c ^ fage est désastreuse pour l’électricité, et ce n’est que dans des _ca^.^er particuliers, dont nous citerons quelques exemples, qu’elle peut se jus
  - Tl corre^'
  - Tout d’abord, considérons le chauffage des appartements• r pond, dans nos climats tempérés, à une puissance comprise entre
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 629
  - 3 watts par mètre cube et par degré de différence de température à Maintenir avec l’extérieur.
  - Si nous prenons une pièce de 4 mètres sur 5 mètres et 3 mètres de haut (60 mètres cubes), lorsque la température extérieure sera o° et que l’on voudra élever par chauffage électrique la température intérieure à 180, il faudra consommer une puissance de 2,16 à 3,5 kilowatts. Remarquons d ailleurs qu’il n’y a aucune amélioration à espérer au point de vue du rendement, qui est intégral, puisque toute l’énergie électrique consommée dans l’appareil est transformée en chaleur.
  - Les divers appareils ne peuvent que différer par la capacité calorifique du corps de chauffage, leur forme extérieure et la ventilation des radiations. Dans tous les cas, quand le régime est atteint, un hectowatt-heure dégagera 86,3 calories.
  - Aussi, le chauffage électrique permanent des appartements est-il ruineux, mais il ne laisse pas toutefois d’être intéressant dans certains cas Particuliers : lorsqu’il s’agit, par exemple, de chauffer une chambre à coucher pendant un temps assez court, soit au moment du lever, soit à celui du coucher ; pour le médecin dans son cabinet de consultation, lorsque les malades se déshabillent pour l’auscultation et l’examen, le radiateur électrique, surtout à faisceau dirigé (radiateur parabolique); est extrêmement utile ; pour le cabinet de toilette, parce qu il n a besoin d être chauffé fiue pendant peu de temps, le chauffage électrique convient bien, surtout fiu en général cette pièce est de petites dimensions, dépourvue de cheminée ef que le chauffage ordinaire y est presque impossible.
  - La cuisine électrique est aussi une grosse consommatrice d elec-fricité, et par cela même d’un prix de revient prohibitif. Le moindre four, servant à la cuisson d’un poulet ou d’un rôti d un kilogramme, consomme déjà 1 kilowatt. On admet normalement une dépense de 4 a5hectowatts-heure par kilogramme de viande à rôtir. Aussi les applications ne pourront-elles guère se développer en France, tout au moins dans les régions fim ne disposent pas de l’électricité à un très bas prix.
  - L’autre part, la dépense d’énergie n’est pas le seul facteur à considérer , ^ y a également le genre de cuisine. La cuisine allemande ou américaine comprend beaucoup moins de rôtis et de roux que la cuisine française, ^es appareils doivent alors servir principalement a la cuisine a 1 étuve, a ta confection de viandes bouillies (irish stew, Boston beans, pies, puddings, etc.). Par conséquent, la température a atteindre est moins elevee ef les résistances de chauffage durent plus longtemps. Les grils, rôtissoires, fours que réclame la cuisine française consomment beaucoup plus et sont Plus fragiles. C’est d’ailleurs pour la même raison que les récipients en
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - verre pour la cuisson des aliments, qui ont assez de faveur en Amérique et en Allemagne, ne pourront j amais trouver qu’un débouché limité en France.
  - Le chauffe-bain électrique est également extrêmement coûteux. Un simple calcul permet de s’en rendre compte immédiatement : une grande calorie équivaut à 1,16 watt-heure. Par suite, pour élever 150 litres d’eau (bain moyen) de io° à 40°, il faut dépasser théoriquement 52 kilowatts. Pratiquement, il faut pouvoir disposer, dans les meilleures conditions, pour avoir un bain en une demi-heure, d’une puissance de 12 a 15 kilowatts. On construit actuellement des appareils qui, en absorbant 1 kilowatt, élèvent en sept ou huit heures la température de 100 litres d’eau de io° à 90°. D’autres, qui absorbent seulement 300 watts, pendant le même temps portent 30 litres d’eau à 750. Ces deux exemple montrent bien que les chauffe-bains électriques ne sont pas près de remplacer les autres appareils actuels. Ils sont cependant intéressants à un autre point de vue, car ils reposent sur un principe tout différent de celui des appareils de chauffage que nous avons décrits jusqu’à présent et que l’on peut appeler appareils à chauffage instantané ; c’est de réaliser la chauffe par accumulation des calories nécessaires pendant une longue période antérieure à celle d’emploi.
  - A ceci, deux avantages immédiats: d’abord, mise en jeu d’une puissance instantanée beaucoup plus faible, ce qui ne rend pas nécessaire l’installu tion de canalisations spéciales, et ensuite, possibilité d’obtenir des secteurs de meilleures conditions, en consommant le courant en dehors des heures de « pointe », la nuit par exemple.
  - * * *
  - Les appareils de chauffagepar accumulation commencent seulernen
  - à se répandre en France, car il faut faire comprendre tout d’abord leü
  - avantage au consommateur. En Suisse, le chauffage direct avait prlS ^
  - tel développement que les producteurs d’énergie électrique s’émurent
  - l’augmentation de la consommation de courant qu’il entraînait aux heure
  - de la journée où se produisait, en même temps, la consommation pour
  - dustrie et l’éclairage, d’où nécessité d’augmenter encore la puissance
  - usines, cette puissance restant, en grande partie, inutilisée pendant ^
  - reste de la journée et pendant tout l’été. Cette situation aamene,
  - certains cantons, la prohibition du chauffage direct. Seul le cha
  - résulta
  - par accumulation de chaleur y reste pratiqué, ce qui a eu pour r ^ de permettre de réaliser, dans une ville suisse, une courbe de conso tion journalière sans pointe notable.
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  - Le principe des appareils est très simple : ils emmagasinent dans des matières réfractaires la chaleur dégagée par une résistance électrique chauffée par le passage du courant. La charge de l’appareil a lieu pendant la nuit. Dans le cas d’un calorifère de ce type, il suffit, le jour venu, d’ouvrir l’appareil au passage d’un courant d’air qui s’échauffe et se répand dans les pièces. Les progrès réalisés par les constructeurs permettent, avec des appareils mettant en œuvre une puissance de 2 kilowatts au maximum, de chauffer une salle de 60 mètres cubes.
  - C’est surtout pour le chauffage de Veau qu’il semble que l’accumulation Puisse rendre le plus de services. Nous avons vu plus haut que le chauffe-bain
  - Fig. 622. — Chauffe-eau à accumulation.
  - instantané est pratiquement irréalisable. L’accumulation, au contraire, fournit une autre solution très intéressante du problème.
  - Supposons que nous veuillons porter 10 litres d’eau de I3°,5 à ioo° C. ; il faut 'fournir à cette masse 865 calories, quantité d’énergie représentée Par un kilowatt-heure. Or, ce kilowatt-heure peut être fourni de différentes façons : soit en maintenant une puissance d’un kilowatt pendant Une heure, soit de 200 watts pendant cinq heures, soit encore de lQo watts pendant dix heures. Dans le premier cas, il faudra que nous disposions d’un compteur de 10 ampères, c’est-à-dire d’une puissance inusitée dans l’habitation ; dans les deux autres cas, le compteur habituel de 3 ou 5 ampères sera, au contraire, amplement suffisant.
  - Naturellement, il faut que le récipient contenant l’eau soit soigneusement calorifugé. Parmi les types les plus pratiques, il faut citer les appareils dont la capacité varie de 5 à 50 litres (fig. 622). Ils sont d’un faible encombrement et peuvent être fixés aux murs. La durée de chauffage
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  - 032
  - peut varier de six à vingt-quatre heures. Lorsque la durée de chauffage est de six heures, les appareils sont dits « à chauffage accéléré ». Ils permettent alors d obtenir une très grande quantité d’eau avec un réservoir de faible capacité, puisqu’ils peuvent donner, dans la journée, trois à quatre fois la valeur de leur contenu. Ainsi, unréservoir de 15 litres pourra donner, dans les vingt-quatre heures, 45 litres d’eau à 90°, par exemple : 15 litres à 8 heures du matin ; 15 litres à 14 heures et 15 litres à 20 heures.
  - Mais ces appareils, étant d’une consommation irrégulière, ne peuvent bénéficier d’une tarification spéciale.
  - Au contraire, lorsque l’appareil est construit de façon à porter à 970 son contenu d’eau en vingt-quatre heures seulement, la consommation devient insignifiante et n’apporte aucun trouble dans l’installation électrique. De plus, restant sous tension d’une façon continue, ils peuvent bénéficier d’un tarif de faveur.
  - Ajoutons qu’il n’y a pas intérêt à porter l’eau à une température trop élevée, car on augmente alors considérablement les pertes par rayonnement de l’appareil ; une température de 450 est très suffisante dans la-plupart des cas.
  - * * *
  - Le problème de l’emploi de l’électricité pour les grosses applications domestiques (chauffage, cuisine, bains, etc.) est donc surtout une question de tarification de Vénergie électrique, et il ne semble pas que l'on soit encore arrivé à une solution satisfaisante, si l’on considère la diversité de celles proposées.
  - A Paris, pour faciliter le développement des applications domestiques de l’électricité autres que l’éclairage, on a mis en vigueur un tarif dégressif* qui évite les frais d’établissement d’un circuit et d’un compteur spéciaux pour les appareils.
  - A Lyon, le principe est différent : c’est la période de la journée pendant laquelle on consomme le courant qui détermine le tarif. Si le courant est en permanence à la disposition des abonnés, ceux-ci payent le tarif plein > s’ils chauffent leur habitation avec interruption aux heures de pointe (Ie courant étant coupé automatiquement), ils bénéficient d’un tarif très réduit, enfin, si le chauffage est interrompu de 5 heures à 20 heures (c'est-à-dite utilisation de nuit, chauffage par accumulation), le courant étant coup automatiquement, le tarif est encore plus réduit.
  - A Strasbourg, où des compteurs à double tarif sont en service, le sys tème est un peu plus compliqué, mais distingue, comme à Lyon, les cas
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  - ou les appareils fonctionnent d une façon continue, ou avec interruption aux pointes, ou uniquement pendant la nuit.
  - Enfin, signalons la solution de M. Allain-Launay, qui permet, grâce à Un système de commande à distance électromagnétique très ingénieuse, d enclencher directement de l'usine, a des heures determinees, le meca-uisme change-tarif contenu dans le compteur.
  - * * *
  - Pour les (< petits serviteurs de là maisons, plaques chauffantes, etuves, toasters, bains-marie, bouillottes, aspirateurs électriques, fers à repasser, a friser, tissus et tapis chauffants, ventilateurs, séchoirs, cafetières, etc., le problème est tout autre. Ici, la consommation du courant n’est plus le tacteur principal, car tous ces appareils n ont qu une très faible consommation et ne fonctionnent que peu d’heures par jour. Ils sont des auxiliaires infiniment précieux, et il est étrange que leur emploi ne se développe pas plus vite en France. En Amérique, leur nombre est considérable, ainsi que ty montrent les quelques chiffres suivants :
  - A Chicago, dont la population est de 2 700 000 habitants, au nombre desquels on compte 743 000 abonnes de 1 électricité, les appareils électriques d’usage domestique (désignés sous le nom très justifie de « petits serviteurs de la maison ») qui ont été vendus, de 19^7 a par la Com-monwealth Edison Cy, s’élevait au chiffre de 250 000. Ce total imposant c°mporte plus de 125 000 fers à repasser et plus de 30 000 appareils de nettoyage par le vide.
  - En pareil développement n’est pas spécial a la ville de Chicago, et dans nombre de cités américaines importantes, il est fréquent de compter dix appareils électriques différents par foyer.
  - Dans la région parisienne, un relevé récent montre que, sur 100 abonnés, deux possèdent un fer à repasser, deux une bouillotte, et, sur 1 000 abonnés visités, il n’y en a que trois possédant un aspirateur de poussières. L hésitation vient très souvent de la difficulté de choisir entre des appareils de type et de prix très différents. Souvent aussi, des appareils bon marché donnent des mécomptes, sont rapidement mis hors d usage, ou ne donnent Pas lg§ résultats espérés. Afin de permettre au lecteur d apprécier la valeur des appareils qu’on peut lui proposer, nous donnons ci-dessous Quelques-unes des conditions auxquelles ils doivent satisfaire suivant Wr destination.
  - Ces conditions sont celles imposées par les laboratoires de la « Société Pour le développement des applications de 1 électricité » aux appareils sur Esquels elle appose, après essai, sa marque de garantie.
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- - ^34
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fer à repasser. — La poignée doit rester suffisamment froide ; sa partie infe' rieure, au'ffioment où la semelle atteint 250°, ne doit pas dépasser 50°.
  - Le fil chauffant devra être enroulé sur mica et l’isolement sera fait au mica.
  - La durée d’échaufifement d’un fer, c’est-à-dire le temps nécessaire pour porter la semelle du fer de la température ambiante, 150, à la température de repassage, sort 250°, devra être au plus égale à douze minutes ; à cet instant, la température de la pointe devra être au moins égale à celle de la semelle et, si possible, la dépasser d’en* viron 20° ; cette température sera mesurée au moyen d’un couple thermo-électrique • la partie'de la semelle où se fera la prise de température sera située sur l’axe du feT> à égale distance du nez et de l’arrière. La température de la pointe sera prise sur l’aXe du fer, à un centimètre de l’extrémité.
  - L’essai sera fait avec le fer suspendu dans une position normale.
  - Le fer, ayant été préalablement porté à la température de 250°, sera placé sur Ie calorimètre à circulation d’eau, laissé sous tension et simultanément refroidi pendant une minute, au moyen d’un courant d’eau à la température ambiante représentant un débit à l’heure de :
  - 10 litres pour un fer d’un poids inférieur à 1 kilogramme.
  - 25 — — — compris entre 1 et 2 kilogrammes.
  - 50 — — — supérieur à 2 kilogrammes.
  - rfé€
  - On mesurera ensuite le temps nécessaire pour que la semelle soit à nouveau p°r à 250° ; ce temps ne doit pas être supérieur à huit minutes.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté à une tek1 pérature supérieure à 8oo°.
  - Le fer sera soumis pendant deux cents heures au régime alterné suivant :
  - Mise sous tension d’une durée de dix minutes suivie d’une interruption de tre minutes. ^
  - L’appareil, après cette épreuve, doit encore satisfaire aux conditions précédeniiue indiquées.
  - Chauffe-plats, tables chauffantes.— L’appareil sera muni de pieds dis®* ment calorifiques, tels que la température de la partie de l’appareil qui, enfonctio ment normal, est en contact avec la table ne dépasse pas 50°.
  - Au bout de dix minutes de mise sous tension, la partie utile de l’appareil doit e portée à une température minimum de 90°. ;
  - La température maxima limite de la partie utile de chauffe sera de 140°, afin d evl toute oxydation ou brunissage de l’appareil.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté à une pérature supérieure à 500°. -vant;
  - Les plaques seront soumises pendant deux cents heures au régime alterne sui
  - Mise sous tension d’une durée de dix minutes suivie d’une interruption de minutes. , e0t
  - L’appareil, après cette épreuve, doit encore satisfaire aux conditions précédé ndiquées.
  - Radiateurs obscurs — L’appareil ne devra comporter aucune partie c<^ pa,-tible. Il sera muni de pieds d’isolement calorifique de façon que la partie de ^ reil qui, en fonctionnement normal, est en contact immédiat avec le parquet passe pas 50°. S’il est garni de poignées, celles-ci doivent, en tout temps, être _. à la main. La température des parties accessibles à la main ne devra pas * ioo° dans une ambiance à 150. deu* °U
  - Les appareils d’une püissance supérieure à 1 000 watts devront avoir jvent plusieurs allures de chauffe. Les circuits d’une puissance de plus de 550 watts
  - teiU'
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 635
  - commandés par un interrupteur ou commutateur à enclenchement et rupture brusques.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté à une température supérieure à 8oo°, mais la température de la paroi qui cede de la chaleur à 1 air ne doit pas dépasser 350°.
  - Le radiateur sera soumis pendant deux cents heures au régime alterné suivant i
  - Mise sous tension d’une durée de cinq minutes suivie d’une interruption de dix minutes.
  - L’appareil, après cette épreuve, doit encore satisfaire aux conditions précédemment indiquées.
  - Radiateurs paraboliques. — La calotte devra être polie très soigneusement afin d’avoir un très grand pouvoir réflecteur ; elle doit être montée sur rotule ou genou Pour permettre d’orienter l’axe de l’appareil suivant n’importe quelle direction.
  - L’appareil devra être muni d’une poignée à la partie supérieure.
  - Le radiateur étant à sa température de régime, sa puissance d’échauffement Sera déterminée au moyen d’un thermomètre à mercure, fixé sur une planchette, d°nt le réservoir noirci sera disposé perpendiculairement a l’axe du paraboloïde et ^ une distance de 1 mètre du corps de chauffe. Le thermomètre devra accuser, dix minutes après avoir été mis en place, par centaine de watts consommés, une élévation de température de 30 sur la température ambiante amenée a 150. Au bout de ces dix ^êmes minutes, l’élévation de température constatée devra être pour tous les appa-refis de io° au minimum.
  - L’indice de rendement sera déterminé de la façon suivante :
  - L’appareil étant à sa température de régime, une toile mouillée, formant un carré de 65 centimètres de côté, sera pesée, puis disposée perpendiculairement a 1 axe à °m,6o de l’extrémité du corps de chauffe, l’axe de l’appareil passant par le centre de la toile. Au bout de dix minutes, cette toile sera a nouveau pesée pour relever le poids d’eau évaporée.
  - L’indice de rendement sera donné par le rapport suivant :
  - Calories absorbées par l’eau évaporée Calories correspondant à l’énergie fournie
  - Ce nombre ne devra pas être inférieur à 0,25.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porte a une température supérieure à 1 ooo°. La méthode pour la détermination de cette tempe-rature sera spécifiée dans une annexe au présent règlement.
  - Le radiateur sera soumis pendant deux cents heures au régime alterné suivant :
  - Mise sous tension d’une durée de cinq minutes suivie d une interruption de dix minutes.
  - L appareil, après cette épreuve, doit encore satisfaire aux conditions précédemment indiquées.
  - Réchauds à cuire et fourneaux électriques L appareil sera muni de pieds d’isolement calorifique tels que la température limite a laquelle est portée la Partie de l’appareil qui, en fonctionnement normal, est en contact avec la table ne dépasse pas 50°.
  - Les appareils d’une puissance supérieure à 550 watts doivent posséder deux ou Plusieurs allures de chauffe. Ils seront de préférence munis d un commutateur a lQdications ; une des directions du commutateur doit permettre de couper le courant. Les circuits d’une puissance supérieure à 55° watts seront oommandés par un inter-ruPteur à enclenchement et rupture brusques.
  - Le rendement utile sera déterminé de la façon suivante .
  - Premier essai. — Appareil à froid. — L appareil étant a la température extérieure
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- - 636
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de 150, une casserole en aluminium poli, d’un diamètre sensiblement égal à celui de la partie utile de l’appareil, d’une hauteur de 6 centimètres et contenant une hauteur de 5 centimètres d’eau, munie d’un couvercle, sera posée sur l’appareil.
  - On mettra l’appareil sous tension jusqu’à ce que l’eau soit portée à une tempe-rature de 96°. Le courant étant interrompu, on notera l’élévation de température de l’eau, l’énergie fournie sera mesurée par un compteur.
  - Le rendement utile sera donné par le rapport suivant :
  - Calories absorbées par l’eau Calories correspondant à l’énergie fournie’
  - Deuxième essai. — Appareil en régime. — On procédera à cet essai en suivant Ie processus précédent, mais on partira de l’appareil en régime de marche.
  - Le rendement utile sera donné en prenant la moyenne arithmétique des deux indices précédents.
  - La valeur obtenue ne doit pas être inférieure à 0,45.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté à une température supérieure à 8oo°.
  - Les appareils fonctionnant sous 220 volts doivent avoir un corps de chauffe constitue par deux éléments chauffants superposés.
  - L’essai de durée sera fait pendant deux cents heures au régime alterné suivant • mise sous tension d’une durée de quinze minutes suivie d’une interruption de trente minutes.
  - Durant cet essai, il sera projeté de temps en temps de l’eau sur l’appareil-
  - L’appareil, après cette épreuve, doit encore satisfaire aux conditions précédem®e indiquées. De plus, pour les appareils à feu nu, il sera fait une mesure de puissance afin de déceler si les spires ne sont pas venues en court-circuit. Aucune augmentât®11 de puissance instantanée ne sera tolérée.
  - fils
  - Tissus chauffants. — L’élément chauffant devra être constitué par des
  - " . r4<rU'
  - auto-régulateurs ; l’appareil pourra être muni d’un dispositif complémentaire, b
  - lateur de température, coupant le courant lorsque la température du tissu depa une valeur fixée. „
  - L’appareil étant posé à plat sur une table, la température ambiante étant , ot on posera un thermomètre sur le dessus du tissu ; le réservoir du thermomètre e protégé contre le refroidissement extérieur par un tampon de ouate de 4 centi® carrés, la température limite indiquée par ce thermomètre devra être inférieure 70° en n’importe quel point du tissu.
  - La puissance absorbée doit être inférieure à 7 watts par décimètre carré de su ^ Le tissu sera placé pendant quinze minutes dans une étuve à 8o° à atmospher^^ vapeur saturée. Après ce temps, le tissu sera posé à plat successivement sur seSjaqUe faces, sur une plaque métallique ; l’isolement entre la partie sous tension et la p métallique devra être d’au moins 50 000 ohms.
  - Stérilisation à air sec pour instruments de chirurgie g^ipé-la boîte est vide, l’appareil doit pouvoir atteindre en vingt-cinq minutes la e rature de 1500. La température limite à l’intérieur du stérilisateur ne doit en cas dépasser 1800. ( rejl
  - L’élément chauffant sera disposé de telle sorte que la paroi intérieure de 1 ^j-ait Ie fermant la chambre de chauffe ne puisse prendre une température qui detrui ,f poli de cette paroi, ou la brunirait. De plus, cette chambre de chauffe devra p s’ouvrir facilement pour permettre le remplacement aisé de l’élément chau ^ La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté à une
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 637
  - Pérature supérieure à 400°. La méthode pour la détermination de cette température Sera spécifiée dans une annexe au présent règlement.
  - Per à souder à résistance — La duréed'échauffement du fer, c est-a-dire le temps nécessaire pour que le fer atteigne la température de travail, sera déterminée la façon suivante :
  - Une goutte d’étain ayant été placée sur la partie utile de la panne (tranche), 1 appa-reil sera mis sous tension : on notera le temps qui s’écoule entre la mise sous tension et la fusion de la goutte d’étain.
  - Cette durée ne devra pas être supérieure à huit minutes.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté a une tem-Perature supérieure à 1 ooo°.
  - L’appareil sera soumis pendant deux cents heures au régime alterné suivant :
  - Mise sous tension d’une durée de dix minutes suivie d’une interruption de vingt
  - minutes.
  - L’appareil, après cette épreuve, doit encore satisfaire aux conditions précédemment
  - Indiquées.
  - Fours de cuisine. — La température des parois extérieures ne devra pas être supérieure à 70°. L’appareil devra être muni de pieds d’isolement calorifique tels que la mperature limite à laquelle est portée la partie de l’appareil qui, en fonctionnement Uormal, est en contact avec la table ne dépasse pas 50°.
  - La projection de liquide ou la chute d’un objet quelconque sur la plaque chauffante °u sur le corps de chauffe de la sole ne doit pas mettre l’appareil à la terre ; de plus, a sole ne doit pas être à feu nu.
  - L appareil doit posséder deux ou plusieurs allures de chauffe. Les circuits d’une Pmssance supérieure à 500 watts seront commandés par un interrupteur ou un commu-„ eUr à enclenchement et rupture brusques. Cet interrupteur ou commutateur doit e^re cuirassé de façon que toutes les parties fragiles soient protégées efficacement contre tout choc.
  - Le four à vide devra pouvoir atteindre une température de 250° au bout de trente nunutes. (La température sera mesurée au moyen d’un couple-thermo-électrique.) Isolement calorifique. — Le four sera mis sous tension jusqu’à ce que sa tempéra-re atteigne 200° ; cette température sera mesurée à l’aide d’un couple thermo-cctrique dont l’une des soudures sera au centre du four. L'appareil sera ensuite nndonné au refroidissement ; lorsque la température ne sera plus que de 1500, introduira une masse d’eau à 950 égale au dixième du volume intérieur du four. Le recipient employé ne devra avoir qu’une contenance légèrement supérieure à la Qlasse d’eau introduite ; il sera posé sur un trépied en fil de fer de manière à laisser ai1 intervalle de 2 centimètres entre le fond du récipient et la sole du four. La k Mperature de l’eau sera relevée au moment de l’introduction du récipient et une eure après. La chute de température observée ne devra pas dépasser 30°.
  - La densité de courant admise devra être telle que le fil ne soit pas porté à une tem-Perature supérieure à 8oo°.
  - * * *
  - Dans les laboratoires, l’électricité a rendu de grands services et, dans certains cas, ne peut être concurrencée par le gaz, tant au point de vue de la sécurité qu’à celui de la régularité et de la commodité d emploi.
  - Quoique l’électricité puisse être appliquée à tous les appareils chauffés habituellement par le gaz, il est préférable, au point de vue du rendement
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- - 638
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - et de la régularité de fonctionnement, de construire spécialement les appareils en vue du chauffage électrique.
  - Pour les étuves et les fours, la construction exige une double enveloppe dans laquelle est logée la résistance de chauffage appliquée directement contre la paroi intérieure et distribuée régulièrement sur elle. On assure ainsi une bonne répartition de la chaleur, ce qui permet, dans la plupart des cas, de supprimer les enveloppes liquides formant bain-marie qui ont justement pour but, dans les appareils chauffés au gaz, de répartir unifoT' mément 1 apport de chaleur qui n’a lieu que par une surface très réduite.
  - Les étuves de laboratoire se prêtent particulièrement bien au chauffage électrique ; avec plusieurs allures de chauffage et un rhéostat extérieur, on peut assurer le service courant, jusqu’à des températures de 35°0,
  - Lorsqu’il s’agit de recherches spéciales, on se sert d’étuves dont la variation de température est comprise entre des limites plus étroites. La régulation se fait beaucoup plus facilement, beaucoup plus sûrement et beaucoup plus exactement que dans les appareils chauffés au gaz. Un thermomètre à contact réglable, ou une bi-lame se déformant sous l’action de b-chaleur, ou encore une simple tige d’un alliage très dilatable, permettent facilement de rompre le courant lorsque la température a atteint la valeur désirée. Pratiquement, on peut maintenir très facilement la température
  - constante à un dixième de degré près jusqu a 70 à 8o°.
  - Comme aspect extérieur , ces appareil5 sont identiques aux appareils ordinaires chauffés au gaz.
  - Les fours et mou fies électriques me
  - Fig. 623.— Creuset vertical et moufle horizontal de laboratoire, ritent une descripd011
  - un peu plus détaillée*
  - Ils sont tous du type à résistance et affectent soit la forme de creusets, soit la forme tubulaire (fig. 623), le four pouvant, dans certains cas, s'ouvrir en deux parties (fig. 624).
  - Lorsque l’on alimente ces appareils par du courant à 110 ou 220 volts, il faut évidemment employer pour la constitution de la spirale chauffai un fil long et fin, c’est-à-dire très résistant, qui limite l’intensité du cou rant qui peut circuler dans le four à une valeur telle que l’on n’ait paS a
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 639
  - craindre la fusion du fil. On peut au contraire équiper ces fours avec un fil court et gros lorsque l'on dispose du courant alternatif dont on abaisse la tension à l’aide d’un transformateur aux environs de 15 à 20 volts (fig. 638). On peut facilement arriver à réaliser une température de 1 ioo° à 1 200° dans la chambre du four. Les figures 625 et 626 Montrent les éléments constitutifs d’un four et d’un moufle.
  - * * *
  - Les fours électriques à vide, dont on a souvent besoin dans les recherches de laboratoire, sont constitués par un élément chauffant enfermé dans une enceinte dans laquelle on peut faire le vide, cet élément chauffant entourant entièrement 1 objet à chauffer. Suivant les cas, c’est une spirale de graphite pour les petits fours, ou un ensemble
  - de quatre grilles obtenues en sciant des plaques de graphite. Les fi gures 627 et 628 montrent la section de deux types de four Arsem
  - Fig. 624. — Four électrique ouvrant.
  - Fig. 625. — Four à résistance de laboratoire.
  - dans lesquels on peut réaliser des températures de 3 ioo° dans un espace de 75 centimètres cubes (type vertical) ou de 1 700° dans un volume <fo 5 litres (four rectangulaire). Les caractéristiques électriques de ces
  - fc>urs sont les suivantes :
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- - 640
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Énergie maxima. . Intensité maxima. Voltage maximum
  - Four vertical.
  - 15 kilowatts, 250 ampères. 60 volts.
  - Four rectangulaire
  - 40 kilowatts-570 ampères. 70 volts.
  - L’isolant calorifique qui entoure l’âme du four est constitué par de la poudre, de charbon.
  - * * *
  - Dans Y industrie, 011 utilise les fours électriques soit pour fondre des métaux précieux, soit p°ur affiner des aciers spéciaux, soit pour recuire des pièces demandant un traitement thermique particulier6' ment délicat, soit enfin pour préparer directement , , le fer ou la fonte dans deS
  - fours de grande dimension. Ces applications de chauffage électrique sont,
  - Fig. 626. — Four à moufle à résistance démonté, montrant la disposition de l’élément chauffant.
  - Fig. 627. — Section verticale d’un four à vide. Fig. 628. — Four à
  - A, isolant calorifique; B, lames de charbon découpées A, isolant calorifique> ’ formant résistance de chauffage. raie de charbon ehauffan
  - sauf la dernière, réalisées à l’aide d’appareils dérivant directement d
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- - appltcattons thermiques de l’énergie électrique g4t
  - appareils de laboratoire que nous venons de voir. Ils n’en diffèrent que Par les dimensions et l’importance du courant consommé.
  - Les figures 629 et 631 montrent des types industriels de fours à recuire, et la figure 632 les éléments de chauffage. Le four est alimenté par du courant alternatif, et un transformateur visible sur le côté de la figure permet
  - Fig. 629. — Four industriel à recuire.
  - faire varier de voltage dans le circuit du four, de façon a obtenir diffe-rGates températures de régime.
  - bans d’autres cas, les éléments chauffants, au lieu d etre métalliques, s°nt constitués par des plaques de charbon très minces empilees les Unes sur les autres (fig. 630). Pour ces fours, on emploie encore le courant alternatif à bas voltage (20 à 30 volts). Ajoutons d ailleurs que 1 on conduit sur le même principe des appareils de laboratoire. LTn dispositif Particulier à ce modèle de four est destiné à assurer le bon contact des diverses plaques de charbon qui constituent le circuit chauffant. Des vis Vigneron.—Électricité. 1
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- - 642
  - applications DE L’ÊLECTRICITÈ
  - de pression transmettent leur effort à deux longues électrodes de graphie qui appuient sur les plaques chauffantes et permettent de compenser leur usure en cours de fonctionnement. La figure 630 montre la disposition
  - d’ensemble d’un four à recuire leS mèches, permettant d’atteindre des températures de 1 300°.
  - Reposant sur le même principe que les appareils précédents, le four Gin à résistance pour la fusion du fer et de 1 acier s en distingue cependant par sa disposition originale. Il est constitué en principe par un canal replié plusieurs fois sur lui-même, rempli de fonte °u d acier en fusion et qui constitue le conducteur chauffant. Naturellement, cet énorme conducteur porté à haute température est renfermé dans un bloc de matière réfractaire et une circulation d’eau en maintient les extrémités par lesquelles arrive le courant à une température inférieure à celle de fusion du métal. Les sections terminales sont d ailleurs beaucoup plus grandes que la section moyenne du canal pour la même raison. La figure 633 montre les -p.. plans d un four de ce système.
  - îvers perfectionnements apportés par M. Gin à son four permettent e produire 20 tonnes d acier à l'heure dans un four de 10 000 chevau* (7 360 kilowatts). Nous ne décrirons pas ces modifications, qui sortiraient clu cadre de cet ouvrage.
  - bon.
  - P, logement du pyromètre; R, plaques de charbon formant résistance de chauffage; E, électrodes; S, vis de pression assurant le contact entre les éléments de charbon; C, bornes d’arrivée et de départ du courant : B, T, plaques de charbon servant à établir les connexions électriques.
  - Il est très difficile d’énoncer des règles permettant de constru^ ' coup sûr un appareil de chauffage à résistance. En effet, ]a
  - mode de calorifugation de l’appareil, suivant la vitesse avec laque ^ chaleur est utilisée, il faut, pour maintenir le régime de marche, ^ passer un courant plus ou moins intense, c’est-à-dire utiliser une loug plus ou moins grande de résistance chauffante. . eS
  - Nous donnons ci-dessous quelques indications relatives aux a
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 643
  - RNC, qui permettent de calculer les caractéristiques d’un élément chauffant.
  - Fig. 631. — Four électrique à recuire à basse tension.
  - Rg. 632. — Résistances « en épingle à cheveux » pour les fours de grande puissance.
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- - rM4
  - APPLICATIONS DR L’ÉLECTRICITÉ
  - Fig. 633. Four Gin à résistance.
  - RNC 1 RNC 2 RNC 3
  - Résistivité à 150 en micro hms-centimètre Coefficient de température moyen entre 0 et 8oo° . Densité Point de fusion ’. . . Température limite d’emploi Applications ioo i 4 0,3 à 0,35.10—3 8,05 1 450° 600 — 700° Rhéostats. Chauffage aux températures moyennes. Applica- tions domestiques. 103 ± 5 0,2 à 0,3.10-—3 8,25 1 450° 900 I ooo0 Radiateurs.. Chauffage aux températures élevées. Appareils de mesure. 96 ± 4 3 0,20 à o,i5-10 8,45 1 475° x 100— Radiateurs^”. neux. fage aux tgg pératuresj élevées. tances de sure.
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 645
  - La table suivante donne, pour différentes températures et différents diamètres, la résistance de longueurs de 100 mètres des trois alliages RNC.
  - Diamètres. Résistances en ohms par 100 mètres.
  - mm. 100° 200° 300° 5 00° 8oo° 1 000° I 200°
  - °’z5 RNCi 2 120 2 210 2 280 2 400 )> » »
  - RNC/2 2 150 2 205 2 270 2 370 2 460 2 0 0 iO »
  - RNC3 1 995 2 o3o 2 060 2110 2 150 2 180 2 200
  - °>5 RNCi 530 555 590 600 » » »
  - RXC'Z 54° 550 565 590 615 620 »
  - rnc3 500 505 5 m 5'25 54° 545 550
  - 1 •••... RNCi I32 i38 140 149 » » »
  - RNC2 134 t 37 141 147 153 155 »
  - rnc3 124 126 128 131 134 136 137
  - r,5 RNCi 59,5 92, T ’ 63,6 67,1 » » »
  - RNC2 59,7 61,3 63,2 66 68,2 69,3 »
  - rnc3 55,3 50,4 57-3 58,5 59,7 60,4 6l,I
  - ' • RNCi 33,i 34,0 35-0 37-4 » » »
  - RNC 2 33,5 34-4 35-3 30,9 38,4 38.8 »
  - rnc3 3i 3C4 3C7 32,8 33-5 34 34-3
  - RNCi 21,2 22,1 22,6 23,9 » » »
  - RNC2 21,4 22 22,7 23,0 24,6 24,8 »
  - rnc3 19,9 20,3 20,5 21 21,4 21,7 21,9
  - 3 RNCi 14,8 15,4 15,8 16,7 » » »
  - RNC2 14.9 15,3 15-7 16,3 16,9 17,2 »
  - rnc3 13.8 14,1 14,2 14,6 14-9 15-r 15,2
  - 3 RNCi 8,2 8,7 8,9 9,4 » » »
  - RNC2 8,4 8,6 ' 8,8 9,3 9,6 9-7 »
  - . RNC3 7.8 7-9 8 8,2 8,4 8,5 8,6
  - Lu construisant, à l’aide de la table, d’une part les courbes donnant pour même diamètre la résistance en fonction de là température et, d autre Part, les courbes donnant pour une même température la résistance en fonction du diamètre, il est facile d’avoir toutes les valeurs pour les températures et les diamètres ne figurant pas dans la table.
  - Dans le tableau suivant, nous donnons, en fonction du diamètre et de la température désirée, l’intensité du courant qui doit traverser la résistance, celle-ci étant supposée constituée par un fil circulaire tendu horizontalement dans l’air calme, à la température ambiante. Cette table s ap-PLque aux trois variétés de RNC. Nous verrons ensuite comment de ce Cas théorique, on peut déterminer approximativement les dimensions ^ Une résistance montée dans un appareil.
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- - 646
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - Diamètres en mm. Intensités en ampères pour obtenir des températures de:
  - mm. o,5 o,75 x xoo° 1,25 2,12 3,15
  - 1,5 5,30
  - 7,8
  - 2,5 . 10,65
  - 3 • 14
  - 4 22
  - 5 . 32,2
  - 200° 300° 5°°0
  - i,95 2,62 3,62
  - 3,28 4,40 6,34
  - 4,7° 6,35 9,3°
  - 8 xo,9 16,1
  - 11,9 16,1 24
  - 16,4 22,1 32,5
  - 21,2 28,5 42,1
  - 32,2 43,i 63,5
  - 46,2 62,2 91,6
  - 8oo° 1 ooo° I 200°
  - 5-45 7,20 9,°7
  - 9,60 12,40 15-57
  - 14,40 18,40 22,60
  - 25,6 32,7 39-9
  - 37-9 48,7 60,2
  - 5V4 67 84
  - 66 87,5 107,7
  - 99 I3C4 167,5
  - 138,2 l89,2 245
  - 100 MO 300 400 500 600 700 800 900
  - 1100 1200
  - températures
  - Fig. 634. — Courbes des résistances. RNC,
  - Les figures 634
  - et 635 complètent
  - ce tableau en per* mettant d'interpoler pour les températures et leS diamètres de fils ne figurant paS dans la table.
  - Par exemple supposons fi116 nous désirions avoir un fil de résistance devant consommer 27o watts sous i10 volts, sa température ne devant pas dépasser 200 L'intensité qui le parcourt est de 2,5 ampères. La figure 634 donne comme diamètre 0 ’
  - environ. Connais sant, d’après leS tables, la r®s*s tance d’un fd 0mm 5 de diamètre à la température de 2000, égale a
- p.646 - vue 655/834
- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 647.
  - 385 ohms par 100 mètres, on en déduit que la longueur du fil à utiliser est de 11,45 mètres.
  - Considérons maintenant le cas d’un conducteur chauffant, fil ou ruban, monté d’une façon quelconque. La table des intensités n’est plus directement applicable, et l’on doit auparavant ramener le cas étudié au
  - e 35
  - E 30
  - 3,25 3,5 375
  - 7,25 7,5 7,75
  - 1,75 1,5 1,75
  - 0,75 0,5 0,75
  - <1 innclrcs on nillin^pef!
  - Fig. 635. — Courbes des résistances RNC.
  - ca.s théorique par l’emploi de deux coefficients de conversion appelés coefficient de profil et coefficient de montage.
  - Ce coefficient de profil p intervient seulement lorsqu on utilise des bandes et rubans à la place de fils ronds.
  - Les bandes et rubans offrant à section égale plus de surface au refroidissement que les fils ronds, l’intensite I", necessaire pour porter un ruban tendu horizontalement dans l’air calme aune température T, est supérieure a l’intensité I, donnée par la table, et nécessaire pour porter à cette température T un fil rond de même section que le ruban considéré.
  - Il faut donc multiplier cette intensité I par un coefficient de piofil pt Pour obtenir I'.
- p.647 - vue 656/834
- - 648
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - I' (ruban) = p x I (fil).
  - Ce coefficient p varie.avec le rapport de la largeur à l’épaisseur du ruban considéré : , \
  - Table des coefficients de profil.
  - Largeur Epaisseur 2 .3 4 5 7 10 15 27 et au-dessus
  - P L15 1,20 1.25 i,3° L35 i.49 1.45 1,50
  - Exemple : un ruban de 10/100 sur 130/100 a une section de omin2,12^ équivalente à celle du fil de 40/100. Tendu dans l’air calme, il sera porte à 700° par un courant de 5,1 ampères, car l’on a :
  - Largeur
  - Épaisseur = '3 P = M3 1 = 3'55 araî>ereS' -d’oii 1' — 3,55 x 1,43 =5,1 ampères.
  - Le coefficient de montage m est destiné à tenir compte du mode de refroidissement de l’appareil, qui diffère toujours, mais dans une mesure variable, de l’état type envisagé dans la table des intensités : dans la ph1' part des appareils de chauffage, le refroidissement est ralenti du fait du rapprochement mutuel des fils (boudins, toiles chauffantes) ou de l’isolement calorifuge (moufles, fours) ; dans quelques cas particuliers, il PeU^ au contraire être accéléré (chauffe-eau à élément immergé).
  - Donc, pour obtenir dans le fil ou le ruban une température de régime T fixée à l’avance, on doit considérer dans la table des intensités la tempe rature
  - T' = T x m,
  - m étant le coefficient de montage.
  - Ce coefficient n’est supérieur à l’unité que dans le cas très particulier du refroidissement accéléré ; nous n’étudierons pas ici ce cas, qui n’est pas Ie plus fréquent dans la pratique.
  - Lorsque le refroidissement est au contraire retardé, m est inférieur a l’unité et varie suivant le type d’appareil ; on peut adopter à cet égard les règles approximatives qui sont résumées dans le tableau suivant :
  - Type de construction.
  - Appareils non calorifuges (résistances ou toiles chauffantes, nues et sans 3
  - support, clans l’air calme).............................................
- p.648 - vue 657/834
- - applications thermiques de l’énergie électrique 649
  - Appareils faiblement calorifuges (radiateurs enroulés sur un support réfrac-
  - taire chauffant dans l’air calme)...........•................... o,6 à 0,7
  - Appareils moyennement calorifuges (fils entre deux couches isolantes : fer à repasser, table chauffante, etc.)............................... °>5
  - Appareils fortement calorifugés (fours à moufle, avec enveloppe d’épaisseur trois à cinq fois la plus grande dimension de l’enceinte chauffante). 0,3 à 0,4
  - Nous donnons ci-dessous quelques exemples de calcul pratique correspondant aux différentes valeurs de m (1).
  - i° Soit à calculer un rhéostat de 22 ampères sous no volts, fonctionnant à 500°.
  - On prend du fil RNC 1, on a :
  - T' = T x 0,8 = 500 x 0,8 = 400°.
  - Lour 400° et 22,5 ampères, le tableau des intensités indique un fil de 2mmJ2 de diamètre, dont la résistance est de 31 ohms par 100 mètres à
  - -, 110 1 ! !
  - ooo°. Le rhéostat devant avoir une résistance de -------= 5 ohms, la lon-
  - 22
  - gneur du fil sera de i6m,io.
  - 2° Calcul d’un radiateur de 880 watts, 220 volts, 4 ampères, fonctionnant a 8oo°.
  - On prend du fil RNC 2 ; on a :
  - T' = T x 0,6 à 0,7 = 480 à 560°.
  - La table donne pour 550° environ et 4 ampères un diamètre de fil de omn\5 dont la résistance à 8oo° est de 615 ohms par 100 mètres. Le radia-
  - teur devant avoir une résistance de — = 55 ohms, il faudra prendre
  - 4
  - Une longueur de fil de 9 mètres environ.
  - 3° Calcul d’un fer à repasser 220 watts 110 volts, 2 ampères, fonctionnant
  - à 8oo°.
  - On prend du fil RNC 2. On a :
  - T' = T X 0,5 = 400".
  - La table donne pour 400° et 1,98 ampère le fil de omra,35 de diamètre, d°nt la résistance à 8oo° est de 1 250 ohms par 100 mètres. Comme la
  - distance du fer doit être de ------= 55 ohms, il faudra prendre une Ion-
  - 2
  - Sueur de fil égale à 4m,4-
  - , 0) Ces exemples, ainsi que les renseignements relatifs aux alliages KNC, sont extraits I10^'ce remarquablement établie par la Société fie Decazeville, borne hanibault, Com-
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- - 650
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Supposons maintenant que l’on désire employer du ruban au lieu de
  - I r\ rp’Pii T*
  - fil, ce ruban étant défini par son rapport -------égal à 5.
  - Dans ce cas, on a toujours :
  - T' = 800 x 0,5
  - épaisseur
  - 4000
  - mais, au lieu de chercher dans la table des intensités V =2, on prend F — 2 ,
  - £-j = i,54 ampere, correspondant au fil de même section que le ruban cherché.
  - On trouve approximativement le fil de diamètre omm,28 dont la sec-tion est de omm2,oôi5. Ainsi, le ruban est défini par sa section et le largeur
  - rapport 7—:------, ce qui est suffisant.
  - épaisseur
  - Pour calculer la longueur à utiliser, la table des résistances donne, pour un fil de 28/100 à 8oo°, une résistance de 1 955 ohms par 100 mètres , donc 2m,9 de ce fil ou du ruban équivalent présenteront la résistance
  - demandée de =55 ohms.
  - 2
  - 40 Enfin, calculons un four à moufle de 60 x 100 millimètres, longueur 500 millimètres, pour traitement de petites pièces de 400 à 1 ooo°-Dimensions extérieures de la carcasse 600 x 700 millimètres, longueur 800 millimètres, intensité prévue : 25 ampères sous 110 volts. On prend du fil RNC 3. On a :
  - T" = T X 0,3 à 0,4,
  - soit en moyenne 3500.
  - La table donne, pour 350° et 25 ampères, le fil de 2mnl,5 de diamètre, dont la résistance est de 0,22 ohm par mètre ; sous 110 volts, on PeU^ donc placer :
  - -------- = 20 mètres de fil.
  - 25 X 0,22
  - La longueur d’une spire étant de 40 centimètres environ, ou 50 spires à écartement normal de 1 centimètre. Un rhéostat en série Pe^ mettra de faire varier la température du moufle (intensité variant 10 à 15 ampères quand la température passe de 400 à 1 ooo°).
  - Remarquons que les calculs précédents ne sont qu’une appro*^11 tion, par suite de l’impossibilité d’évaluer exactement a priori le régiu1
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 651
  - de rayonnement, mais ils pèrmettent de réduire au minimum les tâtonnements expérimentaux.
  - Passons maintenant aux applications du chauffage électrique dans la grande industrie, principalement la métallurgie.
  - * * *
  - Les fours à arc extrêmement nombreux sont les plus anciens, puisque Lavy, dès 1808, s’en était servi pour électrolyser les chlorures alcalins, mais c’est depuis 1884, sous l’influence des travaux de Clerc, Minet, Hérbult, puis Acheson et Moissan, que le four électrique industriel s est développé. Nous ne décrirons pas son évolution, ni ses multiples formes, qui relèvent beaucoup plus d’un traité d’électrométallurgie que d un traité d’électricité. Nous avons déjà indiqué précédemment quelles étaient les principales catégories dans lesquelles on pouvait les ranger. Nous nous contenterons ici, afin de donner au lecteur un aperçu de fo réalisation industrielle de ces appareils, de décrire succinctement les Pfos caractéristiques d’entre eux.
  - Le four Stassano, analogue au four de laboratoire de Moissan, utilise, comme source calorifique, un arc jaillissant au-dessus de la matière a chauffer. Afin de pouvoir agir sur une masse considérable, et assurer un
  - assage convenable de la masse pâ-
  - Ekd.tode
  - Trou de
  - br;
  - fouse, Stassano imagina de faire tour-ner le four autour d’un axe oblique par raPport à la verticale, de manière que fo masse en fusion fût constamment Passée par l’effet de la rotation du four (fig. 636).
  - Le four électrique est formé d’un cy-Ifodre surmonté d’une calotte repo-Sant, à l’aide de rouleaux, sur un rail dont le plan est incliné par rapport à ^ horizontale d’un angle de 70 environ.
  - Le four est pourvu de quatre charbons cfoctrodes de 15 centimètres de diamè-tre et im,5 qe long, de porte-charbons mfooidis par un courant d’eau continu cf de cylindres hydrauliques pour la manœuvre des tiges des porte-char-b°ns. Il comporte deux orifices de coulée, l’un pour le métal, l’autre pour
  - Fig. 636. — Four Stassano.
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- - 652
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Ælecirodes ,
  - Fig. 637. — Four Héroult.
  - les scories. La consommation des électrodes est de 10 à 12 kilogrammes par tonne produite et le revêtement intérieur en magnésie dure au moins quarante jours.
  - La connexion avec le générateur d’électricité se fait par l’intermédiaire
  - de bras métalliques fixés à la calotte et pourvus de balais qui recueillent le courant.
  - La dépense d’énergie dans le four de Stassano varie entre 1 000 et 1 200 kilowatts-heure par tonne d’acier pr°' duit.
  - Le f/our Héroul type, ms' tallé à La Praz, est constitué par un creuset oscillant (fig. 637), dans lequel pénètrent deux électrodes en charbon qui traversent la voûte. Le courant alternatif ou continu de 3 000 ampères sous no volts entre par l’une des électrodes, traverse une couche de laitier, et ressort par l’autre électrode. Dans ce four, l’effet Joule se produit en partie dans le laitier, c’est donc un four à résistance superficielle ; Ie métal est chauffé par la surface supérieure du bain et surtout par les arcs qui jaillissent entre les électrodes et la surface du métal. Le creuset est composé de dolomie broyée et damée sur la sole en briques de dolomie.
  - Les électrodes sont portées par des potences à crémaillères et mues à la main, ou par un moteur. Ce sont des prismes carrés de 370 millimètres de côté et de im,70 de long.
  - Sur le devant du four se trouve la porte de coulée ; le
  - Fig. 638. — Four Girod.
  - chargement et le décrassage du four se font par deux portes latérales-L’usine de La Praz peut fabriquer annuellement 3 000 tonnes d aClCl dans ce four Héroult de 500 HP alimenté par du courant alternatif.
  - Le four Girod (fig. 638) est constitué par un creuset circulaire
  - ou
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 653
  - elHptique dans lequel se trouve un bain de métal de 25 à 30 centimètres. Une ou plusieurs électrodes mobiles amènent le courant à la surface du bain. I)es pièces polaires, noyées dans la sole réfractaire du four et réparties sur sa périphérie, mettent le bain en communication avec 1 autre Pôle du circuit électrique. Une cir- • _
  - culation d’eau refroidit les électro- -
  - des. Ces fours consomment 5 000 ampères sous 60 volts pour un four de 2 'tonnes analogue à celui dont les dimensions sont données sur la figure 638.
  - Les fours précédents servent à préparer les alliages spéciaux, les <( ferros », dont leHôle est si important dans la mécanique moderne : acier au manganèse, aciers au titane, aciers chromés, etc.
  - U nous faut maintenant dire un mot des fours électriques destinés n°n plus à l’affinage de l’acier ou a la préparation des aciers spéciaux, mais bien à la production directe de la fonte à partir du minerai
  - lui-même.
  - Dans le haut fourneau ordinaire, le/charbon sert (d’une'part à porter la masse à une certaine tempéra-ture, d’autre part à réagir chimiquement sur le minerai. Il e$t évident 011e l’électricité ne
  - Fig. 639--
  - - Four électrique Relier à pluralité d’électrodes.
  - que l'électricité ne pourra .
  - remplacer le charbon que dans le premier rôle, et qu’il faudra toujours alimenter le haut fourneau en charbon pour la réduction du minerai.
  - La figure 639 montre le schéma du four Relier. Deux chemises en fer a Action carrée recouvertes intérieurement de matières réfractaires forment deux cuves reliées à leur partie inférieure par un canal latéral. Sur la sole de chaque four se trouve un bloc de charbon E , E en communica-tion avec l’extérieur du four par des barres de cuivre. Les électrodes de charbon E, E ont environ 1 mètre de côté pour un four de 100 tonnes par j°ur et leur durée est de dix jours environ. Le four consomme 1 000 HP,
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - g54
  - le courant atteignant 12 000 ampères sous 60 volts environ. Le charge ment s’effectue par la trémie D.
  - Avant de passer àl’étude des fours à induction, il est une dernière appfi' cation du four à arc qui doit être mentionnée : c’est la fixation de l’azote atmosphérique. L’importance de cette question justifie quelques développements.
  - A haute température, l’azote et l’oxygène se combinent pour donner l’oxyde azotique AzO,qui, en présence d’eau et d’air en excès, se transforme en acide azoteux et en acide azotique d’après les équations classiques •'
  - AzO + O = AzO2 2 AzO2 + HaO = Az03H + AzOaH
  - 2 Az02H = AzO2 + AzO + H20.
  - Mais la réaction initiale, est une réaction réversible et limitée, comme le montrent les nombres suivants, et extrêmement sensible à l’influence de la température.
  - Température d’expérience. P. joo d’AzO formé en volume.
  - 1 8110 0-37
  - 2 03 30 0,64
  - 2 195“ 0,97
  - 3 200° 5
  - On voit donc que plus la température à laquelle on opère est élevee plus la réaction est complète. D’autre part, si, ayant opéré à 3 200°, atteint la limite correspondante 5 p. 100, on refroidit lentement le rue lange à 2 200°, d’après la réaction :
  - - Az2 + - O2 2 2
  - AzO
  - qui est réversible, l’équilibre s’établira à cette température aux environ de 1 p. 100 d’AzO en volume ; durant ce refroidissement de 1 o°° » aura perdu 80 p. 100 de ce qui aura été produit à 3 200°. C’est ce qm stitue le phénomène de la rétrogradation.
  - De même que les équilibres sont d’autant plus rapidement étabhs la température est plus élevée, de même aussi la rétrogradation se prG ^ beaucoup plus facilement aux températures élevées qu’aux tempera ^ ^ basses. Ceci est, d’ailleurs, une conséquence du phénomène geiier* réversibilité. ja
  - D’où l’on conclut que les températures les plus dangereuses p°ur
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 655
  - rétrogradation sont les plus voisines de la température de réaction. De là, la nécessité de refroidir aussi brusquement que possible les gaz qui ont eté portés à haute température, pour les ramener dans le temps le plus court à des températures auxquelles la vitesse de rétrogradation soit pratiquement nulle ; dans le cas de la combustion de l’azote, cette condition se réalise d’autant plus facilement qu’au-dessous de 6oo° le gaz AzO se combine peu à peu avec l’oxygène en excès pour former des vapeurs nitreuses AzO2 qui échappent au phénomène de la rétrogradation.
  - L’arc électrique fournit la solution idéale pour le chauffage du mélange gazeux à haute température. La difficulté du problème est de retirer ce niélange aussi rapidement que possible de la région de réaction et de le refroidir brusquement, afin d’éviter la rétrogradation.
  - Pratiquement, on a cherché à atteindre ce résultat, au début, en entraînant rapidement les gaz hors de la région où ils ont subi l’action de l’arc, et, plus récemment, en ayant recours à des dispositifs électriques ou mécaniques destinés ou bien à soumettre les arcs à des allumages et extinctions successives (plusieurs milliers de fois par seconde), ou bien à faire jaillir l’arc électrique dans des régions différentes de l’espace ; dans tous ces cas, la zone gazeuse, portée instantanément par l’arc à une température très élevée, se refroidit instantanément aussi dans la masse d’air environnante, et les effets de la rétrogradation sont, sinon supprimés, du moins considérablement atténués.
  - En résumé, au point de vue électrochimique, les considérations fondamentales qui régissent la combustion de l’azote atmosphérique sont les suivantes :
  - i° Travail à température élevée, pour augmenter le rendement et la rapidité de la réaction ;
  - 2° Refroidissement instantané des gaz, pour éviter la rétrogradation.
  - Les dispositifs proposés pour arriver à ces résultats sont très nombreux. Nous n’en indiquerons que quelques-uns.
  - L>ans le système Kowalskiet Mosciski, un arc à 3 000 volts est mis en rotation continue par un champ magnétique.
  - L’arc est produit entre la paroi interne a (fig. 640) d’une électrode cylindrique en cuivre et la paroi externe b d’une autre électrode cylindrique coaxiale. Celle-ci est refroidie par une circulation d’eau intérieure. L’arc s amorce au bourrelet k, monte entre les électrodes et est mis en rotation Par le champ magnétique produit par la bobine h plongée dans un bain d huile qui assure l’isolement des appareils, ainsi que le refroidissement de l’électrode a, l’huile étant elle-même refroidie {Jar le serpentin à eau r. N air arrive par e dans l’espace annulaire compris entre les électrodes.
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- - 656
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - et les gaz provenant de la réaction s’échappent par une conduite en po-terie g. En fermant la partie inférieure de cette conduite par une plaque de
  - Four Mosciski.
  - •mica n et disposant au-dessous un miroir incliné à 450, on peut voir l’arc tourner entre les électrodes.
  - Dans le procédé Pauling, l’arc éclate entre des électrodes E, E' recourbées dans un plan vertical comme les cornes d’un parafoudre (fig. 641). Ces électrodes sont en fer, creuses et refroidies par circulation d’eau. Le courant alternatif est fourni à un voltage de 4 000 volts. Sous l’action d’un violent courant d’air sortant d’une tuyère T parallèlement à D llamme de l’arc, celle-ci s’allonge et s’étale jusqu’au sommet du creuset. L’arc consomme de 200 à 400 kilowatts et son allumage est obtenu à l’aide de deux petites électrodes auxiliaires mobiles b, b
  - Fig. 641. — Arc système Pauling.
  - en forme de couteau, dont on peut rapprocher les extrémités au début de la mise en marche.
  - Le procédé Birkeland et Eyde s’appuie sur un principe différent-On sait depuis Plücker que les champs magnétiques exercent une influence sur l’étincelle électrique.
  - Lorsqu’on produit un arc dans un champ magnétique, et dans une direction normale au champ, et que cet arc est à faible tension, il s’éteint-La force soufflante d un champ magnétique vis-à-vis d’un arc de basse tension est bien connue, et utilisée dans les coupe-circuits de grande intensité.
  - Si la tension de 1 arc s eleve, grâce à la force électromotrice plus elevee> 1 arc s établit, malgré le champ qui exerce sur lui une réaction centrifugé et se noue suivant un arc de cercle constamment tendu par le champ et qul
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 657
  - se déplace continuellement vers la périphérie (fig. 642 et 643). Notre œil ne Saisissant pas les effets successifs très rapprochés, les étincelles consécutives forment pour lui un demi-disque animé de mouvement si le courant est
  - —‘OJU&JLmiL'-i
  - Fig. 642. — Demi-disque lumineux Fig. 643- — Disque lumineux produit par un Produit par un courant continu soufflé. courant alternatif soufflé.
  - continu ; l’arc est repoussé dans une direction constante dans ce cas ; il suffit de renverser le sens du courant de l’arc pour obtenir le demi-disque
  - symétrique.
  - Par conséquent, si on alimente une ligne d’étincelles par un courant alteruatif, on obtient, par juxtaposition, un disque entier.
  - Lés figures644et645donnentunecoupe schématique des fours employés.
  - y voit la chambre à flamme, sorte de boîte circulaire aplatie, verticale, de 10 centimètres d’épaisseur et 2 mètres de diamètre ; on y voit également Vigneron.______Électricité. ^
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 653
  - les électro-aimants produisant le champ magnétique et les canaux par lesquels arrive l’air et s’échappent les gaz ; les électrodes, non repre-sentées, sont espacées de quelques millimètres seulement et disposées horizontalement, perpendiculairement au plan de la figure ; elles sont en cuivre et refroidies intérieurement par un courant d’eau.
  - Nous ne dirons rien de la partie chimique du procédé de fixation de l’azote. Notre but a été seulement de montrer quelles applications considérables l’arc électrique a permis de réaliser.
  - * * *
  - Les fours à induction reposent sur un principe tout différent de celui des appareils que nousavons décrits jusqu’à présent. On sait que, lorsqu une masse métallique conductrice forme l’armature intérieure d’un solénoïde, si celui-ci est parcouru par du courant alternatif, par suite des cou rants de Foucault développés dans la masse conductrice, celle-ci s’échauffe progressivement.
  - Tandis que dans les fours à résistance la chaleur se transmet par con duction des éléments chauffants à la masse à travailler, la chaleur est ici engendrée au sein même du creuset. Il en résulte qu’il n’y a théorique ment aucune limite supérieure à la température que l’on peut réaliser tandis que, dans les fours à résistance, on ne peut dépasser la tempera ture de fusion des éléments chauffants.
  - Le premier four industriel à induction fut breveté en 1900 par K.jeUin-On peut le considérer comme un transformateur dans lequel le circuit secondaire se trouverait constitué par une spire unique formée par métal solide ou fondu contenu dans un canal circulaire.
  - Ce four a été perfectionné par Rôchling et Rodenhauser. Le four qu ces ingénieurs ont réalisé peut être assimilé à la juxtaposition de deu ^ fours Kjellin. La partie commune des deux circuits secondaires élargi droite sert de chambre d’affinage.
  - Les inventeurs se sont rapprochés le plus possible, dans la constructif de la forme du four Martin. C’est ainsi que leur four présente pour opérations métallurgiques, non plus une simple rigole, comme ^anS^e, fours à induction ordinaire, mais un foyer analogue au foyer du four mens-Martin, ce qui constitue un de ses principaux avantages. Il est de à la production d’acier doux homogène de qualité au moins égale au m leur acier suédois et se prête tout particulièrement à l’affinage. ^
  - La combinaison des deux chauffes par induction et résistance a
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 659
  - obtenue en faisant alimenter par l’enroulement primaire du transformateur deux groupes de circuits induits, dont l’un est formé par le circuit fermé du canal de fusion et l’autre par un enroulement de cuivre travaillant à basse tension et à très haute intensité. Cet enroulement chauffe, par résistance, une partie de la charge par l’intermédiaire de deux couches de revêtement bonnes conductrices de la chaleur et de composition telle qu’elle n’influe pas sur la Pureté de l’acier. La figure 646 donne le principe du four Rôchling-Ro-denhauser.
  - Mais, dans ces modèles de fours, ü est difficile, par suite de la faible conductibilité et de la lenteur de diffusion des corps fondus, de réaliser une répartition uniforme du chauffage et des réactions. On obtient un effet thermique notablement plus parfait par une circulation continue des matières fondues qui renouvelle sans cesse les surfaces de contact avec les corps réagissants.
  - Dans le four Gin, cette circulation est réalisée en constituant le creuset Par une suite de canaux découverts (fig. 647 et 648) dont le fond est incliné dans le sens longitudinal et en réunissant ces canaux par des conduits
  - Fig. 648. — Four d’induction Gin. Coupe verticale de la canalisation.
  - Complètement remplis par le métal fondu qui mettent en communication l’extrémité profonde de chaque canal avec 1 origine moins profonde du canal suivant.
  - Par suite de réchauffement dans les tubes de communication, il s éta-Dlit une circulation à laquelle prend part toute la masse fondue.
  - Fig. 647. — Four d’induction Gin. Coupe horizontale.
  - Fig. 646. — Four Rôchling-Rodenhauser.
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- - 66o
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Reseau d'éda/raga
  - no Volt s
  - Dans un autre type, dû à M. Saladin, on donne une grande résistance au circuit métallique fondu, en le constituant par un tube de faible section, ne contenant qu'une très petite portion du métal fondu et communiquant, par ses deux extrémités placées à des niveaux différents, avec un bassin ou creuset de grande dimension contenant la majeure partie du métal fondu.
  - En raison de réchauffement, une circulation très active du métal s’établit dans le tube : le métal du bassin entre continuellement par l’orifice supérieur de ce tube pour en sortir et revenir au bassin par l’orifice inférieur.
  - Un perfectionnement très important a été réalisé récemment grâce aux travaux de Nor-thrup et, bien que les fours construits jusqu à présent n’aient pas une capacité de plusieurs tonnes comme les fours précédents, on peut prévoir que dans quelques années leur développement sera comparable à celui des autres fours à induction. Au lieu d utiliser des courants alternatifs de basse fréquence, Northrup se sert de courants à haute fréquence.
  - Fig. 649. — Montage électrique du four d’induction à haute fréquence.
  - Par l’emploi de courants de haute fréquence, il devient inutile d’utiliser aucune partie en fer, ni aucun enroulement en contact avec Ie primaire du transformateur. Northrup emploie, pour des puissances alla*1* jusqu’à 100 kilowatts, des courants de fréquence environ 20 000 par se conde, produits par la décharge d’une batterie de condensateurs.
  - La figure 64g donne le schéma de l’installation électrique. Le courant secteur à 110 ou 220 volts est élevé par un transformateur Tr, Tr' à u°e tension de 8 000 volts environ. Ce courant charge une batterie de conden sateurs C dont la capacité est d’environ 0,07 microfarad par i,5 kilo^at* Un dispositif de rupture G permet de décharger ces condensateurs dan une bobine d’induction F de 60 à 80 tours enroulée autour du cre à chauffer M.
  - Malgré ce petit nombre de tours, les effets d’induction dans la 1
  - * 1 ç ^0 J31
  - renfermée dans le creuset et produits par les courants oscillatoires décharge sont si intenses que la fusion d’une masse de 15 kilogrammes
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 661
  - cuivre est obtenue en vingt-deux minutes avec une dépense de i kilowatt Par 2 kilogrammes. Il est à remarquer, de plus, que les parois du creuset seules sont chauffées par la masse en fusion et que la bobine d’induction est facilement maintenue à la température ordinaire par un courant d’eau Par exemple.
  - Une série de résistances Xe réglables permettent de limiter l’intensité dans le primaire du transformateur, et des résistances Xs montées en shunt sur le primaire du transformateur font varier le facteur de puissance de façon à l’amener à être égal à i.
  - Le système de décharge G mérite une mention spéciale. Il ne comporte aucune partie mobile et est formé de deux ou trois électrodes de graphite (trois électrodes lorsqu’on opère sur deux ou trois phases du courant) au. dessus d’un bain de mercure renfermé dans une enveloppe en fonte et dont le niveau peut varier par déplacement d’un réservoir extérieur mobile-Un autre réservoir permet de verser, à raison de 15 gouttes environ par minute, de l’alcool dans ce disjoncteur qui fonctionne ainsi beaucoup ttueux, car la surface du mercure reste propre.
  - Les températures réalisées dans le four sont voisines de 2 500°> puisque f °n a pu fondre du molybdène dans ces appareils.
  - Nous donnons ci-dessous quelques résultats obtenus avec un four électrique de 1^5 de capacité du creuset.
  - Temps Kg. fondus
  - Métal. Charge. de fusion. par kw.-h.
  - Kg- Minutes.
  - Acier 13.5 54 o,75
  - Cuivre 15 22 2
  - t-aiton.. 13 20 2,5
  - Or.. 3° 15 7
  - Argent 12 H 4
  - Aluminium 4 H 4
  - Nickel.. 12 48 o,73
  - Zinc 12 6 6
  - Ltain .. 12 2.5 15
  - t^omb . 18 2,5 25
  - La figure 650 donne la coupe d’un creuset spécialement établi pour la fusion des métaux.
  - Lorsque l’on désire fondre des matières non conductrices, on emploie le dispositif représenté parla figure651. La substance à fondre est enfermée dans un tube de quartz fermé aux deux extrémités, de façon à éviter f entrée des gaz, et en particulier de l’acide carbonique, dans le creuset. La chaleur est dégagée dans un cylindre de graphite dans lequel on intro-
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- - 662
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - duit le tube de quartz. On peut élever la température jusqu'à celle de ramollissement du quartz. Si l’on ne désire pas dépasser l 125». on rem-
  - place le tube de graphite par un cylindre de nickel et, comme il n’y a plus à craindre l’action de l’atmosphère gazeuse, on peut ne pas boucher le creuset.
  - Actuellement, ces fours d’induction a haute fréquence n’ont pas encore été réalises pour des capacités in-
  - Coupe d un creuset pour fusion de métaux dustrielles. par induction.
  - thnoida
  - creuset
  - aoùine dîncfuA tion produisant
  - les courants de CQauffège à l intérieur du oreuset
  - Isolant
  - électrique
  - Fig- 650.-
  - Couverc/es
  - Isolant calorifuge. Isolant électrique.
  - - Creuset non conducteur
  - Bornes du
  - courant
  - inducteur
  - La soudure élec~ trique est une appl1' cation de l’énergie calorifique d’origine électrique qui mérite quelques développe' ments. On peut distinguer deux méthodes différentes : la soudure électrique par arc et la soudure électrifiue par résistance. Dans le
  - Fig. 65,.- Coupe d’un four pour fusion des matières non Premier Pr°“dé’
  - conductrices de l’électricité. chaleur est produite
  - par un arc jaillissant
  - entre une électrode et 1 objet à travailler qui est réuni à l’une des bornes du circuit électrique, dont la seconde borne est en relation avec l’élec-trode. Quand celle-ci, d’abord mise au contact du métal à souder, est écartée à une distance convenable, il se forme un arc qui fond une petite portion du métal et dans cette goutte liquide, sorte de creuset en minia' ture, on ajoute le métal d’apport qui se liquéfie également.
  - Le dégagement de chaleur est limité à un très petit espace, et ne se
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 66.3
  - diffuse pas dans tout l’objet, de sorte que les dilatations ou contractions sont très petites. En pratique, on se sert soit d une electrode métallique, fil ou barre, montée dans un support convenable, soit d une tige de charbon.
  - La chaleur de l’arc, en fondant une certaine quantité du métal de la pièce sur laquelle on travaille, fond également l’électrode, et les globules liquides vont se déposer sur la soudure, même si celle-ci est verticale. On obtient, au prix d’une dépense d’énergie relativement faible, une soudure plus régulière et de meilleure apparence que lorsqu’on emploie l’électrode de charbon.
  - Celle-ci sera donc réservée aux travaux plus grossiers dans lesquels la bonne apparence est négligeable (soudure de bâtis, bouchage de trous, etc.) ou lorsque la pièce doit être ultérieurement usinée.
  - Comme on peut employer des courants plus intenses, on peut déposer de grandes quantités de métal, fourni par une tige auxiliaire tenue à la main et dont l’extrémité est placée au sein de 1 arc électrique.
  - Lorsqu’il s’agit de couper une plaque métallique, ou d enlever un excès fie métal, on se sert de l’électrode de charbon que 1 on maintient en un Point donné jusqu’à ce que le métal, complètement liquéfié, s écoule de lui-même.
  - Fig. 652. — Réparation d’arbres à vilebrequin. Apport de métal par soudure électrique à arc.
  - Naturellement, le dépôt de métal dans ce procédé est de 1 acier de coulée, puisqu’il ne subit aucun traitement thermique ultérieur, il aura la structure cristalline grossière de l’acier non recuit.
  - Le voltage nécessaire pour alimenter un arc de soudure est faible, variant de 16 à 20 volts suivant les opérateurs ; aussi emploie-t-on en général des génératrices de courant continu donnant au maximum 60 a 75 volts aux bornes. Ce sont en general des groupes moteur-générateur dans le circuit d’utilisation desquels on intercale des résistances qui limitent l’intensité maxima du courant qui peut traverser 1 arc, de façon a régler celui-ci suivant la nature du travail a exécuter. Un disjoncteur automatique, qui coupe le courant lorsque 1 ouvrier laisse trop longtemps 1 électrode au contact delà pièce a travailler, complète la protection de
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- - 66 ^
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - l’installation. La figure 653 montre la vue d’üne installation portative de 400 ampères.
  - Il est difficile de donner des nombres exacts d’ampérage, vitesse d’ope-
  - Fig. 653. — Installation portative de soudure électrique.
  - ration, etc., puisque ces facteurs dépendent beaucoup de l’habileté de l’ouvrier ; mais, en moyenne, 011 peut tabler sur les résultats suivants :
  - Électrode métallique.
  - Intensité j îravail ( Travail Longueur de l’arc. moyen important 25 à 125 ampères. jusqu’à 225 ampères. 3 millimètres environ
  - Diamètre de l’électrode. A mpérage. Épaisseur de la plaque à travailler.
  - imm>5 25-50 2mm,5 50- 90 3 millimètres. 80-150 4 — 125-200 5 — 175-225 jusqu’à 4mm,8. jusqu’à 6mm,5. 3 à 10 millimètres. 6 millimètres et au-dessus. 10 millimètres et au-dessus.
  - Les vitesses de soudure sont les suivantes pour les diverses épaisseurs o plaques :
  - 2 m m ^ f 6 mètres à l’het
  - 3 millimètres. 5 —
  - 8 — 3 —
  - 10 — 2 —
  - 2 2 m m ^ ^ im,25 à l’heure.
  - 20 millimètres. 0 ws c* 0
  - 25 — °m>45 —
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- - applications thermiques de l’énergie électrique 665
  - Si on compare avec la soudure oxy-acétylénique, on constate un avantage Marqué en faveur de la soudure électrique, d’autant plus notable que 1 épaisseur est plus grande.
  - Électrodes de charbon.
  - . 2S0 à 550 ampères.
  - / Travail moyen................................. 0 ,
  - Intensités ) Travail important ou coupe moyenne........... 4°° a
  - \ .. 600 a 1000 —
  - ! Très gros travail ou coupage................. - ^ miUimètres _
  - Longueur de l’arc.....................................
  - Les intensités maxima que peuvent supporter les électrodes de graphite sont les suivantes, en fonction de leur diamètre .
  - Diamètre. ' Ampérage maximum.
  - 6 millimètres.
  - 12
  - 18
  - 25
  - xoo ampères. 3°° —
  - 5°° —
  - 1 000 —
  - Les quantités de métal que l’on peut fondre et déposer sur une surface Ptate à l’aide de l'électrode de charbon sont approximativement les suivantes :
  - Poids fondu et
  - Intensité. déposé par heure.
  - 200 700 grammes.
  - 300 1 300 —
  - 400 2 000
  - 500 2 750 —
  - -si 10
  - épaisseur en millimètres
  - Fig. 654. — Variations de la vitesse de coupe.
  - Quant à la vitesse de coupe, elle varie, comme l’indique la figure 654, en fonction de l’intensité et de l’épaisseur à couper.
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- - 666
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La soudure électrique par résistance s’appuie sur un principe tout différent : un courant très intense, pouvant atteindre plusieurs milliers d’ampères, mais sous très faible voltage, traverse les deux pièces à
  - souder au point où l'on veut opérer leur jonction. Le dégagement de chaleur consécutif nu passage du courant fait fondre le métal et, sous l’influence d’une pression convenable, leS deux parties à souder adhèrent parfaitement.
  - On peut opérer de trois façons différentes :
  - i° Par rapproche' ment ou bout à bout. Les pièces à souder sont placées dans une mâchoire en cuivre rouge qui peut être serrée a l'aide d'un levier. On appuie ensuite sur une pédale qui envoie le courant alternatif du réseau dans un transformateur placé dans le bâti de la machine. secondaire débité un courant très intense sur un petit voltage (2 à 4 volts) et le métal est chauffé à 1 endroit où il est serré dans la machine (fig- 655)' Un levier ou un cabestan comprime le métal de façon à assurer l’adhérence parfaite des pièces.
  - L opération est extrêmement rapide et économique, comme le montrent les chiffres suivants :
  - F'g. 655. — Machine à souder par rapprochement.
  - Section en mm2 Durée en Consommation en kilowatts
  - (acier doux). secondes. par 100 soudures.
  - 50 2,9 0,27
  - 100 5,6 0,87
  - 250 14 4,6
  - 400 67 10,2
  - 1 000 59
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 667
  - 2° Dans la soudure par points, qui remplace avantageusement le rivage ou le sertissage des tôles, les plaques à réunir sont disposées entre
  - Fig. 656. — Machine à souder par points.
  - deux électrodes en pointes (fig. 656). En agissant sur une pédale, on abaisse l’électrode supérieure et on produit la compression tout en fermant le circuit électrique. La rapidité de ce procédé, qui supprime le Perçage des trous et le matage des rivets, ressort clairement des nombres ei'dessous :
  - Épaisseur totale en mm. Durée Consommation
  - (1acier doux). en secondes. par 100 ;
  - 1 0,6 0,07
  - 2 1 0,14
  - 4 i,8 0,25
  - 6 2,6 0,61
  - 8 3-4 o,99
  - 10 4.2 1,48
  - 12 5 2,06
  - 4° Enfin, dans la soudure continue, les deux tôles à réunir sont Pressées entre deux galets servant d’électrodes (ûg. 657).
  - Le rendement moyen est le suivant :
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- - 668
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Épaisseur en mm.
  - Vitesse en mètres Consommation
  - par minute en kilowatts
  - (soudure à la main). par mètre.
  - 1
  - 2 3
  - I»4 0,05
  - °<7 0,14
  - °’4 0,33
  - En employant des machines automatiques, la vitesse est considérablement augmentée.
  - Les applications de la soudure électrique par résistance sont extrême-
  - 657. — Machine à souder continue.
  - ment nombreuses
  - iaoncation des leviers d’automobile, HAduuu
  - manches des ustensiles des batteries de cuisine, confection des fûts métalliques, soudure des jantes d’automobiles, etc.
  - Pour les petits travaux de soudure, on peut également se ,, . servir de fers à souder chauf-
  - s e ectnquement, soit par une résistance entourant la tête du fer, soit par un arc qui jaillit entre cette tête et une électrode, comme dans l'ap' pareil représenté figure 658.
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- - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 669
  - Le fer est branché directement sur le courant du secteur. La pointe du fer qui sert à souder, d, forme l’électrode positive, et un charbon a l’électrode négative. Quand on appuie sur le bouton c, les deux électrodes sont amenées au contact, et en laissant le ressort antagoniste qu’il renferme fe ramener en arrière, le charbon est écarté de 1 millimètre environ de l’électrode de cuivre et l’arc se forme. On l’observe par une petite fente qui permet de suivre la combustion de l’électrode de charbon. Quand la distance entre les deux électrodes augmente, l’arc s’éteint, mais il suffit de pousser de nouveau le bouton c pour le réamorcer.
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- - CHAPITRE XXVII
  - APPLICATIONS CHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Généralités.' — Les actions chimiques produites par l’énergie électrique : électrolyse’ actions calorifiques. — Avantages des procédés électrochimiques. — Applications de Vélectrolyse aqueuse. — Électrolyse des chlorures alcalins. — Produits obtenus. Méthodes de préparation de la soude : au mercure ; avec diaphragme ; avec circulation-— Appareils Kastner-Kellner, Solvay, Outhenin-Chalandre, Griesheim-Elehtron< Hargroves, Bird, Townsend. — Préparation des hypochlorites. — Procédé H ermite-y" Préparation des chlorates. — Électrométallurgie du cuivre. — Raffinage. — Pyin cipe de la précipitation des diverses impuretés. — Procédé Elmore. — Procédé CoWpeJ Cotes. — Extraction des métaux de leurs minerais. — Électrométallurgie de l’or et l’argent. —• Rappel de la métallurgie de l’or. — Procédé Siemens et Halske. Affinage et récupération de l’or. — Électrozincage. — Cuivrage. — Nickelagc- ' Appareil Delval et Pascalis. — Argenture. —Dorure.— Galvanoplastie. —ÉleC trométallurgie de l’aluminium.
  - Généralités. — Le courant électrique peut agir de différentes façons au point de vue électrochimique :
  - i° On peut utiliser l’action dissociatrice du courant, Y électrolyse, soit pour séparer les corps mélangés dans une même solution, soit pour amener des réactions secondaires d’ordre chimique entre ces corps (industries du chlore, de la soude, des hypochlorites, raffinage du cuivre, électro métallurgie de l’or, de l’argent, fabrication des matières colorantes orga niques, de l’indigo, etc.).
  - 2° On peut utiliser l’effet Joule, la chaleur dégagée par le courant,
  - rç>C
  - pour porter à une haute température les corps en présence. Dans ce l’électricité est employée seulement comme agent calorifique et substitue® au charbon (préparation des corps simples, des carbures, électroside rurgie) (voir plus loin).
  - 3° Enfin, on peut chercher à employer simultanément l’effet Joule ^ courant et son pouvoir dissociateur (préparation de l’aluminium et magnésium).
  - L’électrochimie a bouleversé complètement l’économie industr
  - r ’-.p
  - Par exemple, en 1900, l’électrosidérurgie était à l’état embryonn et semblait devoir rester confinée dans les laboratoires. Aujourd hm> majeure partie des ferros est produite au four électrique, et, depuis ^ ques années, il est utilisé industriellement pour la préparation de 1 aC et même de la fonte.
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- - APPLICATION S CHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQU E 671
  - Par contre, les préparations électrolytiques de l’oxygène, très prospères il y a vingt ans, ont complètement disparu devant le procédé de liquéfaction de l’air de G. Claude.
  - L’aluminium produit en trop grande quantité a amené vers 1900 une Crise qui a influé notablement sur l’évolution et l’orientation de toute une partie de l’électrochimie.
  - Il est intéressant de rechercher les raisons d’ordre général qui ont Provoqué un essor si rapide de certaines industries électrochimiques. On peut dire que l’usine électrochimique se distingue :
  - i° Par une mise en œuvre plus simple des matières plus directement utilisées ;
  - 2° Par l’absence à peu près complète de sous-produits, d’où résulte une économie de main-d’œuvre ;
  - * 3° Par un meilleur rendement.
  - Sur les deux premiers points, il n’est pas d’exemple plus typique que la fabrication du chlorate de potasse par voie électrolytique. A des réactions secondaires près, de peu d’importance, l’opération se réduit à la fixation de l’oxygène de l’eau sur le chlorure de potassium
  - KCl + 3 HaO = CIO3K + 3 H2.
  - Dans les anciens procédés, purement chimiques, les cinq sixienes du chlore de KCl étaient inemployés.
  - On utilisait l’action du chlore sur la potasse suivant la réaction .
  - 6 Cl + 6 KOH = 5 KCl + C103K + 3 H20.
  - Le nombre des industries chimiques dans lesquelles les sous-produits Peuvent rentrer dans la fabrication sans une complication extreme de la niain-d’œuvre est très restreint.
  - Sur le troisième point, on peut dire qu une opération chimique a un rendement le plus souvent extrêmement faible. Prenons comme exemple fa réduction d’un oxyde métallique par le charbon. Pour chaque atome de carbone qui brûle aux dépens de l’oxygène de 1 oxyde, le rendement est évidemment de 100 p. 100. Mais, pour provoquer la reaction, il a été nécessaire de chauffer le mélange pour l’amener à une température convenable : il a fallu dépenser une quantité de charbon supplémentaire. De Pins, le mélange est placé dans des récipients que 1 on chauffe de 1 exte-rienr ; la chaleur est donc très mal utilisée.
  - Par exemple, d’après les données thermochimiques, pour la réduction de 1 oxyde de zinc, il faut fournir 1300 grandes calories par kilogramme de zinc.
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Dans la pratique, on compte sur une consommation de 10 kilogrammes de charbon par kilogrammes de zinc produit. En admettant pour le char-bon un pouvoir calorifique de 7 500 calories au kilogramme en moyenne, on trouve que la quantité de chaleur réellement fournie est 56 fois plus grande que la quantité théorique : le rendement ressort à 1,8 p. 100. C’est faible, et l’on conçoit que l’on ait cherché à produire l’énergie nécessaire à la réaction par un autre procédé que la combustion du charbon à l’extérieur. C’est précisément ce que l’on demande au four électrique-Dans des expériences faites en 1903, à l’usine électrochimique de Crarn-pagna (Ariège), pour la réduction de l’oxyde de zinc, le calcul de l’énergie consommée conduit à un rendement de l’ordre de 30 p. 100.
  - En métallurgie, l’emploi du four électrique présente les avantages suivants :
  - i° La température est plus élevée que dans les fours industriels. Les réactions y seront par suite plus complètes et, en raison même de l’élévation de la température, il sera possible de produire des réactions nouvelles et d’utiliser des réducteurs nouveaux.
  - 2° La source de chaleur est intérieure ; le rendement sera, par suite, meilleur. De plus, pour les réactions se produisant à très haute température, on évitera la détérioration rapide des récipients.
  - 30 La température très élevée permet, dans les opérations métallurgiques, la formation de scories fondues, faciles à séparer du métal. La possibilité de refroidir les parois autorise des compositions de scories, acides, basiques, ou fluorées, très corrosives, qu’on ne peut admettre dans les fours métallurgiques ordinaires.
  - 4° Le réglage de la température est plus facile par une simple manœuvre électrique. On pourra ainsi surchauffer, à un moment donne, pour une addition ou une coulée.
  - 5° Enfin, l’atmosphère n’est pas oxydante.
  - L étude des applications du courant électrique à la chimie mériterait des développements incompatibles avec le cadre forcément très limite du présent volume ; aussi ne pourrons-nous citer que quelques exemples particulièrement typiques et présentant une grande importance indus trielle.
  - * * *
  - Nous commencerons par dire quelques mots des applications de 1 élec trolyse aqueuse, dans laquelle les corps à décomposer sont mis en solu tion dans l’eau. L’exemple le plus caractéristique est celui de l’électrol}8 des chlorures alcalins, tant par la place qu’elle occupe dans l’industfl
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- - applications chimiques de l’énergie électrique 673
  - chimique que par la variété des produits qu’elle permet d’obtenir et qui constitue la meilleure illustration de la souplesse d’action du courant électrique.
  - Le tableau suivant montre les divers produits que l’on peut produire suivant les conditions expérimentales dans lesquelles on se place.
  - Electrolyse par voie humide
  - ,, , I A chaud. Chlorates.
  - Sans diaphragme. jCatiioae soude ^ a froid.. Hypochlorites.
  - 'Cathode liquide. Alcalis et chlore.
  - Avec l Utilisation directe des produits. Alcalis et chlore, diaphragme, j — indirecte — Hypochlorites.
  - pTt, ^ [ Avec cathode solide. Métaux, sodium, lithium.
  - électrolyse par fusion ignée j __ liquide. Alliages, alcalis et chlore.
  - Cette variété de produits constitue même une des di'.Acuités du problème, Car il faut empêcher les deux corps libérés, chlore et soude, par exemple, he se recombiner.
  - En effet, l’électrolyse du chlorure de sodium donne lieu à des réactions secondaires dont nous allons dire quelques mots.
  - Sous l’influence du courant, les ions Na et Cl se séparent.
  - Puis, le sodium se trouvant au contact de la solution et par suite en Présence d’eau, donne la réaction :
  - Na + H20 = NaOH + H.
  - Supposons que les compartiments anodique et cathodique ne soient Pas séparés.
  - Ee chlore, au contact, de la soude, donnera du chlorate, si la solution est concentrée et chaude, suivant la réaction :
  - 6 Cl + 6 NaOH = 5 NaCl + C103Na + 3 HaO,
  - et de l’hypochlorite si la solution est étendue et froide, suivant la réaction :
  - 2 Cl + 2 NaOH = NaCl + ClONa + H20.
  - En réalité, on aura les deux réactions à la fois. De plus, le chlorate et ^ hypochlorite au contact de l’hydrogène provenant de 1 action du sodium Sllr 1 eau sont partiellement réduits, tout au moins 1 hypochlorite.
  - 1 on ajoute une petite quantité d’alcali, les débuts de 1 électrolyse 0rd les mêmes ; mais, à mesure que la quantité d alcali augmente, la ericur limite en hypochlorite diminue, de meme que la réduction. Par °ntre, le dégagement d’oxygène augmente par suite de 1 électrolyse ^c°ndaire de l’eau. Avec 5 p. 100 d’alcali, on ne constate plus la formation hypochlorite et la réduction tombe à zéro.
  - Vi
  - [gneron. — Électricité.
  - 43
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- - 674
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - L’élévation de température agit à la façon des alcalis ; mais on peut toujours constater (lorsqu’il n’y a pas d’alcali) la présence de l’hyp0' chlorite.
  - L’augmentation de la densité de courant favorise d’une façon générale le dégagement d’oxygène et augmente la différence de potentiel aux bornes ; à la cathode pourtant, elle diminue la réduction.
  - En résumé, l’étude des réactions successives montre :
  - i° Que l’on peut obtenir des hypochlorites et chlorates par électrolyse directe des chlorures alcalins, dans des appareils sans diaphragme ;
  - 2° Que l’on ne peut obtenir par électrolyse directe que des hypochlo-rites à teneur excessivement faible ;
  - 3° Que le chlorate se fait aussi bien à froid qu’à chaud, mais que l’on a tout intérêt à le fabriquer vers 6o° à 8o°.
  - Il faut donc séparer le chlore et la soude au fur et à mesure de lelir production.
  - Un grand nombre de dispositifs ont été proposés pour résoudre cette question. Nous n’indiquerons que ceux effectivement exploités.
  - * * *
  - On peut distinguer trois méthodes de préparation électrolyW de la soude :
  - i° La méthode au mercure.
  - 2° La méthode avec diaphragme.
  - 3° La méthode avec circulation.
  - La méthode au mercure consiste à amalgamer le sodium au momen
  - duit
  - soit
  - de sa libération à la cathode, puis à décomposer l’amalgame pr0 à l'abri du liquide anodique, soit dans le bac électrolytique meme dans un décomposeur spécial. L’amalgame alcalin ne se décompoS en effet, à température ordinaire, au contact de l’eau, avec une vites^ appréciable, que s’il est mis en contact avec un métal étranger • ^ cuivre, platine... ; dans ces conditions, alors, le dégagement d’hydrogen corrollaire de la réaction :
  - Na + HaO = NaOH + H
  - se produit abondamment.
  - L’inattaquabilité de l’amalgame à la cathode ne provient donc paS
  - potentiel cathodique de la surface mercurielle, mais de la force e
  - lectro'
  - motrice élevée que nécessite l’hydrogène pour se dégager du me
  - retire
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- - applications chimiques de l’énergie électrique 675
  - aussi y a-t-il parfois libération d’hydrogène sur la surface mercurielle que traverse le courant. L’amalgame de potassium se décompose plus facilement que celui du sodium.
  - Cette décomposition est obtenue en mettant l’amalgame en court-circuit avec un autre métal, le fer en général, soit dans l’électrolyseur lui-même ^ui est alors cloisonné en deux compartiments, l’un d’amalgamation, 1 autre de désamalgamation, entre lesquels le mercure circule automatiquement (système Kellner), soit dans un décomposeur spécial où le mercure est conduit mécaniquement (système Solvay)
  - Kellner. de l’appareil Kastner-Kellner.
  - Procédé Kastner-Kellner. — La cuve est divisée en trois compartiments (fig. 659), un négatif B, deux positifs A et C agissant à tour de rôle. Une came D permet de donner à la cuve un léger mouvement de élancement et, pendant que le mercure régénéré passe de B en A par exemple, l’amalgame formé en C passe dans le compartiment B.
  - Le principe du procédé est représenté schématiquement par la figure 660.
  - F A
  - Fig. 661. — Schéma de l’appareil Solvay.
  - Procédé Solvay. — Les bacs ne sont pas cloisonnés, mais le mer-^Ure, aussi bien que le liquide d’électrolyse, circule continuellement ns le même sens. On évite ainsi la formation de chlorure mercureux
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- - 6j6
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - par le chlore dissous et l’appauvrissement en sel de la surface liquide contiguë à la cathode.
  - L’appareil se compose (fig. 661) d’une simple cuve rectangulaire A dont la surface, aussi grande que l’on veut, permet une production considérable. Le fond est toujours couvert de mercure qui arrive par C, le trop plein est en D et le mercure s’échappe par le tube inférieur F. La saumure circule en sens inverse, entre par le tube supérieur F et sort en G. Le système anodique est formé de charbons disposés en quin'
  - conce. Un monte-jus M ramène dans l’appareil le mercure régénéré.
  - La tension de décomposition du NaCl entre mercure et charbon étant de 3,2 volts au lieu de 2,2 volts entre charbon et fer, par exemple, la substitution du mercure au fer dans ces procédés provoque une élévation de la force électromotrice nécessaire dans chaque bac. C’est un inconvénient qui est compensé par la diminution de distance liquide entre les pôleS actifs et la suppression de la résistance du diaphragme.
  - Fie. 66i
  - Schéma de l’appareil Outhenin-Cha-landre.
  - Dans le procédé au diaphragme, on essaye d’empêcher les Pr duits formés à l’une des électrodes de réagir sur ceux formes l’électrode contraire. De nombreux systèmes ont été proposés. Nous citerons seulement le principe de quelques-uns.
  - Procédé Outhenin-Chalandre. — Les
  - diaphragmes sont disposés dans l'électrolyseur comme les tubes d’une chaudière (fig. 662). Le compartiment cathodi- ^
  - que est formé des chambres A et C de l’appareil et de l’intérieur tubes T. Le compartiment cathodique est formé de la chambre extérieure aux tubes T.
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- - APPLICATIONS CHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 677
  - Procédé Griesheim-Elektron. - L’appareil est formé d’une série de cuves poreuses en ciment D, montées en quantité dans un vase ca-thode R (fig. 663).
  - Les compartiments sont alimentés séparément et les parois sont portées Par la vapeur à la température de 90° environ.
  - Procédé Hargreaves-Bird. — La cathode est formée dune toile métallique et on fait filtrer au travers le liquide ve-nant de l’anode.
  - L’électrolyseur se compose d’une cuve contenant deux diaphragmes spéciaux B, B entre lesquels arrive la solution à électrolyser ; dans cette solution plongeant les anodes A, en charbon. Tout contre le diaphragme B sont les cathodes en toile de cuivre (hg. 664).
  - Lorsque la soude se forme à la cathode, elle est entraînée par la vapeur d’eau que l’on envoie dans la cellule cathodique ; de plus, on fait passer un courant d anhydride carbonique qui donne du bicarbonate.
  - Procédé Townsend. — C’est un procédé analogue au procédé Hargreaves-Bird, mais l’originalité consiste à soustraire le liquide circulant à- toute action nuisible, soit du courant, soit résultant du mélangé avec les liquides voisins, dès qu’il a subi l’enrichissement cathodique. A cet effet, il passe automatiquement dans un récipient contenant de 1 huile
  - minérale.
  - L’appareil se compose d’un bâti parallélépipédique très aplati en ciment armé, dont les deux faces les plus rapprochées portent des plaques de fer criblées servant de cathodes ; à celles-ci, vers l’extérieur, se trouvent juxtaposés les réservoirs d’huile, tandis que vers 1 intérieur un diaphragme h’amiante poreux tapissé d’hydrate de fer (Btrkeland) retient le liquide Modique, au sein duquel baignent, dans le plan médian de la cuve, des P^smes de graphite constituant les électrodes. Une pression hydrostatique fait filtrer à travers le diaphragme et la cathode le liquide qui suinte en gouttelettes dans la couche d’huile isolante.
  - * * *
  - Enfin, le procédé par circulation se rattache directement au prévient, mais la cloison poreuse est éliminée. L’anode se trouve enfermée dans une cloche en fonte ouverte vers le bas et dont la surface interne est ^eetriquement isolée ; la face externe joue l’office de cathode (fig. 665).
  - Fig. 664. — Schéma de l’appareil Hargreaves-Bird.
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 678
  - L’alcali descend par suite de sa densité et forme une couche plus lourde au fond du bac ; cette couche tend à être transportée à l’anode par Ie courant.
  - »
  - La vitesse de progression de cette couche est fonction de la force électro-motrice dépensée par centimètre de liquide, entre les électrodes, pour le transport du courant.
  - Pour combattre cette tendance» on fait avancer à l’intérieur de la cloche un courant liquide de saumure fraîche qui se dirige en sens inverse de la couche alcaline. Une quantité de liquide caustifïé, égale à celle qui entre à l’anode, s’écoule du compartiment cathodique par un trop-plein. Pour que le contre-courant liquide puisse produire son effet, il faut évidemment
  - ü
  - mmzmzrn
  - Fig. 665. Schéma du procédé à cloche. Le liquide arrive doucement au-dessus de l’anode A et passe sous le bord inférieur de la cloche B.
  - que le mélange des liquides soit évité, ce qui nécessite que le mode distribution du liquide neuf dans la cloche soit particulièrement b1#1 étudié et réglé. Afin d’écarter les pertes que pourrait provoquer le dere glage d’une cloche de grande dimension, on emploie une série de petite cloches réparties dans un grand bac.
  - Hs * *
  - Parmi les composés du chlore que l’on peut préparer par voie électr lytique, il en est de très importants au point de vue industriel. Ce so i° L’hypochlorite de soude ou eau de Javel, mélange d’hypoch de sodium et de chlorure de sodium ;
  - 2° Le chlorure de chaux, dont la composition est :
  - /Cl . OC1
  - 2 Ca + Ca / +2 H20.
  - \ OH \ OH
  - Il serait formé, par suite, de deux molécules d’un oxychlorure de forn1
  - Cl OC1
  - Ca y et d’une molécule d’hypochlorite Ca q ;
  - °H . °H , , fabri'
  - 3° Les chlorates de sodium et de potassium employés pour la
  - cation des explosifs et la production d’oxygène ;
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- - APPLICATIONS CHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 679
  - 4° Les perchlorates de sodium et potassium.
  - L’un des procédés les plus simples de préparation des hypochlorites est le procédé Hermite. Le liquide employé est une solution comprenant 50 kilogrammes de chlorure de sodium, 5 kilogrammes de chlorure de magnésium pour 1 000 litres d’eau.
  - L’appareil consiste en une cuve en fonte galvanisée, ayant à la partie inférieure un tube perforé d’un certain nombre de trous et munie d’un robinet en zinc. La dissolution entre dans bélectrolyseur par ce tube. Le ha ît de la boîte en fonte galvanisée est muni d’un rebord formant canal. Le mouvement du liquide est continuel et se fait de bas en haut. La solution débordant dans le canal est emmenée par une tuyauterie.
  - Les cathodes sont formées par un certain nombre de disques en zinc, rnontés sur deux arbres tournant lentement.
  - Entre chaque paire de disques en zinc, sont placées les électrodes positives, dont la surface est constituée par de la toile de platine maintenue Par un disque en ébonite, qui donne la rigidité nécessaire à 1 anode.
  - La barre de cuivre à laquelle sont fixées les électrodes positives est en communication avec le pôle positif de la dynamo.
  - Les disques de zinc constituant les cathodes communiquent par la boîte en fonte avec le pôle négatif.
  - Si on emploie plusieurs électrolyseurs, on les monte en série. Le courant employé est de 1 000 à 1 200 ampères, et la force électromotrice de 5 volts.
  - Ces appareils fonctionnent dans un grand nombre de papeteries.
  - Pour la fabrication du chlorate, on emploie deux méthodes différentes.
  - Dans la première, un diaphragme sépare l’alcali du chlore, et on °père un transport régulier de l’alcali forme dans la cellule à la cellule Positive afin de l’amener au contact du chlore.
  - Dans la seconde méthode, on électrolyse le chlorure en présence d alcali sans utiliser de diaphragme, mais il faut alors se servir d’anodes en platine (procédés Gall et Montlaur, Hurteru, Franchot et Gilles, etc.).
  - * * *
  - Comme second exemple des applications chimiques de 1 énergie élec trique, nous citerons Y électro-métallurgie du cuivre. Elle peut avoir rEux buts distincts : .
  - 1° Servir à purifier le composé obtenu par une opération chimique, ce fiu on appelle raffiner le produit brut ;
  - 2° Servir à extraire directement le métal de son minerai par électrolyse.
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  - b8o
  - Le principe général du raffinage des métaux par voie électrolytique est le suivant : si, dans une cuve contenant un bain de composition convenable, on utilise comme anodes des plaques en métal que l’on veut purifier et comme cathode des plaques en même métal, mais pur, sous l’influence du courant l’anode se dissout et un dépôt métallique se fait sur la cathode.
  - Si on opère dans des conditions convenables de composition de bain, d’ampérage, de température, on peut obtenir un dépôt constitué par un métal pur.
  - Deux cas peuvent se présenter :
  - i° Les métaux ou corps étrangers qui constituent les impuretés sont plus électro-négatifs que le métal à déposer; alors, ils se déposent en forme de boue au fond des cuves ;
  - 2° Les impuretés sont plus électro-positives ; elles s’accumulent dans le bain sous forme de sels.
  - Dans cette opération du raffinage, l’énergie consommée est extrêmement faible ; en théorie, elle est nulle ; en effet, il n’y a dépense que par suite du transport des ions et des résistances à vaincre, résistance des conducteurs, polarisation, etc. Toutefois, ces résistances sont très petites, et il faut noter que le raffinage électrolytique du cuivre peut être exploité avec succès sans avoir recours aux chutes d’eau.
  - C’est, avec la galvanoplastie et le nickelage, la seule industrie électrolytique a laquelle on puisse attribuer de très sérieux avantages, tout au moins au point de vue de sa généralisation, c’est-à-dire de son établisse-ment en un lieu quelconque.
  - Si on envisage spécialement la question du raffinage du cuivre, il est de toute nécessité de rappeler les expériences de Kiliani. C’est, en effet, sur les résultats obtenus par ce savant que reposent les méthodes de raffinage.
  - En classant les métaux qui se rencontrent dans le cuivre brut suivant leurs chaleurs d’oxydation, on remarque qu’ils se suivent dans ce^ ordre :
  - Manganèse, zinc, fer, étain, cadmium, cobalt, nickel, plomb, arsenic, bismuth, antimoine, cuivre, argent et or.
  - Les métaux qui précèdent le cuivre doivent, d’après le principe du travail maximum, passer avant lui en solution ; seuls l’or et l’argent se dissolvent après lui.
  - Réciproquement, si on considère les métaux dissous dans le bain, ^ devront se déposer, sous l’influence du courant, suivant un ordre invers du précédent ; c’est-à-dire que l’or et l’argent se déposeront tout d abor puis le cuivre et ensuite les autres métaux.
  - * * 1 S6
  - On conçoit alors aisément quel parti on peut tirer de ce fait ; mais i
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- - APPLICATIONS CHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 681
  - complique par suite de la présence de quelques autres impuretés, notamment des oxydes et des sulfures qui ont pris naissance dans le traitement métallurgique.
  - L’attaque des anodes ne se produit pas, comme on pourrait le croire, de la surface au centre. On constate, au contraire, que les parties centrales sont rouges avant que tout le cuivre de la périphérie soit entré en solution.
  - Les conditions à remplir pour avoir un bon dépôt sont :
  - i° Une circulation rapide du bain qui y détermine une agitation ;
  - 2° Une constance aussi absolue que possible de l’acidité du bain ;
  - 3° De même pour la teneur en cuivre du bain ;
  - 4° Un courant dont l’intensité ne dépasse pas 30 à 40 ampères par mètre carré d’électrode.
  - Dans les procédés ordinaires, le gros inconvénient consiste dans le changement relativement fréquent de l’électrolyte devenu impur par suite des corps étrangers qui s’y sont dissous. On serait alors conduit à ne soumettre à l’électrolyse que les cuivres déjà purifiés, mais contenant des métaux précieux. C’est généralement ce qui se fait.
  - On a proposé certains perfectionnements qui permettent de changer moins fréquemment l’électrolyte. Un seul est à retenir : c’est l’insufflation d’air.
  - Si, dans un bain dans lequel se trouvent de l’arsenic, du nickel, du cobalt et du fer, on vient à insuffler de l’air, ces impuretés se précipitent sous forme d’arséniates.
  - * * *
  - Le dépôt électrolytique d’un métal a un aspect cristallin, et par suite one faible résistance mécanique. Il faut donc, si l’on veut obtenir un produit marchand, faire subir au dépôt une modification en cours de formation.
  - Elmore a cherché à préparer des tubes en cuivre de grand diamètre Pur électro-dépôt ; ces tubes ainsi préparés ne présentent pas de soudure et, par suite, possèdent la résistance mécanique maximum.
  - Le principe de l’appareil consiste a comprimer le dépôt métallique qui Se forme sur un mandrin tournant.
  - La cathode (fig. 666) est formée d’un mandrin en acier A. Pour empêcher f adhérence du dépôt sur ce mandrin, on le recouvre d une mince couche de cuivre que l’on oxyde ensuite l’anode B, en cuivre brut, est coulee en forme d’U, de façon à régulariser le depot. La cathode est animee d un mouvement de rotation, grâce aux roues dentees C et D, actionnées par
  - poulie E ; le courant est amené a la poulie F par le balai G. Le polis-
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- - 682
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sage est obtenu au moyen de brunissoirs en agate, montés dans un support animé d’un mouvement de va-et-vient par l’axe fileté J, tournant alternativement dans un sens et dans l’autre. Ce double mouvement est obtenu de la façon suivante : la tige K est articulée avec, un levier L permettant, suivant que la pièce M est poussée à droite ou à gauche, d’embrayer ou de desembrayer les poulies O et N p°u' vant tourner en sens inverse l’une de l’autre au moyeu d’une courroie droite et d’une courroie croisée, fixées sur le même arbre. L’embrayage et
  - le désembrayage des poulies permettant ce double mouvement est produit grâce à deux taquets P et P' contre lesquels vient butter la pièce fixée au support des brunisseurs quand ceux-ci sont à fond de course.
  - On obtient par ce procédé, utilisé eri France par l’usine de Dives-sur-Mer, des tubes ayant jusqu’à 2m,5 de diamètre et 3m,5 de long.
  - On peut obtenir également du cuivre en planches en coupant les cylindres suivant une génératrice, et des fils en coupant le tube en un ruban hélicoïdal que l’on tréfile ensuite.
  - On peut accroître la densité de courant et, par suite, la vitesse du dépôt tout en conservant au cuivre ses qualités, en augmentant la circulation de l’électrolyte ; mais la vitesse du liquide, dans ces conditions, ne peut jamais être considérable ; de plus, elle est irrégulière. On a, au contraire, une action beaucoup plus régulière et une vitesse beaucoup plus grande si, au lieu de faire circuler l’électrolyte, on fait tourner la cathode. C’est le principe du procédé Cowper-Coles.
  - Une cuve de bois sert de récipient ; on y suspend les anodes en cuivre brut coulé en forme de gros tubes. La cathode est formée d’un cylindre axial en laiton, légèrement graissé pour éviter l’adhérence du dépôt et permettre de le détacher facilement. Si l’on veut obtenir du cuivre en ruban, on enroule en hélice, sur la surface de la cathode, un fil en substance isolante, en faisant le pas de l’hélice égal à la largeur du ruban Qüe 1 on désire. Une fois l’opération finie, on coupe le tube suivant cette hélice et on déroule le ruban après avoir recuit le métal. Pour avoir des plaqneS> on coupe le tube suivant une génératrice. La cathode porte à la partie supérieure un anneau en permettant la manœuvre facile et une large
  - Fig. 666. — Schéma de l’appareil Elmore.
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  - bague sur laquelle frottent les balais, reliés au pôle négatif de la source d'électricité. Le porte-balai est mobile autour d'un axe, ce qui permet d’écarter les balais pour retirer la cathode. Au bas de la cathode se trouve un plateau, à bord relevé, fait en matière isolante, qui empêche la formation du dépôt à l’extrémité inférieure où il est généralement irrégulier et couvert de nodules.
  - L’électrolyte est aussi en mouvement ; il est injecté dans la cuve tan-gentiellement aux parois, soit par une pompe, soit par l’air comprimé ; à sa sortie de l’électrolyseur, il est filtré pour en retirer les boues qu’il renferme.
  - L’électrolyse donne les meilleurs résultats pour la composition suivante :
  - Eau ................................ 74,36 p. 100 en poids.
  - Acide sulfurique ................... 10,77 —
  - Sulfate de cuivre................... 14,87 —
  - * * *
  - On peut, d’une façon générale, employer deux méthodes pour extraire électrolytiquement les métaux de leurs minerais 1 utiliser directement le minerai comme anode soluble, mais il faut alors qu il soit conducteur, et cette méthode n’a pas donné de bons résultats ; ou faire subir au minerai un traitement préalable pour le faire passer en solution. Le liquide obtenu est soumis à l’électrolyse et on utilise des anodes insolubles. La dépense en énergie électrique est élevée et on ne peut éviter le phénomène de polarisation qu’en faisant intervenir une réaction secondaire.
  - En effet, lorsque l’on électrolyse du sulfate du cuivre, on sait qu il se sépare en deux ions :
  - SOCu = SO4 + Cu,
  - l’ion SO4 réagira sur l’eau et donnera :
  - SO1 + H20 = S04H2 + O.
  - Cet oxygène produira la polarisation que 1 on ne pourra éviter qu en faisant intervenir des corps pouvant s’emparer de cet oxygène.
  - Bien que l’extraction du cuivre par voie électrolytique n’ait pas donné tous les résultats que l’on pouvait attendre, nous citerons le procédé Siemens.
  - Il est caractérisé par l’emploi du sulfate ferreux comme depolarisant.
  - Ce sel en effet donne avec l’ion SO4 la réaction .
  - 2 S04Fe + SO4 = (S04)3Fe2.
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  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - On évite ainsi l’action des ions SO} sur l’eau et par conséquent la production d’oxygène. Le procédé Siemens utilise des minerais pauvres, contenant 4 à 5 p. 100 de cuivre. Il comprend les opérations suivantes :
  - i° Pulvérisation du minerai dans un broyeur.
  - 2° Attaque du minerai pulvérisé par la solution de sulfate ferrique provenant d’une opération préalable. On a la réaction :
  - (S04)3Fe2 + Cu = SOCu + 2 S04Fe.
  - Cette réaction a lieu dans une cuve en bois munie d’un agitateur et chauffée par un serpentin en plomb dans lequel circule la vapeur.
  - 30 La liqueur ainsi obtenue passe à travers un filtre, qui sépare le minerai épuisé du liquide électrolytique.
  - 40 Celui-ci se rend ensuite dans un bac qui est en surcharge dans les cuves électrolytiques. Après électrolyse, le liquide sort de la série des bains et retourne dans la cuve.
  - L’opération est continue ; le nombre des cuves d’électrolyse, le courant et la vitesse d’écoulement du liquide sont calculés de façon que, à la sortie des cuves, le liquide ne contienne plus de cuivre et soit à ce moment riche en sulfate ferrique. Il peut alors servir à opérer une nouvelle dissolution du minerai.
  - Dans ce procédé, la densité du courant atteint 120 ampères par mètre carré de cathode.
  - * * *
  - La métallurgie de l’or et de Vargent a profité des méthodes électrolytiques qui ont permis le traitement de minerais résiduaires trop paU' vres pour être exploités par les procédés ordinaires. Rappelons brièvement tout d’abord les principes de l'extraction de l’or.
  - Le minerai est séparé des poussières qui représentent le quart du minerai et re° ferment le vingtième environ de l’or total. Ce minerai est broyé en présence dune grande quantité d’eau de façon à former une boue liquide, la pulpe, que l’on filtre sar un tamis et que l’on déverse sur la table d’amalgamation. Cette dernière est constituée par une plaque de cuivre, recouverte de mercure, qui s’allie immédiatement à 1 °r' L’amalgame est ensuite séparé et distillé.
  - On retire ainsi de 60 à 70 p. 100 de l’or contenu dans le minerai.
  - La boue restante est traitée par le cyanure de potassium qui dissout l’or ; ce dernier est précipité soit par le zinc (procédé Mac Arthur et F or est), soit par le couple zlIlC plomb (procédé Betty), soit par électrolyse (procédé Siemens et Halske).
  - Cyanuration.—La pulpe sortant de la table d’amalgamation tombe sur une tabl •à secousses, qui permet de recueillir les concentrés formés de pyrites et de sables rie en or. Elle est ensuite envoyée dans une caisse où se fait la séparation en tai
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- - APPLICATIONS CHIMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE 685
  - ormés de sables qui se déposent, et en boues (slimes) qui sont évacuées dans une autre cuve. Ces boues sont formées principalement d’argile.
  - Ces trois produits, de richesse très différente, sont traités chacun d’une façon spéciale.
  - Les concentrés renferment 30 grammes d’or à la tonne, quelquefois 90 et jusqu’à 2lo grammes et représentent 2,5 p. 100 du minerai : les tailings contiennent 6 à 9 grammes et représentent 50 p. 100 du minerai ; enfin les slimes tiennent 15 grammes et représentent 12 à 13 p. 100 du minerai.
  - Les concentrés sont en général traités par grillage et chloruration. Les tailings sont lessivés dans des cuves à filtre avec des solutions de cyanure de potassium contenant de 0,05 à 0,1 p. 100 de sel ; la durée du lessivage est de six à dix jours. La disso-Lon de l’or est assez lente : on ne peut donc traiter ainsi que les minerais renfermant 1 or en parcelles très fines ; c’est pourquoi on ne peut employer uniquement la cyanu-ration ; on doit toujours la faire précéder de l’amalgamation.
  - Pour les slimes, il suffit d'une solution à 0,01 p. 100 de cyanure avec laquelle on les agite pendant cinq ou six heures ; on laisse décanter pendant un temps qui varie suivant la constitution physique de ces boues, mais qui est en moyenne de huit à douze heures et, après la séparation de la boue, la solution d’or est décantée et filtrée sur un banc de sable. On répète le traitement au moins trois fois avec des solutions de plus en plus diluées.
  - L’or se dissout dans le cyanure grâce à une oxydation, comme l’indique la formule :
  - 2 Au + 4 CyK + O + H20 = 2 KAuCy2 + 2 KOH.
  - * Cette oxydation se fait sous l’influence de l’oxygène de l’air en solution dans l’électrolyte ; cette quantité est d’ailleurs excessivement faible, étant donnés le poids atomique considérable de l’or et la faible quantité de ce métal à faire entrer en solution.
  - La différence de grosseur des grains de métal explique la différence de temps nécessaire pour la dissolution du métal contenu dans les deux sortes de produits
  - traités.
  - Toutes les espèces de minerais ne peuvent être traitées par le cyanure. Il faut, en effet, qu’ils ne renferment aucune matière détruisant le cyanure de potassium ; les composés du cuivre et du zinc que l’on rencontre fréquemment avec les minerais O’or sont donc nuisibles, de même que les matières organiques.
  - Il faut maintenant retirer l’or de la solution cyanurée.
  - Dans le procédé Mac Arthur et Forest, on traite la solution de cyanure double O’or et de potassium par du zinc en frisure ou en planure. La boue obtenue, traitée Par l’acide sulfurique, est débarrassée de l’excès de zinc et des métaux etrangers. Sien que très simple, ce procédé présente des inconvénients notables : les solutions traitées ne doivent pas contenir de métaux précipitant par le zinc (cuivre, plomb) qrii viendraient souiller l’or ; il faut que le zinc soit pur, les métaux etrangers qu il Contient se retrouvant dans l’or; enfin, pour que l’épuration se fasse bien, il :faut que ]a solution soit riche en cyanure, dont une partie est détruite par le zinc, d ou perte de zinc et de cyanure ; c’est le principal inconvénient de cette méthode.
  - Dans le procédé Betty, on remplace le zinc par un couple plomb-zinc obtenu en Plongeant rapidement la tournure de zinc dans une solution faible d acetate de plomb.
  - Enfin, dans le procédé Siemens et Halske, on extrait l’or par électrode. On emploie le plomb comme cathode, l’or y adhère fortement et ü est facile de le récupérer ensuite par fusion et coupellation. Les anodes s°nt en fer, entourées de toiles pour retenir le bleu de Prusse formé, par suite de la production de ferrocyanure dont la teneur dans la solution ne
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - peut donc pas augmenter. Elles durent très longtemps, et le cyanure de potassium peut être en partie retiré du bleu de Prusse.
  - La densite de courant est d’environ 0,5 ampère par mètre carré d’électrode, avec une tension aux bornes de 2 volts.
  - * * *
  - A cote de 1 extraction de l’or de son minerai, l’électrolyse permet de Vaffiner, c’est-à-dire de le purifier par une simple électrolyse, comme dans le cas du cuivre. Il en est de même pour l’argent, et on arrive ainsi à préparer des métaux titrant 999,5 à 999,8.
  - On peut également par électrolyse récupérer le cuivre et les métaux précieux contenus dans les résidus de toute sorte, bijoux, galons, passementerie, etc.
  - Le principe de 1 opération est le suivant. On emploie comme électrolyte une solution de nitrate de cuivre légèrement acide ; les métaux, sauf l'or et le platine, se dissolvent a l’anode ; l’argent est ensuite précipité par le cuivre qui se dépose à la cathode.
  - Le résidu anodique renferme de l’or, du platine, de l’acide stannique, de 1 azotate basique d’étain, du bioxyde de plomb. On traite les boues par 1 acide nitrique étendu, a l’ébullition ; puis on dissout le résidu dans l’eau régale, on sépare par filtration l’acide stannique, le chlorure de plomb et le peu d argent a 1 état de chlorure ; dans la solution, on précipite 1 °r par le sulfate ferreux, puis le platine par le fer ou le chlorhydrate d’ammoniaque.
  - La densité du courant employé est de 1,8 ampère par décimètre carré et la tension aux bornes de 2,5 à 3 volts. Le liquide employé, peu conducteur, renferme 2 à 5 p. 100 de cuivre et 0,05 à 0,4 p. 100 d’acide libre ; il s’écoule, chargé d argent, par la partie inférieure et revient désargenté à la partie supérieure de l’électrolyseur.
  - Lorsqu il sort de l’appareil, il se rend dans une série de sacs à double fond perces de trous, renfermant au centre des barres de cuivre et sur les côtés de la tournure. Le liquide cède alors l’argent, qui se trouve remplace par une quantité équivalente de cuivre, soit environ une partie de cuivre dissoute pour une partie et demie d’argent précipitée. Le liquide sortant de ces appareils est à peu près neutre.
  - * * *
  - Les applications de l’électrolyse que nous venons de résumer ont une importance industrielle considérable, soit par le tonnage des produits
  - e
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  - fabriqués, soit par leur valeur commerciale ; mais il en est d’autres, plus connues, plus classiques pourrait-on dire, que l’on ne peut passer sous silence : électrozincage, cuivrage, nickelage, argenture, dorure, galvanoplastie.
  - I-électrozincage, qui tend à remplacer la galvanisation, consiste a recouvrir le fer, préalablement décapé, d’une couche de zinc électrolytique.
  - Le dépôt de zinc électrolytique a l’avantage particulier suivant : le zinc précipité, même en couche extrêmement mince, présente des irrégularités et des solutions de continuité aux endroits du métal où se trouvent des pailles, craquelures, etc., qui pourraient échapper à 1 examen. C est Pour cette raison que l’électrozincage des tubes de chaudières marines est exigé par l’Amirauté anglaise et la Marine française pour permettre le contrôle de la qualité des pièces.
  - L’électrolyte employé est une solution de sulfate de zinc a 250 grammes Par litre.
  - Dans le cuivrage, une difficulté particulière se présente lorsqu on 1 applique aux métaux, fer, zinc, etc. ; elle tient à ce que ces métaux déplacent Ie cuivre de ses solutions sans l’intervention du courant et ne donnent, Pour cette raison, aucun dépôt régulier, mais précipitent le métal a 1 état de boue. Le cuivrage de la fonte avait été résolu dès 1856, par Oudry, en déposant, sur l’objet à cuivrer, un vernis protecteur rendu conducteur Par une couche de plombagine ; le tout était mis dans une sorte d immense Pile Daniell, dont l’objet formait le pôle positif. Le cuivrage demandait de trois semaines à un mois ; c’est de cette façon que furent fabriqués les colonnes, candélabres et fontaines de la place de la Concorde et des Champs-Elysées. Actuellement, on revient à l’ancien procédé consistant a les enduire d’un vernis renfermant du cuivre porphyrise auquel on donne, une fois sec, la patine voulue.
  - On arrive à recouvrir directement les métaux : fer, zinc, etc., d une couche de cuivre, sans l’intermédiaire d’un enduit isolant entre le métal cf le cuivre, en déposant une première couche de cuivre en bain de cyanure double de cuivre et de potassium, obtenu par addition d une solution d acétate de cuivre à une solution de cyanure de potassium. On obtient ffinsi un dépôt adhérent, rosé, lorsque l’on opéré en bain tiède, avec une densité de courant excessivement faible.
  - Le dépôt est parfaitement homogène ; il présente une telle adhérence Cffie la pièce peut être chauffée au rouge, puis trempée dans 1 eau, martelée ^ froid, emboutie, pliée, sans que le cuivre se soulève et se détérioré d aucune façon. Enfin, une tôle d’acier ainsi cuivrée possède la propriété de
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- - 688 APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - ne plus se tremper et, après avoir été chauffée et plongée dans l’eau, conserve la malléabilité de l’acier recuit.
  - L’orfèvrerie emploie également la galvanoplastie pour l’ornementation du verre, du cristal, etc. Dans ce cas, on dessine sur l’objet, au moyen d’un vernis contenant en solution du chlorure d’or ou de platine. Après dessiccation, on chauffe pour mettre le métal en liberté, puis on dépose une couche de cuivre que l’on peut ensuite recouvrir d’un autre métal, travailler, ciseler, etc. On peut également argenter les endroits à recouvrir, en opérant comme dans le cas de l’argenture des glaces.
  - Une autre application est le cuivrage des charbons pour l’éclairage, des balais de dynamos, etc.
  - Le nickelage s’applique surtout au fer, qu’il préserve de l’oxydation. Le traitement préalable de la pièce consiste, non plus en un décapage aux acides comme dans le cas du cuivre, mais en un polissage qui doit être très parfait si l’on veut un dépôt bien adhérent.
  - On opère souvent en cuivrant préalablement en bain de cyanure, passant ou non en bain de sulfate de cuivre et faisant enfin le nickelage.
  - Les bains de nickelage varient à l’infini : ils sont à base de sulfate de nickel, auquel on ajoute en général du sulfate d’ammoniaque. La principale difficulté est que, l’anode soluble se dissolvant difficilement, le bain s’enrichit en acide sulfurique, lequel donne un dépôt terne ; d’ailleurs, même avec une teneur faible en acide, le dépôt ne tarde pas à ne plus 'se produire. Pour éviter ces inconvénients, on ajoute au bain du citrate d’ammoniaque ou un autre sel à acide organique ; et de temps en temps on neutralise cet acide, soit par l’hydrate, soit par le carbonate de nickel.
  - Pour les petits objets, afin d’éviter une main-d’œuvre onéreuse, Ie nickelage direct s’effectue sur les objets placés en tas, mais, pour éviter le non-recouvrement par le métal aux points de contact, il faut agiter continuellement l’appareil. On a imaginé le nickelage au tonneau. Les pièces à nickeler sont placées dans un tonneau tournant autour de sou axe ; ainsi soumises à un mouvement de rotation les unes sur les autres, elles sont uniformément recouvertes de métal et subissent un polissage qui permet de supprimer l’avivage définitif, de façon que, lorsqu’elles sortent de l’appareil, elles ont simplement besoin d’être rincées et séchées et peuvent être livrées immédiatement.
  - La figure 6 67 représente la disposition schématique de l’appareil Del val et Pascalis. A est le tonneau proprement dit, à neuf faces, mobile autour d un axe. Les anodes sont en C, la cathode est fournie par les objets a nickeler E, auxquels le courant est amené par des barres D1; D2, D3, corri muniquant chacune avec des touches d’un commutateur 1, 2, 3> e^c"
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- - applications chimiques de l’énergie électrique 68g
  - disposé de telle façon que trois de ces touches soient en relation avec le Pôle négatif de la source, les touches 1,2,3, dans le cas présent, communiquant avec les bar-res Di, D2, D,. La figure montre que Ie tonneau conti-uuant son mouvement de rotation, ta touche 3 ne sera Plus en contact la Première, mais sera 1uimédiatement remplacée par la louche 4, puis la louche 2 sera remplacée par la tou-cfie 5, et ainsi de suite. Les objets n’occupent pas exactement le fond du lonneau, car ils sont entraînés dans le mouvement de rotation.
  - L'argenture s’opère d’une façon analogue. L’objet préparé est posé dans le bain de dépôt formé d’une solution de cyanure double d argent el de potasse. Les anodes solubles sont en argent ; l’objet forme la cathode, fi laquelle on imprime un mouvement de va-et-vient pour assurer la régu-tarité du dépôt.
  - La dorure utilise des procédés semblables à ceux de 1 argenture, avec Cette différence que l’opération se fait à chaud, vers 60-70°, et en général avec une anode insoluble ; celle-ci est ordinairement formée d une petite tame de platine et le courant est réglé, soit à l’aide d un rhéostat, soit en enfonçant plus ou moins l’anode insoluble.
  - Suivant les conditions, on obtient de l’or vert, de 1 or rouge ou de 1 or jaune ; en général, on utilise des bains neufs pour faire la dorure jaune Employée principalement sur argent ; la dorure verte s obtient avec un ^taux bain riche en argent et la dorure rose ou rouge avec un vieux bain rtahe en cuivre ; en outre, on modifie la teinte en variant la densite de c°Urant. Enfin, on peut mélanger ces teintes par des réserves appropriées ta compléter l’ornementation avec des vernis de couleur.
  - Lans la galvanoplastie, on cherche a reproduire un objet quelconque eri métal qui est le plus souvent le cuivre.
  - °n fait un moule de l’objet et, après avoir rendu sa surface conductrice Vigneron. — Électricité. 44
  - Fig. 667. — Tonneau de.nickelage Delval et Pascalis.
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- - 6go
  - APPLICATIONS PÈ L’ÊLÈCTRICITÊ
  - de l’électricité, on le dispose dans un bain de sulfate de cuivre en face d’une anode de cuivre. Le courant décompose le sel, et le cuivre précipité sur le moule en reproduit tous les détails avec la plus grande fidélité. La couche de cuivre séparée du moule, quand elle est suffisamment épaisse, est une épreuve positive parfaite de l’objet
  - Pour confectionner le moule, s’il s’agit d’un objet à dépouille facile et de petites dimensions comme une médaille, on se sert assez souvent d’un alliage très fusible, tel l’alliage de Darcet composé de :
  - Bismuth...
  - Étain....
  - Plomb.... Antimoine
  - 250 grammes. 125 —
  - 160 —
  - 3° —
  - On fait fondre cet alliage, on le coule sur un morceau de carton à bords relevés et, quand il est sur le point de se solidifier, on applique la médaille sur sa surface. Après refroidissement, on sépare aisément le modèle dü moule par de légers chocs.
  - Le moule obtenu est d’une extrême finesse. On le vernit ensuite sur le revers et sur les bords au moyen d’une dissolution de cire à cacheter dans 1 alcool et on le frotte avec un tampon de coton légèrement imbibé d’es-sence de térébenthine. On le suspend ensuite par un fil conducteur dans la cuve galvanoplastique. Après un jour ou un jour et demi, lorsque la couche de cuivre déposée est suffisamment épaisse, on sépare la pièce du moule auquel elle n’adhère pas fortement, grâce au traitement à l’essence de térébenthine.
  - On ne peut plus employer l’alliage de Darcet pour des objets d’un certain relief. On fait alors usage de matières plastiques, presque toujours de la gutta-percha ou de la gélatine. On rend conductrice la surface de ees moules en la recouvrant d’une couche très mince de plombagine pure; bien tamisée, additionnée d’argent pulvérulent. La réussite de l’opération dépend en grande partie de la métallisation. Le moule ainsi préparé est entouré d un fil conducteur qui doit servir à le suspendre dans le bain-De ce fil partent un certain nombre d’autres fils plus fins, dont les extré' mités dénudées vont toucher la surface en plusieurs points, surtout an fond des creux, pour y porter le courant.
  - Les fils et toutes les parties de la gutta touchées par la plombagine qui ne doivent pas être recouverts de cuivre, sont ensuite vernis avec soin-
  - Le bain, dans lequel on plonge les moules lestés et légèrement mouiÜeS à 1 alcool pour éviter que des bulles d’air ne restent emprisonnées à lellf surface, est une solution acide de sulfate de cuivre, de composition moyenne -
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- - APPLiCA fîôtiË CtilMlQÜÉà ËË VÊtiËÈÔÎË ÊLËCfËÎQÜË égi
  - Sulfate de cuivre surtout exempt de fer et de zinc. 250 grammes.
  - Acide sulfurique.................................... 4° —
  - Au début de l’opération, la densité du courant doit être faible et ne pas dépasser 1 ampère par décimètre carré ; elle peut être portée à 3 et même 5 ampères pour les moules sans saillies, lorsque le dépôt a acquis une certaine épaisseur.
  - On compte généralement vingt-quatre heures pour obtenir un dépôt de 1 millimètre d’épaisseur. La force électromotrice varie entre 0,3 et °>6 volt.
  - * * *
  - Dans les pages qui précèdent, nous n’avons parlé que des applications de l’électrolyse en milieu aqueux, et à des températures voisines de la température ordinaire.
  - L nous reste maintenant à dire quelques nmts des applications dans lesquelles l’action dissociatrice du cou-rant s’exerce .à haute température.
  - L’exemple le plus typique est la préparation de Valuminium Par décomposition électrolytique, dans un ré-
  - cipient en charbon, de ,,
  - l'alumine en solution dans la cryolithe fondue (APF^aF) au moyen d un électrode en charbon (Héroult et Hall). _ .
  - Ces fours, dont la figure 668 donne le principe, fonctionnent d une façon c°ntinue pendant plusieurs mois et absorbent environ 6 ooo amperes S°us 20 volts. , , , ,
  - On peut électrolyser, en solution dans un électrolyte fondu toutes es c°mbinaisons de l’aluminium avec les métalloïdes. Il suffit seulement que Ie bain électrolytique remplisse les conditions suivantes .
  - Avoir un point de fusion peu élevé et posséder, a 1 état fondu, une ftffidité convenable, une densité inférieure à celle de 1 aluminium, une ^le tension de volatilisation et une résistivité électrique aussi petite possible.
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- - 6g2
  - APPLICATIONS DE VÉLECTRICITÉ
  - Pour un électrolyte quelconque, le poids d’aluminium libéré ne dépend que de la quantité d’électricité mise en jeu ; il en résulte que l’énergie dépensée est uniquement proportionnelle à la tension de décomposition du bain. On a donc intérêt à prendre pour électrolyte le composé dont le potentiel de décharge est minimum. A ce point de vue, le sulfure d’aluminium serait préférable au chlorure et à l’oxyde. En pratique, l’oxyde a été adopté, car il est plus facile à fabriquer à l’état pur et l’opération électrolytique est continue, puisque, par des additions réglées, on maintient constante la teneur en alumine de l’électrolyte.
  - Le point de fusion des électrolytes employés industriellement est un peU supérieur à 700°, et l’on maintient le bain à une température aussi basse que possible, afin d’obtenir un métal pur et à peu près exempt de fer, de silicium et de carbone.
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- - CHAPITRE XXVIII
  - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - Principe du télégraphe. — Montage diplex différentiel. —Montage duplex en pont.
  - Télégraphe multiple. — Principe du répartiteur. -—- Télégraphe a enregistrement optique. — Alphabet Morse. — Le manipulateur. — Lecture au son. — Enregistrement des signaux. — Transmission mécanique. — Les relais : relais simples, relais polarisé. — Le télégraphe Hughes. — Le télégraphe Baudot. — Le télégraphe Pollak et Virag. — Rendement des divers systèmes. — Transmissions sous-marines. Temps caractéristique. — Mode d'établissement du courant dans un cable sous-marin. Le siphon recorder de Kelvin.— Inscription des signaux. — Montage électrique des cables cous-marins. — L’isolement des câbles télégraphiques. — Les perturbations : courants telluriques. —- Principe de la téléphonie. — Le téléphoné Bell. Ses perfectionnements /
  - microphone de Hughes, montage d’Edison. —Ordre de grandeur des phenomenes téléphoniques. — Les transmetteurs. — Microphone Ader. Microphone à grenaille de charbon. — Microphone Solid-back. — Les récepteurs. — Récepteur Ader. — Les monophones. -— Les sonneries : sonnerie ordinaire, sonnerie polarisée. Montage des
  - sonneries polarisées. — La magnéto d’appel. — Montage des magnétos. Constitution d’un poste téléphonique. —- Le fonctionnement des postes téléphoniques. Les
  - centraux. — Central à batterie locale. — Central a batterie centrale. - Les annonciateurs. — Les jacks. — Les standards. — Téléphoné a batterie centrale. Montage des postes. — Lampes d’appel. — Les multiples : multiples simples, multiples à plusieurs bureaux centraux. — Répartiteurs. — Le téléphoné automatique. Principe du fonctionnement. — La téléphonie privée. — Poste simple. Montages divers. La télégraphie et la téléphonie sans fil. — L’émission. Oscillateur ouvert. Modes d excitation de l’antenne. -— Montage Tesla. —Montage Oudin. Ondes entretenues. ~~~ Arc chantant de Duddell. — Alternateurs de haute fréquenceLampe à trois électrodes. — Propagation des ondes. — Forme de l onde à grande distance. Les ondes courtes. — La réception. — Principe de la réception. — Syntonisation. Détecteurs.
  - —Dut de la détection.—Principaux détecteurs. — Cohéreur. —Détecteur magnétique.
  - Détecteur électrolytique.— Valve de Fleming. — Détecteur à cristal. Lampe à Lois électrodes. — L’amplification. — Constitution d un poste récepteur. Montage.
  - La méthode hétérodyne. — La méthode superhêterodyne. L avenir des transmis-sions sans fil.
  - ^6 chapitre aurait pu avoir comme titre : Transmission des signaux a dls*ance par l’électricité. Nous y traiterons rapidement ce sujet, que la ansrnissiou soit réalisée à l’aide de supports materiels, de fils conducteurs ^ courant électrique, ou à l’aide des ondes se propageant dans 1 espace, ce milieu hypothétique et mystérieux que 1 on désigne, pour lui ^°nner une apparence de réalité matérielle, sous le nom d ether électromagnétique.
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- - 694
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Il est assez curieux que, dans l’histoire de l’électricité, c’est cette appb' cation qui s’est développée la première et qui a atteint le plus rapidement un haut degré de perfectionnement, tout au moins en ce qui concerne les transmissions par fils. La raison en est simple : dans toutes les autres appb' cations, il est nécessaire de disposer de sources d’électricité puissantes et, jusqu’à la découverte de la dynamo génératrice, les seuls générateurs connus étaient les piles. Nous avons vu que ces appareils ne peuvent débiter qu’une énergie très faible et sont d'un maniement, d’un prix de revient et d’un encombrement tels que les possibilités de leur emploi sont forcément très limitées. Ils convenaient cependant particulièrement bien pour la transmission des signaux à distance.
  - TÉLÉGRAPHIE
  - r
  - P - d)R
  - T. R cb -
  - Le principe du télégraphe est extrêmement simple, on pourrait même dire intuitif ; il suffit de relier électriquement les deux postes entre les-quels on veut établir une relation, le courant envoyé par Je poste A dans la ligne actionnant un récepteur quelconque au poste B, et inversement-
  - La même ligne peut d’ailleurS b9nc _________ servir aussi bien à A pour commu-
  - niquer avec B qu’à B pour communiquer avec A.
  - On reconnut rapidement aU lieu de deux fils on pouvait n en utiliser qu’un, à la condition a terre iU la station A le pôle de la püe 4lU
  - B n'est pas relié à la ligne, et à la
  - station B l'extrémité du fil de \^e lui-même, soient en communicati011 avec des plaques de cuivre enfoncées dans un sol suffisamment conducteur. Tout se passe comme si la terre servait de fil de vetour. En réalité, la terre constitue une sorte de réservoir dans lequel s’écoule toute l’électricité.
  - Un seul fil permet d’ailleurs les transmissions dansles deux sens ; d sU^t que chaque station ait sa pile P, son transmetteur T et s0 récepteur R (fig. 669).
  - terre
  - A
  - Fig. 669. — Principe du télégraphe. Montage à un fil.
  - On peut même faire que les deux postes communiquent par le même fil. C’est ce que l’on appelle le montage duplex, qu’être réalisé de deux façons différentes.
  - peut
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - à95
  - Fig. 670. — Montage différentiel.
  - Le montage le plus simple, dit différentiel, est le suivant : Le courant émis par un poste est divisé en deux parties qui traversent en sens inverse les bobines du récepteur de ce poste, de façon que les actions de ces deux courants se neutralisent complètement. Dans ces conditions, le récepteur n’est pas actionné. Au contraire, sous l’influence du courant envoyé par le second poste, il entre en fonctionnement.
  - Tl faut donc, pour la réalisation pratique, que le courant, qui circule dans la ligne réelle soit exactement équilibré par un courant parcourant une ligne artificielle qui lui soit en tous points électriquement comparable comme iésistance, comme, self-induction et comme capacité.
  - La figure 670 montre le principe du montage. Le courant émis par le transmetteur T se divise en deux courants, dont 1 un passe dans une bobine A du récepteur R (nous supposons que c’est, par exemple, un électro-aimant.) et. de là dans la ligne. L’autre courant passe dans la bobine B du
  - récepteur, enroulée en sens inverse de A, et ensuite dans la ligne artificielle. Celle-ci est constituée par des résistances, des self-inductions et des capacités variables et réglées de telle sorte que le courant circulant dans B soit identique à celui passant' dans A. Comme A et B ont des actions opposées, elles s’annulent donc.
  - Au contraire, le courant qui arrive du poste opposé excitera l’électro-aimant, que le manipulateur du premier poste soit à la terre ou nom
  - Dans le second montage, dit en pont, on se sert des propriétés connues du pont de Wheatstone. On sait en effet que, dans un tel montage, on peut annuler le courant dans le dérivation du pont, tandis que les autres branches sont parcourues par des courants. Le récepteur sera alors monté sur la dérivation du pont dont les quatre branches sont constituées comme suit (fig. 671) : 1 et 2 sont des résistances fixes rigoureusement égales, 3 est constitué par la ligne et 4 par la ligne artificielle équivalente. Le pont est fermé par la terre.
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- - 6g6
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Lorsqu’il est équilibré, un poste en cours de transmission n’envoie rien dans son récepteur; au contraire, une partie du courant qui arrive du second-poste par la ligne traverse ce récepteur.
  - * * #
  - On arrive encore à augmenter d une façon plus considérable le rende-ment des lignes par le télégraphe multiple. Non seulement on envoie simultanément de chaque station des signaux par le même fil, ruais encore on peut réunir à chaque station deux ou plusieurs appareils de façon a pouvoir envoyer en même temps deux ou plusieurs dépêches dans chacun des deux sens.
  - La télégraphie multiple repose sur le fait que la transmission d’un signal
  - Station IT
  - Fig. 672. — Schéma du répartiteur.
  - exige toujours un certain temps ; par contre, entre le moment où un signa est envoyé jusqu’au moment où le suivant est transmis, la ligne reste inutilisée. Il est donc possible, pendant cet intervalle de temps, de relier la ligne à une autre paire d’appareils transmetteur et récepteur ; ces derniers perdent également du temps entre les signes, et on peut par suite intercaler une troisième, une quatrième paire d’appareil». Il ne s’agit donc plus d’une transmission simultanée au sens strict du mot, mais bien de transmissions alternées. C’est le principe du télégraphe Baudot, don! l’organe essentiel, et dont nous dirons seulement quelques mots plus l°in’ est le répartiteur.
  - La figure 672 montre le schéma de son fonctionnement dans le cas de quatre appareils. A chaque station se trouve un disque divisé en quatre quadrants ; chacun d’eux est réuni à un appareil télégraphique, et, sui vant les besoins, au transmetteur ou au récepteur de cet appareil. Les deux quadrants de chaque disque portant le même numéro se correspondent-
  - t ceS
  - Sur chaque disque tourne synchroniquement un bras de contact a, a » deux bras étant reliés à la ligne L. Une fois par tour, 1 et 1', 2' et 2 3 ’
  - 4 et 4' sont reliés entre eux. Par suite, une fois par tour, chacun des quatre postes de la station I est relié au poste correspondant de la station
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 697
  - * * *
  - Enfin, lorsqu’on veut augmenter le rendement d’une ligne, dans des cas exceptionnels il est vrai, on est conduit à supprimer les organes mécaniques, tels que leviers, ressorts, électro-aimants polarisés ou non, qui tous présentent une inertie plus ou moins grande et par suite imposent nne vitesse maxima de transmission relativement petite.
  - On utilise alors les propriétés de ce merveilleux levier, sans inertie ni niasse, que constitue un rayon lumineux. A cet effet, le récepteur est constitué par deux téléphones dont la plaque vibrante porte un petit miroir sur lequel tombe un faisceau lumineux. Quand la transmission se Produit, le miroir vibre, le rayon lumineux réfléchi est dévié et vient impressionner une pellicule photographique qui se déroule d’une façon nniforme. On conçoit qu’il soit possible, après développement, de lire le message d’après les sinuosités décrites par le point lumineux sur la photographie.
  - * * *
  - Nous venons de passer rapidement en revue le piincipe des appareils télégraphiques. Il nous reste maintenant à examiner leur réalisation pratique. Dans tous les systèmes de télégraphie, un certain courant est envoyé dans la ligne. L’idée la plus simple est d’utiliser ce courant pour actionner un électro-aimant qui attirera son armature pen-dant un temps plus ou moins long, l’armature laissant sur une bande de Papier qui se déroule un trait plus ou moins long, la combinaison de traits !°ngs (appelés traits) et courts (appelés points) représentant les différentes Ettres de l’alphabet. C’est l’alphabet Morse, que nous reproduisons ci-
  - dessous.
  - a . — 1
  - b---------- j
  - c------------------- k
  - d------- 1
  - e . m
  - f __________________ n
  - g------------------- o
  - h . . . . p
  - z
  - 1
  - 2
  - 4
  - 5 0
  - 3
  - y
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Le dispositif émetteur est extrêmement simple : c’est le manipulateur ou clef Morse, représenté schématiquement sur la figure 673. Quand on
  - appuie sur la poignée isolante P, il s’établit nn contact entre les pointes t et b, et le courant passe dans la ligne. Le ressort r ramène Je levier à la position indiquée sur la figm'e quand on cesse d’appuyer sur P.
  - Suivant que l’on appuie plus ou moins longtemps, on obtient au récepteur un trait on un point. Un bon opérateur peut transmette en moyenne 15 à 20 mots à la minute.
  - Au poste récepteur, on reçoit les signaux, soit au son, soit sur un enr^ gistreur. Quand la réception s’effectue au son, l’appareil est constitne par un simple électro-aimant dont l’armature, frappant ses butoirs sons l’attraction magnétique lorsque le courant passe, produit un bruit due l’on amplifie en plaçant l’ensemble dans une sorte de boîte de reS° nance. On peut arriver ainsi à « lire » environ 15 mots à la minute.
  - Si, au contraire, on veut conserver la trace des dépêches envoyées, on imprime les signaux sur une bande de papier. A cet effet, l’électro-aimant attire son armature qui est munie d’une molette encrée et vient appuyer sur la bande de papier qui se déroule sous l’action d’un mécanisme d’horlogerie. La
  - montage de l’appareil. s
  - Donnons quelques renseignements pratiques : la bande a 14 midirrie
  - Fig. 674. — Inscription des signaux.
  - figure 674 montre schématiquenien-
  - le
  - de large et se déroule à la vitesse de im,5 par minute ; le point est, pa
  - rcoi1'
  - gnaü*
  - vention, trois fois moins long que le trait, et l’espace entre les “L est d’une même lettre est d’environ un point; l’espace entre deuxlettr - ^ égal à trois points et celui entre deux mots égal à six points. En moy la vitesse de réception est de 30 mots par minute et, en allégeant les p1
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
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  - mécaniques, on peut arriver à 80. Comme nous avons vu que, en moyenne, on ne peut transmettre que 15 à 20 mots à la minute, c’est donc vers une augmentation de la vitesse de transmission qu’ont été orientés les efforts.
  - On arrive ainsi à la transmission mécanique, dont le principe est très simple. Les dépêches sont imprimées à l’aide d’une sorte de machine à écrire sur une bande de papier. Au lieu de caractères typographiques, ce sont des perforations qu’imprime cette machine sur la bande de papier, Perforations qui correspondent soit à des traits, soit à des points. En faisant défiler ensuite la bande de papier ainsi préparée dans l’appareil transmetteur, on comprend facilement qu’il est possible, suivant les positions, relatives des perforations, d’envoyer dans la ligne des signaux plus ou moins longs. Nous n’insisterons pas sur les divers systèmes proposés, qui ne se différencient que par des dispositions mécaniques plus ou moins ingénieuses.
  - * * *
  - Quel que soit le mode de transmission et de réception, il faut évidemment envoyer dans la ligne un courant assez intense pour actionner nettement les électro-aimants. On admet que l’intensité doit être voisine de 25 milliampères, ce qui, pour une ligne de 100 kilomètres ayant une résistance moyenne de 10 ohms par kilomètre, correspond à une force électromotrice d’au moins 35 volts, si on tient compte de la résistance propre des appareils.
  - Aussi a-t-on été'conduit à utiliser des relais. Ce sont des récepteurs comprenant simplement l’électro-aimant et s°n armature. Les mouvements de celle-ci °nt pour effet, non plus d’imprimer directement sur la bande de papier, mais simplement d’ouvrir ou de fermer un circuit local comprenant le récepteur proprement dit et une pile. Dans ces conditions, l’attrac-l]on a besoin d’être beaucoup moins énergique, et il suffit d’une intensité ne dépassait pas 10 milliampères pour faire actionner le récepteur. La figure 675 montre Ie principe de fonctionnement : le courant
  - de ligne arrivant dans E attire le levier O qui établit la communication entie le fil P qui va à la pile locale et le fil R qui va au récepteur.
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- - 7oo APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Le relais est l’appareil le plus délicat de l’installation, car il doit d’une part obéir aux courants, même très faibles, qui peuvent être transmis de stations lointaines, et d autre part il faut que son armature abandonne immédiatement le contact dès que le courant cesse, pour que les carac-tères de l’appareil Morse proprement dit soient nets. C’est le ressort R qui ramène le levier à sa position d’équilibre, et il faut qu’il agisse très exactement et d’une manière constamment égale lorsque l’on télégraphie rapidement. Le réglage est par suite extrêmement délicat.
  - On a cherché à supprimer cet inconvénient en n’employant plus de ressort : on arrive ainsi à ce que l’on appelle un relais polarisé, dans lequel le courant de ligne ne sert plus à exciter l’armature du relais, mais simple* ment a affaiblir ou renforcer des pôles aimantés déjà existants.
  - La figure 676 représente un type de relais polarisé. Il est constitué par un aiment permanent Ab, recourbé à angle droit, son pôle sud étant par exemple en aa , son pôle nord en b. Le pôle nord porte deux noyaux de fer doux E, E', sur lesquels sont enroulées des bobines de fil. Enfin un levier Ci en fer doux, mobile autour d’un axe vertical en aa', passe entre les deux pôles nord E, E • Ce levier a un magnétisme sud comme le pôle auquel il est relié et se trouve normalement en équilibre entre les deux bobines nord quand
  - il ne passe aucun courant dans celles-ci.
  - Le courant de la ligne passe dans le primaire d’un petit transformateur dont le secondaire est relié aux pôles du relais. Il se produit donc un courant induit qui s’écoule pendant un moment autour des deux noyaux aimantes.
  - Il renforce le magnétisme nord de l’un d’eux, E par exemple, et affaibli celui de E', peut-être même lui communique un magnétisme sud. Ee levier Cd est donc attiré vers E et sa pointe d ferme alors le circuit local du récepteur. Quand le courant de ligne cesse, il se produit dans le secondaire du transformateur un extra-courant de rupture de sens inverse. Par conséquent, le magnétisme nord de E' sera augmenté et celui de E diminué : le levier est donc attiré immédiatement vers E' et le courant local est instantanément ouvert.
  - a\ n
  - Ht Ht Ht
  - Malgré tous Jes perfectionnmecnts du télégraphe Morse, il n’en reste PaS moins qu’il faut, à la station réceptrice transcrire en écriture ordinaire les messages enregistrés. C'est pourquoi on a cherché à construire
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 701
  - appareils télégraphiques qui impriment directement les lettres. Tels sont les appareils Hughes et Baudot, dont nous allons donner le principe.
  - Le télégraphe Hughes est extrêmement simple en principe. L’organe Principal est une petite roue, appelée roue des types, sur le pourtour de laquelle sont gravés en relief les lettres de l’alphabet, les chiffres et la ponctuation. Cette roue tourne d’un mouvement uniforme et les lettres sont imprégnées d’encre grasse.
  - Quand un signal arrive du poste éloigné, il actionne un électro-aimant Polarisé qui applique vivement une bande de papier contre la lettre de la roue des types qui se trouve en face de lui. En retombant, la feuille
  - Fig. 677. — Boîte à goujons avec son chariot dans le télégraphe de Hughes.
  - de papier avance de l’espace d’une lettre. Pour écrire un mot, il suffit donc de faire passer le courant dans la ligne juste au moment où la roue des types est dans une position telle que la lettre que l’on veut transmettre se trouve en regard de l’électro-aimant.
  - Ce résultat est obtenu de la façon suivante. Au poste émetteur tourne Une sorte de frotteur appelé chariot de contact L au-dessus d un plateau Y Percé de trous dans lesquels passent des goujons (fig. 677). Les goujons en temps normal, affleurent la surface et sont reliés aux touches d un clavier, chaque touche représentant une lettre. Si on appuie sur une des touches, goujon correspondant se soulève et soulève a son tour le frotteur, déterminant à ce moment l’envoi d’un courant dans la ligne.
  - Si la vitesse de rotation du frotteur est rigoureusement la même que celle la roue des types à la station réceptrice et s’il se trouve toujours en regard du goujon d’une lettre correspondant à la même lettre de la roue des types, on conçoit que la transmission soit réalisée.
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  - APPLICATIONS L)Ë L'ÊLËCTPlClTÊ
  - Nous n entrerons pas dans ladescription des organes mécaniques qui assurent le synchronisme parfait des deux organes tournants et qui, s’ils sont très simples à comprendre lorsque l’on a l’appareil devant les yeux, sont très difficiles à décrire d’une façon satisfaisante. Disons seulement qu’ils sont assez délicats et que l’appareil est tellement fragile que deux exemplaires en sont toujours nécessaires à chaque poste.
  - La transmission est plus rapide qu’avec le Morse, puisqu’il suffit, pour chaque lettre, d’une seule émission de courant.
  - Le télégraphe Baudot repose sur un principe différent. Il y a bien encore dans cet appareil deux balais tournant synchroniquement à chaque extrémité de la ligne, mais ces balais ne passent plus qu’au-dessus de cinq contacts occupant une portion quelconque de la circonférence. Ces balais ferment donc successivement les cinq circuits, chacun d’eux n’étant fermé que lorsque les balais passent sur les contacts lui correspondant.
  - Un clavier à cinq touches permet au poste émetteur de réaliser une
  - balais
  - poste réceptei
  - Fig. 678. — Principe du télégraphe Baudot.
  - combinaison de courants positifs et négatifs, chaque combinaison correspondant à un chiffre ou une lettre.
  - Lorsque les deux balais ferment successivement les divers circuits, leS courants lancés l’un après l'autre dans la ligne actionnent successivement cinq électro-aimants polarisés dont les armatures sont attirées dans un sens ou dans l’autre.
  - La figure 678 représente schématiquement le fonctionnement du Baudot.
  - Au poste émetteur, le manipulateur réalise la connexion des pôles pos
  - itifs
  - tifs
  - des piles 1, 2 et 5 avec les plots correspondants et celle des pôles néga des piles 3 et 4 avec les plots de même numéro. Quand les balais, dans lenr révolution, fixeront successivement les contacts 1, 2, 3, 4, 5, les armatures des électro-aimants polarisés 1, 2, 5 seront attirées dans un certain sens et celles des électro-aimants 3 et 4 en sens inverse. On conçoit, sans cpt ^
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
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  - soit besoin d’entrer dans le détail des mécanismes utilisés au poste récepteur, qu’il est possible de traduire en lettre la combinaison ainsi reçue et de faire imprimer cette lettre par une roue des types.
  - Quant au synchronisme, il est très facile à réaliser a l’aide de deux contacts supplémentaires a, b, a', b’. En effet, si le réglage est bon, les circuits ab, a'b' sont fermés exactement ; mais si le balai du poste émetteur tourne plus vite que celui du poste récepteur, une partie du courut émis par b passe dans a'. Il actionnera alors un électro-aimant qui freinera l’appareil récepteur.
  - Enfin, remarquons que les cinq contacts n’occupent qu une fraction ^e la circonférence, le quart environ, et qu’il est alors possible, pour ne pas frisser la ligne inoccupée pendant les trois quarts du temps, de relier frois ou quatre appareils (émetteurs et récepteurs) aux deux chariots et utiliser ainsi leur circonférence entière.
  - Enfin, nous dirons quelques mots du télégraphe Pollak et Virag, dont nous avons donné le principe plus haut. La transmission se fait par deux lignes, avec retour par la terre.
  - Au poste transmetteur, la dépêche est traduite sur une bande de papier s°us forme de perforations formant six rangées de trous de deux diamètres différents. Cette bande défile ensuite entre six bagues reliées à trois piles de force électromotrice différente et six paiçes de balais réunis trois par frois aux deux lignes. La bande de papier isole les bagues des balais, sauf au passage d’une perforation. On peut donc ainsi envoyer dans les lignes des courants de trois intensités différentes (suivant les contacts établis par les Perforations entre les balais et les bagués) et de deux durées différentes (suivant la grandeur de ces perforations).
  - Au poste récepteur, chaque ligne est réunie à la membrane d un téléphone. Le déplacement de ces membranes se traduit par une légère rota-fron d’un petit miroir mobile autour d’un axe vertical et d un axe horizontal.
  - Si on envoie un faisceau lumineux sur ce miroir, le faisceau réfléchi décrira une courbe dans l’espace, que l’on peut recueillir sur une bande de Papier photographique. Cette courbe sera une lettre de 1 alphabet, grâce aux combinaisons de courants envoyées du poste émetteur, de la meme frçon que l’on peut, en recueillant les rayons solaires sur un petit miroir frrm à la main, dessiner des lettres sur un mur à 1 aide des rayons
  - réfléchis.
  - * * Nç
  - Tous ces systèmes de télégraphie ont des rendements très différents T^i les ont fait abandonner successivement au profit du plus rapide, au
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- - APPLICATIONS DE VÉLECTRICITÉ
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  - fur et à mesure de l’accroissement des communications télégraphiques. Naturellement, le facteur personnel intervient lorsque la transmission est directement sous la dépendance manuelle d’un opérateur; la plus ou moins parfaite utilisation de la ligne en employant les montages multiples influe également sur sa capacité, mais on peut donner, comme ordre de grandeur, les rendements suivants, pour les divers systèmes :
  - Morse...................... 500 à 1 500 mots à l’heure.
  - Hughes........................ 1 000 à 1 200 — —
  - Baudot........................ 5 000 à 6 000 — —
  - Pollak Virag.................. 30 000 à 40 000 — —
  - Ces chiffres ne sont valables que pour la transmission sur des lignes relativement courtes et dont la self-induction et la capacité sont faibles, ce qui est le cas des lignes télégraphiques terrestres ; mais, lorsqu’il s’agit de transmissions par câbles sous-marins, le problème présente alors un tout autre aspect.
  - * * *
  - En effet, jusqu’ici nous avons supposé implicitement qu’à un instant donné une section quelconque du circuit était traversée par la même quantité d’électricité, en un mot que l’établissement du courant avait lieu d une façon instantanée.
  - Dans les câbles transatlantiques, dont la longueur et la capacité sont considérables, il n’en est plus' ainsi. Quand une extrémité de la ligue est reliée à une source de potentiel, le courant ne s’établit pas instantané ment dans toute la longueur de la ligne. Il ne se propage pas non plus a la manière d’un boulet de canon, mais bien plutôt comme une masse d eau qui sortirait d’un réservoir indéfini pour remplir un tuyau sur lequel sont branchés latéralement des réservoirs auxiliaires qui doivent se rempli en même temps que le tuyau.
  - Si, au lieu de cette comparaison hydraulique qui forme image, nous ena ployons le langage électrotechnique, nous dirons que le courant d01* charger le condensateur constitué par le câble et le milieu marin (jouant rôle des deux armatures) séparés par l’isolant entourant le câble (flu* constitue le diélectrique) : en autres termes, une partie de l’électricite est utilisée à établir le potentiel nécessaire pour pousser le courant daIlS le câble.
  - On ne peut donc plus dire que la vitesse est celle de propagation del électr1 cité delalumière lorsquel’on a affaire àdes câbles sous-marins.Cela est ega
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  - lement vrai pour les conducteurs ordinaires, malgré ce que l’on pourrait Penser à première vue, et c’est pour cette raison que l’on ne peut parler d’une vitesse définie, de 300 000 kilomètres par seconde, que pour la propagation de l’onde électromagnétique dans le vide.
  - Par conséquent, dans un câble transatlantique, le courant se propage lentement et n’atteint que progressivement son intensité de régime. C’est ainsi que, pour le câble qui relie l’Irlande à Terre-Neuve, lorsqu’on lance le courant en Irlande, on n’a aucune trace de courant à Terre-Neuve deux dixièmes de seconde après que la communication a été établie ; au bout de quatre dixièmes de seconde, le courant n’a encore que 7 P-de son intensité de régime, et ce n’est qu’au bout de trois secondes que 1 on peut considérer qu’il a atteint sa valeur définitive,
  - Te phénomène a été étudié complètement par lord Kelvin a propos de la pose du premier câble transatlantique. Il a montré en particulier que, si 1 on prend comme unité de temps, pour mesurer la durée de 1 établissement du courant, une quantité a appelée temps caractéristique égale à :
  - a = 232 10—10 CR,
  - c étant la capacité et R la résistance du câble, toutes les courbes d’etablissement du courant dans fous les câbles sont les mêmes.
  - Ces courbes sont construites en prenant pour abscisses les temps comptés à partie de la mise de l’extrémité en communication avec la pile et pour ordonnées les intensités observées aux divers instants, l’intensité finale étant prise pour unité. La figure 679 donne l’allure de cette courbe d’établissement.
  - Nous donnons ci-dessous, à titre d'indication, les caractéristiques de quelques câbles sous-marins et la valeur du temps caractéristique a.
  - Résistance Capacité Temps a
  - Longueur totale totale en en
  - en milles. en ohms. microfarads. secondes.
  - 448 5 210 129 0,015
  - Marseille-Malte 848 9 632 238 0,05
  - 494 5 390 142 0,017
  - Câble transatlantique français. . . • • 2 584 7 571 I iii 0,2
  - — anglais . . . . 2 423 6 898 988 0,15
  - Vigneron. — Électricité.
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - L’examen de la courbe montre que la valeur normale du courant peut être considérée comme atteinte après un temps égal à 20 a. S’il est inter-rompu à l’origine au bout de ce temps, il mettra encore un temps 20 a pour disparaître. Si donc on veut que deux émissions de courant successives atteignent leur valeur maxima et produisent des signaux distincts n’empiétant pas les uns sur les autres, elle doivent ne pas se succéder à des intervalles de temps moindres que 40 a.
  - Par suite, pour les câbles transatlantiques, cette durée représente environ huit secondes, ce qui, avec le télégraphe Hughes, correspondrait à un mot environ par minute. Signalons, à titre de comparaison, que pour la hgne télégraphique terrestre Paris-Bordeaux, qui a 650 kilomètres environ (environ 360 milles), l’unité de temps est de 0,001 seconde, ce qui fait que les signaux peuvent se suivre à 0,04 seconde d’intervalle, ce qui correspond à l’envoi de 25 lettres environ par seconde avec le télégraphe Hughes-Pour résoudre le problème de la télégraphie sous-marine, il faut donc cher cher une autre solution, puisque non seulement le temps d’établissement nu courant est trop long, mais encore on ne peut s’en servir pour action der avec certitude des récepteurs électro-magnétiques.
  - Ceux-ci sont en effet établis pour que l’armature fonctionne quand e courant dépasse une certaine intensité et retombe quand l’intensité est devenue inférieure à une autre valeur. Il faut, pour que la marche del app<* reil soit sûre, que ces valeurs limites soient nettement dépassées et 4ue ligne ait le temps, après chaque signal, de reprendre l’état neutre.
  - Comme ces conditions sont impossibles à remplir pratiquement dans un câble transatlantique, ainsi que nous venons de le voir, on cherche alors à obtenir, non plus un courant d’intensité déterminée dans la ligne, mais nne
  - . f JTfl
  - variation suffisamment brusque de l’intensité d’un sens détermine, un mot, une fois le courant établi dans la ligne, on cherche à provoque des protubérances dans la courbe représentant son intensité.
  - Voici comment on y arrive. La courbe d’arrivée permet de se re ^ compte de l’effet produit par une succession rapide de courants de mêm sens ou de sens contraires. Par exemple, à l’origine du câble, après avo maintenu le courant pendant un temps na, supposons qu’on l’interromp^ Pour avoir l’effet à l’autre bout du câble, il suffit de tracer une seC°n courbe, identique à la première, transportée parallèlement à elle-m
  - la
  - -même our
  - de na, et de construire la courbe résultante ayant en chaque point P ordonnée la différence des ordonnées des deux premières. ^ ^
  - La figure 680 montre le mode de construction dans le cas ou ^ ^ La courbe I est la courbe d’établissement du courant; la courbe H eS même courbe décalée de 5, et la courbe B est la courbe résultante Supposons maintenant qu’après un nouvel intervalle n'a, on
  - établis^
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
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  - r
  - ' ^ / / \, ,B
  - a l'origine un courant négatif de même intensité. On déplacera la courbe primitive parallèlement à elle-même de (n + n') a et on prendra la différence de ses ordonnées avec celles de la courbe B, et ainsi de suite.
  - On obtient ainsi des courbes dentelées plus ou moins régulières, dont les ordonnées sont tantôt positives, tantôt négatives, mais dans lesquelles 1 effet de chaque émission est bien distinct,
  - Malgré qu’il soit fonction des émissions antérieures, si celles-ci se suivent à des intervalles égaux inférieurs à 20 a.
  - Ces émissions rapides, tantôt positives, tantôt négatives, se succédant à intervalles réguliers, donnent des effets très visibles dans un galvanomètre à miroir convenablement amorti. On voit le trait lumineux animé de mouvements saccadés vers la droite, par exemple, quand l’émission est positive, vers la gauche quand elle est négative. Peu importe la position de l’aiguille par suite de ses mouvements antérieurs, par rapport à sa position d’équilibre, puisque c’est seulement le sens du déplacement qui Importe. L’alphabet adopté est l’alphabet Morse, avec cette convention fue tout déplacement vers la droite correspond à un point, et tout mouvement vers la gauche à un trait.
  - Fig. 680. — Transmission dans un câble sous-marin.
  - Cord Kelvin a remplacé le galvanomètre à miroir par un instrument
  - inscripteur tout aussi rapide et qu’il a appelé siphon recorder. Cet appareil est composé d’un cadre rectangulaire très mobile s (fig. 681) placé dans le champ d’un électro-aimant puissant AB. Une masse de fer doux /, au milieu du cadre, augmente l’intensité du champ dans cet espace. Le cadre est soutenu par une double suspension bifilaire dont on peut régler la sensibilité à l’aide d’un poids.
  - Quand le courant passe dans le cadre, il tend à tourner dans un sens ou dans l’autre, suivant le sens du courant ; ses mouvements sont très brusques et très nets, l’amortisse-ment étant considérable. Dans ses mouvements, le cadre entraîne un tube de verre très fin, c, en forme de siphon (d’où le nom de l’appareil)
  - Fi g. 681. Siphon recorder.
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 70S
  - dont une extrémité plonge dans un réservoir d’encre et dont l’autre est très voisine d’une bande de papier qui se déroule à une vitesse uniforme.
  - Fig. 683. — Traduction de l'alphabet par le siphon recorder.
  - L’encre est électrisée par une petite machine électrique et projetée sur
  - le papier par. suite de l’impulsion électrique, ceci afin d’éviter le frottement de la pointe traçante du siphon sur le papier.
  - La figure 682 représente l’alphabet
  - et donne une idée de la façon dont
  - fonctionne l’appareil. La figure 683
  - tv , .. montre comment se présente en pm*
  - Diagramme de reception^d’un message. . . F
  - tique le diagramme d’enregistrement-On voit que seuls importent les sens des déviations du siphon traceur, la position initiale pour chaque signal variant d’un signal au suivant.
  - * * *
  - Dans Y exploitation pratique des lignes sous-marines, on en\°ie les signaux soit en unissant l’extrémité du câble à une pile, soit en disp0
  - A
  - ligne sous-marine
  - Fig. 684. — Principe des transmissions sous-marines.
  - sant aux deux extrémités des condensateurs. Quand on porte l’armature^ non reliée au câble (fig. 684) à un potentiel E (positif ou négatif, suiv , le signal à envoyer), l’armature B (quin’est pas encore chargée) est P°r|^ à un potentiel E tandis que l’armature C est au potentiel zéro, d ou ^ électromotrice sur la ligne, dirigée de B vers C et dont la valeur est ^ d’abord égale à E. Elle provoque un courant qui charge C positivement B négativement.
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  - 7°9
  - * * *
  - Les transmissions télégraphiques, surtout à grande distance, sont très difficiles, qu’elles aient lieu par lignes terrestres ou par lignes sous-marines. •^°ur ces dernières, les questions d’isolement jouent un rôle fondamental ; aussi le câble est-il constitué par une âme conductrice formée d un fil central de 2 millimètres de diamètre, entouré par une dizaine de fils de i millimétré environ de diamètre. Autour, trois ou quatre couches de gutta-percha et de caoutchouc assurent l’isolement. Le tout est protégé par deux enroulements superposés en corde de chanvre de pas inverse et par une armature de fils de fer tressés.
  - Le second câble transatlantique de 5 000 kilomètres pesait au total 4 400 tonnes. Comme en certains endroits la profondeur d immersion dépassait 4 000 mètres, c’était une traction de près de deux tonnes qu il devait supporter à sa sortie du navire, sans compter les chocs dus aux déplacements du navire sous l’action des vagues. Aussi la pose d un câble est-elle une opération extrêmement difficile, les ruptures obligeant à des Savaux de repêchage très compliqués.
  - Sur terre, le problème est plus simple: le fil est nu, en cuivre, en fer ou aluminium, suivant les distances à parcourir. Mais, par contre, ces fils s°nt exposés aux intempéries, aux dérangements provoques par les orages, les aurores boréales, etc., qui chargent électriquement les lignes et brouillent ^es transmissions.
  - A côté de ces dérangements accidentels, il existe un phénomène perma-^rit, sans inconvénient au reste, qui est constitué par ce que 1 on appelle courants telluriques. Voici en quoi ils consistent. On considéré d une taçon générale que la surface de la terre est en tous les lieux à un potentiel k*en défini, que l’on prend pour potentiel zéro. Ceci n est pas vrai.le potentiel de la terre n’est pas le même, au même instant, en divers points, et ia différence de potentiel peut atteindre un volt pour des distances de 1 ordre de 100 kilomètres.
  - L en résulte des courants parasites dans les lignes télégraphiques , ce s°nt les courants telluriques, dont la direction et 1 intensité sur une meme ^&ne varient très rapidement. En France, par exemple, tous les matins, ^ potentiel terrestre décroît de 9 heures a midi, du nord-nord-est au sud-Sud-ouest, l’intensité des courants telluriques étant maxima vers Ioh-3o.
  - Ajoutons que, de même que le potentiel de la terre varie a sa surface, ^ varie, comme nous l’avons vu, avec l’altitude. Il varie également avec
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- - I
  - 7io APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - la profondeur, ce que l’on a constaté en faisant des prises de terre à des niveaux différents d’un puits de mine, les variations pouvant avoir un sens et une valeur quelconques.
  - TÉLÉPHONIE
  - Tout comme la télégraphie, la téléphonie est extrêmement simple en théorie et les difficultés de réalisation ne sont dues qu’à des causes liées intimement à l’exploitation même des réseaux : multiplication des postes, grandes distances de transmission, interposition obligée entre les postes d’un organisme dit « central » permettant de relier à volonté deux postes quelconques, etc.
  - Nous nous contenterons d’exposer les principes fondamentaux de la téléphonie, de donner quelques indications sur la réalisation pratique des appareils et d’indiquer schématiquement le fonctionnement des réseaux.
  - * * *
  - C est en 1860 que Bell, pour la première fois, réussit à transmettre la parole à distance par l’emploi de phénomènes électriques. Le téléphone Bell était une application extrêmement élégante de£ phénomènes d h1' duction.
  - On sait que, si 1 on approche ou si l’on éloigne brusquement un aimaut d un circuit conducteur fermé, il se produit un courant induit dans ce ch' cuit. L explication est immédiate: l’aimant transporte avec lui dans 1 eS' pace des lignes de force magnétiques. Il en résulte un flux magnétique variable dans le circuit conducteur, d’où apparition dans ce circuit d une force électromotrice d’induction. C’est le même mécanisme que celui que nous avons rencontré dans la production industrielle des courants parleS machines génératrices.
  - De même, si on enroule une bobine de fil autour d’un aimant et que 1 011 approche de ce système un morceau de fer doux, comme on modifie ^a configuration du champ magnétique existant, un courant électrique ch cule dans la bobine.
  - Le dispositif de Bell était le suivant : à chaque station A, B (fig. 685, une bobine de fil s’enroule autour d’un aimant permanent. Ces deux b° bines C, D sont reliées l’une à l’autre. Devant chacune d’elles se trouve dis posee une mince plaque de fer doux L, M. Quand on parle devant 1a P^a que L par exemple, celle-ci vibre modifie le champ magnétique de ^a bobine C, et crée par suite un courant dans cette bobine. Ce courant se
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  - transmet par la ligne et passe dans la bobine D du poste émetteur B. L aimantation de l’électro-aimant D est donc modifiée et par suite attire plus °u moinsda plaque métallique M qui se met à vibrer, exécutant, à 1 intensité près, les mêmes mouvements que la plaque L, c est-à-dire reproduisant la parole.
  - * * *
  - Si intéressante que soit la solution de Bell, elle est évidemment insuffisante, car les courants induits ainsi produits n ont qu une très faible intensité et, lorsque la ligne a quelque longueur, ils deviennent incapables d actionner l’écouteur. Pratiquement, même en perfectionnant le type initial par l’emploi d’aimants en fer-à cheval par exemple, on ne peut dépasser des portées de quelques kilomètres.
  - Bn 1877, Hughes fit faire un progrès décisif à la téléphonie. Il ne conserva du système de Bell que le poste récepteur, aimant et bobine placés
  - Fig. 685. — Les divers perfectionnements du principe du téléphone.
  - dans le circuit, mais il intercala dans ce circuit en premter lieu une pile « en second lieu un microphone qui est le poste transmetteur le plus sen-sible et le plus ingénieux que l’on puisse imaginer.
  - Le microphone se compose essentiellement d un crayon e c ar on îs Posé verticalement entre deux plaquettes de même matière reunies aux deux fils de ligne par l’intermédiaire de la pile P (fig.685.2). Le crayonde barbon n’est pas fixé dans ses logements ; au contraire, on a soin e rea-hser un contact imparfait entre ces trois pièces, car c est la le principe
  - ^ême de l’appareil. . .
  - En effet, lorsqu’on parle devant la planchette qui recouvre le microphone, ses vibrations se transmettent au charbon, d ou modification de
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - la résistance de contact du charbon et de ses supports ; par suite, l’intensité du courant varie dans de grandes limites dans le circuit téléphonique (il peut même être interrompu totalement). La transmission est réalisée et peut être assurée à des distances beaucoup plus grandes qu’avec le système Bell. Remarquons que, dans le téléphone Hughes, le transmetteur est différent du récepteur, qui reste l’appareil primitif de Bell.
  - * * *
  - Un perfectionnement très important a été apporté par Edison au système Hughes, permettant d’envisager des distances de transmission considérables : c’est l’emploi d’une bobine d’induction.
  - Nous avons vu que, pour le transport à distance de l’énergie, on avait tout intérêt à utiliser des courants de haute tension pour réduire au mini' mum les pertes dans la ligne. C’est le même problème qui se présente ici-Les lignes téléphoniques ont une grande longueur, une résistance notable, car on ne peut leur donner des sections considérables, et, pour ne pas utiliser des courants trop intenses, il faut transmettre leurs variations en haute tension. La figure 685, 3, montre le schéma du montage.
  - Il reste à rendre les deux postes A et B récepteurs et transmetteurs a la fois. On y arrive très simplement en constituant le primaire de chacun d’eux par une pile, un microphone et l’enroulement primaire d’une bobine d’induction. Les récepteurs sont placés à chaque poste sur le circuit secondaire. La figure 685, 4, montre le schéma des connexions.
  - * * *
  - Il ne suffit pas que les deux postes puissent converser, il faut encore qu’ils puissent s’appeler, pour se mettre en communication. Aussi faut-il prévoir l’adjonction à chaque poste d’une sonnerie actionnée par l’autre poste. Naturellement, comme l’appel précède la conversation, la même ligne pourra servir aussi bien pour actionner les sonneries que pour transmettre la parole. Nous verrons plus loin comment ces opérations s’effectuent automatiquement.
  - * * *
  - Tels sont les principes du fonctionnement du téléphone et, malgré la complication des installations, leurs aspects différents, systèmes à batteries locales, à batterie centrale, systèmes automatiques, etc., tout se ramène en définitive au schéma essentiel que nous venons de décrire. Avant de
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  - dire quelques mots de la « téléphonie pratique », il est intéressant de fixer 1 ordre de grandeur des phénomènes téléphoniques.
  - Lord Rayleigh a étudié la question et a cherché en particulier quelle était l’intensité minima des courants capables d’actionner un récepteur téléphonique. Il a trouvé qu’au-dessus de 10-7 ampère (soit un dixième de millionième d’ampère), on ne perçoit plus rien dans le téléphone. En Pratique, les courants utilisés de l’ordre d’un dix-millième d’ampère.
  - Ces courants sont donc extrêmement faibles. Comme ils produisent une sensation sonore sur le tympan de l’oreille, la question qui se présente naturellement à l’esprit est de déterminer quel est l’ordre de grandeur du déplacement de la plaque vibrante du récepteur du téléphone ainsi provoquée, et également l’ordre de grandeur des compressions et dilatations de l’air en résultant.
  - Lorsque l’on regarde la plaque du téléphone récepteur, on ne la voit pas vibrer à l’œil nu, et il faut, pour déceler son déplacement, avoir recours à des phénomènes optiques (utilisation des franges d’interférence). On trouve ainsi qu’au maximum, c’est-à-dire pour les sons les plus forts transmis sans crachement, l’amplitude de la vibration de la plaque est de 1 à 2 millièmes de millimètre !
  - Si on calcule alors la variation de pression que détermine un déplace-ment de 1 micron (millième de millimètre) de la plaque du récepteur, °n trouve qu’elle est inférieure à 2 millionièmes !
  - On voit donc de quelle extrême sensibilité est notre tympan aux variations de pression. D’ailleurs, les nombres que nous venons de donner sont certainement de beaucoup supérieurs à la réalité. En effet, lord Rayleigh a effectué des expériences extrêmement intéressantes à ce sujet. Faisant vibrer un sifflet, avec une dépense d’énergie facilement mesurable, et calculant l’amplitude de la vibration de l’air à la distance maxima où le s°n est entendu, il trouva des nombres de l’ordre de grandeur du millième de micron, bien inférieurs par suite à ceux que l’on réalise en téléphonie.
  - * * *
  - Nous allons maintenant décrire les principaux organes d un poste téléphonique. Les transmetteurs sont tous des modifications de 1 appa-red de Hughes.
  - L>ans le microphone Ader, encore enJprvice dans quelques anciennes installations, au lieu d’un seul crayon disposé verticalement, qui présente Une trop grande instabilité produisant les bruits de « friture » caractéristiques, on dispose dix crayons de charbon horizontalement en deux rangées
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fig. 686. — Microphone Ader.
  - de cinq (fig. 686). Leurs extrémités sont d’un diamètre plus petit que le crayon lui-même et reposent dans des logements pratiqués dans trois
  - barres de charbon, a, b, c. L’ensemble est recouvert d’une planchette de sapin inclinée formant pupitre.
  - Chose curieuse, si on remplace le sapin par un autre bois, la transmission est moins nette et moins intense, sans que l’on puisse expliquer ce phénomène.
  - A l’heure actuelle, on tend de plus en "plus à employer les microphones h grenaille de charbon En principe, ils sont constitués par deux lames minces de charbon, A, B (fig. 68y), dont l’une est plane, celle devant laquelle on parle, et l’autre présente des alvéoles dans lesquels se trouvent placées des billes de charbon plus petites, s’appuyant constamment contre la lame B.
  - Au lieu de billes, on emploie plus généralement de H
  - la grenaille de charbon, comme dans le microphone de l’Administration des téléphones, dont la figure 688 montre une coupe schématique de l’appareil.
  - Le boîtier B renferme un bloc de charbon C fixé contre le fond du boîtier par une vis V, l’ensemble étant isolé de la masse par des rondelles d’ébonite E. Le bloc de charbon est évidé, et la cuvette K ainsi formée est remplie de charb01 granulé maintenu en place par une rondelle de feutre. Enfin, une mei*1 brane de charbon G ferme la cavité en s’appuyant sur la rondelle de feutre. Le courant est amené d’une part au boîtier (et par suite a membrane G) et d’autre part au bloc de charbon par la prise P montée slir le boulon V.
  - fl
  - 4
  - Fig. 687. — Microphone à grenaille.
  - cen-
  - Un transmetteur ultra-sensible, utilisé dans les bureaux
  - fin de nC
  - traux, où il est nécesseaire de ne parler qu’à voix basse a tin
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 7i5
  - Pas gêner les opérateurs voisins, est le transmetteur Solid-Back.
  - La figure 689 montre la coupe de l’appareil. Il comprend deux parties : le microphone proprement dit et le boîtier. Le premier est constitué par une petite boîte AB renfermant 4 décigrammes de graphite en petits grains. Le couvercle A de la boîte est forme par une bague de laiton maintenant serrée une lame mince de mica C servant de support à un disque de cuivre D terminé par une vis V sur laquelle est fixée la plaque vibrante P du transmetteur. Le boîtier est constitué par un morceau de cuivre F muni d’un rebord intérieur sur lequel repose la plaque vibrante P.
  - Ln pont transversal G sert à presser sur la plaque ; enfin, le couvercle M garni d’un boulon isolé X supporte l’ensemble. Le courant entre par X, va par le fil / à la plaque vibrante isolée de la masse par des rondelles de caoutchouc, traverse les grains de charbon et sort par une borne fixee sur la masse de l’appareil.
  - Quand on parle devant P, la vibration de cette plaque se transmet par la vis V à la lame mince de cuivre qui laisse toute liberté au mouvement de la plaque P. C’est grâce à cette absence de liaison entre les deux organes d une part et, de l’autre, à la flexibilité parfaite de la lame de cuivre que 1 on doit l’excellent fonctionnement de cet appareil, qui est en même temps Plus robuste que le transmetteur de l’Administration, car la membrane Uiétallique est plus solide que la plaquette de charbon.
  - * * *
  - Les récepteurs actuels ne diffèrent que par des détails çle construction du téléphone primitif de Bell.
  - Dans la plupart des appareils, on remplace l’aimant droit par un aimant en fer à cheval, ce qui rend l’ensemble plus compact, donne une meilleure utilisation de l’aimant dont les deux pôles sont employés, et enfin assure une plus longue durée par suite de la meilleure fermeture du circuit magnétique.
  - Le récepteur Ader est encore un des plus répandus aujourd’hui ; aussi en donnerons-nous une brève description (fig. 690). L’aimant ^est un anneau plat constitué par deux lames superposées M1? M2. Sur les pôles sont fixées deux équerres c, en ferdoux,dont les parties verticales munies de joues en cuivre constituent les noyaux de deux bobines B, B dans les
  - D _P
  - Fig. 689. — Transmetteur Solid-Back.
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  - quelles passe le courant téléphonique. Devant elles, à très petite distance (3 à6 dixièmes de millimètre), se trouve la plaque vibrante en fer doux P-
  - Dans certains appareils, un anneau de fer doux E est disposé autour du trou central du pavillon d’écoute destiné à renforcer le champ magnétique et à augmenter la sensibilité de l’appareil. C’est le surexcitateur. Le courant est amené par deux bornes isolées.
  - * * *
  - Dans certains appareils téléphoniques dit monophones, on réunit dans le même boîtier le microphone et le récepteur. La figure 691 montre un des nombreux dispositifs réalisés ; on reconnaît facilement les organes dont nous venons de parler.
  - En Amérique, l’appareil téléphonique est toujours fourni par la Société des téléphones (société privée). Récepteur et transmetteur sont entièrement séparés. Le modèle est unique, standard dans tous les Etats-Unis et le Canada. Les spécialistes américains attribuent à ce fait la netteté remarquable des communications. Tous les abonnés ayant le même modèle d’appareil, les postes sont identiques et par suite fonctionnent de la même façon ; en un mot, ils sont équilibrés. Déplus, la séparation du récepteur et du microphone permet d’avoir des appareils plus robustes et aussi plus parfaits, car la proximité trop grande des deux organes dans un même tier donne lieu à des phénomènes d’induction électrique qui nuisent à la bonne transmission.
  - Moins élégants, plus encombrants, moins commodes d’emploi pt-
  - anneau de
  - transmetteur
  - billes de charbon
  - écouteur
  - é/ectro- . aimant
  - du réceptei
  - Fig. 691. — Monophone.
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  - 717
  - être que nos appareils français, ils ont une netteté et une puissance d’audition tout à fait remarquables.
  - * * *
  - Les sonneries d’appel sont egalement un des organes indispensables du poste téléphonique. Tout 1g monde connaît la sonnerie trembleuse ordinaire, qui n’est d’ailleurs qu’un rupteur a lame vibrante de bobine de Ruhmkorff. Aussi n’en dirons-nous rien, surtout qu elle n est employée qu’en téléphonie privée. La figure 692 permet d en comprendre le fonctionnement sans explications complémentaires. Dans les installations de réseau, °n se sert de sonneries polarisées, dont la figure 693 montre le schéma de
  - Fig. 693. — Sonnerie polarisée.
  - Fig. 692. — Sonnerie ordinaire.
  - fonctionnement, que l’on peut rapprocher d ailleurs de celui du relais Polarisé dont nous avons parlé à propos de la télégraphie.
  - Le courant passe dans un électro-aimant à branches écartées, sur la culasse E duquel se trouve fixé un aimant NS par sa face sud. Sur le pôle N est montée une palette en fer doux NN terminée par une tige pouvant frapper alternativement sur les deux timbres T, T . Actionnons 1 appareil Par du courant alternatif. Quand le courant va de A vers B, 1 électro-aimant détermine la formation d’un pôle sud par exemple sur la branche C et nord sur la branche D. La palette de fer doux, qui est aimantée comme !e pôle nord auquel elle est fixée, sera attirée par C et repoussée par D. f-e timbre T sera donc actionné. A la demi-période suivante du courant nlternatif, le sens du courant est renversé, il va de B vers A, le sens de foutes les actions est renversé également, c est le timbre T qui vibre.
  - L’emploi des sonneries polarisées a permis de réaliser un progrès consi-
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - dérable dans l’installation des postes téléphoniques. En effet, grâce à elles, on peut superposer sur la ligne à la fois des courants alternatifs pour l’appd et du courant continu pour le fonctionnement du microphone. Cela a permis de supprimer complètement les piles chez l’abonné et de remplacer le système primitif à batterie locale par le système à batterie centrale. Nous reviendrons plus loin sur cet important progrès.
  - * * *
  - Pour séparer le courant alternatif destiné à actionner la sonnerie du courant continu nécessaire pour le fonctionnement du microphone, °n se sert d’un petit condensateur qui laisse passer le courant alternatif,
  - mais oppose un obstacle iU"
  - - OüïtUCI IV,
  - Q Q polarisée i ligne
  - condensât?
  - alternateur
  - U/\
  - § Intemipt?
  - igné
  - Fig. 694.
  - franchissable au courant continu.
  - Les condensateurs de téléphoné ont une capacité de 2 microfarads ; ils sont constitués par un rouleau fortement comprimé formé de deux feuilles d’étain (leS deux armatures) séparées par du papier de soie (le diélectrique)-La figure 694 montre le montage de ce condensateur sur le circuit de la sonnerie. Le condensateur se charge d’un signe ou de l’autre, suivant la période du courant alternatif, et se décharge, lors du renversement de sens, dans le circuit de la sonnerie, qu’il actionne alors.
  - Montage d’une sonnerie polarisée sur un circuit téléphonique.
  - * * *
  - Il faut, d’après ce que nous venons de voir, dèux sources d’électricde pour faire marcher un poste ordinaire, l’une destinée au fonctionnement du microphone, l’autre à celui de la sonnerie. Il y a donc intérêt, au point de vue de l’entretien des installations, à diminuer ce nombre si possible-
  - Dans un certain nombre de postes, avant l’établissement du système à batterie centrale, on a résolu la question par l’emploi d’une magnéto d’appel. Comme cet appareil est le même, tout au moins en principe que celui qui sert à assurer l’allumage du mélange explosif dans les cybn dres des moteurs à explosion, moteurs d’automobile en particulier, n°uS allons l’étudier avec quelques détails.
  - La magnéto est un générateur d’électricité extrêmement simple, c°n stitué par un aimant permanent entre les pôles duquel tourne une bobiue
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  - de fil enroulée sur un noyau de fer doux. Voyons les phénomènes qui se produisent lorsque l’on fait tourner la bobine. Au repos, sous l’influence du magnétisme du système inducteur, le fer de la bobine s’aimante et la bobine prend la position indiquée figure 695, a. Supposons qu’on la fasse
  - tourner maintenant de droite à gauche, dans le sens de la flèche. Dans le premier quart de tour, les pôles du noyau s’éloignent des masses polaires, leur aimantation diminue donc ; par suite, le flux qui traverse la bobine diminue aussi, et il se crée dans celle-ci un courant induit direct dirigé dans le sens 1-2. Dans le deuxième quart de tour, la polarité du noyau
  - magnéto
  - Poste appelant. Poste appelé.
  - I'ig. 696. — Montage de deux magnétos d’appel et de leurs sonneries.
  - change de sens, mais, comme le sens de la variation du flux est aussi inversé simultanément, puisque le flux se remet à croître, le sens du courant dans la bobine est le même, de 1 vers 2. Au contraire, dans le troisième quart de tour et le quatrième quart, il est facile de voir que le courant est de sens contraire au précédent, dirigé de 2 vers 1.
  - En résumé, dans un tout complet de la bobine, il y a quatre émissions
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de courant induit se suivant deux à deux dans le même sens ; l’appareil émet donc deux courants alternatifs par tour de bobine.
  - Dans la réalisation pratique, l’aimant est formé par un groupe d’aimants enfer à cheval; labobine,qui a la forme d’un double T, a une de ses extrémités fixée à la masse de fer lui servant de noyau et l’autre extrémité reliée à un doigt métallique isolé monté sur l’extrémité de l’arbre de rotation. Cet arbre est commandé par une roue dentée D (fig. 696) engrenant sur un petit pignon P, ce qui permet de lui communiquer une grande vitesse de rotation. Le courant est recueilli par des frotteurs à ressort appuyant sur un disque H solidaire du doigt auquel aboutit l’une des extrémités de l’enroulement ; l’autre extrémité est reliée à la masse, comme nous venons de le dire, par l’intermédiaire de l’arbre et des paliers et aboutit à laborne L2.
  - On utilise la manœuvre à effectuer pour faire tourner la rhagnéto pour retirer ou introduire la sonnerie dans le circuit. En effet, pour que l’appe1 soit énergique, il faut que les résistances électriques inutiles soient sup' primées, en particulier celle de la sonnerie du poste appelant (d’où nécessité de la court-circuiter) et on devra de même éviter de faire traverser au courant l’enroulement de la magnéto du poste appelé. On doit donc n’avoir en circuit que la magnéto du poste appelant et la sonnerie du poste appelé. C’est ce que réalise le montage de la figure 696, grâce au commutateur C. L’arbre A de la manivelle peut se déplacer latéralement, mais est poussé constamment vers la gauche par un ressort R. En le tirant vers la droite, la lame-ressort L, qui, en temps normal, est appliquée contre le contact E, vient au contraire s’appliquer sur le contact F, mettant ainsi le frotteur delà dynamo en communication avec la ligne Lx. La sonnerie poste est donc court-circuitée, puisque les deux bornes Sx, S2 sont reliées par le ressort R et le contact F. Le premier résultat est donc obtenu. An poste appelé, la magnéto est dans l’état représenté sur la figure, et on voit que c’est elle qui est court-circuitée par le ressort, tandis que la sonnerie seule est en ligne.
  - * * *
  - Après avoir étudié les parties constitutives d’un poste, il nous reste à voir comment on les assemble pour réaliser Y installation télépft0 nique complète.
  - Un poste se comprend essentiellement : i° un microphone et une pile reliés au fil primaire d’une bobine d’induction ; 2° un écouteur (°u deux) relié au fil secondaire de la bobine et aux deux fils de ligne ; 3° UIje sonnerie recevant le signal d’appel et une clef reliée à une pile pour action ner quand besoin est la sonnerie du poste appelé (ou celle du bureau cen
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  - tral). Il y a donc trois circuits de ligne : i° le circuit de réception d’appel ; 2« le circuit de transmission d’appel ; 30 le circuit de conversation.
  - I,a figure 697 montre une des nombreuses dispositions de ces trois circuits. Comme on le voit, il y a huit bornes, sur lesquelles sont en general gravées les lettres suivantes : Lt, L2 pour les fils de ligne; S,, S2 pour le circuit de la sonnerie ; ZM (zinc microphone) et CM (cuivre microphone) pour le circuit du microphone ; enfin ZS (zinc sonnerie) et CZ (cuivre sonnerie) pour le circuit de la sonnerie d’appel. Pour faciliter le montage, les fils de divers circuits sont recouverts de soie de couleur différente : jaune pour le circuit d’appel, bleu pour celui de conversation, tricolore pour le fil commun à ces deux circuits et rouge pour le circuit microphonique.
  - A titre d’exemple, nous représentons figure 698 le sché-ma du poste mobile modèle I()02, qui est très facile à comprendre. L’écouteur est suspendu sur un levier terminé par un crochet. C e icvier, lorsqu’on décroche le téléphone, est relevé par un frssort et établit automatiquement les connexions nécessaires.
  - Lans la position d’attente ...
  - "'Présentée par la ligure, deux lames-ressorts solidaires du crochet etablis-"‘"t la communication entre la ligne et la sonnerie. I-e suivant : 1 iene-l.r>,-S,-son]ievie-S,-lvl(.2-.v/’xLi-hRnc.
  - I-a transmission d’appel du poste s’effectue en appuyant sur le bouton R appel qui reiie les pôles de la pile de la sonnerie aboutissant aux concis fi,, d2 aux bornes a,, a2, et le circuit est alors . pile — 2222
  - ''gne-Lj-pj-s-a-drpile. .. ,
  - Quand on décroche l’écouteur pour téléphoner, le crochet se releve et lcslames-ressortsétablissent le contact entre /V, et p,,c, ; en meme temps, lt ressort R vient mettre en communication les deux plots m, n e cir-cuit aboutissant en sA est par contre éliminé. Dans ces conditions, le ci"a»t microphonique est le suivant : pile-CM-fil primaire-P-i» jmicro-Vigneron. — Électricité.
  - microphone !
  - \jesusp.
  - ;onnene
  - Schéma de. montage d’un téléphone.
  - Fig. 697. —
  - I.e circuit de conversation est en traits forts; le circuit de ligne est en traits fins; le circuit d’appel est en traits ponctués.
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  - APPLICATIONS DE IA ÉLECTRICITÉ
  - .Sonnce
  - phone-ZM-pile. Quant au cricuit de conversation, il est constitué par :
  - ligne - Lj -^-q-télépliO' ne~écouteur-fil secondaire F-ÉV/^-J^-ligne.
  - i
  - crochet commutateur
  - Nous venons de voir comment est constitua le poste d’abonné. d
  - nous faut maintenant
  - dire un mot des opérations qui s’effectuent
  - au bureau centré téléphonique P°lir permettre de rclLr deux abonnés quelconques.
  - Pour résoudre ce pr°' . blême, on fait converger toutes les lignes a deux fils issues de chaque poste \ ers un point central ou sera placé un appareil assurant l’intercommunication. On peut diviser les réseaux en deux grandes classes . ceux à batterie locale, lorsque chaque poste comporte tinc pile (ou une magnéto) d’appel et une pile microphonique ; ceux à battNn centrale, lorsque tout le courant nécessaire aussi bien pour l’appel que p°ur la conversation est fourni par une source d’électricité située au central-Actuellement, tous les réseaux modernes sont à batterie centrale, ma^ nous commencerons par étudier le système à batterie locale, qui permettra ensuite de se rendre mieux compte des perfectionnements modernes-Ajoutons d ailleurs que, dans la téléphonie privée, dont nous dirons quelle-mots, c est encore le plus employé.
  - Les organes nécessaires au poste central, sont les suivants : i° un téle' phone permettant de parler aux abonnés ; 2° des dispositifs de récepti011 d appel pour reconnaître les abonnés appelant ; 30 des organes de joncti°r mettant en communication deux postes quelconques du réseau.
  - Fig. 698. — Schéma du poste mobile 1902
  - , , 'lectr0"
  - L’organe de réception d’appel est 1 annonciateur. C’est un e . jC
  - aimant (fig. 699) portant une armature A fixée à un ressort monte
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  - prolongement B d’une des pièces polaires. Quand le courant passe, A est attiré ; la tige C portant un doigt P se soulève et libère le 'volet V qui démasque le numéro de la ligne et en même temps ferme le circuit P d’une sonnerie d’appel en appuyant la lame E sur son contact.
  - I-e dispositif de jonction est le jack.
  - ^ est constitué par une pièce fixe en relation avec un circuit de ligne dans laquelle on introduit une fiche reliée par un cordon au circuit que 1 on veut réunir à celui aboutissant à la pièce fixe.
  - T-a pièce fixe comporte quatre ressorts (a, b, c, d, fig.700) reliés d une part a la ligne (a, b), d’autre part à l’annonciateur A (c, d). Au repos, les ressorts a m c, b et d se touchent, de sorte que, si l’on envoie un courant dans la li&ne, il actionne l’annonciateur A indiquant que 1 abonné appelle.
  - A ce moment, on introduit la fiche F, qui est constituée par deux parties métalliques a', b', isolées l’une de
  - l’autre et reliées chacune avec un des deux fils du cordon. Ces deux pièces écartent respectivement les ressorts a, b, comme le montre la figure. L’annonciateur est donc automatiquement mis hors circuit et les deux fils de ligne réunis aux fils Llf L2 qui aboutissent par exemple au téléphone de l’opérateur du standard.
  - ligne
  - A
  - DSSD1/
  - in
  - • 700. — Jack et fiche introduite dans le jack.
  - * * *
  - Annonciateur et jack de ligne sont réitnis sur un tncublc standard ou tableau comvyiutaleuy. Le fonctionnement de cet appareil est représenté schématiquement figure 7°i-(onsidérons seulement deux postes d’abonnés, 1 et 2, qui désirent être mis en communication. Le poste 1 appelle ; son annonciateur Ax fonctionne, standard, l’employé introduit dans le jack la fiche I qui se trouve reliée son autre extrémité à deux bornes el, h qui communiquent avec le téléphone T de l’employé. Celui-ci prend la demande de l’abonné 1 qui
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  - APPLICATIONS Î)E L'ELECTPIC1TÊ
  - désire parler à l’abonné 2. Il enfonce alors la fiche II dans le jack de l’abonné 2 et appuie sur la clef C2. Les deux fils de ligne sont alors reli^s aux bornes de la pile P2 et la sonnerie de l’abonné 2 est mise en fonctionnement. Cet abonné décroche son appareil et est en communication avec 1, les deux fiches I et II assurant la liaison.
  - Pour être averti de la fin de la conversation, l’employé peut soit intro-
  - Fig. 701. — Schéma d’un contrai à batterie locale.
  - big. 702. — Tableau commutateur, fiches c jacks avec poste d’opérateur pour réseau à l’at terie centrale. Capacité; 1 ligne réseau, 5 h?nCb supplémentaires.
  - • i
  - duirc son téléphone T en dérivation, comme l’indique la ligure, sou, manœuvrant la clef H, dite clef d’écoute, remplacer son téléphone par annonciateur de fin de conversation F qui fonctionnera lorsque les de11-abonnés, ayant terminé leur conversation, appuieront sur leur both° d’appel pour prévenir le poste central.
  - * * *
  - Nous allons maintenant passer au cas du système à batterie centré On a remarqué, dans les installations dont nous venons de parler, du chaque poste possède deux piles : l’une pour actionner la sonnerie, ^ aU^ pour alimenter le circuit de conversation. C’est un premier inconveni
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  - très grave, car l’entretien des piles est une opération difficile loisqu il y a plusieurs milliers d’abonnés sur un réseau.
  - Ln autre inconvénient réside dans la nécessité, poui obtenir une com-uiunication, d’appuyer sur un bouton d appel ou de tourner une magnéto
  - lorsque la conversation est terminée, de donner le signal de lin pour ^tre sûr que la ligne sera de nouveau libre.
  - Knfin, au bureau central, l’employé doit se brancher fréquemment sur la ligne pour savoir si la communication est termmee, dans le cas ou un cle* abonnés ne donne pas le signal de fin ; de plus, il doit relever les volets cIc's annonciateurs. Lorsqu’un standard comprend déjà une centaine de
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  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - lignes, ce travail est très ardu et rend peu rapide le branchement des divers postes entre eux.
  - C’est à tous ces inconvénients que remédie le système à batterie cen-traie. Ici, chez l’abonné, plus de piles, plus de bouton d’appel, plus de nécessité de signaler que la conversation est terminée ; appel et signal de nn
  - Fig. 704. — Standard mixte à batterie centrale àdeux postes d'opératrices. Capacité
  - réseau, 200 lignes de postes, 30 paires de cordons.
  - :o lift'11*
  - sont automatiquement donnés par le fait seul de décrocher ou de raccroc ^ le récepteur. Au standard, les annonciateurs d’appel et de fin de c0in sation sont remplacés par des lampes qui s’allument et s'éteignen^^^i. moment voulu, de sorte que le rôle de l’employé est simplement d eh1
  - les communications.
  - si°n
  - En conséquence, au poste de l’abonné, les organes de transmis . d’appel sont supprimés (piles ou magnétos) ou sans emploi (bouton d aPP ^ La ligne ne devant être fermée qu’au moment où l’abonné décroche récepteur, le circuit- de réception d’appel est ouvert par l’intercala^ d’un condensateur et la sonnerie ordinaire est remplacée par une s°n
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  - polarisée. Le central appelle donc l’abonné au moyen de courant alternatif.
  - l<"ig. 705. — Vue arrière du standard précédent.
  - * * *
  - Le montage d’un poste d’abonne à batterie centrale est icpiésentc schématiquement sur la ligure 706. On voit que le rôle du crochet C est simplement de fermer le circuit de ligne et le circuit primaire , ces deux circuits sont tous deux alimentés par le courant de la batterie centrale et ont une partie commune dans laquelle est intercalé le microphone.. U' fonctionnement est le suivant : le crochet étant relevé, le courant continu passe dans le circuit de ligne et dans la partie du circuit primaire qui est commune avec lui ; il rencontre donc sur sa rorrtc le microphone. Il ne peut traverser le récepteur, car le condensateur lui barre la route. Ln parlant
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  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - devant le microphone, les variations d’intensité du courant se transmettent par induction dans l’enroulement secondaire de la bobine d’induction.
  - Inversement, quand le poste reçoit une communication, les variations d’intensité sont reproduites par induction dans le circuit local renfermant le récepteur.
  - Fig. 706.
  - Poste d’abonné à batterie centrale.
  - Le circuit de sonnerie est en traits pointillés; le circuit primaire de ligue est en traits pleins gros; le circuit secondaire •st en traits fins. La partie commune est en traits mixtes.
  - Au standard, lorsque le récepteui est décroché, le courant continu circuit' dans la ligne, et immédiatement uIir lampe s’allume, un électro-aimant l’attirant une armature A fermant b circuit d’éclairage. Quand l’opérateui enfonce la iiche dans le jack. correspondant à l’abonné, ce circuit est roinp11 et la lampe s’éteint. Le montage est analogue à celui de la ligure 707. A partu de ce moment, c’est une lampe aux1' liaire dite de supervision, montée sur le cordon souple d’intercommunication, qui renseigne sur la présence de l’abonné sur sa ligne. Cette lainp1 se rallume dès que l’abonné raccroche son récepteur.
  - Quant à l’appel d’un abonné, il s’elïectue en envoyant dans la ligne un courant alternatif qui, chargeant et déchargeant le condensateur disposé sur le circuit de la sonnerie, actionne celle-ci.
  - Nous venons de parler des standards, et on comprend facilement qu’un seul opérateur ne •
  - peut surveiller qu’un nombre assez petit d’abonnés. Dans les gtandt^ villes, où chaque bureau dessert 10 000 ou 20 000 abonnés, d str‘ impossible d’adopter le dispositif précédent, et on a alors recou^ aux multiples, dont nous allons exposer le principe de fonctionnent-
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  - Chaque ligne d’abonné communique non seulement à un jack individuel et une lampe d’appel, comme dans les standards, mais de plus à un certain nombre d’autres jacks, répartis le long du multiple et disposés de telle façon qu’un employé quelconque puisse utiliser l’un d’eux si la ligne correspondante est demandée par l’un des abonnés qu’il dessert. Ce sont les jacks généraux. La figure 718 montre le principe du montage.
  - Ainsi, un employé a devant lui les jacks individuels et' les lampes d’appel de cent abonnés par exemple °t en plus les 10 000 ou 15 000 jacks généraux reliés aux lignes de tous les abonnés du bureau.
  - La figure 709 montre la vue d un panneau de multiple : en I>as, les organes des abonnés particuliers à l’opérateur; cm haut, les jacks généraux.
  - Afin (pu: chaque employé puisse atteindre tous les jacks généraux de tous les abonnés, d n’a directement devant lui que le tiers du nombre total des jacks généraux, mais, en prenant soit sur le panneau cpii est à sa droite, soit sur eelui qui est à sa gauche, il peut communiquer avec l’ensemble des abonnés.
  - Quand un abonné demande un numéro du même bureau, le téléphoniste commence par s’assurer que la ligne demandée est libre, et pour cela il lui s>ifiit de toucher avec la fiche de l’appeleur le jack général de l’abonné appelé. Si celui-ci est déjà en communication, on entend un bruit bien déterminé dû au passage du courant dans le circuit. Ln effet, tous les jacks généraux d’un abonné sont intercalés dans un même circuit comprenant paiement la batterie centrale du bureau, circuit qui est ouvert en temps donnai, mais automatiquement fermé quand la fiche d’un cordon de jonction quelconque est déjà enfoncée dans 1 un de ces jacks.
  - * *
  - L~) Demandeur Demandé postesdabonnès
  - Fig. 708. — Système multiple simple.
  - Dans les réseaux desservant les grandes villes, l’impossibilité de réunir plus de 12 000 à 15 000 jacks généraux dans un seul panneau en les rendant accessibles à l’opérateur, l’intensité du trafic qui croît avec le nom-L'e des abonnés, la nécessité de réduire le développement total des lignes extérieures, exigent l’installation de plusieurs bureaux centiaux , la région a desservir est divisée en secteurs ou quartiers comprenant chacun un
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  - nombre d’abonnés suffisant pour équiper un bureau central simple-Chaque bureau central est constitué par deux groupes distincts de tables : les tables A contiennent les jacks et les signaux d’appel, et les tables B les jacks généraux des abonnés ; des circuits de jonction et de
  - lùg. 709. — Détail des deux groupes de départ du multiple téléphonique de Lyon-V au^11-
  - conversation relient les tables A de chaque bureau central aux tables non seulement du bureau central considéré, mais encore de tous les atdrt bureaux centraux de l’agglomération ; chaque circuit de jonction commefl0 aux tables A du bureau central d’origine des jacks multiples de dep<l et se termine par une fiche avec cordon d’arrivée dans une des tables du bureau central de destination (fig. 710).
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 73l
  - L’opérateur A, recevant une demande de communication, ne connecte plus directement par un circuit de cordons le jack d’appel de l’abonné demandeur au jack d’appel ou multiple de l’abonné demandé, niais se met en relation par un circuit de service ou de conversation avec un opérateur B du bureau central auquel appartient l’abonné demandé ;
  - près indication par l’opérateur B du circuit de jonction à employer, la communication est établie par les deux opérateurs, le jack d’appel de l’abonné demandeur étant relié à la table A par un circuit de cordons au jack de départ du circuit de jonction, tandis que la fiche d’arrivée de ce circuit a la table B est insérée dans le* jack multiple de l’abonné demandé.
  - * * *
  - BUREAU CENTRAL N«1 BUREAU CENTRAI N» 2
  - Abonne V demandeur*
  - Système multiple à plusieurs bureaux centraux.
  - La répartition des lignes sur les jacks des tableaux a cent numéros, les permutations à opérer ultérieurement entre ces lignes et, enfin, les
  - l'L-J/i i. — Vue (les groupes de départ et tables de rensei;
  - ;nements du central Elysées à Paris.
  - coupures à effectuer pour la recherche des dérangements, nécessitent des dispositions spéciales pour l'arrivée des fils de ligne des abonnés. Tous ces fils arrivent à une sorte de meuble en fer qui constitue le répartiteur et les fils sont distribués sur des coupe-circuit. Dautic part, des câbles
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- - 732
  - APPLICATIONS I)E L’ÉLECTRICITÉ
  - venant du ou des tableaux, sont également amenés au répartiteur et leurs fils distribués sur des plots de raccordement. La liaison entre les coupe-circuit et les plots est faite ensuite au moyen de câbles à deux conducteurs
  - Fig. 712. — Vue des relais de groupes de départ du multiple Flysées.
  - sous coton ignifugé qu’il sera facile de déplacer ou changer, en cas de besoin.
  - La figure 711 montre l’ensemble du multiple Elysées du réseau de Pan-S> groupes de départ et table de renseignement; la figure 712, la vue amendes bâtis des relais de groupe de départ, et la figure 713, la vue arrière du multiple de la ville de Tours, avec les répartiteurs visibles à droite de lu photographie.
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- - TÉLÉGRAPHIE. HT TÉLÉPHONIE
  - 7.D
  - Pa téléphonie automatique, dont l’usage tend de plus en plus à se répandre, aussi bien dans les installations privées que dans les réseaux Publics, est certainement la meilleure solution du problème, puisqu’elle supprime l’élément humain, la trop célèbre demoiselle du téléphone. Il n’y a plus confusion de numéros mal compris, plus de coupures intem-
  - pestives, une libération instantanée de la ligne sitôt la communication terminée. De plus, malgré son prix de premier établissement, un peu plus élevé que celui du système manuel, l’automatique assure une économie d’exploitation que l’on a calculé, pour Paris, ne pas être inférieure à 20 p. 100
  - du total des dépenses d’exploitation.
  - Ajoutons qu’une installation automatique s use au moins deux fois moins vite que l’installation manuelle ; comme, d’autre part, il n y a plus aucune raison technique pour concentrer tous les organes automatiques dans un bureau unique, il sera possible d’installer des bureaux en différents points des réseaux téléphoniques; de lasorte, on pourra réduire sensi-
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- - 734
  - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - blement la longueur de la ligne reliant chaque abonné à son central, et
  - il importe de ne pas oublier que cette dépense est de beaucoup la plus forte de celles qu’entraîne une installation téléphonique.
  - Si, à l’heure actuelle, on se borne presque uniquement à utiliser le téléphone automatique dans les réseaux urbains, il est cependant possible de l’employer pour les relations interurbaines. Des installations de ce genre fonctionnent parfaitement en Amérique, en Allemagne, et, en France, entre Rouen et Oissel.
  - Nous allons exposer le principe de fonctionnement d’un réseau automatique, sans entrer dans le détail des divers organes, assez compliqués mécaniquement d’ailleurs.
  - L’appareil de l’abonné ne se distingue de l’appareil ordinaire que par l’adjonction d’un
  - Fifï. 714. — Appareil téléphonique automatique, type portatif, avec cadran à dix numéros.
  - cadran d’appel (fig. 714). Ce cadran, composé de deux parties, l’une fixe, l’autre mobile, est en réalité un petit interrupteur (fig. 715.) Voilà comment on utilise l’appareil : l’abonné décroche son récepteur et le porte à l’oreille ; au bout de deux secondes à peine, il percevra un ronflement qui, en » téléphonie automatique, signifie :
  - « J’écoute ». A ce moment, si l’abonné demande par exemple len° 2345, il enfoncera son index dans le trou
  - V» IANS PHst WgaÆQRT Ofc ftAFPgj
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  - CmctflTASE OU ROfiTE
  - l’ig. 715.
  - Cadran d’appel à dix numéros. Vue de face et vue arrière du boîtier.
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 73.5
  - marqué 2, fera tourner la partie mobile du cadran dans le sens des 'douilles d’une montre jusqu’à une butée fixe et 1 abandonnera ; lorsque
  - APPA8CIL MOBILE AVEC POLYPHONE SU DEMANDEUR
  - SÉLECTION DU MILLE
  - '/LE2«™ OANS\
  - Ucxlmple choisi/
  - SELECTION DCLA| CENTAINE
  - /LA^E1* DANS )\ \,l exemple CHOISI J?
  - SÉLECTION DE LA DIZAINE ET DE l'UNITÉ
  - APPAREIL MURAL AVEC POLYPHONE DU DEMANCÉ
  - l'j- 7l6. __ Schéma montrant comment s'établit une communication entre deux abonnés reliés à un central téléphonique automatique. L’abonné appelé porte le n" 2345-
  - le disque sera revenu au repos, il agira de la même manière pour faire un 3, puis un 4 et enfin un 5. Ceci fait, il sera relié à son correspondant
  - ut n’aura plus qu’à ________________________________
  - attendre que celui-ci, prévenu par la sonnerie, vienne à son appareil.
  - Voici comment tout ceci a été obtenu ;
  - Dès (pie l’abonné a un décroché son ré-
  - ROUE GRADUÉE ,
  - 3ÛUÛAI8E PC t.' ARQRC OE ROTATION
  - INDEX INDIQUANT LA POSITION DES FROTTEUR» SUR LE ÔANC
  - BANC DES CONTACTS
  - GUIPE QU CLIQUET
  - ElECTRQ DE ROTATION .
  - vis os réglage pu centre
  - DES FROTTEURS PAR”RAPPORT AU BANC DES CONTACTS
  - CANE PC RÉGLAGE OE JEU
  - OU CLIQUET
  - RESSORT ACTjONN£*
  - CHAQUE IMPULSION \
  - cepteur, son appareil 1 ot fi0TAT,ON s’est trouvé parcouru par le courant fourni par la batterie d’accumulateurs du central, t e courant traverse au central les enroulements d’un électroaimant ; grâce à des combinaisons convenables de ressorts
  - actionnés par l’armature de cet électro-aimant, la commun,cat,on a pu s’établir par sélections successives.
  - I.a sélection de l’abonné s’opère suivant l’idée qui v,ent le plus naturellement à l’esprit : si on a à chercher un numéro tel que 2345 dans un barème quelconque, on cherchera d’abord le mille correspondant à ce numéro, puis la centaine, ensuite la dizaine et enfin 1 un,te. C est exacte-
  - Fig. 717- -
  - Barre de commutateur primaire rotatif avec son électro de rotation.
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- - 73fJ
  - APPLICATIONS DK TI ÉLECTRICITÉ
  - ment ainsi qu’opère le téléphone automatique. La ligne de l’abonné est
  - d’abord reliée à un appareil qui choisit le mille, le sélecteur de mille; c’est cet appareil qui, lorsque le disque mobile du cadran d’appel reviendra à sa position de repos après qu’on aura fait le chiffre 2, montera de deux étages et reliera alors lu
  - ligne à un sélecteur de centaine ; cehn-
  - ci montera de trois étages à l’envo du 3; la ligne sera alors reliée à un dernier appareil,
  - connecteur, qui, lui, achèvera la mise en communication, enverra le
  - tig. 719- — Vue arrière du central téléphonique de Rabat.
  - courant d appel au poste du demandé ou préviendra par l’envoi d’un signal
  - & RELAIS 200“200' RELAIS I..EHT A © HLA# LENT 4 © RELAIS 1300'
  - Fig. 718. — Vus des chercheurs.
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 737
  - spécial, dit signal d’occupation, le demandeur que la ligne qu il désire est occupée (fig. 716).
  - La liaison de la ligne de l’abonne avec un sélecteur de mille sé fait par l’intermédiaire d’un organe appelé chercheur double.
  - Le chercheur double comprend deux commutateurs rotatifs, appelés l’un chercheur primaire, l’autre chercheur secondaire. Ces commutateurs sont des appareils (fig. 717) comportant une partie fixe, des bancs de contacts auxquels sont reliés soit des lignes d’abonnés (dans le cas du chercheur primaire), soit des sélecteurs de mille (cas du chercheur secondaire), et une Partie mobile : des frotteurs qui explorent ces contacts. Un électro-aimant dont 1 armature porte un cliquet agit, grâce à celui-ci, sur une roue dentée solidaire des frotteurs et à chaque mouvement de 1 armature les frotteurs avancent d’un contact.
  - Au décrochage de l’abonné, les deux commutateurs constituant le chercheur double entrent automatiquement en rotation. Les frotteurs de ces commuta-feurs sont reliés deux à deux ; ceux du chercheur secondaire s’arrêtent quand Us se trouvent sur des contacts correspondant à un sélecteur libre, ceux du chercheur primaire lorsqu’ils se trouvent sur les contacts de la ligne appelante.
  - Le sélecteur et le connecteur sont deux aPpareils de construction mécanique semblable (fig. 718). Ils se composent essentiellement d’une partie fixe formée par 1111 banc de contacts disposés en dix rangées horizontales comportant des contacts reliés à dix sélecteurs ou connecteurs (cas des sélecteurs) ou à dix lignes d’abonnés (cas des connecteurs) et d’une partie mobile constituée par un arbre portant à sa partie inférieure des frotteurs susceptibles d’explorer tous les contacts et à sa partie supérieure dix dents horizontales dans lesquelles peut s engager un
  - 47
  - Fk
  - 720. — Autocommutateur cinquante directions.
  - Vigneron.
  - Électricité.
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- - 738
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - cliquet porté par l’armature de l’électro en rotation. Chaque fois qlie l’électro d’ascension est actionné, et il est actionné par suite des coupures produits par le cadran d’appel du demandeur, l’arbre monte d’une dent ,
  - de même, chaque fois que l’armature de l’électro de rotation est attirée, l’arbre tourne d’une dent. On conçoit donc qu’en commandant convenablement ces électros, on puisse amener les frotteurs sur n’importe lequel des con tacts du banc.
  - La suite des différentes opérations, qui s’exécutent en beaucoup moins u temps qu’il n’en faut pour le dire, se fait grâce à de nombreuses combinaisons de circuits électriques dans lesquels entrent
  - en jeu un grand nombre de relais. CfîS relais agissent plus ou moins instantanément, avec plus ou moins d’énergie suivant leur résistance; mais n’insistons pas sur les détails des appareils, Ie principe seul est intéressant ici.
  - La figure 720 permet de se rendre compte, sur un appareil à cinquante directions, deda disposition des divers organes. Le tableau suivant
  - Fi
  - 721. — Schéma d’un téléphone privé.
  - Fig. 722. — Poste central avec tableau annonciateur spécial à fiche.
  - donne la liste des réseaux automatiques publics en service en France, san tenir compte des nombreuses installations dans des établissent privés tels que grands magasins, usines, administrations, qui de P^1 en plus adoptent ce nouveau système de téléphonie.
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 739
  - Équipé à Capacité
  - Réseau de (en 1925). prévue.
  - Nice .... 4 900 10 000
  - Orléans . . x 400 10 000
  - Oissel 75 100
  - Bordeaux 12 000 17 000
  - Le Havre 5 000 1 i 000
  - Montpellier .... 3 000 5 000
  - Lyon 12 000 24 000
  - Troyes 2 100 4 000
  - Petit-Quevilly 100 2x0
  - Le grand-duché de Luxembourg a 3 000 lignes automatiques, et une Prévision de 10000. Au Maroc, le réseau de Rabat est à 1 450 lignes, avec possibilité de 3 500 (fig. 719).
  - * *
  - En téléphonie privée, les montages sont beaucoup plus simples que ceux que nous avons étudiés précédemment, les postes sont en general des postes à microphone et a circuit primaire, les transmissions n allant jamais à plus de 400 à 500 métrés. Ils comportent en général quatre bornes marquées L, S, CM, CS, et leur schéma de montage est analogue a celui représenté figure 721- Il est facile de se rendre compte de leur fonctionnement.
  - Le la borne L reliée au fil de ligne, le courant passe par le crochet C soit dans la sonnerie, lorsque le récepteur est accroché, soit dans le récepteur et le microphone avec retour à la borne CM, soit par le bouton d’appel B, qui met la ligne en relation avec la borne CS de la pile.
  - * # *
  - Dans les hôtels modernes, chaque chambre communique avec un Poste central qui reçoit les ordres des clients. Dans les grands immeubles, 0r* relie souvent chaque appartement à la loge du concierge. Le schéma du montage est extrêmement simple, grâce à 1 emploi d un tableau à bches. Il est représenté schématiquement sur la figure 722, qui permet de suivre les divers circuits que 1 on peut établir.
  - Enfin, lorsqu’il s’agit de relier entre eux les divers services d une meme administration, ce qui se présente dans un grand nombre de maisons de commerce, la solution la plus simple consiste à monter tous les postes eu dérivation sur une ligne commune, avec des boutons d appel pour cha-cun d’eux.
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- - 740
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La figure 723 montre le montage à réaliser. Les postes à circuit primant 1,2, 3, 4 sont en dérivation par leurs bornes CM et L sur deux fils de ligne
  - Fig. 723. — Montage d’un nombre quelconque de postes téléphoniques à circuit primaire
  - muniquant directement ensemble sans poste central.
  - (représentés en gros trait et en trait ponctué) reliés à la batterie de pdes Les autres bornes des postes restent libres, carie circuit d’appel indepen
  - dant est constitué Par un réseau de sonnerie alimenté par la rnême pile P, et actionné par des
  - boutons 1, 2, 3, 4 (v0ir’ pour le montage de ceS sonneries, les schémaS’ chapitre XXII)- Quan un poste appelle, ü aP puie sur. le bouton
  - son correspondant, don la sonnerie fonctionn alors puisque sa ligne s trouve ainsi en relatl0n avec le pôle C de la P^ et le pôle 2 par le &
  - retour. Remarquons
  - 16
  - l’on a figuré dans
  - montage une bobine de self-induction sur le trajet des fils de pde- ^ 0lCl son utilité. Si deux postes sont en conversation, nous savons que les micr^ phones provoquent des variations continuelles du courant. Le rôle de
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 741
  - bobine est de localiser ces variations entre les deux postes ; elle agit comme un filtre, laissant passer le courant continu de la pile, mais arrêtant les courants variables qui ne peuvent plus aller que d’un poste à 1 autre.
  - En pratique, les divers boutons des sonneries d’appel sont groupés sur E pied de l’appareil téléphonique, dont l’aspect est alors analogue à celui de la figure 724.
  - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE SANS FIL
  - Nous ne dirons que quelques mots sur ce sujet, et ceci pour plusieurs raisons. La première est que le principe de la télégraphie sans fil apparaît extrêmement simple, lorsque l’on connaît les phénomènes électriques oscillatoires (voir chapitre VIII). La seconde raison est que les principes originaux de réception ou de transmission sont peu nombreux et que les montages, innombrables il est vrai, sont purement empiriques, et les résultats remarquables obtenus avec certains d’entre eux sont impossibles à prévoir, a calculer, à expliquer. Enfin, les revues, livres et publications consacres à la télégraphie sans fil sont pleins de « recettes » excellentes dont il nous Serait imposible de donner même un rapide exposé en quelques pages. Ajoutons d’ailleurs que, depuis l’orientation vers les ondes courtes, dont Es résultats sont si imprévus, les conceptions anciennes, « classiques » P0urrait-on dire, sont nettement en défaut et que le problème de la télégraphie sans fil, lorsque l’on s’éloigne des généralités, est encore extrê-mement obscur. Nous examinerons successivement les trois questions de ^ omission, la transmission et la réception des °udes électriques.
  - cl ^ énitesion ne peut se faire avec le dispositif ^siqug qUe nous avons étudié dans le chapitre Ur Es oscillations électriques : décharge d’un con-le nSa^eur dans un circuit à self-induction tel que représente la figure 725, car un tel dispositif ne Peut rayonner que dans un très petit espace. En un point éloigné, le ^P électromagnétique dû aux variations de courant dans le circuit Pratiquement nul, puisque deux éléments de courant, en A et B par temple, neutralisent mutuellement leurs actions (ils sont de sens Pposé). Le même, le champ électrostatique est pratiquement localisé
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- - 742 APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - entre les deux faces du condensateur C et ne s’étend pas à l’espace environnant.
  - Il faut donc se servir d’un oscillateur ouvert constitué par un conducteur linéaire, l’antenne, réuni au sol à l’une de ses extrémités et dont l’autre extrémité est isolée. Par induction, on produit dans cette antenne un courant alternatif de haute fréquence dont le champ électromagnétique rayonnant se propage à de grandes distances. Une telle antenne a une longueur d’onde propre qui est égale à quatre fois sa longueur, mais on peut la modifier à volonté en intercalant entre l’antenne et le sol soit un condensateur (pour diminuer la longueur d’onde) soit une self-induction (pour l’augmenter). Au début de la télégraphie sans fil, on dressait les antennes verticalement le plus haut possible, comme par exemple à la Tour Eiffel ; actuellement, on se sert surtout d’antennes horizontales-Leur mode de fonctionnement est sensiblement le même, bien que l’énergie rayonnée ne soit pas la même dans toutes les directions et présente un maximum dans la direction du û 1 de l’antenne et du côté de l’extrémité de l’antenne reliée au poste.
  - En général, on augmente la puissance en constituant l’antenne par pb1' sieurs fils parallèles ou convergents. A Croix-d’Hins, près Bordeaux, Ie poste comporte une antenne formée de seize fils parallèles formant un rectangle de 400 mètres de large et 1 200 mètres de long supporté par huit tours de 250 mètres de hauteur.
  - La plus grande difficulté dans l’installation des antennes est la liaison avec le sol, qui doit être parfaite, de façon à ce que la résistance ohmiq116 de ce contact soit aussi faible que possible. On y arrive, soit en reliant 1 antenne à de grandes plaques de cuivre ou de zinc enfouies profondément dans un sol mouillé, soit en disposant au-dessous de l’antenne, comme au poste de Sainte-Assise, une nappe de fils placés à quelques mètres au-dessus du sol et réunis à la terre en plusieurs points.
  - îfc ïf» Hs
  - L’antenne étant installée, il faut l’exciter, c’est-à-dire produire dan
  - / - ncS
  - cette antenne les courants alternatifs de haute fréquence générateur» ondes électromagnétiques qu’il s’agit d’envoyer dans l’espace.
  - On ne peut, lorsqu’il s’agit de postes puissants, relier directeme^. l’antenne à l’éclateur, car les énergies utilisables sont trop faibles. * a-t-on recours àcequel’on appelle l’émission indirecte, qui consiste a
  - tranS'
  - mettre les oscillations à l’antenne par induction électromagnétique
  - Les montages possibles sont très nombreux ; ils se ramènent en
  - derniè^
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 743
  - analyse à deux types : le montage Tesla par couplage par induction (fig.726) et le montage Oudin par couplage par dérivation (fig.726). Les schémas donnent le principe de ces deux montages sans qu’il soit besoin d entrer dans leur description détaillée.
  - Naturellement, si l’on veut des émissions puissantes, il faut donner aux condensateurs une grande capacité, ce qui augmente la longueur d onde (qui est proportionnelle à la racine carrée de la capacité). Les difficultés techniques apparaissent alors, car l’éclateur chauffe beaucoup lorsque la puissance mise en jeu est de l’ordre d’une centaine de kilowatts ; il faut te refroidir, par un violent courant d’air,
  - °u le constituer par des cylindres tournants de façon que les étincelles successives ne partent pas du même point de la surface dumétal, etc.
  - Pour la réception au téléphone, il faut que les trains d’ondes se succèdent dans l’espace avec une fréquence musicale de 1 ordre de 500 à 1 000 par seconde. A cet effet, on utilise, pour produire le courant Primaire, des alternateurs spéciaux donnant des courants alternatifs de haute période. Ces courants se transforment en courants de haute fréquence dans des transformateurs qui alimentent le circuit de 1 antenne. Afin de couper les trains d’ondes conformément à 1 alphabet Morse, en Points et traits, on interrompt à l’aide d’un manipulateur le courant Primaire de l’alternateur, dont le voltage est faible.
  - Nous ne dirons rien de plus de ce procédé d’émission qui donne, des ondes amorties,car on ne l’utilise guère plus que pour les signaux horaires. Le seul intérêt qu’il présente est de permettre la réception avec des installations de fortune constituées simplement par un cristal de galène et un téléphone. \
  - * * *
  - Actuellement, on utilise de plus en plus les ondes entretenues pour les transmissions sans fil. Ce sont de véritables courants alternatifs de haute fréquence qui leur donnent naissance, tandis que, dans le cas des °ndes amorties, les courants générateurs sont de nature pseudo-périodique Roulement ; ce sont des courants hachés,
  - antenne
  - antenne
  - Fig. 726.
  - Montage Tesla. Montage Oudin.
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- - 744
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Le premier procédé qui a permis de produire des oscillations entretenues est celui de l’arc chantant de Poulsen, perfectionnement d’une expérience intéressante de Duddell.
  - Ce savant a montré que, sil’on dispose en parallèle avec un arc alimenté par du courant continu une self-induction et une capacité, l’arc rend un son musical pour un réglage convenable. Le montage schématique est représenté figure .727. Le son est produit par les retards de régime de l’arc provoqués par réchauffement et le refroidissement des électrodes quand on fait varier l’intensité du courant entre deux limites. Ces variations d’intensité sont provoquées par la charge et la décharge du circuit dérivé
  - de la self et du condensateur. Les fréquences obtenues par Duddell étaient de l’ordre de 500 à 10 000 vibrations par seconde.
  - Poulsen a réussi à élever le taux des vibrations de 10 000 à plus de 500 000 par seconde en produisant l’arc dans une atmosphère d’hydrogène ou d’un carbure d’hydrogène (gaz d’éclairage, par exemple)-Le phénomène se produit plus aisément si a l’action de l’hydrogène on ajoute celle d un soufflage électromagnétique de l’arc obtenu en disposant l’arc entre les pièces polaires d’un électro-aimant. Le voltage employé est de 5°° a 1 000 volts. Nous n’insisterons pas sur les détails de construction (électrodes de l'arc constituées par des pièces métalliques refroidies par un courant d’eau interne et tournant autour de leur axe, soufflage magnétique de 1 arc par un électro-aimant extrêmement puissant, etc.) qui jouent un rôle très important lorsque les énergies mises en jeu sont considérables-Le rendement de l’arc est d’ailleurs faible ; c’est ainsi qu’à Croix-d’Hins, il faut dépenser 1 000 kilowatts pour en mettre 500 dans l’antenne. Celle-01 est reliée à l’un des charbons par l’intermédiaire d’une self-induction dul permet de régler la longueur d’onde. Ce réglage est utilisé pour produire les traits et les points de l’alphabet Morse. En effet, il ne peut être question, dans le dispositif de l’arc chantant, d’éteindre et’ de rallumer l’arc p°ur produire les signaux, ni même de couper le circuit de l’antenne. Mais Ü est par contre possible, en court-circuitant quelques spires de la- se^ d antenne, de produire des ondes de longueur, d’onde différente. Dans ces conditions, les traits et les points sont constitués par des émissions d une certaine longueur d’onde, les intervalles les séparant étant représentes par des émissions de longueur d’onde différente. La réception par hétérodyne permet facilement de séparer les deux émissions.
  - self . d'induction
  - ^ capacité
  - Fig. 727. — Arc chantant de Duddell.
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- - TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - 745
  - * * *
  - Les perfectionnements de la construction des alternateurs de haute fréquence ont permis de produire directement des courants de 20000 périodes par seconde, correspondant environ a une longueur d onde de i 500 mètres. Naturellement, il faut; pour que la transmission et la réception soient bonnes, que la longueur d onde (et par suite la période du courant alternatif) reste constante, ce qui nécessite que les variations de
  - la vitesse de rotation de l’alternateur ne soient pas supérieures à
  - 1 000
  - Quelque difficile que soit le problème, il est actuellement résolu, et le poste de Sainte-Assise, près Melun, est équipé avec deux alternateurs de 500 kilowatts chacun.
  - Le montage de transmission est un montage Tesla : l’alternateur débite dans une self-induction qui agit par induction sur une bobine^ montée en série avec la self d’antenne. Pour manipuler, on déréglé la self d antenne de façon à ce que le circuit de l’antenne ne soit plus en résonance avec la Période de l’alternateur, ce que l’on obtient facilement en faisant varier l’aimantation d’un noyau de fer doux autour duquel est enroulée la self d antenne. Quand le fer doux est aimanté à saturation par un courant contraire auxiliaire, il n’a aucune action sur le fonctionnement de la self d’antenne ; si °n coupe ce courant continu auxiliaire, fa self d’antenne se comporte comme une bobine à noyau de fer, et par suite à coefficient de self élevé.
  - I----------1
  - .i.uiM&mJ
  - Nous avons indiqué que les lampes 3 trois électrodes pouvaient servir a produire des oscillations électriques dans un cirpuit. Ce mode de génération est maintenant extrêmement employé dans les émissions artistiques et la téléphonie sans fil ; il se prête en effet
  - Particulièrement bien à la réception, car il donne des oscillations très Stables et très pures. Les montages possibles sont très nombreux. Nous
  - Fit
  - terre
  - 728. — Montage d’émission par lampe à trois électrodes.
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- - 746
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - n’en indiquerons qu’un à titre d’exemple, utilisé dans la téléphonie sans fil-Les circuits de la plaque et de la grille sont couplés par l’intermédiaire d’un transformateur L faisant partie du circuit de l’antenne (fig. 728). Toute variation dans le circuit de l’antenne produira des oscillations dans le circuit de la grille, dirigées dans un sens tel qu’elles réagissent sur le circuit de plaque et augmentent ses oscillations. Ainsi, lorsque le réglage convenable est réalisé, il peut se produire de violentes oscillations dans-l’antenne, la source d’énergie étant la batterie à haut voltage du circuit de plaque. Pour modifier ces oscillations, pour les « moduler », le téléphone microphonique M agit par l’intermédiaire du transformateur PS sur le circuit de l’antenne. Si, dans le secondaire S de ce transformateur, les variations de courant sont repre sentées par la courbe a (fig. 729),les oscillations dans l’antenne seront modifiées d’une façon analogue {b> fig. 729) et ce sont ces modifications qui seront entendues dans les téléphones et haut-parleurs des stations réceptrices.
  - Le rendement de ces installations est faible, de l’or-dre de 30 à 40 p. 100, car une grande partie de l’énergie est utilisée à produire réchauffement de la plaque par le bombardement des électrons. Néanmoins, en employant des lampes de grandes dimensions, capables de supporter une tension de
  - plaque plus élevée, de l’ordre de 15 000 à 20000 volts, munies de filaments
  - générateurs d’électrons plus gros, donnant une émission plus intense, on arrive à pouvoir mettre 10 kilowatts en jeu dans chaque lampe et, en associant plusieurs lampes en série, deux ou trois par exemple, il est possible de transmettre d’une façon parfaite à des distances de plusieurs milliers de kilomètres.
  - Il est probable que ce mode d’émission remplacera tous les autres, lorsque les progrès de la technique permettront de construire industriel lement des lampes de plusieurs centaines, voire même de plusieurs milhers de kilowatts.
  - Si la production des ondes électriques que nous venons d’examiner rapidement ne soulève pas de questions auxquelles il est impossible de
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  - 747
  - répondre, si. nos connaissances actuelles permettent de calculer, d interpréter et de prévoir les phénomènes, il n en est pas de même du problème delà propagation des ondes. Nombre de points sont encore bien obscurs et, si le savant constate des faits étranges, il est incapable de les expliquer dans l’état actuel de nos connaissances.
  - * * *
  - Nous avons, dans le chapitre sur les oscillations électriques, étudié la forme des ondes dans l’espace avoisinant le système oscillant. Il nous faut rnaintenant examiner ce qui se passe à grande distance.
  - Les ondes sont analogues, comme forme, à celles d’un oscillateur de Hertz, mais, comme une moitié de l’oscillateur est mise à la terre, il n’y a à considérer qu’une moitié des ondes émises. La figure 730 montre la
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  - Fig. 730. — Les oxides rayonnées à grande distance par une antenne.
  - forme des ondes émises par une antenne rectiligne. On constate d ailleurs expérimentalement que l’intensité efficace du courant reçu par une antenne réceptrice varie en raison inverse de la distance, c est-à-dire que 1 énergie rnise en jeu, qui est proportionnelle au carré de 1 amplitude, varie en raison inverse du carré des distances. L’onde est donc sensiblement hémisphérique à grande distance de l’antenne. ,
  - En pratique, les résultats ne sont pas si simples ni si nets, la surface du sol n’est pas un conducteur parfait, de sorte que les ondes y pénètrent jusqu’à une certaine profondeur, donnant naissance à des courants qui absorbent une partie de l’énergie transmise. De plus, la surface du sol n’est pas lisse, elle présente des aspérités (montagnes, continents, etc.) qui diffusent les ondes électromagnétiques de la même façon que les ondes lumineuses sont diffractées par les obstacles matériels extrêmement petits. C’est même grâce à cette diffraction que l’on rend compte de la possibilité de communiquer en dépit de certains obstacles naturels, comme les chaînes de montagnes.
  - Mais, si cette explication peut être admise dans les transmissions à dis-
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  - tances moyennes (quelques centaines de kilomètres), elle est impuissante à rendre compte du mécanisme des communications aux très grandes distances que l’on atteint aujourd’hui. Elle ne peut s’appliquer par exemple aux communications entre l’Europe et l’Amérique, et on est alors conduit à supposer que les couches supérieures de l’atmosphère sont conductrices ‘et qu’elles réfléchissent les ondes vers le sol. Au lieu de se perdre dans l’espace, celles-ci resteraient confinées entre deux surfaces sphériques conductrices concentriques.
  - D’autre part, comme la mer est plus conductrice que les continents, les portées pratiques de transmission sont plus grandes sur mer que sur terre. De même, par temps sec, les transmissions terrestres sont moins intenses.
  - * * *
  - Les ondes courtes, dont le développement depuis quelques années est véritablement prodigieux, sont venues contredire complètement les conceptions assez simples que l’on se faisait sur la transmission des ondes électromagnétiques, et que nous venons de résumer.
  - Ces ondes courtes, de longueur d’onde comprise entre 15 et 150 mètres environ, avaient été abandonnées aux amateurs comme peu intéressantes ; ils en ont tiré un parti tel qu’elles ont bientôt forcé l’attention des techniciens et des savants, et aujourd’hui leur étude est poussée de toutes parts avec beaucoup d’activité.
  - Les caractéristiques principales de ces ondes sont : leurs grandes portées, les zones de silence auxquelles elles donnent lieu et l’influence capitale de l’éclairement de leur parcours.
  - Il n’est pas rare de pouvoir établir des communications avec les antipodes en n’utilisant qu’une puissance d’émission de 100 watts ; on a pu traverser l’Atlantique avec 2 watts. En revanche, pour les plus petites d’entre elles, — celles ayant moins de 50 mètres, — il est fréquemment impossible de percevoir les signaux à quelques dizaines ou centaines de kilomètres, alors qu’on les reçoit très fortement à plusieurs milliers de kilomètres. La propagation de nuit est généralement très supérieure à celle de jour, mais cela dépend de la longueur de l’onde : les ondes de 100 mètres n’ont, de jour, qu’une portée de quelques centaines de kilomètres p°ur une puissance de 4 à 5 kilowatts ; les ondes de 15 à 20 mètres ont au contraire des portées du même ordre le jour et la nuit.
  - Cette facilité de propagation est encore attribuée à l’existence d une couche conductrice dans la haute atmosphère, couche déjà réclamée p°ur l’explication des variations diurnes du magnétisme terrestre et celle des aurores polaires. La formation de cette couche par ionisation est actuel-
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  - lement l’objet de nombreux travaux, et l’on s’accorde souvent pour placer sa limite inférieure dans le voisinage d’une hauteur de ioo kilomètres.
  - Il semble également que les variations de densité de l’air jouent un rôle dans le retour des rayons à la terre.
  - On voit combien nous sommes loin des conceptions primitives : au lieu d’augmenter les puissances mises en jeu afin d’accoître le rayon des stations, qui alors deviennent de véritables centrales électriques (i ooo kilowatts et plus), il suffit de diminuer la longueur d’onde pour obtenir des portées infiniment supérieures en ne faisant intervenir que des puissances de quelques kilowatts ! Au lieu de la propagation régulière, reposant sur la diffraction des grandes ondes et sur la réflexion sur une haute atmosphère conductrice, il faut maintenant admettre-en plus des influences mystérieuses qui agissent plus ou moins fortement sur les ondes suivant leur longueur d’onde, suivant que la propagation est diurne ou nocturne. Même dans certaines zones, les ondes sont indécelables, de même que le son du canon n’était pas, pendant la guerre, perçu dans certaines régions, tandis qu’il était nettement entendu en des lieux beaucoup plus éloignés.
  - Le problème est donc extrêmement complexe et, jusqu’à présent, on en est réduit à des hypothèses absolument gratuites.
  - * * *
  - Quel que soit leur mode de propagation, les ondes électromagnétiques se déplacent dans l’espace, et il nous reste maintenant a dire quelques mots de leur détection et de leur réception.
  - Le mécanisme de la réception est théoriquement très simple. Lorsque les ondes électromagnétiques rencontrent un conducteur AB (fig. 731) présentant une petite coupure à sa partie centrale S, si le champ électrique des ondes est dirigé vers le haut, comme en C et L, il y aura création d’une force électromotrice induite dans le conducteur AB dirigé vers le haut. Quand les trains d’ondes D et F rencontreront le conducteur, le courant, au contraire, sera dirigé de haut en bas. Si les forces électromotrices induites sont suffisamment élevées, le courant franchira la coupure et on observera une étincelle microscopique. C’estle principe du premier dispositif de Hertz, pour déceler les ondes àdistance. Mais on constate bientôt
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  - sens de propagation Fig. 731. — Principe de la réception des ondes.
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  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - que l’effet peut être considérablement amplifié si la période d’oscillation du courant de A vers B et de B vers A est la même que celle des ondes qui le produisent. En effet, chaque onde arrivant alors juste à point pour renforcer le phénomène, celui-ci prend de plus en plus d’amplitude, de même que, lorsqu’on donne à un pendule une impulsion, même faible, au moment de son élongation maximum, on augmente progressivement l’amplitude de ses oscillations. *
  - C’est ce_que l’on appelle en télégraphie sans fil la syntonisation de l’accord du circuit récepteur. Celui-ci doit avoir, autant que possible, la même période de vibration électromagnétique que le circuit émetteur, afin que les effets de détection soient intensifiés au maximum.
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  - Si le dispositif de Hertz permet de déceler les ondes par l’observation d’étincelles d’ailleurs microscopiques, il est complètement insuffisant pour une application pratique quelconque. Mais alors un problème nouveau se pose.
  - En effet, les ondes électromagnétiques se propagent avec la vitesse de la lumière, soit 300 000 kilomètres par seconde. Si leur longueur d’onde est de 500 mètres par exemple, cela veut dire qu’il y aura 600 000 oscillations par seconde. Or, aucun système matériel n’est capable de vibrer à cette fréquence, aucune membrane téléphonique par exemple ne peut suivre ce rythme d’impulsions, et d’ailleurs l’oreille ne pourrait percevoir aucun son aussi aigu.
  - Il faut donc, entre le circuit récepteur, accordé pour la longueur d’onde d’émission, et l’appareil d’enregistrement (téléphone par exemple), interposer un dispositif spécial qui obvie a
  - cet inconvénient-
  - C’est le détecteur•
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  - Le détecteur, °u plutôt les détecteurs, car leur nom-Fig. 732. bre est assez grand
  - et ils font intervenir des phénomènes extrêmement différents, opèrent tous de la meme façon. Leur principe est identique : ils ne laissent passer que les imput
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  - sions d’un certain sens, et arrêtent plus ou moins totalement celles du sens opposé. Ce sont donc des valves à une direction.
  - Si par exemple A, B,C,D, sont les courantsproduits parles trains d’ondes successives (fig. 732), le détecteur supprime la montée de chaque onde, de sorte que les courants résultants ont l’allure représentée en b, figure 732. Il en résulte que, dans le téléphone récepteur, A, B, C, D vont maintenant produire une impulsion sur la membrane élastique et 1 oreille entendra un son correspondant à la fréquence de ces impulsions.
  - * * *
  - Le premier èn date des détecteurs est le cohereur de Branly, a limaille de fer. Il était formé d’un tube de verre rempli de limaille de fer constituant la coupure. Les étincelles microscopiques qui s y produisaient rendaient l’ensemble conducteur en diminuant sa résistance, ce qui permettait au courant d’une batterie auxiliaire de passer dans le circuit en actionnant une sonnerie ou un électro-aimant. Ce dispositif n a plus qu un interet historique.
  - Le détecteur magnétique perfectionne par Marconi est, lui aussi, disparu de la pratique radiotélégraphique. Il met en jeu la propriété suivante signalée par lord Rayleigh et Rutherford : lorsqu’une aiguille d’acier aimantée à saturation se trouve placée dans une bobine dont les spires sont le siège d’oscillations électriques, elle subit une désaimantation partielle et permanente. La réalisation pratique est la suivante : un fil d’acier sans fin tourne lentement sur deux poulies (fig. 733)- H est aimanté à saturation par deux aimants permanents Ej, E2 et passe dans une bobine B disposée sur le circuit de l’antenne. Une seconde bobine D est reliée au téléphone T. Quand les °ndes sont captées par l’antenne, elles traversent la bobine B et provoquent la désaimantation du fil d’acier. Cette modification de l’état magnétique du système produit un courant induit dans D, lequel agit sur le téléphone.
  - Le détecteur électrolytique de Ferrie ressemble, toutes proportions gardées, à un Wehnelt, dont la cathode serait constituée par un fil de platine assez gros N (fig. 734), tandis que l’anode est formée d un fil de platine M très fin, scellé dans un tube de verre et en sortant a peine. L appareil est
  - Fig. 733. — Détecteur magnétique Marconi.
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  - -N
  - M +
  - 1‘ig-734- — Détec teur Ferrie.
  - intercalé dans le circuit auxiliaire d’une pile. En dérivation aux bornes M et N, on dispose le circuit de réception (antenne et terre) et un téléphone. Ce détecteur est encore parfois utilisé, car il est beaucoup plus sensible que les précédents.
  - La valve de Fleming est également un détecteur. On sait en quoi elle consiste : si, en face d’un filament d’une lampe à incandescence, on dispose une plaque P reliée par exemple à un téléphone (fig. 735), un courant ne passe entre le filament et la plaque que dans un sens tel que la charge négative aille du filament vers la plaque. Par suite, si un circuit oscillant est branché en AB, le courant à travers la-soupape est d’un seul sens, une moitié de chacune des ondes est arrêtée par l’appareil.
  - Nous verrons plus loin le perfectionnement de cet appareil dans les lampes à trois électrodes.
  - Le détecteur h cristal est encore actuellement l’un des plus employés, surtout dans les postes de faible puissance. Son principe est le suivant : la résistance de contact entre un fil métallique et un cristal (presque toujours la galène, ou sulfure de plomb naturel) est beaucoup plus grande (dix à vingt fois plus grande) pour le courant allant par
  - exemple du fil vers le cristal que pour le courant allant en sens inverse-Dans ces conditions, on supprime donc encore pratiquement une moitié de chacune des ondes des courants de haute fréquence.
  - Fig. 735. — Valve de Fleiniiio-
  - Enfin, la lampe à trois électrodes, dont nous avons vu l’utilisation comme générateur d’ondes, peut également fonctionner comme détecteur» et son emploi se généralise de plus en plus dans les postes modernes. s’appuie sur l’effet Edison (émission d’électrons négatifs par un filament chauffé) et est un perfectionnement de la valve de Felming. Nous l’avons étudié en détail dans le chapitre III, et son fonctionnement comme detec teur est évident.
  - Quand la grille (fig. 736) est à un potentiel inférieur à celui du filament» les électrons émis par le filament ne peuvent arriver jusqu’à la plaque.
  - Au contraire, si le potentiel de la grille est supérieur à celui du fila' ment, le courant électronique passe librement.
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  - Par suite, le potentiel de la grille commande le passage du courant, tout comme une valve ou un robi- antenne net règle le flot de liquide traversant une conduite. Pour comprendre le fonctionnement de la valve comme détecteur,
  - A suffit de se reporter aux courbes caractéristiques de A appareil, courbes que nous avons étudiées chapitre.
  - Considérons la caractéristique de plaque et la caractéristique de grille (fig. 737)- Si OE est le potentiel moj^en de la grille, lorsque les ondes arri-vent, elles produisent des variations EA, EB de ce potentiel, ce qui détermine dans le circuit de plaque des variations de courant ea, eb, de sens contraire. Or, ces variations de courant, si on choisit le potentiel OE convenablement, ne sont
  - pas égales en valeur absolue. Dans le cas de la figure, par exemple eb est beaucoup plus important que ea. Par conséquent, dans le circuit du téléphone, il y aura prédominance d’un des effets sur l’autre, ce qui est la condition nécessaire pour l’audition.
  - Fig. 736. — Réception par triode.
  - On voit que, dans le cas de 1 ampoule à trois électrodes employée comme détecteur, la rectification du courant est très imparfaite, beaucoup moins complété que dans les detec-icurs à cristaux par exemple, mais cet inconvénient est plus que compensé par les effets d’amplification que permet cet appareil.
  - En effet, si nous nous reportons à la figure 737’nous v°y°ns que troisième électrode ou plaque est reliée à une batterie a haut voltage et que E courant qu’elle peut donner est commande par le potentiel de la grille. ^ ar suite, de petites oscillations de celui-ci, provoquées par les ondes électro magnétiques reçues par l’antenne et transformées par l’intermé-Vigneron. — Électricité. 48
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  - diaire du transformateur PS, produiront de grandes variations dans le circuit filament-A-plaque. La lampe à trois électrodes fonctionne alors comme amplificateur. Si on utilise non plus une, mais deux, trois, quatre... de ces lampes convenablement montées, on peut, à l’aide de chacune d’elles, amplifier le courant de la précédente et arriver ainsi à augmenter plusieurs milliers de fois le courant initial.
  - * * *
  - En résumé, un poste récepteur se compose essentiellement :
  - i° D’une antenne recevant les ondes (cette antenne peut avoir des formes extrêmement variées, depuis la forme rectiligne horizontale ou verticale jusqu’à la forme d’un cadre comportant un certain nombre de spire? enroulées) ;
  - 2° D’un circuit électrique comprenant une self-induction et une capacité variables, de façon que la période de vibration électrique propre de ce circuit puisse être rendue égale à celle des ondes que l’on cherche à capter;
  - 3° D’un détecteur ayant pour but de redresser les courants induits dans le circuit de réception ;
  - 4° D’un appareil d'écoute, téléphone ou microphone ;
  - 5° D’un dispositif d’amplification lorsque l’on désire recevoir des ondes provenant des postes éloignés ou peu puissants.
  - * * *
  - Le couplage de circuit de l’antenne et du circuit électrique d’accord, qui permet la syntonie, est obtenu de différentes manières. On utilise ce que l’on appelle le montage Tesla ou le montage Oudin, dont nous dirons quel' ques mots à propos des applications médicales de l’électricité. En principe le circuit de l’antenne comprend le primaire d’un transformateur dont Ie secondaire fait partie du circuit d’accord. C’est le montage par induction-
  - * * *
  - Nous ne parlerons pas des innombrables montages comportant de? amplificateurs que l’on peut réaliser, et dont il est facile de trouver la de-1’ cription dans tous les manuels et publications de télégraphie sans H*-Quelques exemples simples suffiront à faire comprendre leur principe-
  - Nous citerons d’abord l’amplification en basse fréquence après détection, qui peut se réaliser très simplement avec les postes à galène. Tous leS dispositifs reposent sur le même principe. Le primaire d’un premier trans formateur, relié aux deux bornes de l’appareil récepteur, reçoit le courant détecté, par une galène par exemple. Le secondaire de ce transformateur est relié au circuit de la grille d’une première lampe, dont le circuit
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  - plaque est connecté au primaire d’un second transformateur. Le .secondaire est, à son tour, relié au circuit de la grille de la seconde lampe, et ainsi de suite, jusqu’à la dernière lampe, dont le circuit de plaque comprend un récepteur téléphonique ou un haut-parleur. En général, on n’emploie
  - Fig- 738. — Amplification en basse fréquence après détection.
  - Ruère plus de trois étages en basse fréquence, à cause de la déformation de la parole qui, elle aussi, irait en s’amplifiant (fig. 738).
  - h>ans d’autres dispositifs, on amplifie en haute fréquence les courants reÇus à l’aide de transformateurs à circuit magnétique très perméable et a nombre de spires en rapport avec les diverses' longueurs d ondes à amplifier. L’énergie ainsi amplifiée est détectée par un cristal de galène et des transformateurs pour basse fréquence montés comme précédemment araplifient le courant détecté. Naturellement, il faut, dans ce montage, Prévoir un dispositif d’accord indépendant de l’amplificateur.
  - * * *
  - ha propriété précieuse des lampes à trois électrodes de pouvoir fonctionner soit comme générateur d’ondes, soit comme détecteur, soit comme amplificateur, a permis dans ces dernières années de perfectionner considérablement la réception des émissions téléphoniques par ondes entretenues. A l’heure actuelle, c’est dans cette voie que sont engagés tous les chercheurs, et nous donnerons simplement le principe des innombrables Montages réalisés.
  - -ha méthode hétérodyne, inventee par h essenden, consiste a superposer a 1 onde reçue une onde auxiliaire, produite par une lampe fonctionnant erî générateur, mais dont la fréquence est légèrement différente de celle de 1 onde à déceler. Dans ces conditions, on observe le phénomène des battements, bien connu en acoustique.
  - Si 1 onde reçue a une fréquence de 100 000 par exemple et 1 onde auxiliaire une fréquence de 99 000,mille fois par seconde les deux trainsd’ondes
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  - seront. en concordance de phase, et les intensités des courants produits s ajouteront alors , mille fois par seconde également ils seront en opposition
  - et se détruiront mutuellement. De sorte que tout se passera comme si on avait un courant unique
  - a A A A A f
  - Ftg. 739. — Battements et rectification on réception hétérodyne.
  - de fréquence 1 ooo-C’est ce son que l’on entendra dans Ie téléphone. Comme on peut agir à volonté sur la fréquence et l’intensité du courant alternatif produit par Hé-
  - térodyne, on peut se placer dans les meilleures conditions de réception-Si 1 on veut représenter graphiquement le phénomène d’une manière simple, on obtient les apparences de la figure 739. Les deux courbes I représentent les deux trains d’ondes delaréception et du générateur auxiliaire;la courbe II donne le courant résultant de leur superposition ; la courbe iH montre le courant redressé par le détecteur, et la courbe IV le courant alternatif de basse fréquence qui est équivalent, en ce qui concerne l’action sur D membrane du téléphone, au courant redressé provenant du circuit oscillant-Naturellement, on peut ampli fier le courant soit avant, soit après détection-
  - Dans la méthode superhétérodyne,, le procédé est un peu différent-Il consiste :
  - i° A changer la fréquence reçue (300 mètres par exemple) en ur.e ffC' quence généralement plus basse et réglable à une valeur déterminé1 (6 000 mètres par exemple) toujours la même, quelle que soit la ffc quence d’onde initiale ;
  - 2° A amplifier cette nouvelle longueur d’onde 6 000 mètres par dcu* ou trois lampes de moyenne fréquence, par exemple ;
  - 3° A détecter l'onde 6 000 mètres et à l’amplifier en basse fréquence-
  - * * *
  - Quel est l’avertir de la télégraphie et de la téléphonie san]
  - fil ? C’est une question à laquelle il est difficile de répondre avec cei tude. Malgré le développement prodigieux des méthodes de transmis^0 et de réception, bien des problèmes restent encore à résoudre.
  - Seuls moyens de communication dont disposent les navires et les as l0Ilt'
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  - la. télégraphie et la téléphonie sans hl rendent des services inappréciables, surtout depuis qu’une organisation internationale permet de renseigner les navigateurs aussi bien sur leur position par l’emploi des méthodes radiogoniométriques, que par l’envoi de bulletins météorologiques et de signaux horaires. Pour les transmissions de dépêches commerciales et de messages privés, les conditions à remplir sont multiples : d’abord, il faut que la transmission soit assurée en tous temps, ce qui a nécessité, malgré le perfectionnement des méthodes de réception, la construction de postes de plus en plus puissants afin de ne pas risquer de voir les bruits Parasites brouiller les transmissions. C’est ainsi que, bien qu’il soit possible de transmettre entre l’Europe et l’Amérique avec des postes de moins de loo watts, comme nous l’avons déjà signalé, les postes commerciaux, comme Croix-d’Hins et Sainte-Assise, peuvent mettre i ooo kilowatts dans l’antenne, afin d’être assurés d’être entendus en tous temps.
  - Il faut ensuite que le débit des postes soit assez considérable pour assurer une exploitation rémunératrice. On a été conduit, pour atteindre ce résultat, à séparer entièrement l’émission de la réception. C’est ainsi que fa poste de Sainte-Assise, transmetteur, est doublé par un poste uniquement récepteur, à Villecresnes. On équipa ensuite les postes émetteurs de façon a permettre de transmettre simultanément sur plusieurs longueurs d ondes, avec des énergies différentes, de façon à pouvoir communiquer avec plusieurs stations. A Sainte-Assise, par exemple, on peut expédier en même temps quatre télégrammessurquatre longueurs d’ondes différentes, àquatre postes récepteurs distincts. Enfin, au lieu de la transmission à la main et de la réception à l’oreille, on a adapté a la télégraphie sans fil les appareils qui sont en service dans la télégraphie ordinaire.
  - Remarquons d’ailleurs que l'évolution des deux modes de transmission a suivi une marche identique : augmentation de la portée, transmission uiultiple, automaticité. Mais, tandis que l’inertie électrique des fils ou Cables conducteurs impose une limite à la vitesse de transmission, il n en est plus de même lorsque c’est l’éther qui est le milieu de propagation des signaux. Enfin, l’extension du réseau de télégraphie sans fil est beaucoup plus rapidement réalisable et à un prix bien inférieur à celui de la pose de nouvelles lignes télégraphiques.
  - Aussi, pour les transmissions à grandes distances, la télégraphie sans fil semble-t-elle avoir le plus bel avenir. Pour les petites et moyennes distances, il n en est plus de même. La multiplication des postes, entraînant celle des fangueurs d’ondes, compliquerait le problème à 1 extérieur et, de plus, fa secret des communications, assuré par la télégraphie ordinaire, ne 1 est absolument pas par les transmissions sans fil.
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- - C H A PI T K E X X I X
  - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - Les divers courants employés en médecine. — Terminologie médicale. — Le courait continu : production, application. — Pile Marié-Davy au bisulfate de mercure. — I-cS cotirants faradiques.—Bobines de Ruhmkorff. —La magnéto faradique. —Le courant ondulatoire. —- Les courants statiques. — Les courants à haute fréquence. —La radiologie. — Dispositif Tesla. — Dispositif d’Arsonval. — Utilisation des courants do-haute fréquence. —D’A rsonvalisation. —Effluvation. — Courants de Oudin. — Montages Oudin, O’ Farrell, Lebailly, Rochefort.- — Radiographie. — Divers types d’ani-poules. — Contrôle du vide. — Spintermètre.— Radiochromomètre de Benoît. —Inten-sionomètre. — Dosimètre Dauviller. — Réglage du vide. — Osmorégulateur de Villard. — Régulateur à étincelles. — L’ampoule Coolidge.—Diverses formes. —Construction des ampoules à rayons X. — Divers montages radiologiques. — Les courants redresses à 250 000 volts. — Protection contre les rayons. A'. -— Les électro-aimants médicaux-
  - Les médecins ont toujours été les premiers à appliquer à la thérapeu* tique les notions nouvelles de l’électricité. Sitôt que Volta eut découveit la pile électrique, la.galvanisation fut à l’ordre du jour, et depuis, imme' diatement après leur découverte, ions, courants de haute fréquence; courants induits, oscillations électriques, rayons X, radioactivité, etc., °n^ trouvé des applications médicales extrêmement nombreuses.
  - Notre but n’est pas d’examiner la valeur thérapeutique et clinique des dispositifs si nombreux qui constituent l’électrothérapie. Nous donnerons simplement sur le matériel particulier dont se servent les médecins, etqul bien souvent pourrait être remplacé à meilleur compte et avec un meilleUr rendement par une installation. ordinaire, quelques renseignement5 permettant au lecteur de s’y reconnaître dans une terminologie et des dis positifs totalement différents de ceux que nous avons étudiés jusqu présent.
  - * * *
  - Tout d’abord, les médecins distinguent beauepup plus de sortes de cou rants que les électriciens, courants auxquels ils ont donné des noms spe ciaux et qui ne sont employés qu’en électrologie.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE 759
  - Le courant continu fourni par les piles, les accumulatcuis, les secteuis, est appelé courant galvanique.
  - Le courant induit dans le secondaire dune bobine de Lulunkoilf est appelé courant faradique.
  - On a parfois proposé l’utilisation en medecine de courants galvano-faradiques ou courants de Watteville, qui consistent en la combinaison des deux courants précédents : le secondaire de la bobine de Ruhmkorfï est relié en série avec une pile, de telle sorte que 1 onde induite de rupture de la bobine ait le même sens que le courant de la pile. C est le montage tension. On a également proposé le montage en opposition, le courant de rupture étant de régime opposé au courant de la pile. Ces courants galvano-faradiques, pour l’ingénieur électricien, sont des non-sens ; la force électromotrice aux bornes du secondaire d’une bobine de Ruhmkorff, même de très petite puissance, est si considérable que l’action d’une pile de deux ou quatre éléments, corres- Fig. 740.
  - pondant à une force électromotrice de 4 à 8 volts, est inexistante et impuissante a modifier l'allure du diagramme de fonctionnement de la bobine. Ceci est particulièrement évident dans le montage dit en opposition, où 1 on oppose, dans l’espoir d’un résultat pratique, 8 volts à 1 000 ou 2 000 !
  - Un courant toujours dirigé dans le meme sens, mais dont 1 intensité \aiic périodiquement de zéro à une valeur maxima, est appelé courant ondulatoire, tandis que le courant alternatif ordinaire est baptise courant sinusoïdal (fig- 740). Les courants produits par les machines électrostatiques à influence, comme les machines de Ramsden, Wirnshurt, etc., sont dénommés courants statiques et, si on ajoute des condensateurs aux bornes de la machine, le courant est dit courant de Morton.
  - Enfin, les courants de haute fréquence sont désignés, suivant leuis caractéristiques et leur mode de production, sous les noms de courants de Testa, courants de d’Arsonval, courants de Oudin, etc.
  - Courant sinusoïdal.
  - Fn
  - Courant ondulatoire.
  - Ee courant galvanique ou continu est utilisé en médecine sous de très faibles intensités (au maximum 100 milliampères) ; aussi est-il générale-
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- - APPLICATIONS DE IA ÉLECTRICITÉ
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  - ment produit par des piles ou de petits accumulateurs. On les utilise soit pour leur action directe sur l’organisme en traversant une partie du corps, soit par leurs actions électrolytiques sur la matière organique d’un organe déterminé. Dans le premier cas, il faut éviter, aux points de contact avec le corps, les actions chimiques qui modifieraient l’épiderme et produiraient une sensation de brûlure que l’on nomme escarre. Dans le second cas, au contraire, ce sont ces actions chimiques électrolytiques que l’on utilise.
  - Fig. 741. — Pile au bisulfate de mercure.
  - Les piles génératrices de courant peuvent être l’une quelconque des piles que nous avons décrites chapitre XV, mais on utilise en médecine des batteries transportables en boîtes, qui sont à recommander, soit pour un malade se traitant lui-même sur ordonnance de son médecin (on choisit alors de préférence les batteries de piles Féry ou de piles au bioxyde de manganèse, toujours prêtes à fonctionner et ne nécessitant que très peu d’entretien), soit pour un médecin n’ayant pas le secteur à sa disposition et ne faisant d’applications que de loin en loin ou encore faisant de fréquentes séances au domicile de ses clients. Les batteries au bisulfate de mercure sont les mieux appropriées à ce cas. Elles peuvent être facilement rechargées et n’ont aucune usure pendant la période de repos. Il suffit de remettre du liquide excitateur dans les vases pour que la batterie soit prête à fonctionner.
  - Ces piles, dites piles Marié-Davy, ont une force électromotrice de 1,5 volt. Elles sont constituées par deux électrodes, l’une de charbon, l'autre de zinc, plongeant dans une dissolution de bisulfate de mercure.
  - Généralement, on les associe par deux ; chaque élément est formé d’un charbon C (fig. 741) moulé en place dans un récipient en ébonite et d’un zinc Z.
  - Des fils de platine P, P' assurent les connexions des éléments entre eux ou avec le circuit extérieur, lorsque la pile est serrée entre les ressorts K, R' fixés sur l’appareil que la pile doit actionner. La pile se charge au moyen d’une pincée de bisulfate et d’un peu d’eau dans chaqne godet.
  - On a utilisé également des piles au bioxyde de manganèse et chlorure de zinc, sortes de piles Leclanché dont le vase poreux est constitué par un cylindre creux de charbon contenant des couches alternées de grains de bioxyde de manganèse et de grains de charbon et dont la solution de chlorhydrate d’ammoniaque est remplacée par une solution de chlorure de zinç,
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 7üi
  - * * *
  - Lorsqu’on dispose de courant continu produit par un secteur, on peut, le cas échéant, se servir de ce courant, à condition :
  - i° Que les conducteurs soient parfaitement isolés ;
  - 2° Que le sol de la salle de traitement soit en bois, et non en ciment ou mosaïque continuellement lavés ;
  - 3° Que la distribution du secteur soit à deux fils et sous no volts au maximum.
  - Si toutes les conditions ci-dessus ne sont pas réalisées, on risque des accidents plus ou moins graves, pouvant aller jusqu’à l’électro-cution du patient, celui-ci pouvant se trouver intercalé dans un circuit de tension très élevé (550 volts dans le cas d’une distribution à cinq fils) par suite d’une perte à la terre toujours possible sur le réseau du secteur.
  - De plus, le courant continu fourni par les secteurs est toujours légèrement ondulé et présente des variations de tension qui le rendent moins facilement tolérable par le patient.
  - D’autre part, cette méthode entraîne un véritable gaspillage d’énergie électrique, puisque la plus grande partie de cette énergie est en effet simplement dissipée sous forme de chaleur dans les résistances destinées a abaisser la tension du courant.
  - Pour toutes ces raisons, il est toujours préférable, surtout si l’on fait des applications de bains hydro-électriques généraux, de se servir d’une petite batterie d’accumulateurs de trente éléments environ, d’une dizaine d ampères-heure de capacité, qui ne nécessite qu’un très petit entretien Si l’on dispose d’un secteur à courant continu, on charge les accumulateurs au moyen du secteur en disposant un groupe de deux lampes en dérivation sur le secteur; ce groupe est monté en série avec la batterie en ayant Sien soin d’installer un dispositif enlevant tout contact avec le secteur Pendant les applications.
  - Lorsque le secteur est alternatif, les applications de courant continu peuvent se faire également avec une batterie d’accumulateurs ; cette dernière peut être chargée d’une manière quelconque, soit avec un convertisseur rotatif redresseur Copper-Hewitt, un redresseur Tungar, etc., s°it, dans le cas où l’on fait de la radiologie, avec l’interrupteur Blondel a mercure du matériel de rayons X. Dans chaque cas, on utilise un dispositif coupant automatiquement le circuit de charge pendant 1 utilisation.
  - i'Os électrodes sont des plaques, tampons, rubans, aiguilles, etc., ser-
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- - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - 76 z
  - vaut à l’application du courant sur le corps. L’électrode indifférente est une électrode de grande surface, et par suite réduisant les actions polaires au minimum ; l'électrode active, au contraire, a des dimensions beaucoup plus petites et est appliquée sur les régions où les actions électriques doivent s’exercer.
  - Les traitements par courant continu se font à l’aide d’électrodes appliquées sur les parties à traiter; avec leS aiguilles, pour l’épilation et la destruction de certaines tumeurs ; par des bains hydro-électriques, bains locaux ou généraux.
  - Le courant continu est surtout employé pour redonner de la vie aux tissus en état de dégénérescence.
  - On fait aussi, avec le courant continu, de Yionothêrapie, c’est-à-dire de la pénétration dans le corps humain, sous l’action de l’électricité, des ions de substances actives au point de vue thérapeutique.
  - Nous ne décrirons pas les multiples formes d’électrodes proposées pour chaque cas particulier, pas plus que les dispositifs, faciles d’ailleurs a imaginer, permettant de réaliser l’ionothérapie. Chacun d’eux est établi en tenant compte des*indications cliniques et d’après la partie de-l’organisme à traiter; aussi leur étude relève-t-elle beaucoup plus de la médecine cpie de l’électricité.
  - * * *
  - Les courants faradiques peuvent être produits à l’aide de différents dispositifs. Le plus simple utilise des appareils d’induction actionnés par des piles sèches ou humides. Ils se composent d'une bobine primait
  - reliée à la source de courant continu (les piles de l’appareil), d’une bobine-secondaire dont les deux extrémités communiquent avec les électrodes que l’on appliquera au malade, enfin d un récepteur destiné à couper périodiquement le courant. Les deux bobines sont concentriques, et une âme en fer doux qui peut coulisser ;à l’intérieur des bobines permet de faire varier l’intensité du courant dans le circuit d’utilisation (fig. 742).
  - Une pile genre Marié-Davy suffit pour actionner les modèles portatifs dont la figure 743 montre un spécimen courant.
  - . Dans les installations plus importantes, en particulier pour les appare^s d’ergothérapie passive suivant la méthode de Bergonié (traitement àc
  - Bobine
  - I’’ig. 742. — Montage faradique.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 7^3
  - l’obésité et des affections dues à la pousse des muscles), on ne peut plus utiliser les dispositifs simplifiés précédents. On se sert en général, dans ce cas, de ce que l’on appelle une magnéto faradique, qui est une modification de la magnéto ordinaire.
  - Le problème à résoudre consiste à réaliser une génératrice de courant faradique produisant un courant induit à ondes très aiguës, de même force que les ondes induites d’ouverture d’une bobine d’induction, mais ne présentant pas les irrégularités inévitables que l’on rencontre dans cette dernière.
  - La magnéto faradique
  - (liS. 745) est un groupe électrogène pouvant tourner aune vitesse variant de 1 200 à 3 000 tours par minute et accouple a une magnéto dont
  - l’inducteur a comme particularité de pie-senter un épanouissement des pièces polaires beaucoup plus considérable que celui des machines inductrices habituelles.
  - L’armature de l’induit est constituée par une palette de fer d’une section extrêmement faible, sur laquelle l’enroulement induit se trouvé bobiné ; les deux extrémités de cet induit sont reliées à deux bagues. Le collecteur et les quatre balais de la magnéto faradique sont disposés de telle sorte que l’on puisse obtenir à volonté, par tour de l’induit, soit une onde de polarité quelconque, soit deux ondes de même polarité, soit deux ondes de polarité différente.
  - J a figure 744 montre immédiatement qu’entre les positions 1 et 2, le flux traversant l’enroulement reste par exemple constamment positif; le déplacement de l’armature de l’induit n’apporte aucune Perturbation dans le circuit magnétique, et il n’y a aucun phénomène fl’induction.
  - • 744- — Coupe schématique de la magnéto faradique.
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- - 7<H
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Au contraire, entre les positions 2 et 3, extrêmement rapprochés d’après la construction de l’appareil, le flux traversant l’induit change de sens et passe de sa valeur positive maxima à sa valeur négative maxima. L’inversion totale du flux (2) induit naturellement dans l’enroulement une
  - Fig. 745. —- Machine dynamo à ondes aiguës de Bergonié-Gaiffe.
  - onde extrêmement énergique dont la durée est celle séparant la position ^
  - de la position 3, soit — de la demi-révolution dans l’appareil réalisé.
  - 24
  - Lntre les positions 3 et 4, le flux traversant l’induit a constamment une valeur négative, et aucun phénomène d’induction ne se produit.
  - En passant de la position 4 à la position 1, il se produit un courant induit égal et opposé à celui développé en passant de 2 à 3.
  - Etant donné qu’il est intéressant pour le traitement d’opérer avec des ondes constamment de même sens, a tin de pouvoir plus facilement localiser les phénomènes de contraction sur le point intéressant, la machine magnéto-faradique est complétée (fig. 746) par des coquilles Iv et L,permettant de redresser les impulsions. On comprendra que la rapidité des impiA' sions est fonction de la vitesse de rotation de la machine ; on diminue ainsi le temps pendant lequel se produisent les variations de flux 2-3 et i'4-
  - Lorsqu’on désirera diminuer le nombre d’impulsions produites par machine, le résultat sera obtenu d’une façon extrêmement simple, en se branchant entre une des bagues et blinde; balais frottant sur les coquille* > avec ce montage, on supprimera automatiquement une onde induAc
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE 765
  - sur deux, et on obtiendra des ondes continuellement de même sens.
  - En effet, si on se branche entre la bague G et de balai J, pour une position de l’induit, le balai J sera en relation avec 1 une des extrémités de l’enroulement, celle précisément en contact avec la bague G. A ce moment, l’enroulement de l’induit ne sera donc pas branché dans le circuit d’utilisation, et nous aurons une différence de potentiel nulle. Au bout d’un demi-tour( la coquille K ayant pris à ce moment la position de la coquille L, le balai J se trouvera en relation avec l’extrémité de l’enroulement reliée à la bague H ; l’enroulement induit se trouvera donc intercalé entre la bague G et le balai J. Dans ces conditions, il ne passe dans le circuit d’utilisation qu’une onde de la machine par tour complet (fig. 747)-
  - L’intérêt de ce dispositif est d éliminer totalement 1 onde d établissement, qui avait des inconvénients au point de vue du traitement médical.
  - Remarquons que l’on peut également réaliser une dynamo faradique, en alimentant par le courant continu du secteur les inducteurs au lieu de les constituer par des aimants permanents.
  - T
  - fP'
  - J J{ T
  - 0
  - Fig. 747. — Coupe des ondes redressées.
  - * * *
  - Le courant ondulatoire est un courant toujours dirigé dans le même sens, mais dont l’intensité, à chacune de ses périodes, de^ vitesse variable, Part de zéro pour atteindre ün maximum et diminuer ensuite jusqu a zéro.
  - Eour produire du courant ondulatoire, on se sert d une commutatrice en utilisant un balai du collecteur — côté continu et.un balai dune des bagues — côté alternatif. On redresse ainsi une des deux ondes du courant sinusoïdal, ce qui donne un courant variant de zéro à la valeur maxima du sinusoïdal, à la fréquence de celui-ci, mais toujours de même sens.
  - Cette forme de courant est parfois utilisée au lieu et place du courant faradique, pour les traitements, mais cette méthode n est qu une approximation, les ondes faradiques étant de forme beaucoup plus aiguë et de durée plus courte que celles du courant ondulatoire.
  - Le courant sinusoïdal est en général le courant du secteur et, dans d ailles cas, le courant d’une commutatrice.
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- - 766
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Nous ne dirons rien des courants statiques; on les produit avec les machines à influence, type Wimshurst, Ramsden, etc.
  - Les courants de haute fréquence, par suite de leurs nombreuses applications, méritent une mention particulière, étant donné le grand nombre d’appareils spéciaux que les constructeurs ont réalisé afin d’en permettre l’emploi simple et sans danger pour le médecin. La radiologie est la plus importante de ces applications.
  - Les propriétés physiologiques de la haute fréquence ont été mises en
  - évidence par le pro-
  - Erimaire j
  - WWWWWWv /VWWVVVVWWW\'
  - Secondaire
  - / Self /
  - lOù/isation /
  - Fig.
  - Dispositif de Tesla.
  - Eclateur -O O—
  - G
  - fesseur d’Arsonval qui en a rendu possible l’usage en médecine.
  - Pour produire des courants de haute fréquence, on a employé primitivement
  - le dispositif de Tesla, si connu en télégraphie sans ld (voir chapitre Oscillations électriques), mais ce dispositif, représenté schématiquement figure 748,a
  - le gros inconvénient d’avoir le circuit de décharge ADB en communication électrique directe avec la bobine de charge, de sorte que, si le condensateur ne fonctionné pas, le malade reçoit directement le courant du transformateur.
  - Dispositif d’Arsonval.
  - Dans le dispositif d’Arsonval, le malade est à l’abri des décharges de basse fréquence. Il consiste (fig. 748) dans l’interposition de deux condensateurs Cj et C2 en dérivation sur le circuit de l’éclateur et réunis par une self considérable.
  - Toutes les sources à haut potentiel peuvent être utilisées pour charger les condensateurs dont la décharge disruptive produit les courants de haute fréquence. On n’utilise pratiquement que les bobines d’induction excitées par du courant continu ou alternatif, et les transformateurs utili" sant directement les courants alternatifs.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 767
  - Nous avons étudié en détail les interrupteurs, mécaniques et électrolytiques, que comporte par suite toute installation de haute fréquence.
  - * * *
  - HAUTE -TENSIDN £
  - a-
  - O17 peut utiliser de différentes maniérés les courants de haute fréquence : En les faisant passer directement à travers le corps, on fait ce que les médecins appellent de 1 application directe, dont la diathermie ou électrocoagulation est une application. Grâce a 1 intensité élevée des courants qui traversent 1 organisme, on peut provoquer au sein même des tissus compris entre tes électrodes une élévation notable de la température permettant par exemple de coaguler les albumines.
  - Dans les modèles d’appareils courants, on met en jeu des puissances de 300 à 800 watts, ce qui correspond à la production d’une grande calorie en quatorze secondes dans le premier cas et en quatre secondes environ dans le second.
  - Il importe particulièrement, dans les applications urologiques de la diathermie, que le courant de haute fréquence ne produise sur le pa-
  - tient aucune sensation de courant
  - faradique. Cette condition est réali- c> curseur; n, rr, condensateurs ; e, éclateur, sée très simplement dans l’appareil
  - Gaiffe, qui comporte un simple circuit oscillant, formé d un circuit inductif S et d’une batterie de condensateurs D et D', en dérivation sur un éclateur E (fig. 749). Ce circuit est relié aux bornes du secondaire d un transformateur élévateur de tension. La self-induction CB mtercalee
  - dans le circuit de décharge des condensateurs est réglable au moyen du curseur C. On supprime toute sensation du courant faradique en plaçant le curseur en B au début de l’application ; la self-induction étant sensiblement nulle, la fréquence du courant est très élevée , au fur et a mesure due l’intensité du courant augmente, on introduit progressivement de la self-induction dans le circuit de décharge du condensateur en déplaçant le curseur C, de façon à conserver à la fréquence du courant sa valeur la plus élevée possible. '
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- - APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - 76S
  - Un organe délicat qui entre dans la constitution de ce dispositif est l’éclateur. On utilise l’éclateur Broca, dans lequel l’étincelle jaillit au sein d’un diélectrique carburé (gaz d’éclairage, par exemple). Ce système ne présente pas l’irrégularité dans le jaillissement de l’étincelle que l’on rencontre dans l’éclateur à air libre. On peut, semble-t-il, expliquer ce fait de la façon suivante : l’irrégularité que l’on veut éviter provient de l’usure des électrodes au point où se produit l’étincelle, et cette usure est d’autant plus rapide que la température est plus élevée. Or, en se produisant dans le diélectrique carburé, l’étincelle, qui décompose le gaz en ses éléments principaux, fournit une certaine quantité de chaleur au système, quantité de chaleur absorbée par la réaction chimique de décomposition, d’où résultent une moins grande élévation de la température du milieu et un moindre effet destructeur de l’étincelle sur les électrodes.
  - * * *
  - Les effets d’induction très considérables que produisent les courants de haute fréquence sont utilisés dans la d’Arsonvalisation, qui consiste n placer le patient au centre d’un grand solénoïde parcouru par le courant
  - Fig. 750. — Lit condensateur.
  - de décharge des condensateurs. Le corps du malade est alors parcouru pa1 des courants induits très intenses (on voit s’allumer une lampe de bas voltage placée entre ses mains) qui exercent sur son système respiratoire, sur la sécrétion urinaire et sur la vie cellulaire des actions que le médecin utilise dans ses traitements.
  - Au lieu de placer le malade à l’intérieur d’un solénoïde, on pent l’installer sur le lit condensateur (fig. 750). Le malade repose sur nn matelas isolant, et est relié à une des extrémités de la bobine de self- Je matelas est disposé sur un lit recouvert d’une lame de plomb reliée à 1 an tre extrémité de la bobine de self. On réalise ainsi un condensateur ayant pour armatures le malade et la feuille de plomb, pour diélectrique le matelas isolant. A chaque oscillation, ce condensateur se charge et se décharge-
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 769
  - * * *
  - On utilise, dans certains cas, les courants de haute fréquence après élévation de leur tension ; on produit alors l'effluvation ou un étincdage puissant. On appelle parfois ces courants modifiés courants de Oudin.
  - La figure 751 montre le dispositif électrique employé. Aux bornes de la bobine de self du dispositif d’Arsonval, on monte en dérivation une bobine de fil de cuivre ; l’effluve se produit à l’extrémité E. DD' sont les spires
  - . Primaire /
  - WMWMVWW
  - Fig. 752-
  - Appareil haute fréquence Oudin.
  - jouant le rôle de primaire, DE les spires jouant le rôle de secondaire. Dans des dispositifs ultérieurs, Oudin supprime meme complètement la bobine de self.
  - Au lieu de relier l’hélice Oudin par son extrémité a 1 un des condensateurs, °n peut établir la connexion par la partie médiane. On a alors le montage
  - °’ Farrell et Lebailly (fig. 753» B)-Enfin, si on dédouble ce dernier montage, on a la disposition ^°chefort (fig. 753, C).
  - Vigneron. — Électricité. 49 ^
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- - 77° APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - On peut, à l’aide de ces dispositifs,^obtenir soit des étincelles qui ser-
  - Frimaire Primaire Primaire
  - VmMA/WWWA/ Wa/vwvvwwwv Vwww\awvww
  - /VWAWWnAAMAM
  - Secondaire
  - (WWM/WWWWvi
  - Secondaire
  - —O o-
  - p
  - -O o~
  - J>'
  - A. Montage Oudin.
  - Fig. 753-
  - B, Montage O’Farreil- C. Montage Roehefort. Lebailly.
  - viront en chirurgie à détruire les tissus (fulguration), soit des effluves ponr le traitement des lupus et des eczémas.
  - * * *
  - La radiographie est peut-être la branche de l’électricité médicale dont le développement a été le plus rapide au cours des dernières années, car elle a bénéficie immédiatement des découvertes les plus récentes de la
  - science. Nous allons successivement examiner les divers éléments d’une installation radiographique: ampom le, alimentation en courant convenable de cette ampoule, en&n appareillage et disp0'
  - sitifs de protection.
  - Les anciens typeS
  - Fig. 754- — Ampoule ordinaire.
  - .L-CÏJ iUHUCUS "J1
  - d’ampoules à rayons X, dits tubes focus, étaient constitués d’une ballon verre portant deux tubulures dans lesquelles étaient montées la catho en aluminium et l’anode servant en même temps de disque focus p°ur
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 771
  - arrêter les faisceaux cathodiques, d’où son nom à’anticathode. Dans les tubes courants, ou tubes bianodiques, il y a deux anodes connectées l’une à l’autre et dont l’une, inclinée à 450 sur l’axe de la cathode, joue le rôle d’anticathode.
  - La cathode est en aluminium, métal présentant la moindre évaporation électrique, tandis que l’anti-cathode est en platine iridié ou en tungstène, afin de mieux résister a l’élévation de température due au bombardement cathodique et également parce que le rendement en rayons X est d’autant meilleur que le poids atomique du métal qui les émet est plus élevé.
  - La figure 754 montre un type classique de tube focus ; on remarquera a la partie supérieure de l’ampoule une tubulure auxiliaire qui est le système régulateur, dont nous dirons quelques mots plus loin.
  - Lorsque le tube à rayons X doit fonctionner assez longtemps, ou lorsque la puissance mise en jeu est considérable, il faut lutter contre 1 échauffèrent excessif de l’anticathode.
  - On peut assurer le refroidissement par un réservoir en cuivre rouge
  - rempli d’eau (fig. 755).
  - La grande surface du radiateur en cuivre rouge, très bon conducteur, élimine déjà par radiation une grande partie de la chaleur émise ; l’eau, qui est amenée par une large canalisation jusqu’au fond même de l’anti-cathode, circule par thermosiphon et concourt au refroidissement parfait.
  - Le réservoir contient environ 300 centimètres cubes d eau, ce qui lui Permet déjà d’absorber une très grande quantité de chaleur. De plus, la paroi métallique noire et mate du réservoir est très conductrice et possède un pouvoir émissif élevé, de sorte qu’elle disperse par rayonnement dans l’air la plus grande partie de la chaleur apportée par 1 eau en circulation continuelle.
  - Fig- 756.
  - Tube à refroidissement par réservoir latéral.
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- - 772 APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ
  - Dans certains modèles, le réservoir d’eau est placé hors de l’axe du tube (fig. 756). '
  - On a proposé également le refroidissement par circulation d’eau ou d’air,
  - mais l’installation de-. vient immédiatement beaucoup trop compliquée.
  - Enfin, dans les tubes
  - Fig. 757. — Ampoule a refroidissement par radiateur
  - à ailettes. très puissants, comme
  - les tubes Coolidge, que nous verrons plus loin, on adopte le refroidissement par radiateur a ailettes. L’anticathode, très volumineuse, est entourée d’un cylindre de cuivre qui se prolonge à l’extérieur par le radiateur (fig. 757).
  - * * *
  - Les tubes h vide présentent une résistance variable au passage de la décharge, suivant le degré de vide qui règne à l’intérieur de l’ampoule. Plus la résistance est grande, plus il faut appliquer aux bornes du tube une forte différence de potentiel. Il en résulte que les projectiles cathodiques se déplacent dans le champ intense avec de grandes vitesses, donnant naissance à des rayons X de grande pénétration. On dit alors que le tube est dur. Si, au contraire, la résistance est faible, le tube est dit mou, et les rayons X produits ont une pénétration beaucoup moindre.
  - Au cours du fonctionnement, le tube à rajmns X devient de plus en plus dur, et finalement peut même ne plus laisser passer la décharge. De plus, comme il importe, pour le traitement, d’avoir des rayons X d’une dureté bien définie suivant le résultat à atteindre et constante pendant toute une séance, il faut pouvon mesurer la dureté d’un tube et ensuite, par un dispositif convenable, la modifier à volonté.
  - Pour évaluer la dureté d’un tube, on se sert de ce qu’on appelé Yétincelle équivalente. C’est l’étincelle maxima qui tend à s’amorcer entre les pointes d’un éclateur monté en dérivation aux bornes du tube (fig- 75^'
  - L’appareil utilisé, appelé spintermètre, consiste en deux tiges hori
  - Fig. 758. — Spintermètre.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 773
  - zontales terminées par deux pointes, en regard l’une de l’autre, dont la première est fixe sur une colonne isolante et la seconde montée sur une autre colonne mobile le long d’une règle graduée en centimètres.
  - Un autre dispositif consiste en une sorte de compas dont les branches isolantes s’ouvrent et se ferment pour régler la distance explosive.
  - Bien que ce procédé de mesure soit empirique, puisque la longueur de l’étincelle dépend de la forme des électrodes, de l’état d’ionisation de l’air, etc., il permet de se rendre suffisamment compte, au point de vue pratique, de la dureté des tubes.
  - Un tube mou donne une étincelle équivalente de 4 à 7 centimètres.
  - — moyen — — 8 a 14
  - __ dur __ — plus de 14 centimètres.
  - (Certains tubes Coolidge dépassent 35 centimètres d’étincelle équivalente.)
  - En pratique, on ne.se contente pas de ce seul procédé; on mesure la dureté du rayonnement par un procédé également empirique d’ailleurs, mais qui a l’avantage d’être basé directement sur les propriétés de ce rayonnement.
  - L’appareil employé, le radiochromometre de Benoit, est fondé sur ce principe que la perméabilité des corps aux rayons X est une fonction de la dureté de ces rayons, fonction très variable suivant les corps. C est ainsi que la perméabilité de l’argent augmente peu avec la dureté; celle de 1 aluminium, au contraire, augmente rapidement.
  - On conçoit donc que chaque dureté moyenne d’un rayonnement puisse etre caractérisée par le rapport entre les épaisseurs d aluminium et d argent qui ont même perméabilité.
  - La radiochromomètre deBenoît est formé d’un disque d aluminium divisé en douze secteurs dont les épaisseurs croissent de 1 à 12 millimètres. Le centre évidé est occupé par un disque d’argent de 1 millimètre d épaisseur. On utilise l’appareil en le plaçant soit devant 1 écran fluorescent (entre 1 écran et l’ampoule), soit sur la plaque photographique enveloppée. On obtient, dans ces deux cas, une image où les secteurs d’aluminium Présentent une opacité croissante. Le numéro du secteur qui a même opacité que le disque d’argent sert de caractéristique à la dureté du rayonnement.
  - Le nombreux procédés ont été proposés pour définir plus exactement le rayonnement des ampoules, ce qui, au point de vue clinique, est extrêmement important, surtout avec les rayonnements très puissants et très durs fine l’on utilise couramment. Nous ne décrirons pas ces procédés (Guille-minot, Sabouraud, Bordier, Kienbock, Huguet, etc.), qui tous reposent
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- - 774
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - sur l’appréciation de la fluorescence de diverses substances sous l’action du rayonnement X.
  - La seule méthode véritablement scientifique consiste, comme dans l’étude des rayonnements par les physiciens, à mesurer l’ionisation produite par le faisceau de rayons X. Malheureusement, le courant d’ionisation est extrêmement faible ; aussi remplace-t-on sa mesure par celle du temps de décharge d’un condensateur de capacité connue.
  - On remplace ainsi la mesure d’une intensité de rayonnement par celle d’une quantité de rayonnement.
  - L’un des appareils les plus précis réalisant cette mesure est Yintensio-nometre. Il est constitué par une chambre d’ionisation de forme tronco-nique que l’on place sur le trajet du rayonnement X. Cette chambre
  - d’ionisation comporte (fig. 759) une série de disques en papier, recouverts d’une mince couche de carbone conducteur, maintenus séparés parallèlement par un intervalle de 1 centimètre, à l’aide d’anneaux périphériques isolants. Ces disques sont alternativement reliés aux deux bornes de la chambre d’ionisation, et constituent .ainsi une sorte de condensateur à la-mes parallèles, dont Ie diélectrique serait l’air interposé, ionisé par le rayonnement X qui Ie traverse.
  - Une double enveloppe, plomb et aluminium, constitue les parois late raies, et assure la protection contre le rayonnement X diffusé pouvant sortir de la chambre. La base supérieure, par où pénètre le rayonnement à mesurer, comporte un tiroir permettant de placer facilement les fihreS utilisés.
  - Les dimensions extérieures du cône sont : diamètre de la base inférieure • 29 centimètres ; hauteur totale : 26 centimètres. Il correspond à un falS ceau de 25 centimètres de diamètre, pour une distance de 40 centimètres
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  - 775
  - de l’anticathode. Le volume de la chambre d’ionisation, rapporté à cette distance, est de n litres environ.
  - Cette chambre d’ionisation est placée dans le circuit d’une batterie de piles avec un galvanomètre à aiguille, à lecture directe. Cet appareil doit être sensible. Pratiquement, il donne toute la déviation de l’échelle pour 2 micro-ampères environ.
  - Le fonctionnement de l’appareil est des plus simples. Sous l’influence du rayonnement, les diverses couches d’air de l’appareil s’ionisent et permettent le passage d'un courant dont l’intensité est donnée par le galvanomètre. Cette intensité est rigoureusement proportionnelle à l’intensité du rayonnement définie comme la quantité d’énergie de rayons X traversant l’unité de surface perpendiculairement à la direction du faisceau, pendant l’unité de temps (ergs par seconde et par centimètre carré).
  - Un autre appareil intéressant donne la « dose en profondeur » des rayons X, qui a, au point de vue médical, une très grande importance. En effet, en radiologie, il faut tenir compte des conditions particulières du problème : on désire faire absorber par une lésion à l’intérieur du corps une certaine quantité d’énergie sous forme de rayons X. Or, la tumeur profonde, située au sein d’un cône de rayonnement, reçoit non seulement une radiation primaire importante, mais aussi un rayonnement secondaire parfois prépondérant et venant de toutes parts. Aussi est-on conduit, pour résoudre le problème, à remplacer le corps humain, impénétrable à l’appareil de mesure, par une cuve d’eau ou fantôme réalisant une absorption sensiblement identique à celle exercée par les tissus vivants.
  - Le dosimètre Dauviller exprime en unités C. G. S. la quantité d’énergie Rœntgen retenue par les tissus là où se trouve une petite chambre d’ionisation exploratrice dans le fantôme d’eau.
  - La chambre exploratrice, d’un volume de 4 centimètres cubes environ, est constituée par un petit ballon B en verre mince (fig. 760) revêtu intérieurement d’un enduit conducteur E chimiquement
  - exploratrice du dosimètre Dauviller.
  - inerte vis-à-vis du gaz employé. Cet enduit, qui
  - constitue l’électrode extérieure, est porté à un potentiel élevé, de 1 ordre de 1 000 volts, par l’intermédiaire d’un fil de platine F1} scellé dans la paroi. L’ampoule porte une tubulure T dans laquelle est soudé un collet
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- - 776
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - de platine C qui, mis au sol, joue le rôle d’un anneau de garde parfait. Enfin, à l’extrémité de cette tubulure est scellé un fil de platine F2 relié d’une part, à l’ékctrcde centrale sphérique et, de l’autre, à l’appareil
  - de mesure, qui est un galvanomètre très sensible G. L’ampoule, dont le volume est calibré, est remplie d’un gaz convenable dans des conditions voulues de température et de pression, puis scellée en Q à la manière d’une lampe à incandescence. Elle demeure ensuite indéfiniment dans des conditions immuables d’absorbabilité.
  - Le gaz absorbant placé dans l’ampoule doit être un gaz lourd, afin que le nombre des molécules présentes ne soit pas trop considérable par rapport au nombre d’ions formés. Le choix s'est porté sur le xénon, qui constitue le gaz absorbant idéal, par suite de son faible potentiel d’ionisation
  - La figure 761. indique également le montage des différentes parties de l’appareil. L’ampoule, le galvanomètre G et la batterie P sont disposés en série avec un point commun relié au sol.
  - Au lieu d’utiliser une batterie de piles P pour obtenir le potentiel de 1 000 volts environ nécessaire pour le fonctionnement, on se sert en général du dispositif statique dû à M.Villard, et qui consiste en un redresseur de courant alternatif formé d’un transformateur, d’un kénotron et d'un condensateur.
  - En pratique, l'ampoule est enfermée dans un mince manchon protecteur en aluminium de 25 millimètres de diamètre, l’espace résiduel étant rempli de paraffine fondue. Celle-ci isole et protège mécaniquement l’ampoule, en même temps qu’elle réduit au minimum la perturbation apportée dans la répartition des doses dans le fantôme lorsqu’on y introduit l’explorateur.
  - Fig. 761. — Schéma général du dosimètre montrant l’explorateur immergé dans le fantôme d’eau, les échelles de localisation en surface et en profondeur, le générateur de tension constante et l’appareil de mesure.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 777
  - * * *
  - Ayant mesuré le rayonnement X et caractérisé le régime des ampoules, il faut pouvoir faire varier à volonté la nature des rayons X émis, c’est-à-dire faire varier le vide qui règne dans l’ampoule. Un grand nombre de dispositifs ont été proposés à cet effet.
  - JTamme de g
  - | Tube dejplaiine Jèrmè
  - Jdiverlicule ,
  - [Manchon de glaline ouverl
  - .flamme de gaz
  - Fig. 762. —- Osmo-régulateur de Villard.
  - Le plus connu est Y osmo-régulateur de Villard. Il est constitué par un petit tube de platine (on emploie aussi pour cet usage le palladium) de 2 a 3 millimètres de diamètre et 50 à 6° millimètres de i°ng, traversant la Paroi d’une tubulure de verre soudée à l’ampoule, et fer-mée à l’autogène à son extrémité extérieure (fig. 762). En chauffant la partie extérieure du tube de platine au rouge avec une flamme bleue de bec Bunsen ou de brûleur à essence, l’hydrogène, qui existe toujours à l’état libre dans.la flamme, diffuse à F intérieur de l’ampoule au travers du platine ou du palladium incandescent. Le tube mollit.
  - On peut, par ce même dispositif, durcir une ampoule dont on a poussé trop loin le ramollissement. Il suffit d’entourer le tube osmo-régulateur d un manchon de platine qui s’interpose entre ce tube et la flamme. L osmo-régulateur se trouve encore porté au rouge par le rayonnement
  - intérieur du manchon, mais il se trouve alors, grâce au courant d’air qui s’établit dans ce manchon, placé dans une atmosphère exempte d’hydrogène. C’est donc l’hydrogène contenu dans l’ampoule qui diffuse à l’extérieur (fig. 762).
  - ^ 763. — Régulateur à étincelles. On utilise en général, maintenant, le
  - régulateur à étincelles. U consiste ®u deux électrodes annexes placées dans un cylindre de verre relié à f ampoule par une tubulure de verre. Ces électrodes sont reliées à 1 anode ef à la cathode par des tiges mobiles.
  - J-orsque les connexions sont établies par ces tiges, la décharge passe Par les électrodes auxiliaires, qui présentent un écart moindre que la dis-
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- - 77 8
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - tance cathode-anticathode. Les gaz qui sont occlus dans le métal de ces électrodes auxiliaires ou dans des matières inertes que l’on interpose entre elles (mica, amiante) se dégagent sous l’action de la décharge, et le tube devient plus mou (fig. 763).
  - Ce régulateur ne permet pas de durcir le tube.
  - * * *
  - Les tubes focus à atmosphère gazeuse disparaissent actuellement devant le tube Coolidge, à vide absolu, et dans lequel, comme nous l'avons vu, l’émission d’électrons est due à l'incandescence de la cathode. Nous avons donné, chapitre X, la théorie de cet appareil; il nous reste à voir comment
  - on le construit et comment on l’utilise en médecine.
  - Il existe quatre types principaux de tubes Coolidge Fig. 764. — Ampoule Coolidge standard. en France. L’am-
  - poule dite standard
  - (fig. 764), dont la cathode est constituée par une spirale en fil de tungstène supportée par deux tiges de molybdène, portées par un support en verre, et recevant le courant par deux conducteurs traversant ce support. Ces deux conducteurs sont reliés extérieurement à l’ampoule au moyen d’une douille à vis à l’aide de laquelle on établit d’une part les connexions avec une source de courant convenable pour le chauffage du filament (8 a 12 volts, 3 à 5 ampères), et d’autre part l’arrivée du courant à haute tension qui doit passer de la
  - cathode à l’anticathode. CD £
  - L’anticathode est constituée par un bloc de tungstène du poids de IOO grammes environ, C, Fig. ^(35 — Anticathode du tube standard,
  - soutenu par une tige de
  - molybdène D, elle-même fixée dans un cylindre métallique E (fig. 765)' Ce type d’ampoule peut supporter en régime 4 à 5 milliampères avec une longueur d’étincelle équivalente de 25 centimètres.
  - Dans le type Bahy-Coolidge, ou ampoule à radiateur (fig. 766), l’anti' cathode est formée par une tige de cuivre rouge portant à son extrémde
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE 779
  - une pastille de tungstène sur laquelle vient s’arrêter le faisceau cathodique. Grâce au refroidissement énergique de l’anticathode par convection, l’appareil fonctionne comme soupape, car l’anticathode n’est pas portée à une température suffisante pour qu’elle émette des électrons lorsqu’elle devient cathode si l’ampoule est branchée directement sur un circuit alternatif.
  - Fig. 766. — Ampoule Bahy-Coolidge.
  - En général, on donne au support de la cathode une forme spéciale concave qui concentre le faisceau cathodique sur un espace très restreint de l’anticathode afin d’obtenir un faisceau de rayons X provenant d’une source presque ponctuelle, ce qui est très important en radioscopie et en radiographie pour avoir des images nettes.
  - Ces tubes à radiateur peuvent supporter 3 milliampères pour une longueur d’étincelle équivalente qui ne doit pas dépasser 15 centimètres.
  - Pour la radiographie dentaire, il existe un type d ampoule de petite dimension (fig. 767) caractérise par la disposition de la tubulure de la cathode, qui est non plus dans le prolongement de celle de 1 anticathode, mais dans le sens perpendiculaire. La cathode étant, en outre, reliee a la terre (ce qui reporte toute la tension sur 1 anticathode), il est possible de
  - placer l’ampoule très près du patient et d’obtenir ainsi des radiographies très rapides.
  - Enfin, lorsque l’on veut faire de la radiothérapie profonde, c’est-à-dire opérer sous 250 000 volts, correspondant à une longueur d’étincelle équivalente de 40 à 45 centimètres, on se sert soit d ampoules dont les électrodes sont très allongées de façon a empecher 1 eau de jaillir entre les électrodes, soit d’ampoules standard, mais alors immergées dans un bain d huile. Nous reviendrons plus loin sur les installations de ce type, qui sont les plus puissantes actuellement réalisées.
  - La fabrication des ampoules h rayons X, et des ampoules Coolidge en particulier, est extrêmement délicate. Nous allons la décrire rapidement.
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- - 780
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - La préparation des électrodes est la première opération. L’emploi de deux métaux dans la constitution de l’anticathode a pour but d’utiliser la conductibilité moindre du molybdène pour s’opposer tout au moins partiellement à la transmission de la chaleur produite sur le tungstène par le bombardement cathodique, cette chaleur devant s’éliminer, dans les ampoules type standard, uniquement par radiation. La partie en tungstène de l’anticathode est tirée d’une ^barre obtenue en comprimant à très forte pression dans un moule en acier de la poudre d’oxyde tungs-tique que l’on réduit dans un courant d’hydrogène à très haute température.
  - A cet effet, l’aggloméré d’oxyde tungstique est parcouru par un courant électrique qui le porte à l’incandescence et dont l’intensité atteint 10 000 ampères sous un très faible voltage. Une des extrémités de la barre est solidement serrée dans une pince métallique qui la maintient verticale et réalise un parfait contact électrique. L’autre extrémité plonge dans un bain de mercure dont le contact intime assure le passage du courant électrique malgré les déformations considérables et les variations de dimensions de la barre pendant le traitement.
  - Dans les ampoules à radiateur, le disque de tungstène est noyé dans un bloc de cuivre rouge qui est coulé autour du disque sous vide afin d’éviter l’oxydation et l’occlusion des gaz. Ce bloc est ensuite soudé électriquement à un support de cuivre.
  - Les cathodes sont constituées par une pièce en molybdène, dite pièce de concentration, et servant au centrage du faisceau cathodique. Le filament est placé à l’intérieur de cette pièce, qui est creuse ; une de ses extrémités est soudée électriquement à la pièce de concentration, l’autre étant soudée à une tige de molybdène.
  - Les électrodes, avant montage dans l’ampoule, sont nettoyées, puis purgées de gaz par un chauffage à haute température dans le vide.
  - L’ampoule de verre, dont le diamètre atteint parfois 20 centimètres, a une épaisseur de omm,8à imm,5 et doit résister aux pressions de plusieurs centaines de kilogrammes qu’exerce sur elle la pression atmosphérique ,’ malgré cette charge énorme, elle doit pouvoir se contracter et se dilater sous l’influence de la température.
  - L’ampoule est livrée de la verrerie avec une tubulure. On la monte sur une sorte de tour, et une paire de chalumeaux, fixés sur un chariot mobfie comme le sont les poupées de tours*, permet à l’ouvrier souffleur de munir l’ampoule de tous ses appendices, et l’anticathode est mise en place. Une autre machine permet la fixation de la cathode. Après ces traitements, l’ampoule est « recuite » afin d’éviter les tensions internes qui pourraient se produire dans la masse de verre lors d’un refroidissement brusque, ce qui amènerait fatalement la rupture de l’ampoule en service.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 781
  - Un examen de l’ampoule en lumière polarisée permet de se rendre compte si ces tensions ont bien disparu.
  - U’ampoule étant munie de ses électrodes, il faut y faire un vide qui doit être de l’ordre du millième de micron de mercure.
  - Pour arriver à ces vides élevés, il faut que les électrodes et le verre soient débarrassés des gaz occlus. A cet effet, on chauffe les ampoules dans une étuve tout en y faisant le vide, puis ensuite, quand les parois ont ainsi été débarrassées des gaz qui y adhéraient, on lance le courant électrique dans l’ampoule pour porter les électrodes à la température la plus élevée Possible et en éliminer les gaz.
  - Il ne reste plus ensuite qu’à fermer l’ampoule et à la mettre en observation pendant quelque temps, afin de s’assurer de la constance de ses caractéristiques, avant de la livrer au médecin.
  - Afin de montrer la durée et le nombre des manipulations que nécessite la fabrication d’un tube Coolidge, nous dirons que, si on admet que toutes les opérations puissent se succéder sans interruption, il s’écoulerait quarante-quatre jours entre le moment où le premier ouvrier touche aux pièces jusqu’au moment où le tube a terminé ses essais.
  - On remarquera qu’il n’y a aucun système de réglage dans ces ampoules, et cependant elles permettent d’obtenir avec la plus grande facilité les rayonnements X de toute dureté et de toute intensité.
  - En effet, l’intensité qui peut traverser le tube dépend du nombre d’électrons émis par le filament ; cette quantité dépend elle-même de la température du filament, et celle-ci est réglée par le radiographe. Comme, d’autre part, il peut faire varier à son gré la différence de potentiel appliquée aux bornes du tube, il lui devient donc possible d’obtenir un faisceau de Particules cathodiques ayant des vitesses plus ou moins grandes, et par suite de produire le faisceau de rayons X de pénétration désirée.
  - * * *
  - Les installations de radiologie se composent de deux parties bien distinctes : tout d’abord, le générateur de courant a haute tension qui servira à alimenter l’ampoule ; ensuite, l’ampoule et les appareils d utilisation. ,
  - La production du courant de haute fréquence a déjà été etudiee On Part du courant alternatif ou du courant continu actionnant une bobine de Ruhmkorff ou un transformateur, et un interrupteur convenable, trembleur, turbine à jet de mercure, interrupteur electrolytique, contact tournant, etc., ne laisse passer qu’une des alternances du courant.
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- - 78>
  - APPLICA PIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Les figures' 768 et 76g montrent les schémas des deux installations, l’une dite « à bobine », l’autre dite « à contact tournant » ; les figures suffisent pour comprendre le fonctionnement électrique de ces dispositifs,
  - Fig. 768.
  - Installation avec contact tournant et tube-ordinaire.
  - et la figure 770 représente une crédence radiologique Gaiffe à bobine, sur laquelle on reconnaît les divers organes électriques.
  - Un tube Coolidge peut être alimenté par les mêmes installations ; mais, dans certains cas, lorsqu’il suffit par exemple d’avoir des rayons X d’un
  - wvwwwww
  - Installation avec bobine et tube ordinaire.
  - Fig. 769.
  - degré de pénétration fixe, on peut utiliser l'effet auto-rectificateur du tube et le montage se simplifie (fig. 771).
  - On peut également se servir des kénotrons pour remplacer la soupape de Villard. La protection est plus efficace et la chute de tension est moindre. La figure 772 montre un dispositif dans lequel on utilise deux condensateurs C et C', l’onde inverse étant absorbée par le kénotron K. Pour la radi°' thérapie profonde, l’expérience a montré qu’il est très désirable de réaliser l’alimentation de l’ampoule à tension constante, tout en ayant un voltage aussi élevé que possible. Le kénotron a fourni une solution très élégante du problème,__et qui mérite d’être signalée.
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- - électricité médicale
  - Comme on sait, le kénotron ne laisse passer qu’une alternance du courant alternatif. Pour utiliser les deux demi-ondes, on dispose deux kénotrons en dérivation aux bornes d’un transformateur statique de construction courante, dont le primaire est alimenté par le courant du secteur, à basse tension (no ou 220 volts). Dans chacun des circuits décrits est intercalé, en série avec le kénotron, un condensateur qui se charge à travers le kénotron correspondant et se décharge lorsque le kénotron ne laisse pas passer le courant. Si la tension du secondaire du transformateur est de 62500 volts, lu tension très sensiblement constante aux bornes extrêmes des deux condensateurs est de 125 000 volts et, pour obtenir une tension de 250 000 volts, on naonte en série deux dispositifs identiques à celui dont nous venons de parler.
  - La figure 773 donne le schéma
  - Fig. yyo.— Crédence radiologique Gaiffe à bobine.
  - vues d’ensemble
  - de montage dont les figures 774 et 775 représentent des sur lesquelles on aperçoit très distinctement les quatre kénotrons.
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- - APPLICATIONS DE IJ ÉLECTRICITÉ
  - 7S4
  - * * *
  - Fig. 772. — Montage avec kénotron.
  - \
  - Lorsque l'on opère avec des ampoules donnant un rayonnement très
  - pénétrant, il est nécessaire de prendre de grandes précautions pour soustraire à son atteinte l'opérateur et pour limiter exactement la zone d’action sur le patient. Aussi, toutes les ampoules sont-elles placées dans d’épaisses cupules de plomb qui les entourent entièrement, sauf une petite fenêtre qui délimite le champ du faisceau de rayons X.
  - Pour les ampoules fonctionnant à très haut voltage, 150 000 ou 200 000 volts, on place en général l’ampoule dans un bain d’huile isolant contenu dans une cuve en plomb de 6 millimètres d’épaisseur. Le faisceau de rayonnement X direct donnant naissance, àsa sortie de la cuve, à un rayonnement secondaire assez important, par diffusion sur le corps du patient, la protection absolue de l’opérateur est aisément réalisée en plaçant le tableau de commande dans une pièce contiguë avec cloison de . séparation doublée Fig. 773 de plomb (2 millimètres minimum) et fenêtre à glace opaque pour le
  - contrôle du traitement, ou dans une cabine entièrement recouverte de
  - plomb.
  - Schéma de montage d’un groupe générateur à courant redressé à 250000 volts.
  - C,, Cj, C3, C4, condensateurs à haute tension de 0,02 microfarad ; F, transformateur de filament; K,, K2, K3, K4, kénotrons de charge, M, milliampèremètre ; T,, Ts, transformateurs à haute tension de 75 kil°" watts; V, voltmètre électrostatique : X, ampoule radiogène.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 78
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- - 786
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - Fig. 776. — Vue de la cuve recouverte de lames de plomb renfermant l’ampoule. On aperçoit la fenêtre par où sort le faisceau de rayons X.
  - Les locaux ‘voisins seront efficacement protégés par un revêtement de 2 millimètres de plomb fixé aux parois, dans le cas où ces dernières seraient constituées par des matériaux légers.
  - La haute tension arrive par des antennes verticales à haut isolement, fixées solidement au couvercle eïl plomb de la cuve qu’elles traversent, et portant à leurs extrémités des pinces en bois, permettant ainsi de supporter le tube et le maintenir solidement en position.
  - La mobilité d‘une cuve de ce genrC ne peut évidemment être réalisée de la même manière que celle d’nne cupule du type ordinaire ; aussi la en'e est-elle placée sur un pont roulant» dont les deux rails traversent la sad° de traitement.
  - La cuve à huile est munie d’un a]11
  - , de
  - tage orientable autour de 1 axe l’ampoule, fixé au milieu d’une P^a
  - Fig. 777- — Coupe de la cuve renfermant l’ampoule.
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - 787
  - quette de plomb épais coulissant dans un chemin fixé sur la cuve.
  - Cette plaquette de plomb portant l’ajutage est prolongée de part et d’autre par des lames mobiles à recouvrement, de manière à épouser la courbure du chemin de glissement. L’ajutage se déplace naturellement devant une fenêtre garnie d’aluminium mince en forme de secteur cylindrique, ménagée dans la cuve (fig. 77^ 777)-
  - Pour réduire l’épaisseur d’huile, un volet de transparence en celluloïd plein d’air est placé devant cette fenêtre et remplit le rôle des cônes de transparence précédemment utilisés avec les ajutages fixes. Le support d’ajutage permet d’utiliser un cône de rayonnement d’un angle de 300 au sommet.
  - L’axe de l’ajutage peut être déplacé d’un angle de 70° à partir de la verticale.
  - Des précautions spéciales sont prises Pour assurer l’isolement des conducteurs amenant la haute tension. La figure 776 montre la vue générale de 1 installation.
  - Dans les cas les plus courants, la Puissance de l’appareil est beaucoup Joindre, par suite son encombrement beaucoup plus restreint. A titre fi exemple, et pour fixer les idées, nous donnons dans les figures 778 et 779 la vue de deux ensembles destinés l’un à la radiographie dentaire, l’autre à la radiographie et la radiothérapie dans toutes les positions, grâce à une table basculante spéciale.
  - Fig. 778. — Appareil de radiographie dentaire.
  - * * *
  - A côté de ces applications importantes, l’électricité s’est révélée, en médecine comme dans toutes les branches de l’activité humaine un auxi-baire précieux. C’est ainsi que les électro-aimants ont rendu de gran s services pendant la guerre pour localiser les projectiles lorsque 1 on ne disposait pas d’installations radiographiques.
  - Si un fort électro-aimant est alimenté par du courant alternatif, tout c°rps métallique qui se trouve dans son champ est anime d’un mouvement
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- - 788
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - vibratoire qui trahit sa présence (électro-aimant vibreur de Bergonié).
  - En ophtalmologie, on utilise les électro-aimants pour extraire des parcelles magnétiques accidentellement introduites dans les tissus.
  - A l’aide d’un électro-aimant analogue à celui représenté figure 780,
  - Fig. 779. — Table basculante pour examen radiographique.
  - consommant 200 watts, on a trouvé les nombres suivants pour l'attraction en fonction de la distance d’une paillette magnétique pesant 0^,028.
  - Distance en millimètres. Force attractive en grammes.
  - 0, i 135
  - °-4 53
  - o,53 48
  - 0,72 42
  - 1,09 3i
  - 2,03 20
  - 2,89 14.5
  - 3.83 il
  - 4,82 8,5
  - 5,82 7-5
  - 6,87 6
  - ii,95 3
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- - ÉLECTRICITÉ MÉDICALE 7S9
  - C’est-4-dire que la force attractive peut s’élever à 4 500 fois le poids de la paillette.
  - La force portante de l’électro-aimant ayant servi à ces expériences est
  - t*ig. 780. — Électro-aimant pour l’extraction des corps métalliques introduits dans 1 œil.
  - d’environl3oo kilogrammes, et le flux magnétique au niveau de la pointe voisin de 2 450 gauss.
  - * * *
  - Enfin, nous citerons pour mémoire les autres applications à la médecine de l’énergie électrique, car elles ne présentent, au point de vue de l’électricien, aucune particularité spéciale : galvanocautères, lampes spéciales* Pour l’éclairage des cavités, production de l’air chaud, massage vibratoire, sphygmophone, bains de lumière, etc.
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- - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - A
  - Absorption de masse (Coefficient
  - Accumulateurs....................... 29b
  - — (Groupement, des).............. 2 86
  - — au plomb....................... 2 7°
  - — force électromotrice........... 2 7°
  - — résistance intérieure............. 27J
  - — capacité......................... 273
  - — décharge....................... 2 73
  - — coefficient d’utilisation........ 274
  - — rôle de l’épaisseur des plaques. . 275
  - — rôle de l’électrolyte.......... 27^
  - —• sulfatation.................... 2 76
  - — électrodes..................... 2 79
  - — — (Fabrication des)................ 279
  - — — (Formation des)................ 282
  - — (Traction par).................. dr.5
  - Accumulation (Chauffage par)...... 630
  - Actinium............................ 19^
  - Actions secondaires.................. 91
  - A. D. (Pile)........................ 261
  - Ader (Microphone)................... 7T3
  - — (Récepteur) ..................... 7I5
  - Aimants.............................. 38
  - Aimantation (Intensité d’)............. 47
  - Alliages (Propriétés électriques des). 243
  - Aluminium (Propriétés électriques). 241
  - Aluminium (Métallurgie de 1’)....... 691
  - Alternateurs.......................... 3I9
  - '— à inducteurs tournants........... 323
  - -— polyphasés....................... 32^
  - (Caractéristiques des)........... 33°
  - (Couplage des)................... 331
  - (Construction des) .............. 334
  - — (Entraînement des)............... 33^
  - '— bipolaires....................... 322
  - Alternatifs (Courants)............... 73
  - propriétés générales.............. 74
  - — représentation cinématique.... 75
  - '— (Puissance des)................... 80
  - Amiante ............................ 229
  - Ampère (Définition électromangé-tique de F)....................... 55
  - Ampère (Définition de F).........
  - — (Règle d’)' du magnétisme...
  - — (Courants moléculaires d’)..
  - — tour........................
  - — étalon......................
  - — international ..............
  - — (Bonhomme d’)...............
  - Amplificateurs...................
  - Amplificateur (Audion comme).... Ampoules radiographiques.........
  - — (Fabrication des). . .......
  - Anneau (Enroulement en)..........
  - Annonciateur.....................
  - Anode............................
  - Appareils de chauffage (Construction des)........................
  - Arago (électromagnétisme)........
  - Arc chantant.....................
  - Arcanson.........................
  - Archet (Prise de courant par)....
  - Ardoise..........................
  - Argenture .......................
  - Aron (Compteur)..................
  - Arrhénius (Expériences sur les sels chauffés)........................
  - — (Théorie de)................
  - Arsen (Four).....................
  - Arsonvalisation (D’).............
  - Atmosphériques (Ions)............
  - Astatique (Équipage).............
  - Aston (Expériences de)...........
  - Asynchrones (Moteurs)............
  - Attractions électromagnétiques....
  - Audion...........................
  - Aurores boréales.................
  - — répartition géographique....
  - — (Hauteur des)...............
  - — (Fréquence des).............
  - — (Théorie des)...............
  - Azote (Fixation de F)............
  - B
  - Bacs d’accumulateurs.............
  - Bahy-Coolidge (Tube) .........
  - Bakélite.........................
  - 29
  - 45
  - 62
  - 56
  - 122
  - 122
  - 67
  - 753
  - 181
  - 771
  - 779
  - 300
  - 722
  - 88
  - 642
  - 4.5
  - 744
  - 230 59i
  - 231
  - 689
  - 461
  - 170
  - 89
  - 639
  - 768
  - 219
  - 118
  - 192
  - 87
  - 59
  - 177
  - 214
  - 215 215
  - 215
  - 216
  - 654
  - 282
  - 778
  - 231
- p.791 - vue 800/834
- - 792
  - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - Balais (Construction des)........
  - — (Calage des)................
  - Barbier (Pile de)................
  - Bardon (Lampe)...................
  - Barkla (Expériences de)..........
  - Barlow (Roue de).................
  - Basalte..........................
  - Bastian (Lampe)..................
  - Boîtes de résistances............
  - — à décades...................
  - Baudot (Télégraphe)..............
  - Beck (Lampe).....................
  - Becquerel (Rayons de)............
  - Bell (Téléphone).................
  - Bender (Expérience de)...........
  - Benoît (Radiochromomètre)........
  - Bemont (Découverte du radium). . .
  - Bergonié (Pile de)...............
  - Bichat et Blondlot...............
  - Biot et Savart (Loi de)..........
  - Birkeîand (Aurores boréales).....
  - — (Four)......................
  - Bipolaires (Dynamos).............
  - Bitumes..........................
  - Blondel (Lampe).............! . . . .
  - Bobine de Ruhmkorff..............
  - — Petersen....................
  - — de self...................
  - Bodde (Dispositif de)............
  - Bouteille de Leyde...............
  - Boys (Radiomicromètre de)........
  - Bragg (Rayons a).................
  - Branly (Cohéreur de).............
  - Bremer (Lampe)..............,....
  - Brienne (Régulateur).............
  - Bronzes (Propriétés électriques) Bunsen (Pile de).................
  - C
  - Cabaret (Pile de).................
  - Cabestans électriques.............
  - Câbles de transport de force......
  - Cage d’écureuil (Moteurs à.)......
  - Calage des balais...............
  - Callaud (Pile de).................
  - Caniveau (Prise de courant par). . .
  - Canson (Turbine)..................
  - Caoutchouc........................
  - Capacitance . . i.................
  - Capacité (Notion de la)...........
  - — (Unité de)...................
  - — (Modification de la) de deux conducteurs en présence..............
  - — d’un corps (Augmentation de la).
  - — (Mesure de la)...............
  - Caractéristiques des dynamos......
  - — externe .....................
  - — interne......................
  - — des alternateurs.............
  - 3i5 306 258 53i 186 61 232 542 120 12 x 702 53i 195 7x0 124
  - 773
  - 197
  - 258
  - 109
  - 56
  - 2x6
  - 657
  - 295
  - 232
  - 53i
  - 398
  - 432
  - 438
  - 542
  - 15
  - 1x7
  - 200
  - 75i
  - 530
  - 528
  - 239
  - 255
  - 254
  - 620
  - 440
  - 579
  - 306
  - 253
  - 593
  - 367
  - 231
  - 81
  - 7
  - 9
  - 13
  - H
  - 113
  - 297
  - 297
  - 298 330
  - Carpentier (Boîte de résistances de). 121
  - — (Rupteur)....................... 399
  - Carré (Pile de)...................... 253
  - Caténaire (Suspensioix).............. 597
  - — simple....................... 5 97
  - — triangulée...................... 597
  - — double.......................... 598
  - Cathode............................... 88
  - Centrales............................ 346
  - Centraux téléphoniques........... 724-730
  - — à batterie centrale............. 725
  - Champ électrique (Notion du)...... 4
  - ----(Lignes de force du)............... 5
  - Champ magnétique...................... 4°
  - ----(Intensité du).................... 43
  - ----des courants...................... 52
  - — oscillatoire.................... i3°
  - — tournant........................... 85
  - ----(Moteurs à)...................... 578
  - Chaperon et Lalande (Pile)........... 258
  - Charbon (Propriétés électriques). . . 245
  - — (Emploi du) en électricité... 246
  - — de lampes à arc (Fabrication)... 521
  - Charge électrique (Unité de)........... 4
  - — des accumulateurs............... 268
  - Chatterton........................... 232
  - Chauffage par arc.................... 625
  - — électrique des appartements.... 628
  - Chauffe-bains électriques............ 630
  - — à accumulation.................. 630
  - Chercheurs téléphoniques............. 735
  - Chlorates (Fabrication des).......... 679
  - Choc (Résistances de)................ 385
  - Circuit magnétique.................... 57
  - Claude (Lampe de).................... 54^
  - Clark (Pile étalon).................. 263
  - Cohéreur de Branly................ 751
  - Collecteurs (Construction des).... 314
  - Commutation.......................... 3°5
  - Commutatrice......................... 4°4
  - Compteurs............................ 45^
  - — électrochimiques................ 45^
  - — O’K............................. 456
  - — Thomson......................... 457
  - — de puissance.................... 457
  - — à champ tournant................ 45^
  - — Ferrari......................... 459
  - — C. A. C......................... 459
  - — Sangamo......................... 46°
  - — Aron.........................* 461
  - — à tarifs variables.............. 4^2
  - — (Fabrication des)............... 4^3
  - Condensateur (Principe)............... *4
  - — (Facteurs déterminants).......... *5
  - — cylindrique...................... *5
  - — plan.........................
  - — variable..................... 1
  - — multiple ....................
  - — (Décharge des).................. I27
  - Condensation (Force électromotrice
  - de).............................. 80
- p.792 - vue 801/834
- - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - 793
  - Conducteurs........................... 3
  - Conductibilité des gaz.............. 141
  - •---(Mécanisme de la)............... 158
  - Conductivité des électrolytes..... 96
  - — limite............................ 96
  - Constante diélectrique............... *7
  - Contacts successifs (Loi des)........ 22
  - Controller.......................... 608
  - — de tramway..................... 610
  - — pour deux moteurs série-parallèle............................. 611
  - — électro-pneumatique............ 612
  - Convection (Courant de)............. 124
  - Coolidge (Tube).............. 176- 7 72
  - Cooper-Hewitt (Lampe)............... 54°
  - Corps incandescents (Émission d’électricité par les)................ 166
  - Cosses.............................. 466
  - Couche double........................ 98
  - Coulomb (Loi de)...................... 4
  - — (Définition du).................. 4
  - Coupe-circuit....................... 471
  - — haute tension.................. 374
  - — à cornes mobiles................. 374
  - '— à résistance..................... 374
  - Couplage des dynamos................ 3°8
  - Courant électrique (Notion du) .... 20
  - — — (Production du).............. 21
  - ---~ (Manifestations du)............ 28
  - — — (Intensité).................. 29
  - dérivés (Lois des)............... 33
  - "— (Champ magnétique des)......... 52
  - (Unité d’intensité du)........... 55
  - — moléculaires d’Ampère............. 62
  - de Foucault...................... 66
  - déwatté........................ 83
  - — watté....’................... 83
  - ~~ de convection.................... I24
  - de haute fréquence (Propagation des)....................... I37
  - de saturation................... t6t
  - '— telluriques...................... 223
  - galvanique...................... 759
  - faradique....................... 759
  - ondulatoire..................... 759
  - de Morton....................... 759
  - Cowper-Cooles (Procédé)............. 682
  - Crémieu (Expérience de)............. I24
  - Crookes (Espace obscur de).......... 146
  - Cuirassé (Inducteur)................ 294
  - Cuirassés (Transformateurs)......... 390
  - Cuisine électrique.................. 629
  - — spécifications............... 635
  - Cuivrage............................ 687
  - Cuivre (Propriétés électriques)... 238
  - (Électrométallurgie du)......... 680
  - (Quartz piézométrique de)..... 26
  - Curie (Loi de) du magnétisme...... 49
  - (Découverte du radium).......... 197
  - (Unité d’émanation)............. 203
  - D
  - Daniell (Pile de).................
  - Dauviller (Dosimètre de)..........
  - Debierne..........................
  - Décharge (Potentiel de) des électrolytes ............................
  - — des accumulateurs..............
  - Déclinaison (Définition)..........
  - — (Variations de la).............
  - Delezenne (Anneau tournant de). . .
  - Densité électrique................
  - Deri (Moteurs)....................
  - Dérivations.......................
  - Desprez-d’ Arsonval (Galvanomètre). Desprez (Transport de l’énergie). . . Détecteurs........................
  - — Branly.........................
  - — magnétique.....................
  - — électrolytique.................
  - — Fleming........................
  - — à cristal......................
  - — à lampes.......................
  - — (Audion comme).................
  - Déwatté (Courant).................
  - Diamagnétiques (Substances).......
  - Diathermie......................
  - Diélectrique (Constante)..........
  - — (Définition)..............
  - — (Effets).......................
  - — (Polarisation des)............
  - Diélectrine ......................
  - Différence de potentiel (Notion de
  - la) ............................
  - — — et travail...................
  - ------et force électromotrice.....
  - Dinin (Accumulateur)..............
  - Diphasés (Courants)...............
  - Disjoncteurs à maxima.............
  - -— à minima.......................
  - — à retard.......................
  - — dans l’air.....................
  - — dans l’huile...................
  - — ultra-rapides..................
  - Dispatcher........................
  - Dissociation (Coefficient de).....
  - Dissolution (Tension de)..........
  - Distribution......................
  - — en boucle......................
  - — par feeder.....................
  - — continue à trois fils..........
  - — diphasée à quatre fils.........
  - — diphasée à trois fils..........
  - — triphasée en étoile............
  - — triphasée en triangle..........
  - — tétraphasée ...................
  - Dolezalek (Électromètre de).......
  - Dorure............................
  - Dosimètre Dauviller...............
  - Doublets magnétiques..............
  - 251
  - 775
  - 198
  - 100
  - 267
  - 207
  - 208 291
  - 10
  - 583
  - 33
  - 114
  - 4-4
  - 750
  - 751
  - 751
  - 752 752 752 752 181
  - 83
  - 5i
  - 767
  - 17
  - 17
  - 17
  - 18 232
  - 3i
  - 281
  - 84
  - 474
  - 475 475
  - 477
  - 478 480 347
  - 93
  - 99
  - 450
  - 452
  - 452
  - 453
  - 453
  - 454
  - 454
  - 455 455 112 689 775
  - 39
- p.793 - vue 802/834
- - 794
  - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - Puddell (Therinogalvanomètre). . .
  - — (Arc de).....................
  - Duplex (Montage)..................
  - — différentiel.................
  - — en pont......................
  - Duralumin (Propriétés électriques)..
  - Dynamos (Couplage des)............
  - Dynamos ..........................
  - E
  - Élionite..........................
  - Éclair (Genèse de 1’).............
  - — (Ordre de grandeur de 1’)....
  - — effets mécaniques............
  - Éclairage.........................
  - Éclairage des rues, des salles, des
  - ateliers ......................
  - Edison (Effet).......'............
  - — (Accumulateur)...............
  - — (Dynamo).....................
  - — (Téléphone) .................
  - Effluvation.......................
  - Effet Peltier.....................
  - Efficace (Intensité)..............
  - — (Potentiel) .................
  - Einthoven (Galvanomètre de).......
  - Électricité vitreuse..............
  - — résineuse ...................
  - — (Production de 1’) par voie chi-
  - mique ......................
  - — — par la chaleur.............
  - — — par pyro-électricité.......
  - — par piézo-électricité......
  - — terrestre ...................
  - — médicale.....................
  - Électro-aimants...................
  - — médicaux.....................
  - Électrochimie.....................
  - Électrode normale.................
  - Électrodes des accumulateurs......
  - Électrodynamomètre................
  - Électrolyse (Lois de 1’)..........
  - Électrolytes .....................
  - — (Conductibilité des).........
  - Électromètre......................
  - — de Wilson.....................
  - — à plateau....................
  - — de Kelvin....................
  - — (Montage des)................
  - — de Dolezalek.................
  - Électron..........................
  - — (Inertie de 1’)....•.........
  - — (Rayon de 1’)................
  - — (Masse de P).................
  - Électroscope à feuille d’or.......
  - Électrostatique ..................
  - Électrostatiques (Machines).......
  - Électrozincage....................
  - Elmore (Procédé)..................
  - 117
  - 744
  - 694
  - 695 995 243 308 292
  - 232
  - 224
  - 225 225 491
  - 595
  - 167
  - 284
  - 294
  - 712
  - 769
  - 24 79 76
  - ii5
  - 3
  - 3
  - 21
  - 22
  - 23
  - 25
  - 218 758 45 787 670 101 2 79 122 92 88 96
  - 107
  - 108
  - 109 in T12 112
  - 2
  - 163
  - 163
  - 163
  - 108
  - 1
  - 19
  - 687
  - 98i
  - Elster et Geitel (Expériences de). . .
  - Émanation (Propriétés)............
  - Émission radiotélégraphique.......
  - Empâtage des plaques d’accumulateurs .........................
  - Enroulement des induits des dynamos .............................
  - — imbriqué.....................
  - — ondulé.......................
  - — compensateurs................
  - — des alternateurs.............
  - — imbriqué des alternateurs....
  - — ondulé — •— .....
  - Entraînement élastique............
  - Entretenues (Oscillations)........
  - Équipotentielles (Surfaces).......
  - Équivalent électrochimique........
  - Étalons (Piles)...................
  - Éther (Notion de 1’)..............
  - Étincelage........................
  - Étincelle électrique (Lois de 1’). . . . Étoile (Groupement des enroulements des alternateurs en)........
  - Étuves de laboratoire électriques. . . Excitation indépendante...........
  - — (Auto-)......................
  - — série........................
  - — en dérivation ou shunt.......
  - — compound.....................
  - —- des dynamos....................
  - Excitatrice.......................
  - Explosif (Potentiel)..............
  - ---(Variation du).................
  - Extra-courants ...................
  - Ewing (Théorie du magnétisme). . .
  - F
  - Farad (Définition du)..............
  - Faraday (Conception de)............
  - — (Lois de).....................
  - — (Définition du)...............
  - — (Espace noir de)..............
  - Faradique (Courant)................
  - Faure (Électrodes d’accumulateurs).
  - Feddersen (Expériences de).........
  - Fer (Propriétés électriques).......
  - — électrique....................
  - — (Spécifications)................
  - — à souder électrique, spécifications ............................
  - ----nickel (Accumulateurs au)
  - Ferrari (Compteur).................
  - Ferrié (Détecteur).................
  - Ferro-magnétiques (Substances)
  - Féry (Pile)........................
  - Feuillet magnétique................
  - Feussner (Boîte de résistances de). • Fibre..............................
- p.794 - vue 803/834
- - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - 795
  - Fixation de l’azote................ 654
  - Fleming (Soupape de)............. 171
  - — (Valve de)................... 752
  - Flux lumineux des lampes.......... 5 5^
  - Fontaine (Turbine).................. 368
  - Force électromotrice et différence
  - de potentiel..................... 3T
  - — contre-électromotrice............. 37
  - — magnétomotrice.................. 57
  - —• électromotrice des piles (Calcul
  - de la).......................... 97
  - Forest (Audion de)................ 177
  - Foucault (Courants de).............. 66
  - — (Rupteur de)................... 4°°
  - Foudre ............................ 223
  - Fours électriques, généralités.... 625
  - ------à arc....................... 625
  - —- — à induction................ 625
  - — — à vide..................... 639
  - — •—-de laboratoire.............. 639
  - -------avide...................... 640
  - -------à recuire................... 641
  - — — à haute fréquence.......... 660
  - Foarneyron (Turbine)................ 366
  - Foyers lumineux (Répartition des). 561
  - — mécaniques................... 351
  - Francis (Turbine)................... 3°7
  - Freinage électromagnétique.......... 613
  - Fréquencemètre de couplage.......... 334
  - Fusibles............................ 469
  - Gadot (Accumulateur)............... 281
  - Galalithe.......................... 233
  - Galvani (Expérience de)........... 21
  - Galvanique (Courant)............... 759
  - Galvanomètre ...................... II3
  - — à cadre mobile................. 114
  - — à aimant mobile................ 114
  - — Desprezrd’Arsonval............... n4
  - — à corde......................... IX5
  - — thermique....................... XI7
  - — de Kelvin.....'................ I:[8
  - Galvanoplastie..................... 689
  - Gassiot (Expériences de)........... 146
  - Gauss (Définition du)............... 44
  - Gearless (Locomotives électriques). 603
  - G. E. C. (Lampes).................. 532
  - Geiger (Parcours des rayons a) . . . . 2
  - Geissler (Tube de). ..'............ 246
  - Geitel et Elster (Expériences de)... ïr '1 Gennevilliers (Description de la
  - centrale de). . . .'............. 349
  - Gilbert (Définition du)............. 57
  - Gin (Four).................. 644, 659
  - Girard et Street (Procédé)......... 522
  - Girod (Four)....................... 652
  - Goldstein (Rayons de).............. I9°
  - Gomme laque....................... 233
  - Graetz (Soupape)................... 407
  - Gramme (Inducteur)................. 294
  - Graphite (Four à résistance de).. 639
  - Grenaille (Microphone à)........... 714
  - Griesheim-Elektron (Procédé)..... 677
  - Groupement des enroulements...... 329
  - Guthrie (Expérience de)............ 166
  - Gutta-percha....................... 233
  - M
  - Halage électrique............».... 617
  - Halbwachs (Expériences de)........ 157
  - Hargreaves Bird (Procédé)......... 677
  - Haute fréquence (Four à)........... . 660
  - ---(Alternateurs de).............. 745
  - Haute tension (Coupe-circuits).... 374
  - — — (Sectionneurs)............ 373
  - ---(Interrupteurs)................ 377
  - ---(Disjoncteurs)................. 378
  - Henry............................. 7°
  - Heraues (Lampe)................... 543
  - Hercule (Turbine)................. 369
  - Hermite (Procédé)................. 679
  - Héroult (Four).................... 652
  - Hertz (Expériences de)............ 133
  - Hertzien (Miroir)................. 136
  - Hétérodyne (Méthode).............. 755
  - Hétérostatique (Montage) des électromètres ......................... 112
  - Hittorf (Phénomène de)............ 94
  - Hughes (Télégraphe)............... 701
  - — (Téléphone) ................. 711
  - Huiles............................ 233
  - Hydro-électriques (Centrales)..... 36 l
  - Hypochlorites (Fabrication des). . . 678
  - Hystérésis........................ 5°
  - I
  - Rliostatique (Montage) des électro-
  - mètres ............................. IT2
  - Imbriqué (Enroulement).............. 303
  - Impédance............................ 79 .
  - Inclinaison (Définition)............ 207
  - — (Variations de F).............. 210
  - Induit des générateurs.............. 300
  - — (Réaction d’) des dynamos.... 305
  - ---des alternateurs................. 329
  - — (Construction des)............. 312
  - — à dents droites................ 313
  - — à encoches..................... 313
  - Inductance........................... 79
  - Inducteur des générateurs.... 293-294
  - — (Construction des)............. 310
  - — tournants (Alternateurs à)... 323
  - Induction............................ 63
  - — (Origine de F).................. 64
  - — (Force électromotrice).......... 68
- p.795 - vue 804/834
- - 796
  - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - Induction mutuelle (Coefficient d’). 6g
  - — magnétique...................... 40-44
  - Influence électrique (Notion d’). . . . n
  - — (Charge par)..................... 12
  - — magnétique....................... 40
  - Installations téléphoniques.......... 721
  - Intensionomètre...................... 774
  - Intensité du courant (Facteurs d’). . 29
  - — du champ magnétique.............. 43
  - — d’aimantation ................... 47
  - — du courant (Unité d’)............ 55
  - Intercommunication des centrales. 347
  - Interrupteurs haute tension.......... 377
  - — à cornes........................ 378
  - — à huile......................... 379
  - — turbine......................... 400
  - — Wehnelt......................... 401
  - — Simon........................... 402
  - — d’installations ................ 471
  - — à balais........................ 472
  - — à bascule....................... 472
  - — à rupture brusque............... 472
  - — multiples...................... 473
  - — dans l’huile.................... 474
  - Ionisation............................ 89
  - —(Pression d’).............'... 99
  - — par choc...................... . 161
  - Ionothérapie......................... 762
  - Ions.................................. 89
  - — (Vitesse des)................. 95-97
  - — atmosphériques.................. 219
  - Isogones............................. 207
  - Isolants........................ 3, 228
  - — (Résistivité des)............... 228
  - Isolateurs d’appartement............. 467
  - — par pylônes..................... 428
  - Isolement des câbles transatlantiques ............................ 709
  - Isomères électrochimiques............. 90
  - Isotopes ............................ 193
  - J
  - Jack................................. 723
  - joule (Loi de)........................ 35
  - — (— et conservation de l’énergie). 35
  - K
  - Kastner-Kellner (Procédé)........... 675
  - Kaufmann (Rayons [-)................ 201
  - Keller (Four)....................... 653
  - Kelvin (Replenisher)................. 19
  - — (Voltmètre multicellulaire).. 110
  - — (Électromètre de)............... ni
  - — (Galvanomètre de).............. 118
  - — (Siphon recorder).............. 707
  - lvénotrons.......................... 171
  - — (Caractéristiques des)......... 172
  - Kénotron (Redresseur)....
  - — en radiographie......
  - Kirchhoff (Loi de)........
  - — (Loi du rayonnement). .
  - Kjelling (Four)...........
  - Kleeman (Rayons a)........
  - Kohlrausch (Loi de).......
  - Kowalski et Mosciki (Four) Krogness (Aurores boréales)
  - L
  - Lalande et Chaperon (Pile).........
  - Lampe valve........................••
  - Lampes (Montages divers)...........
  - Lampe à incandescence à filament de charbon.......................
  - — — à osmium....................
  - — — à tantale...................
  - — — tungstène...................
  - — — à atmosphère gazeuse........
  - -----(Construction des)............
  - -----(Formes des)..................
  - -----(Dispositifs de montage)....
  - -----(Caractéristiques lumineuses
  - des)............................
  - — Nernst........................
  - — à arc.........................
  - -----(Rendement des)...............
  - -----enfermé.......................
  - -----flamme........................
  - -----métallique....................
  - -----carbo-minérales...............
  - -----entre métaux..................
  - -----(Fabrication des charbons de).
  - -----(Réglage des).................
  - -----série.........................
  - -----tension.......................
  - -----différentielles...............
  - -----(Régulateurs).................
  - -----(Comparaison des).............
  - -----Bremer........................
  - — — Beck........................
  - -----Blondel........-..............
  - -----Bardon .......................
  - -----G. E. C.......................
  - -----Lilliput......................
  - — de projection à filament......
  - -----à arc.........................
  - — à vapeur de mercure...........
  - — — (Allumage dès).............
  - -----(Modèles divers)..............
  - -----(Conditions de fonctionnement) ...........................
  - — (Comparaison des).............
  - — (Répartition du flux lumineux
  - des).........................
  - — (Choix des)..................
  - — à trois électrodes en T. S. F.
  - Langevin (Ultra-sons)..............
  - 419
  - 783
  - 33
  - 494
  - 658
  - 200
  - 96
  - 655
  - 214
  - 258
  - I7I
  - 487
  - 499
  - 5°°
  - 5°!
  - 5°*
  - 5°4
  - 5°5
  - 512
  - 548
  - 512
  - 5*4
  - 5I5
  - 5T°
  - 5*7
  - 519 518
  - 520 321
  - 523
  - 524
  - 525
  - 526 528 55° 53° 531 531
  - 531
  - 532 54°
  - 535
  - 536 54°
  - 541
  - 542
  - 558
  - 563
  - 745
  - 26
- p.796 - vue 805/834
- - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - Laplace (Loi de)..................
  - Laporte (Comparaison des lampes).
  - Latour (Moteurs)..................
  - Laval (Turbines de)...............
  - Labailly (Montage)................
  - Lebedew (Oscillateur de)..........
  - Leclanché (Pile)..................
  - Lenard (Expériences del...........
  - Lenz (Loi de).....................
  - Leyde (Bouteille de)..............
  - Lieben (Expériences de)...........
  - Lignes de force du champ électrique.
  - — — magnétiques................
  - Lilliput (Lampe)..................
  - Lit condensateur..................
  - Locomotives électriques...........
  - Lumière (Lampe)...................
  - — froide.......................
  - Lumineuse (Intensité), définition et
  - unités ....................
  - M
  - Magnétique (Masse)................
  - — (Doublet)....................
  - — (Induction)..................
  - — (Spectre)....................
  - -— (Champ)........................
  - — (Lignes de force)............
  - — (Intensité du champ).........
  - — (Perméabilité)...............
  - — (Ëlectro-).....................
  - — (Susceptibilité).............
  - — (Saturation).................
  - Magnétisme rémanent...............
  - Magnétique (Moment)...............
  - — (Feuillet)...................
  - — (Circuit) ...................
  - — (Pôles) terrestres.............
  - — (Orages) ....................
  - — (Matériaux) ...................
  - Magnétisme terrestre..............
  - Magnéto...........................
  - — faradique ...................
  - Magnéto-motrice (Force)...........
  - Manchester (Inducteur type).......
  - Marbre ...........................
  - Marié-Davy (Pile).................
  - Marcoin (Détecteur)...............
  - Masses magnétiques................
  - Maxwell (Conception de)...........
  - — (Règle du tire bouchon de). . • •
  - — (Relation de)................
  - Meidinger (Pile de)...............
  - Mercure (Redresseur à vapeur de). . Méthode de zéro...............: • •
  - — de déviation.................
  - Mica..............................
  - Microphone........................
  - — Ader.........................
  - 797
  - Microphone à grenaille.............. 714
  - — solid-back....................... 715
  - Millikan (Expériences de)........... 162
  - Mixte (Groupement) des piles et accumulateurs ..................... 287
  - Moment magnétique................... 51
  - Monophone’.......................... 716
  - Moore (Tube de).................... 546
  - — (Soupape de)..................... 547
  - Morse (Alphabet).................... 697
  - — (Clef).......................... 698
  - Morton (Courant de)................. 759 «
  - Moseley (Relation de)............... 188
  - Moteurs synchrones................... 86
  - — asynchrones....................... 87
  - — électriques ..................... 570
  - — (Calage des balais)............. 571
  - — (Force contre - électromotrice
  - des)........................ 571
  - — (Rendement) .................... 572
  - — (Courbes caractéristiques) en
  - tension ...................... 573
  - -----en shunt..................... 574
  - -----compound............'....... 575
  - — synchrones...................... 575
  - — asynchrones.................... 577
  - — à collecteurs................... 577
  - — à répulsion..................... 583
  - — Deri............................ 583
  - — Latour.......................... 584
  - Moufles électriques.............. . 639
  - Multiple (Télégraphe).............. 696
  - Multiples téléphoniques............. 728
  - N
  - Navires (Propulsion électrique des). 616
  - Nernst (Tension de dissolution).... 99
  - Neu (Pile)........................... 261
  - Nichols (Oscillateur de)............. 138
  - Nickelage............................ 680
  - Nodon (Soupape)...................... 407
  - Nombres de transport.................. 94
  - Northorp (Etude de l’éclair)......... 225
  - Northrup (Four)...................... 660
  - Noyau (Transformateur à)............. 390
  - O
  - Œil (Sensibilité aux diverses radia-
  - tions) ........................... 496
  - Œrsted (Définition de)................ 57
  - O’Farrell (Montage).................. 769
  - Ohm (Loi d’).......................... 30
  - — (Définition de 1’)............... 31
  - — étalon............................ 123
  - — international ................ . 123
  - O’Keenan (Pile de)................... 256
  - Omnibus (Dynamo).................... 404
  - 59
  - 559
  - 584
  - 357
  - 769
  - 138
  - 257
  - 151
  - 66
  - 15
  - 183
  - 5
  - 42
  - 54°
  - 768
  - 602
  - 544
  - 546
  - 558
  - 39
  - 39
  - 40-44
  - 40
  - 40
  - 42
  - 43
  - 44
  - 45
  - 47
  - 47
  - 49
  - 5i
  - 54
  - 57
  - 207
  - 213
  - 247
  - 206
  - 719
  - 763
  - 57
  - 294
  - 234
  - 760
  - 75i
  - 39
  - 18
  - 67
  - 138
  - 254
  - 410
  - 121
  - 121
  - 234
  - 711
  - 7T3
- p.797 - vue 806/834
- - 798
  - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - Ondes stationnaires électromagnétiques ............................
  - — lumineuses et électriques (Iden-
  - tité des)...................
  - — entretenues...................
  - — (Propagation des) en T. S. F. . .
  - — courtes ......................
  - — (Réception des)...............
  - — (Détection des)...............
  - Ondulatoire (Courant)..............
  - Ondulé (Enroulement).................
  - Or (Métallurgie de 1’).. ..........
  - — (Affinage électrique)....: ...
  - Oscillateur ouvert.................
  - — (Excitation de 1’)............
  - Oscillations électriques...........
  - — amorties......................
  - —- entretenues.....................
  - — (Propagation des)...............
  - Oscillateur de Hertz...............
  - Oscillations entretenues...........
  - Osmo régulateur de Villard.........
  - Oudin (Courants de)........... 120,
  - Outhenin-Chalandre (Procédé)....
  - P
  - Paliers des alternateurs. . ......
  - Pantographe.......................
  - Papier............................
  - Paraffine.........................
  - Parafoudres à cornes..............
  - — à intervalle multiple........
  - — à jet d’eau..................
  - — électrolytique...............
  - — à électrodes d’aluminium.......
  - — à oxyde de plomb.............
  - Parallèle (Groupement des piles et
  - accumulateurs en)..............
  - Paramagnétiques (Substances).... Paratonnerre (Mécanisme du).......
  - — (Théorie du).................
  - Parsons (Turbine).................
  - Pauling (Four)................
  - Pécheux (Comparaison des lampes).
  - Peltiêr (Effet)...................
  - Pelton (Roue).....................
  - Perméabilité magnétique...........
  - Petersen (Bobine de)..............
  - Pfaff (Accumulateur), i...........
  - Phase (Différence de).............
  - — (Décalage de)................
  - — (Indicateur de)..............
  - Photo-électrique (Effet)..........
  - Pièces polaires des dynamos.......
  - Piézo-électricité.................
  - Pile thermo-électrique............
  - Piles.............................
  - — sèches ......................
  - — (Résistance intérieure dçs)..
  - Piles (Capacité des).................... 265
  - — étalon............................ 26.3
  - — Marié-Davy......................... 760
  - Pilsen (Régulateur)..................... 528
  - Planté (Électrodes d’accumulateurs)............................. 279
  - Plateau (Électromètre à)............... 109
  - Plomb (Accumulateur au).............. 270
  - Pliotron................................ 174
  - Plucker (Expériences de)................ 146
  - Poggendorff (Pile de)................... 255
  - Poincaré................................. 56
  - Pointes (Pouvoir des)............. _ 11
  - — (Redresseur à)..................... 408
  - Pôles des aimants........................ 38
  - — radiaux............................ 306
  - —- auxiliaires.......................... 307
  - Pollak (Télégraphe)..................... 703
  - Polonium................................ 197
  - Polyphasés (Courants).................... 84
  - Pont de Wheatstone....................... 34
  - Porcelaine.............................. 236
  - Potentiel (Notion de)..................... 7
  - — de décharge des électrolytes. . . . 100
  - — explosif........................... 142
  - Poulsen (Arc de)........................ 744
  - Pression d’ionisation.................... 99
  - Projecteur Sperry....................... 536
  - Propulsion électrique des navires. . 616
  - Protection des lignes................... 433
  - — des centrales...................... 443
  - Puissance (Unité de)..................... 3b
  - Pulsation du courant..................... 79
  - Pylônes (Construction des).............. 427
  - Pyro-électricité......................... 25
  - Pyromètres électriques................... 25
  - Q
  - Ouartz........................ 23Ô
  - R
  - Radiateurs électriques............. 627
  - — (Spécifications)............. f>34
  - Radiation électromagnétique (Mécanisme de la).................... i32
  - — pénétrante.................... 221
  - Radioactifs (Chaleur dégagée par les
  - éléments) ..................... 205
  - Radioactives (Transformations). . . 203
  - Radioactivité.......................T95
  - — induite....................... 204
  - Radioactive (Constante)............ 2°4
  - Radiochromomètre de Benoît....... 773
  - Radiographie....................... 77°
  - — dentaire...................... 779
  - Radiomicromètre.................. 117
  - Radium............................. *97
  - 134
  - 135
  - 743
  - 747
  - 748
  - 749
  - 749
  - 759
  - 304
  - 684
  - 686
  - 742
  - 743
  - 128
  - 128
  - 128
  - 130
  - 133
  - 182
  - 777
  - 769
  - 676
  - 339
  - 598
  - 235
  - 235
  - 433
  - 434
  - 432
  - 434
  - 434
  - 434
  - 286
  - 50
  - 13
  - T45
  - 359
  - 656
  - 559
  - 24
  - 37°
  - 44
  - 432
  - 279
  - 75
  - 79
  - 332
  - *57
  - 294
  - 25
  - 23
  - 250
  - 259
  - 264
- p.798 - vue 807/834
- - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - 799
  - _ e
  - Rapport —.........................
  - m
  - Rateau (Turbine)..................
  - Rayonnement X caractéristique. . .
  - — (Lois du)......................
  - Rayons a (Propriétés)...........
  - — fi (Propriétés)..............
  - — secondaires..................
  - — X............................
  - ---- (Propriétés des)............
  - — — (Absorption des)...........
  - — cathodiques . . .............
  - ----(Propriétés des)..............
  - — canaux ......................
  - — v (Propriétés)...............
  - — o (Propriétés)...............
  - Réaction d’induit.................
  - — (Bobine de)..................
  - Récepteurs Ader...................
  - — monophone....................
  - — (Postes) T. S. F.............
  - Réchauds électriques..............
  - — (Spécifications).............
  - Redresseur Soulier................
  - — Rosengart....................
  - — Nodon........................
  - — Graetz.........................
  - — Vil lard.....................
  - — à pointes...............• •
  - — tournant ....................
  - — à vapeur de mercure..........
  - — Tungar.......................
  - Réducteurs de vitesse des locomotives ............................
  - Régulateurs de lampes à arc.......
  - — à moteur.....................
  - — à étincelles.................
  - Reisz (Expériences de)............
  - Relais d’interrupteurs............
  - —- télégraphiques.................
  - — polarisé-....................
  - Réluctance........................
  - Rémanent (Magnétisme).............
  - Répartiteurs téléphoniques........
  - Replenisher de Kelvin.............
  - Répulsion (Moteurs à).............
  - Résines...........................
  - Résineuse (Électricité)...........
  - Résistances (Boîte de)............
  - — (Définition de la)...........
  - — spécifique.....................
  - —- (Unité de).....................
  - — de choc......................
  - Résistivité des électrolytes......
  - Résonance ........................
  - Résonateur de Hertz...............
  - Rhéostats industriels.............
  - — à plots......................
  - —- à curseurs.....................
  - 153
  - 360
  - 188
  - 494
  - 199
  - 201 152
  - 152
  - 185
  - 185
  - 148
  - 149 190
  - 202
  - 203 3°5 389 7r5 716
  - 754
  - 626
  - 634
  - 406
  - 406
  - 4°7
  - 4°7
  - 409
  - 408
  - 409
  - 410 4T9
  - 605
  - 528
  - 529 777
  - 183
  - 385
  - 699
  - 700 57 49
  - 73i
  - 19
  - 583
  - 236
  - 3
  - 120
  - 3°
  - 30
  - 31 385
  - 96
  - 82
  - 134
  - 481
  - 481
  - 481
  - Richardson (Expériences de)........ L57
  - Rigidité électrostatique........... 229
  - Rochefort (Montage)............... 769
  - Rôchüng-Rodenhauser (Four)....... 658
  - Rœntgen (Rayons de)............... 152
  - Roney (Foyer)..................... 352
  - Rosengart (Soupape)............... 406
  - Rotors (Construction des)......... 334
  - Rowland (Expérience de)........... 124
  - Ruhmkorff (Bobine de)............. 398
  - Rupteurs de bobines............... 399
  - Rutherford (Mesures radioactives). 199
  - S
  - Sadler (Expériences de)............... 186
  - Saladin (Four)........................ 660
  - Sangamo (Compteur).................. 460
  - Saturation magnétique................ 47
  - — (Courant de)..................... 161
  - Schuster (Variation du magnétisme
  - terrestre)..................... 21 t
  - Secondaires (Actions)................ gr
  - Sectionneurs.......................... 373
  - Seebeck (Expérience de).............. 22
  - Sélecteur téléphonique................ 737
  - Sellon (Accumulateur)................. 280
  - Self induction (Coefficient de)... 70
  - Sels chauffés (Emission par les).... 170
  - Séparation électrolytique des métaux.............................. t 05
  - Série (Montage des conducteurs en). 33
  - — des tensions..................... 102
  - — (Groupement des piles et accumulateurs en)...................... 285
  - Siemens (Procédé) pour le cuivre . . . 684
  - — et Halske pour l’or.............. 685
  - Simon (Interrupteur).................. 402
  - Siphon recorder....................... 707
  - Solénoïdes............................. 54
  - — (Champ magnétique des)....... 56
  - Soîid-back (Microphone)............... 715
  - Solvay (Procédé)...................... 675
  - Sonneries (Montages divers des).... 489
  - — polarisées....................... 717
  - Soude électrolytique.................. 673
  - ---(Méthode de préparation). . . 674
  - Soudure électrique.................... 662
  - — par arc.......................... 663
  - — par résistance................... 666
  - Soufre.........................- . • 236
  - Soulier (Soupape)..................... 406
  - Soupape de Fleming.................... 171
  - — Soulier.......................... 406
  - — Rosengart........................ 406
  - — Nodon............................ 407
  - — Graetz.............•......... 407
  - — à pointe......................... 408
  - — Villard.......................... 409
  - — Dushman........................ 419
  - Sous-stations......................... 444
  - — automatiques..................... 446
- p.799 - vue 808/834
- - 8oo
  - TABLE ALPHABÉTIQUE
  - Spectrographe de masse............. 192
  - Spécifique (Résistance)............. 30
  - Spectre magnétique.................. 40
  - Sperry (Projecteur).............*. 536
  - Spintermètre....................... 772
  - Standard téléphonique.............. 723
  - Stassano (Four).................... 651
  - Statiques (Courants)............... 766
  - Stators (Construction des)......... 334
  - Stéatite.......................... 237
  - Stephan Boltzmann (Loi de)........ 494
  - Stokes (Foyer).................... 355
  - Stôrmer (Aurores boréales)......... 216
  - Strutt (Expérience de)............. 202
  - Substances ferro-magnétiques...... 50
  - — paramagnétiques................ 50
  - — diamagnétiques................. 59
  - Sulfatation des accumulateurs..... 276
  - Superhétérodyne (Méthode)......... 756
  - Surfaces équipotentielles............ 9
  - Surtensions dans les lignes........ 429
  - Susceptibilité magnétique........... 47
  - Suspension par le nez.............. 604
  - —• par barres latérales........... 604
  - Synchrones (Moteurs).......... 87, 577
  - T
  - Tableaux............................ 486
  - Taches solaires et variations des
  - éléments magnétiques terrestres. 212 Tambour (Enroulement en)............ 300
  - — (Enroulement en) des alterna-
  - teurs ........................ 323
  - Taylor (Foyer).................... 351
  - Tear (Oscillateur de)............... 138
  - Télégraphie......................... 693
  - — sans fil..................... 731
  - Télégraphe multiple................. 696
  - — Hughes......................... 701
  - — Baudot......................... 7°2
  - — Pollak et Virag................ 703
  - Téléphone......................... 710
  - — Bell . :....................... 7IQ
  - — Hughes....................... 711
  - — Edison......................... 712
  - automatique..................... 733
  - Téléphonie privée................... 739
  - Telluriques (Courants)....... 223, 709
  - Température (Influence de la) sur
  - la résistivité................... 244
  - Temps caractéristiques des câbles. . 705
  - Tension (Notion de la)................ 7
  - — (Montage des conducteurs en). . 33
  - — de dissolution.................. 99
  - —- (Série des)..................... 102
  - —- de réactance..................... 3°5
  - Terre (Charge électrique de la)... 218
  - Terrestre (Magnétisme).............. 206
  - — (Électricité) ................. 218
  - Tesla (Courants de)..............
  - Thermogalvanomètre...............
  - Thermo-électricité...............
  - Thermo-ionique (Émission)........
  - — (Courants)..................
  - Thomson (Expérience de Elihu). . .
  - — (Compteur Elihu)............
  - Thomson (J. J.) (Expériences sur
  - les sels chauffés)............
  - e
  - — (Déterminations de —).......
  - 129
  - H7
  - 23
  - 158
  - 168
  - 87
  - 457
  - 170
  - 160
  - e
  - — (Mesure de —)................
  - m
  - — (Rayons 8)...................
  - Touage électrique.................
  - Tournant (Redresseur).............
  - Tournants (Champs magnétiques). .
  - Towsend (Expériences de)..........
  - Townsend (Procédé)................
  - Traction électrique...............
  - — généralités .................•
  - — par courant triphasé.........
  - — par courant monophasé........
  - — par courant continu..........
  - — (Moteurs de). .................
  - — par accumulateurs............
  - Transatlantiques (Câbles).........
  - ----(Isolement des)...............
  - Transformateurs...................
  - — théorie......................
  - — réalisation....................
  - — refroidissement .............
  - — couplage.....................
  - — (Installation des)...........
  - — (Protection des).............
  - Transport (Nombres de)............
  - — de l’énergie électrique......
  - Travail électrique................
  - Triangle (Groupement des enroulements des alternateurs en)........
  - Triphasés (Courants)..............
  - — (Transformateurs)............
  - Trois doigts (Règle des)..........
  - Troisième rail (Alimentation par). .
  - Trolley aérien....................
  - Tube de Moore.....................
  - —- (Conditions de fonctionnement). Tubes à vide........................ •
  - — focus .......................
  - Tudor (Accumulateur)..............
  - Tungar (Redresseur)...............
  - Turbines (Classification des) à
  - vapeur.........................
  - — à eau (Classification des)...
  - — (Interrupteur) ..............
  - 190
  - 203
  - 620
  - 409
  - 85
  - 162 677 585 , 58O
  - 588
  - 588
  - 589
  - 598
  - 614
  - 704
  - 719
  - 488
  - 389
  - 390 392
  - 396
  - 39 7
  - 397 94
  - 424
  - 8
  - 329
  - 84
  - 496
  - 58-67
  - 595
  - 59*
  - 546
  - 554
  - 279
  - 419
  - 355
  - 466
  - 4 00
  - VJ
  - Ultra-sons.........................
  - Unités électrostatiques et électromagnétiques .......................
- p.800 - vue 809/834
- - TABLE
  - tJllités pratiques................. 125
  - -— multiples (Traction par)........ 612
  - V
  - Valve de Fleming.................... 752
  - Vegard (Aurores boréales)........... 214
  - Vent électrique.................... 11
  - Ventilation des générateurs......... 344
  - Verres.............................. 237
  - Vide (Tubes à)...................... 772
  - Vie moyenne des éléments radioactifs ............................. 204
  - Vieillissement magnétique............ 50
  - — des transformateurs............ 391
  - Villard (Soupape)................... 409
  - — (Osmo-régulateur)................ 777
  - Vitreuse (Électricité)................ 3
  - Volt (Définition)..................... 8
  - -— international.................... 123
  - Volta (Expérience de)................ 21
  - — (Pile de)...................... 251
  - Voltmètre électrostatique............ no
  - multicellulaire................. 110
  - et ampèremètres................ 481
  - '— à cadre mobile................... 4°2
  - 8ot
  - Volmètres électrodynamiques.... 482
  - — thermiques.................... 482
  - — à fer doux.................... 484
  - — à induction................... 485
  - — électrostatiques.............. 485
  - — (Montage des)................. 486
  - W
  - Watt (Définition du)................. 36
  - Watté (Courant) ..................... 83
  - Wehnelt (Interrupteur)............... 401
  - Weintraub (Dispositif de)............ 541
  - Weston (Pile étalon)................ 264
  - Wheatstone (Pont de)................. 34
  - Whiddington (Expériences de).... 186
  - Wien (Loi de)....................... 495
  - Wilson (Électromètre de)............. 108
  - — (Expériences de)................... 160
  - Z
  - Zoelly (Turbine)...................... 3C0
  - Zincage (Électro-).................... 687
  - alphabétique
  - *
  - 51
  - Vigneron. — Electricité,
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- - 51
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  - 4
  - V
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- - TABLE DES MATIERES
  - PREMIÈRE PARTIE
  - ÉLECTRICITÉ THÉORIQUE
  - CHAPITRE PREMIER ÉLECTROSTATIQUE
  - électricité statique et courant. — Conception de Coulomb. — Conception, de Maxwell. — Les deux sortes d'électricité. — Corps conducteurs et corps isolants. —. La loi de Coulomb. — L’unité de charge électrique. — Le coulomb. —
  - Le champ électrique. — Lignes de force du champ électrique. — Nature des charges électriques. — La tension ou potentiel. — La capacité des conducteurs. —. La différence de potentiel. — Le volt. — L’unité de capacité. —
  - Le farad. — Les surfaces équipotentielles. — La densité électrique. — Le pouvoir des pointes. — Les phénomènes d’influence. — Charge par influence.
  - Fonctionnement des paratonnerres. — Variation de la capacité d’un conducteur. — Condensateurs. — Capacité des condensateurs. — Formes des condensateurs. — Rôle du diélectrique. — Polarisation des diélectriques. — Localisation de l’énergie dans le diélectrique. — L’éther. — Principe des Machines électriques. — Le replenisher de Kelvin. — Le courant électrique.
  - L'électricité de contact. — Expérience de Galvani. — Loi des contacts de A olta. — La pile. — Piles thermo-électriques. — Effet Peltier. — Pyromètres.
  - Fyro-électricité. — Piézo-électricité. — Applications. — Ultra-sons. ]
  - CHAPITRE II LE COURANT ÉLECTRIQUE
  - Phénomènes détecteurs des courants : effets calorifiques ; effet Peltier ; actions chimiques; effets lumineux, actions électro-magnétiques.-— Intensité du courant. — Ampère. — Facteurs de l’intensité. — Force électromotrice, résistance! — Loi d’Ohm. — Expression de la résistance. — La résistance spécifique. — Ohm. — Force électromotrice et différence de potentiel. — Circuits dérivés. — Lois. — Application : pont de Wheatstone. -— Effets calorifiques du courant. — Loi de Joule. — Conservation de l’énergie........... 28
  - CHAPITRE III
  - Magnétisme. — électromagnétisme. — électrodynamique
  - Aimants. -— Pôles. — Massés magnétiques. — Loi de Coulomb. — Influence °u induction magnétique. — Champ magnétique. — Spectres magnétiques.
  - Lignes de force magnétiques. — Intensité du champ magnétique. —
  - Gauss. — Représentation du champ magnétique. — Induction et perméabilité Magnétique. — Aimantation par les courants. — Règle d’Ampère. — Intensité d’aimantation. — Susceptibilité magnétique. — Saturation. — Théorie d’Ewing. — Variation de la susceptibilité. — Loi de Curie. — Magnétisme rémanent. — Force coercitive. — Hystérésis. — Substances ferro-magné-
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- - 8(34
  - TABLE DES MATIÈRES
  - Pages.
  - tiques, paramagnétiques, diamagnétiques. — Moment magnétique. — Champ des courants. — Feuillet magnétique. — Puissance d’un feuillet. — Définition électromagnétique de l’intensité de courant. — Loi de Biot et Savart. —• Champ intérieur d’un solénoïde. —Circuit magnétique.— Réluctance. — Force magnétomotrice. — Actions mutuelles des champs et des courants. — Règle des trois doigts. — Loi de Laplace. —Attraction du fer par les solénoïdes. — Actions entre courants. — Formule d’Ampère. — Action d’un courant sur lui-même. — Rotations continues; roue de Barlow.
  - — Théorie du magnétisme d’Ampère..................................... 3^
  - CHAPITRE IV L’INDUCTION
  - . Réversibilité des phénomènes électriques. — Caractère temporaire des courants induits. — Origine des courants d’induction. — Vérifications expérimentales. — Courants de Foucault. — Loi de Lenz. — Règles pratiques. — Valeur de la force électromotrice d’induction. — Le coefficient d’induction mutuelle. — Le henry. — Le coefficient de self-induction. — Extra-courants.
  - — Calcul de la self-induction. — Elimination de la self-induction. — Cas
  - des circuits renfermant des noyaux de fer. — L’extra-courant de rupture. . É3
  - CHAPITRE V COURANTS ALTERNATIFS
  - Production et définition du courant alternatif. — Propriétés générales des courants alternatifs. — Variation de l’intensité. — Représentation graphique.
  - — Intensité efficace. — Force électromotrice efficace. — Puissance. — Circuit avec self-induction. — Décalage de phase ; sa valeur. — Inductance.
  - — Impédance. — Circuit avec capacité. — Décalage de phase. — Capacitance. — Circuit avec self induction et capacité. — Résonance. — Période propre du circuit. — Influence de la self-induction et de la capacité. — Puissance réelle et puissance apparente. — Facteur de puissance. — Courant watté. — Courant déwatté. -— Courants polyphasés. — Courants diphasés.
  - — Courants triphasés. — Propriétés générales. — Champs magnétiques tour-
  - nants. — Principe des moteurs synchrones. — Principe des moteurs asyn-chrones. — Expérience d’Elihu Thomson.................................. 7"
  - CHA PITRE VI
  - ÉLECTROLYSE. — THÉORIE DES IONS. — FORCES ÉLECTROMOTRICES
  - Deux sortes de conducteurs. — Électrolytes. — Non électrolytes. — Ionisation. — Théorie d’Arrhénius. — Actions secondaires. — Exemples. — Mécanisme du passage du courant. — Lois de Faraday. — Coefficient de dissociation. — Perte faradique. — Nombres de transport. — Théorème de Hittosf- .
  - —- Marche d’une électrolyse. — Conductivité des électrolytes. — Conductivité limite. — Loi de Ivohlrausch. — Vitesse relative et vitesse absolue des ions.
  - — Calcul des forces électromotrices. — Différence de potentiel au contact de deux liquides. — Mécanisme du passage du courant. — Calcul de la force électromotrice. — Différence de potentiel entre un métal et un liquide. — Tension de dissolution de Nernst. — Potentiel de décharge. — Déplacement réciproque des métaux. — Calcul de la tension de Nernst. — Différence de potentiel aux électrodes. — Série des tensions. — Application. — Théorie
  - de l’électrolyse. — Tension de décomposition des corps. — Applications de la Q théorie................................................................
  - CHAPITRE VII
  - APPAREILS DE MESURES. — UNITÉS
  - Les électromètres. — Électroscopes. — Électromètre à feuille d’or de Wilson. — Électromètre à plateaux. — Électromètre cylindrique. — Voltmètre élec-
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- - TABLE DES MATIÈRES
  - Pages.
  - trostatique. — Voltmètre multicellulaire. — Électromètre à quadrants. — Montage hétérostatique. — Montage idiostatique. — Mesure de la capacité par l’électromètre. — Galvanomètres. — Galvanomètre à cadre mobile. — Galvanomètres à aimant mobile. — Galvanomètre Desprez-d’Arsonval. —- Galvanomètre à corde de Einthoven. — Thermogalvanomètre de Duddell. — Radiomètre de Boys. — Galvanomètre de Kelvin. — Systèmes astatiques. — Ampèremètres et voltmètres. — Boîte de résistances. — Méthodes de mesure : méthode de déviation, méthode de zéro. — Mesures absolues. — Ampère-étalon. — Ampère international. — Électrodynamomètre. — Ohm-étalon.
  - — Ohm international. — Volt international. — Mesure absolue des autres grandeurs électriques. —Courants de convection. — Expérience deRowland.
  - — Identité du déplacement des charges électriques et du courant. -— Détermination du rapport c des unités électrostatiques et électromagnétiques.
  - —• Principe des mesures. — Valeur de c.............................. 107
  - CHAPITRE VIII
  - LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES
  - Production des oscillations par décharge d'un condensateur. — Période. — Oscillations amorties. — Oscillations entretenues. —r Transformation des courants de haute fréquence. — Montage Tesla. — Montage Oudin. — Phénomènes dans l’espace environnant. — Champ oscillatoire. —- Déplacement des lignes de force. — Mécanisme de la propagation des ondes. Vérifications expérimentales de la théorie. — Expériences de Fessenden et fie Hertz. — Oscillateur de Hertz. — Résonateur de Hertz. — Ondes stationnaires. — Analogies avec les ondes lumineuses. — Vitesse de propagation. — Propagation superficielle des courants de haute fréquence dans les fils. — Relation de Maxwell. — La gamme des radiations des oscillations électriques aux rayons y.................................................. I27
  - CHAPITRE IX
  - LE PASSAGE DE L’ÉLECTRICITÉ A TRAVERS LES GAZ. — L’ÉLECTRON
  - Conductibilité des gaz à la" pression ordinaire. — L’étincelle. — Potentiel explosif. — Variations du potentiel explosif en fonction de la distance, de la pression de la forme des électrodes. — Cas d électrodes dissymétriques. -Cas d’une pointe et d’un plan. — L’arc électrique. — Passage de l’electncite dans les gaz raréfiés. — Tube de Geissler. — Les diverses régions d un tube de Geissler. —- Répartition du potentiel. — Tube de Crookes. Rayons cathodiques — Propriétés électriques et magnétiques des rayons cathodiques.
  - — Actions mécaniques. — Les rayons X. — Propriétés. — Rayons secondaires. — Mécanisme des rayonnements précédents. — Le rapport - . —
  - Principe des méthodes de mesure. — Constance du rapport - . L électron.
  - — Détermination de la charge de l’électron. — L’effet photo-électrique. —
  - Ees phénomènes thermo-ioniques. — L’universalité de 1 électron. Phénomènes provoqués par les électrons dans les milieux gazeux. Ionisation. — Conductibilité des gaz. — Matérialisation des électrons. — Expériences de Wilson — Variations de la conductibilité des gaz ionisés. — Interprétation Par la théorie des ions. — Ionisation par chocs. — Détermination directe de la charge de l’électron. — Expérience de Millikan. — L inertie de 1 électron. — Û rayon de l’électron. — L’électron, constituant fondamental de
  - la matière........................................................ I4I
  - CHAPITRE X
  - L’ÉMISSION D’ÉLECTRICITÉ PAR LES CORPS INCANDESCENTS
  - Actions électriques des solides incandescents. Effet Edison. Électro-vaporisation. — Expériences de Dupré. — Courants thermo-ioniques. —
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- - 8o6
  - TABLE DES MATIÈRES
  - Pages.
  - Émission par les sels chauffés. — Soupape de Fleming. — Kénotrons. — Courbes caractéristiques. — Effet rectifiant. — Courant limite. — Pliotrons.
  - — Tube de Coolidge. — Audion de Forest. — Courant de plaque. — Courant
  - de grille. — Réalisation pratique de l’audion. — Effet amplificateur. —• Effet détecteur. — L’audion comme générateur d’oscillations entretenues. — Emploi de substances spéciales. — Limite de fonctionnement............. 166
  - CHAPITRE XI
  - LES RAYONS X ET LA CONSTITUTION DE LA MATIÈRE
  - Absorption des rayons X par la matière. — Rayons X caractéristiques. — Expériences de Barkla et Sadler. — Séries K et L. — La longueur d’onde des rayons X. — Rayonnement caractéristique des métaux. — Loi de Moseley.
  - — Les rayons canaux. — Influence de la nature du gaz dans l’émission des
  - rayons canaux des tubes à vide. — Expériences de J. J. Thomson. — Spectro-graphe de masse. — Les isotopes. — Expériences de Aston................ 185
  - • CHAPITRE XII
  - LA RADIOACTIVITÉ
  - Historique. — Travaux de Becquerel, Curie, Debierne. — Étude de l’ionisation.
  - — Électroscopes. — Différents rayonnements émis. — Rayons a, [i, y. — Étude de chacun des rayonnements. — Rayons a, courant d’ionisation. — Rayons p. — Complexité du rayonnement p. — Rayons y. — Les transformations radioactives. — Émission de chaleur par les sels de radium. 195
  - CHAPITRE XIII
  - MAGNÉTISME ET ÉLECTRICITÉ TERRESTRES
  - Magnétisme terrestre. — Déclinaison. — Inclinaison. -— Lignes d’égale déclinaison. — Isogones. •— Pôles magnétiques. — Carte magnétique. — Variation des éléments magnétiques. — Variations séculaires. — Variations annuelles. — Variations journalières. — Action du soleil sur le magnétisme terrestre. —• Théorie actuelle de l’origine du magnétisme terrestre. — Les perturbations sont d’origine terrestre. — Les aurores boréales. — Leur hauteur. — Répartition géographique. — Leur fréquence. — Recherches de Birkeland. — Théorie de Stôrmer. — Actions perturbatrices locales des éléments magnétiques. — Les phénomènes électriques terrestres. — La charge de la Terre. — Le gradient de potentiel. — Ses variations. — Origine de la charge de la Terre. — Les ions atmosphériques. — Émanations radioactives. — Radiation pénétrante. — Les courants telluriques. — La foudre. — Mécanisme de la décharge. — Ordre de grandeur des phénomènes de
  - DEUXIÈME PARTIE
  - PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - CHAPITRE XIV
  - LES MATIÈRES PREMIÈRES UTILISÉES EN ÉLECTROTECHNIQUE
  - Les isolants. — Décharge conductive. — Résistivité. — Décharge disruptive.
  - .— Distance explosive. — Rigidité électrostatique. — Revue des principales matières isolantes : amiante, arcanson, ardoise, bakélite, basalte, bitumes, caoutchouc, chatterton, diélectrine, ébonite, galalithe, gutta-percha, gomme laque, huiles, marbre, mica, papier, paraffine, porcelaines, quartz, résines,
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- - TABLE DES MATIÈRES
  - soufre, stéatite, verres. — Les conducteurs solides. — Le cuivre : le cuivre de Matthiesen. — Les bronzes. — Le fer. — Les aciers. — L’aluminium. — Comparaison entre le cuivre et l’aluminium. — Le duralumin. — Conducteurs mixtes. — Le zinc. — Les alliages. — Variations de la résistivité en fonction de la température. — Le charbon. — Les conducteurs liquides. — Conductibilité des électrolytes. — Les matériaux magnétiques. — Aciers. — Classifications d’Osmond. Choix suivant les usages....................
  - CHAPITRE XV LES PILES
  - Cénéralités. — Description des diverses piles. — Pile de Volta. — Pile Daniell.
  - — Pile Carré. — Pile Callaud. — Pile Cabaret. — Pile Meidinger. — Pile Bunsen. — Pile bouteille de Poggendorff. — Pile O’Ixeenan. — Pile Leclanché.
  - — Pile Leclanché-Bertier. — Pile Bergonié. — Pile Lalande et Chaperon. —
  - Piles sèches. — Pile Féry. — Pile A. D. — Pile Neu. — Piles étalons. — Élément Clark. — Élément Weston. — Résistance intérieure des piles. — Capacité des piles....................................................
  - CHAPITRE XVI '
  - LES ACCUMULATEURS
  - Réversibilité des accumulateurs. — Fonctionnement à la décharge et à la charge. — L’accumulateur au plomb. — Caractéristiques ; force électro-motrice ; résistance intérieure ; différence de potentiel aux bornes ; capacité. — Influence de l’intensité de décharge, de l’épaisseur des plaques, de la concentration de l'électrolyte, de la température. — Les actions locales dans les accumulateurs : sulfatation ; actions électrochimiques. ;— Rétablissement de la force électromotrice après repos à la charge et à la décharge.
  - — Construction des accumulateurs : électrodes à grande surface, à oxydes rapportés. — Grilles simples, grilles doubles, grilles en deux pièces.—L’empâtage des plaques. '— La formation des accumulateurs. — Choix de l’électrolyte. — Les bacs. — Perfectionnements récents. — L’accumulateur Edison au fer-nickel. — Groupement des piles et des accumulateurs : tension, parallèle, mixte. — Danger des groupements en parallèle et mixte. — Force électromotrice et différence de potentiel aux bornes............
  - CHAPITRE XVII
  - MACHINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - Anneau tournant de Delezenne. — Dynamo à courant continu. — Principe. — Inducteurs. — Formes diverses. — Excitation. — Auto-excitation. — Excitation en série. — Excitation en dérivation. — Excitation compound. — Caractéristiques des divers modes d’excitation. — Induit. — Enroulement en anneau, enroulement en tambour. — Représentation des schémas d’enroulement. — Enroulement imbriqué. — Enroulement ondulé. — Le collecteur et les balais. — Calage des balais. — La commutation. — Pôles auxiliaires de commutation. — Enroulements compensateurs. — Couplage des dynamos. — Réalisation pratique. — Inducteur : culasse, noyau polaire, pièces polaires. — Induit : denté, à encoches, enroulements. — Collecteur. — Balais, caractéristiques et emplois ; densité de courant, chute de tension au contact. — Alternateurs. — Généralités. — Alternateurs multipolaires. — Enroulement des alternateurs. — Alternateurs à inducteurs tournants. — Enroulement : ondulé, imbriqué. —Alternateurs polyphasés. — Enroulement en tambour.
  - — Fréquence du courant alternatif. — Disposition des inducteurs. — Groupement en triangle et en étoile. — Réaction d’induit. —• Caractéristiques des alternateurs : caractéristique à circuit ouvert ; caractéristique externe.
  - — Puissance des alternateurs. — Couplage des alternateurs. — Indicateur
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  - Pages.
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  - TABLE DES MATIÈRES
  - Pages.
  - de phase. — Fréquencemètres. — Construction des alternateurs. — Stator.
  - — Rotor. — Alternateurs de différentes puissances. — Montage. —Bobinage.
  - — Ventilation des alternateurs........................................... 291
  - CHAPITRE XVIII
  - USINES GÉNÉRATRICES D’ÉLECTRICITÉ
  - Variations de la consommation des usines électriques. — Interconnexion des centrales. — Le load dispatcher. — Les centrales thermiques. — Description de la centrale de Gennevilliers. — La chaufferie. — Divers types de foyers mécaniques. — Disposition générale des divers services. — Les turbines à vapeur : turbines d’action ; turbines de réaction. — Les centrales hydroélectriques. — Les turbines hydrauliques : turbines radiales, turbines axiales, turbines mixtes. — Centrales thermiques ou centrales hydrauliques. — Appareillage électrique des centrales : sectionneurs. — Coupe-circuit haute tension. — Interrupteurs et disjoncteurs. — Interrupteurs à cornes. — Interrupteurs dans l’huile. — Conditions de fonctionnement et de commande. 346
  - CHAPITRE XIX
  - TRANSFORMATION ET CONVERSION DU COURANT ÉLECTRIQUE
  - Transformateurs. — Principe. — Propriétés fondamentales. — Réalisation des transformateurs. — Transformateurs à noyau, transformateurs cuirassés. — Vieillissement des tôles. — Constitution du circuit magnétique. — Constitution des bobines.—Transformateurs dans l’huile. — Refroidissement naturel, par circulation d’eau. — Transformateurs triphasés. — Couplage des transformateurs.— Auto-transformateur.— Installation des transformateurs. — Dispositifs de protection. — La bobine de Ruhmkorff. — Principe du fonctionnement. — Divers modes de rupture du courant : rupteur Carpentier, rupteur Foucault, turbine à mercure. — Interrupteurs électrolytiques : Wehnelt, Simon. — Commutatrices à deux ou un enroulement. — Dynamo omnibus. — Redresseurs de faible puissance. — Soupape Soulier. — Redresseur Rosengart. — Soupapes électrolytiques : Nodon, Graetz. — Redresseur à pointe. — Soupape de Villard. — Redresseur à contact tournant. — Redresseurs à vapeur de mercure. — Principe. — Forme du courant redressé.
  - — Réalisation pratique. — Convertisseurs de faible puissance en verre ou en quartz. — Convertisseurs métalliques de grande puissance. — Difficultés à vaincre : étanchéité, réalisation du vide. — Constitution de l’anode. —
  - — Amorçage. — Mesure du vide. — Le redresseur kénotron de Dusham. —
  - Le redresseur Tungar......................................... 3^7
  - CHAPITRE XX
  - TRANSPORT DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE A DISTANCE
  - Historique. — Avantages des courants à haute tension. — Lignes aériennes. — Pylônes. — Isolateurs. — Protection des lignes. — Origine des surtensions.
  - — Bobines de Petersen. — Appareils de mise à la terre continue : parafoudres à jets d’eau. — Appareils de mise à la terre discontinue. —Montage. — Parafoudres à cornes ; parafoudres à rouleaux ; parafoudres électrolytiques à aluminium ou à plomb. — Bobines de self-induction. — Installation des postes de protection.. — Lignes souterraines. — Isolement des conducteurs.
  - — Câbles à 60 000 volts. — Refroidissement des conducteurs souterrains. —
  - Installation des lignes souterraines............................ 424
  - CHAPITRE XXI
  - DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Les sous-stations. — Stations de faible puissance. — Stations de grande puissance. — Stations automatiques : principe du fonctionnement. — Distri-
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- - TABLE DES MATIÈRES
  - 809
  - Pages.
  - bution de l’énergie électrique. — Courant continu. — Distribution en dérivation, en boucle, par feeders, distribution à trois fils. — Courant alternatif diphasé, distribution à quatre fils, à trois fils. — Courant alternatif triphasé : distribution en triangle, en étoile. — Courants tétraphasés, divers modes de couplage des circuits. — Compteurs. — Compteurs électrolytiques. — Compteurs électromécaniques. — Classification. — Compteurs à moteurs magnéto-électriques, genre O’Keenan ; compteurs à moteurs dynamoélectriques, genre Elihu Thomson ; compteurs à moteurs à induction ou à champ tournant, genre C. A. C., Ferrari. — Compteur Sangamo à mercure. — Compteurs oscillants, genre Aron. — Compteurs à tarifs multiples, à dépassement. — Étalonnage des compteurs. — Sensibilité.............................. 444
  - TROISIÈME PARTIE
  - APPLICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ
  - CHAPITRE XXII
  - GÉNÉRALITÉS SUR LES INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES
  - Les conducteurs électriques de distribution. — Constitution. — Jonction. — Supports de lignes. — Isolateurs. — Moulures. — Tubes Bergmann. — Nègles à observer dans les installations intérieures. — Les fusibles. — Caractéristiques. — Forme. — Les coupe-circuits unipolaires à barrette mobile, sur coffret, en tubes isolants. — Les interrupteurs. — Interrupteurs pour faible intensité, à balais, à bascule. — Interrupteurs industriels à rupture brusque.
  - — Interrupteurs pour très grandes intensités, à lames multiples ; interrupteurs dans l’huile. — Disjoncteurs industriels dans l’air, dans l’huile, à maxima, à minima, à retard. — Cataracte de mercure, retardeurs. — Disjoncteurs ultra-rapides. — Rhéostats à variation continue. — Rhéostats industriels. — Les appareils de mesure. — Ampèremètres et voltmètres à cadre mobile (Desprez-d’Arsonval), électrodynamiques, thermiques, à fer doux, à induction, électrostatiques. — Montage des appareils de mesure. — Tableaux. — Schémas d'installations domestiques usuelles..... 465
  - CHAPITRE XXIII L’ÉCLAIRAGE
  - Historique des procédés d’éclairage. —- Rappel des lois du rayonnement thermique ; loi de Kirchoff, loi de Stephan-Boltzmann, loi de Wien. — Sensibilité de l'œil aux diverses radiations. — Expériences de Nutting. — Les diverses solutions du problème de l’éclairage. — Lampes à incandescence à filament de charbon, d’osmium, de tantale, de tungstène. — Comparaison.
  - —~ Lampes à filament et atmosphère gazeuse : lampe demi-watt. -— Construction des lampes à incandescence. — Fabrication du filament. — Procédés indirects : nourrissage simple, suivi de décarburation, par substitution. — Procédés directs : filage, étirage. — Les perfectionnements récents, par étirage à partir d'un seul cristal. — Fabrication de l’ampoule. — Montage du filament dans l’ampoule. — Formes des lampes à incandescence. — La lampe Nernst. — Propriétés électriques des terres rares. — Résistance de chauffage auxiliaire. — Les lampes à arc. — Mécanisme de l’arc électrique. — Différents procédés d’augmentation du rendement des arc : arcs enfermés ; arcs à flammes. — Les charbons des lampes à arc : minéralisés, homogène, à zones. — Les lampes à arcs métalliques. — Arcs entre métaux dans le vide. — Industrie des charbons électriques. — Charbons agglomérés. — Charbons graphités. — Les colorants. — Fonctionnement d’un arc électrique. — Dispositifs de réglage. — Montages en série, en dérivation, différentiel.— Description de quelques lampes à arc. — Régulateurs Pilsen, Brianne, A. E. G. — Lampes Bremer, Beck, Bond on, C. G. E. — Les lampes de grande puissance.
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  - TABLE DES MATIÈRES
  - Pages.
  - — Lampes de projection à filaments métalliques. — 'Lampes à arcs de projection à réglage à la main. — Lampes de projecteur Sperry. —Lampes à gaz lumineux. — Lampe Cooper-Hewitt à mercure. — Mode de fonctionnement. — Dispositifs d’allumage : Weintraub, Bodde. — Lampes Bastian
  - \ct Salisbury, Heraues, Lumière. — Fonctionnement en courant alternatif. —
  - Tube de Moore, soupape de Moore. — Tubes à gaz rares de Claude. — Caractéristiques électriques des diverses lampes électriques. — Larhpe à filament de carbone. — Lampe à filament de tungstène. — Lampes à atmosphère gazeuse. — Lampes à arc. —- Lampes à vapeur de mercure. — Tubes de Moore et Claude. —Caractéristiques photométriques des diverses lampes électriques.
  - —- Facteur physiologique. — Rendement lumineux des diverses lampes. — Répartition du flux lumineux des lampes ordinaires à filament, des lampes demi-watt, des lampes à arc nu ou sous globe. •—- Le problème de la distribution des foyers lumineux. Influence de l’éclairage sur les conditions de travail. — Choix des lampes à incandescence. — Règles pratiques pour l’établissement d’un projet d’éclairage, exemples........ 491
  - CHAPITRE XXIV
  - APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ. — LES MOTEURS
  - Réversibilité des génératrices. — Moteurs à courant continu. — Généralités. — Calage des balais. — Force contre-électromotrice. — Conditions au démarrage. — Rendement. — Vitesse de rotation. — Puissance. — Caractéristiques. — Moteur série. — Moteurs shunt. — Moteurs compound. — Caractéristiques de chacun d’eux. — Moteurs à courant alternatif. — Moteurs synchrones. — Principe de fonctionnement. —• Accrochage. — Indicateurs de phases. — Moteurs asynchrones. — Moteurs d’induction. — Champs tournants. — Moteurs à cage d’écureuil. — Moteurs à enroulement. — Moteurs à collecteurs. — Moteurs série, moteurs universels. — Moteurs à répulsion. — Moteurs Deri. — Moteurs Latour............................ 57°
  - ' CHAPITRE XXV LA TRACTION ÉLECTRIQUE
  - Avantages de la traction électrique. — Le problème de l’électrification des chemins de fer. — Les systèmes en présence : traction par courant alternatif triphasé ; par courant alternatif monophasé ; par courant continu. — Avantages et inconvénients de chaque système. — La captation du courant. — Alimentation par fil aérien ; mode de suspension et d’isolement. — Dispositif de prise du courant : trolley, archet. — Alimentation par caniveau. — Dispositif de prise du courant. — Alimentation par troisième rail.;— Suspension caténaire. — Les moteurs de traction. — Les locomotives électriques.
  - — Liaison des moteurs aux châssis. — Les systèmes de transmission de la
  - puissance motrice. — Les organes de régulation. — Les controllers. — La traction par unités multiples. — Le freinage des trains électriques. — Freinage électromagnétique. — La traction par accumulateurs. — La propulsion électrique des navires. — Le halage électrique et magnétique sur les rivières et canaux. — Organes auxiliaires de manœuvre : les cabestans électriques .................... ........................................ 5s4
  - CHAPITRE XXVI
  - APPLICATIONS THERMIQUES DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
  - Divers modes de transformation de l’énergie électrique en chaleur. — Effet Joule. — Diverses compositions des résistances. — Arc électrique. — Divers types de fours électriques. — Effets d’induction. — Applications domestiques. — Fer électrique, réchauds, appareils à ébullition, radiateurs. — Prix de revient du chauffage électrique des appartements, de la cuisine, des
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- - TABLE DES MATIÈRES
  - 811
  - , . ir cige-a,
  - bains. — Les appareils à accumulation. — La tarification de l'énergie élec-trique pour les applications domestiques. — Conditions de réception imposées pour les divers appareils. — Applications dans les laboratoires. — Étuves.
  - — Fours et moufles électriques. — Fours électriques à vide. — Applications industrielles. — Fours à recuire. — Four Gin à résistance. — Construction des appareils à résistance. — Coefficient de profil. -— Coefficient de montage.
  - -— Exemples. — Les fours à arc. — Fours Stassano, Hérault, Girod, Keller. —
  - Fours pour la fixation de l’azote. — Conditions à remplir. — Fours Ivowalski et Moscicky, Paulig, Birkeland et Eyde. — Les fours à induction. — Fours Kjellin, Rôchling-Rôdenhauser, Gin, Saladin. — Les fours à haute fréquence de Northrop. — La soudure électrique par arc. — Caractéristiques pratiques, résultats. — La soudure électrique par résistance, par rapprochement, par points, continue. — Rendement. — Fers à souder électriques. . . . 624
  - CHAPITRE XXVII
  - APPLICATIONS CHIMIQUES DE L’ENERGIE ÉLECTRIQUE
  - Généralités. — Les actions chimiques produites par l’énergie électrique ; élec-trolyse, actions calorifiques. — Avantages des procédés électrochimiques. — Applications de l’électrolyse aqueuse. — Électrolyse des chlorures alcalins.
  - — Produits obtenus. — Méthodes de préparation de la soude : au mercure ; avec diaphragme ; avec circulation. — Appareils Kastner Kellner, Solvay, Outhenin-Chalandre, Griesheim-Elektron ; Hargraves, Bird, Townsend.
  - — Préparation des hypochlorites. — Procédé Hermite. — Préparation des chlorates. — Électrométallurgie du cuivre. — Raffinage. — Principe de la précipitation des diverses impuretés. — Procédé Elmore. — Procédé Cowper-Coles. — Extraction des métaux de leurs minerais. -— Électrométallurgie de l’or et de l’argent: — Rappel de la métallurgie de l’or. — Procédé Siemens et Halske. — Affinage et récupération de l’or. — Électro-zincage. — Cuivrage. — Nickelage. — Appareil Delval et Pascalis. —- Argenterie. — Dorure. — Galvanoplastie. — Électrométallurgie de l’aluminium. . . 670
  - CHAPITRE XXVIII TÉLÉGRAPHIE ET TÉLÉPHONIE
  - Principe du télégraphe. — Montage duplex différentiel. — Montage duplex en pont. — Télégraphe multiple. — Principe du répartiteur. — Télégraphe à enregistrement optique. — Alphabet Morse. — Le manipulateur. — Lecture au son. — Enregistrement des signaux. — Transmission mécanique. •— Les ‘ relais, relais simples, relais polarisé. — Le télégraphe Hughes. — Le télégraphe Baudot. — Le télégraphe Pcllak et Virag. — Rendement des divers systèmes. — Transmissions sous-marines. — Temps caractéristique. •—
  - Mode d’établissement du courant dans un câble sous-marin. — Le siphon recorder de Kelvin. — Inscription des signaux. — Montage électrique des câbles sous-marins/— L’isolement des câbles télégraphiques. — Les perturbations : courants telluriques. — Principe de la téléphonie. — Le téléphone Bell. — Ses perfectionnements : microphone de Hughes, montage d’Edison. —
  - Ordre de grandeur des phénomènes téléphoniques. — Les transmetteurs. — Microphone Ader. — Microphone à grenaille de charbon. — Microphone Solid-back. — Les récepteurs. — Récepteur Ader. — Les monophones. —
  - Les sonneries : sonnerie ordinaire, sonnerie polarisée. — Montage des sonneries polarisées. •— La magnéto d’appel. — Montage des magnétos. — Constitution d’un poste téléphonique. — Le fonctionnement des postes téléphoniques. — Les centraux. — Central à batterie locale. — Central à batterie centrale. — Les annonciateurs. — Les jacks. — Les standards. — Téléphone à batterie centrale. — Montage des postes. — Lampes d’appel. Les multiples : multiples simples, multiples à plusieurs bureaux centraux. — Répartiteurs. •— Le téléphone automatique. — Principe du fonctionnement.
  - — La téléphonie privée. — Poste simple. — Montages divers. •— La télé-
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- - 8l2
  - TABLE DES MATIÈRES
  - graphie et la téléphonie sans fil. — L’émission. — Oscillateur ouvert. — Modes d’excitation de l’antenne. — Montage Tesla. — Montage Oudin. —• Ondes entretenues. — Arc chantant de Duddell. — Alternateurs de haute fréquence. — Lampe à trois électrodes. — Propagation des ondes. — Forme de l’onde à grande distance. — Les ondes courtes. — La réception. — Principe de la réception. — Syntonisation. — Détecteurs. — But de la détection. — Principaux détecteurs : cohéreur, détecteur magnétique. — Détecteur électrolytique. — Valve de Fleming. — Détecteur à cristal. — Lampe à trois électrodes. — L’amplification. — Constitution d’un poste récepteur. — Montage. — La méthode hétérodyne.—La méthode superhétérodyne. — L’avenir des transmissions sans fil........................................................
  - CHAPITRE XXIX ÉLECTRICITÉ MÉDICALE
  - Les divers courants employés en médecine. — Terminologie médicale. — Le courant continu : production, application. — Pile Marié-Davy au bisulfate de mercure. — Les courants faradiques. — Bobines de Ruhmkorff. — Magnéto faradique. — Le courant ondulatoire. — Les courants statiques. — Les courants à haute fréquence. — La radiologie. — Dispositif Tesla. — Dispositif d’Arsonval. — Utilisation des courants de haute fréquence. — D’Arsonvalisation. — Effluvation. — Courants de Oudin. — Montages Oudin, O’Farrell, Lebailly, Rochefort. — Radiographie. — Divers types d’ampoules. — Contrôle du vide. — Spintermètre. — Radiochromomètre de Benoît.—Inten-sionomètre. — Dosimètre Dauviller. —Réglage du vide. — Osmorégulateur de Villard. — Régulateur à étincelles. — L’ampoule Coolidge. — Diverses formes. — Construction des ampoules à rayons X. — Divers montages radiologiques. — Les courants redressés à 250 000 volts. — Protection contre les rayons X. — Les électro-aimants médicaux.....................
  - Table alphabétique,
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  - Pages.
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  - 75s
  - 791
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  - Cours d’électricité
  - à l’usage de l’Enseignement supérieur scientifique et technique
  - Par G. BRUHAT
  - Professeur à la Faculté des Sciences de l’Université de Lille.
  - Un volume grand in-8° raisin de 712 pages avec 518 figures. . . 70 fr-
  - Ce livre contient les connaissances scientifiques suffisantes et nécessaires pour comprendre réellement le mécanisme des applications de la science à l’industrie.
  - D’un niveau scientifique élevé que l’on ne trouve pas dans les cours de sciences appliquées, ce cours d’électricité, que l’auteur a voulu également expérimental, permettra d’aborder avec fruit une étude d’électro-technique et familiarisera le lecteur avec la signification physique des lois fondamentales.
  - Cours de thermodynamique
  - à l’usage de l’Enseignement supérieur scientifique et technique
  - Par G. BRUHAT
  - Un volume grand in-8° raisin de 408 pages avec 15g figures. . 55 fr*
  - La première partie du livre est consacrée à la définition des notions fondamentales ; réversibilité des transformations, travail, température, quantité de chaleur. Un chapitre est consacré à l’étude expérimentale du réseau d’isothermes des gaz réels.
  - Dans la deuxième partie, la plus importante, on trouvera Y étude des ;principes. Si l’auteur les considère comme des postulats, qu’il faut poser a priori sous forme d’énoncés précis, susceptibles d’une traduction mathématique immédiate, il indique les différentes traductions mathématiques qu’on peut en donner et montre leur application en exemples concrets.
  - La troisième et la quatrième partie renferment l’étude thermo-dynamique de l’équilibre d’un corps pur et du rayonnement par incandescence.
  - L’ouvrage se termine par quelques notions sur les machines industrielles.
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- - MASSON ET C1(\ ÉDITEURS — PARIS
  - CHIMIE
  - INDUSTRIELLE
  - La grande industrie chimique Les métalloïdes et leurs composés Les métaux et leurs sels Industries organiques
  - Par Paul BAUD
  - deuxième édition entièrement refondue
  - Un volume grand in-8° raisin de 1022 pages avec 331 figures . . 100 lu
  - Sans modifier le plan primitivement adopté, M. Baud a refondu son ouvrage pour en accentuer le'côté purement technique. Il s’adresse donc sous cette forme non seulement aux élèves des Grandes Écoles des Facultés et des Instituts techniques, mais encore aux ingénieurs. Certains chapitres ont été écrits à l’usine même, toutes les phases d'une fabrication : oléine, soude, cyanamide calcique, superphosphate minéral, coke métallurgique, gaz d’éclairage, air liquide, verre à vitres, ciment, aluminium, acier, or, radium, pâte à papier, sucre de betterave, alcool de mélasse ou de matières amylacées, brasserie, huile d’olive, etc. De nouveaux chapitres ont été consacrés aux produits pharmaceutiques et au caoutchouc.
  - « L’auteur a eu la hardiesse d’unir l’art du chimiste avec la technique de l’ingénieur... Je crois que depuis le Dictionnaire de chimie industrielle d’Aimé Girard et Barreswill, les leçons de Girardin et le traité de Payen, personne n’avait osé aborder
  - mblable ouvrage... » Léon Lindet, de l’Institut
  - [Bulletin de la Société d’Encouragement pour l’Industrie nationale.)
  - « L’auteur au courant des procédés les plus récents, n’a pas hésité à entretenir ses lecteurs de procédés encore à l’étude... Je ne doute pas que cet ouvrage ne rende de Précieux services à nos étudiants et ne contribue à faire mieux connaître et apprécier une science appliquée dont le rôle social va en grandissant tous les jours. »
  - C. Matignon, de l’Institut. (Chimie et Industrie.)
  - « Livre d’étude très maniable et source de renseignements précis, l’ouvrage est, dans son ensemble, tout à fait réussi; la cause en tient, pour une bonne part, à ce fait que son auteur est au courant, de la chimie et aussi de la physique théoriques. »>
  - Marcel Boll. [Le Mercure de France.)
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- - MASSÔN ET C‘e, ÉDITEURS — PARIS
  - ENCYCLOPÉDIE LÉAUTÉ
  - DEUXIÈME SÉRIE
  - Directeurs : MIVI. André LÉAUTÉ et Jean VILLEY
  - Créée pour apporter une contribution efficace à la collaboration de la Science et de l’Industrie, cette nouvelle collection a la prétention, non pas de constituer une encyclopédie complète et méthodique, mais de faire paraître des ouvrages d’un caractère scientifique de premier ordre sur les questions industrielles que leur évolution récente, technique ou économique, met à l’ordre du jour.
  - L’Azote
  - La Fixation de l’Azote atmosphérique et son avenir industriel
  - Par Louis HACKSPILL
  - Professeur à la Faculté des Sciences de l’Université de Strasbourg.
  - 1922. i vol. de 272 pages avec 39 figures dans le texte. 18 fr-
  - Les Progrès de la Métallurgie du Cuivre
  - Par Auguste CONDUCHÉ
  - Professeur à la Faculté des Sciences de Rennes.
  - Paris, 1922. 1 vol. de xvi-254 pages avec 26 figures dans le texte. 18 fr-
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- - MASSON ËT C‘B, ÉDITEURS — PARIS
  - ENCYCLOPÉDIE LÉAUTÉ
  - DEUXIÈME SÉRIE
  - LES PROCÉDÉS MODERNES DE L’INDUSTRIE DU GAZ
  - I. — Distillation de la houille
  - Par
  - René MASSE et Auguste BARIL
  - Ancien président du Syndicat Sous-directeur de la Société
  - rofessionnel de l’Industrie du gaz. d’ÊcIairage, Chauffage et Force motrice.
  - Paris, 1923. 1 vol. de 300 pages avec 77 figures dans le texte. . . 25 fr.
  - II. — Traitement des produits et sous-produits de la distillation de la houille
  - Par MM. René MASSE et Auguste BARIL
  - Paris, 1923. 1 vol. de 308 pages avec 115 figures dans le texte. . 25 fr.
  - Les combustibles liquides
  - leur avenir industriel, leur utilisation, leur contrôle
  - Par M. AUBERT
  - Chef de travaux pratiques à la Faculté des Sciences de Paris,
  - Paris, 1924. 1 vol. de 368 pages avec 60 figures.30 fr,
  - ViGNKRON. — Électricité.
  - 52
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- - MASSON ET C‘«, ÉDITEURS
  - PARIS
  - ENCYCLOPÉDIE LÉAUTÉ
  - DEUXIÈME SÉRIE
  - LES ÉCONOMIES DE COMBUSTIBLES
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  - Conduite rationnelle des foyers
  - Par Pierre APPELL
  - Secrétaire général de l’Office central de chauffe rationnelle
  - 1923. i vol. in-8 de xiv-342 pages avec 72 figures..22 fr.
  - LES ÉCONOMIES DE COMBUSTIBLES
  - Combustibles inférieurs et de remplacement
  - Par Pierre APPELL
  - I926. 1 vol. de 204 pages avec 45 figures .25 fr-
  - La Distillation du Bois
  - v . ‘>2 J -
  - Par G. DUPONT
  - Professeur à la Faculté des Sciences de Bordeaux.
  - 1924. I vol. de 284 pages avec 50 figures
  - 32 fr-
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- - MASSON ET C*e, ÉDITEURS
  - PARIS
  - ENCYCLOPÉDIE LÉAUTÉ
  - DEUXIÈME SÉRIE
  - #• • It-
  - Carburation et Carburateurs
  - Par Léon POINCARÉ
  - Ingénieur du génie maritime, ingénieur de l’aéronautique.
  - J925. i vol. de 284 pages avec 80 figures dans le texte
  - 27 fr.
  - Les Essences de Térébenthine
  - Par G. DUPONT
  - Professeur à la Faculté des Sciences de Bordeaux.
  - 1926. I vol. in-8 de 332 pages avec 52 figures dans le texte. ... 30 fr.
  - Les Automobiles sans Pétrole
  - L’Alcool d’industrie
  - Par M. RICHARD
  - Professeur de Chimie organique à la Faculté des Sciences de Bordeaux, directeur
  - de l’École de chimie.
  - 1927- Un vol. in-8 de 224 pages avec 34 figures.
  - 18 fr.
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- - MASSON ET C‘e, ÉDITEURS
  - PARIS
  - ENCYCLOPÉDIE LÉAUTÉ
  - DEUXIÈME SÉRIE
  - Les Progrès de la Fonderie moulage et fusion
  - Par M. DERUELLE
  - Secrétaire de l’Association technique de fonderie.
  - 1926. i vol de 256 pages avec 102 figures.......27 fr.
  - 1
  - L’Éclairage
  - Solutions modernes des problèmes d’éclairage industriel
  - Par E. DARMOIS
  - Professeur à la Faculté des Sciences de Nancy.
  - 1923. i volume in-8 de 276 pages..........13 fr-
  - Les réserves d’énergie
  - Par M. RIQAUD
  - Ingénieur des Mines.
  - 1926. i vol. in-8 de 296 pages avec 7 figures...
  - 36 fr.
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  - Les Races et les Peuples de la terre
  - Par J. DENIKER
  - Docteur ès sciences, Bibliothécaire du Muséum d’histoire naturelle.
  - deuxième édition revue et considérablement augmentée
  - Un volume de 750 pages avec 30 figures et 2 cartes. Broché . . . 80 fr.
  - Relié toile.........................................................95 fr.
  - L'auteur a condensé les données essentielles de deux sciences jumelles, l’anthropologie et l’ethnographie, et les a rendues accessibles à la fois aux professionnels et à tous ceux chez qui la culture générale crée le désir de posséder une mise au point d’ensemble de ce qu’est, pour l’ensemble de l’humanité, le problème des races et des mœurs.
  - L’Art et la Religion
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  - des hommes fossiles
  - Par G.-H. LUQUET
  - Un volume de 234 pages avec 119 figures...........32 fr.
  - Se basant sur es faits actuellement connus, sur les traces matérielles laissées par les hommes disparus et sur les mentalités primitives analogues à la leur, l’auteur dresse le bilan de nos connaissances sur l’art et la religion des premiers hommes.
  - Le goût des choses préhistoriques se répand de plus en plus dans le grand Public ; mais seuls l’intéressent les travaux qui reposent sur des bases vraiment scientifiques.
  - La Presse du monde entier a consacré à ces deux grands ouvrages, Les Races et les Peuples de laTerre et L’Art et la Religion des hommes fossiles, des articles étendus ; non seulement elle les désigne comme source de documentation aux savants, aux sociologues, mais elle les recommande à tous ceux qu’intéressent, à côté des questions d’anthropologie physique, les origines religieuses et morales de l’humanité.
  - Le caractère attrayant de cet ouvrage se trouve accru par une illustration particulièrement abondante et soignée.
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  - LA T. S.' F. DES AMATEURS
  - TÉLÉGRAPHIE — TÉLÉPHONIE
  - Par F. DUROQUIER
  - Septième Édition
  - Revue, mise à jour et complétée.
  - Un volume in-16 de 390 pages avec 369 figures.15 fr.
  - Cet ouvrage est recherché parce qu’il est pratique et à la. portée de tout le monde et parce qu’il constitue un cours complet de T. S. F. d’une valeur vraiment scientifique. Il est abondamment illustré.
  - LA T. S. F. DES USAGERS
  - TOUTES LES INDICATIONS INDISPENSABLES POUR ENTENDRE LES RADIO-CONCERTS SANS AUCUNE CONNAISSANCE TECHNIQUE
  - Par P. HÉMARDINQUER
  - Ingéuieur-Électricien.
  - Préface de M. Louis LUMIÈRE
  - Membre de l’Institut.
  - Un volume de 136 pages avec 80 figures...........10 ff-
  - \M. Hémardinquer, dont les nombreux ouvrages plus techniques s’adressaient aux amateurs, a su grouper exclusivement dans ce petit livre —; dont la lecture peut être effectuée par tous, quel que soit le degré d’instruction ou V cége — tout ce qu’il est nécessaire de savoir pour choisir tout d’abord un modèle de poste récepteur, l'installer ensuite avec ses accessoires, le régler pour en obtenir les résultats maxima au point de vue intensité et pureté de l’audition, et enfin prendre toutes les précautions nécessaires pour 1 ’entretenir avec le minimum de frais et diminuer les risques de détérioration.
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  - T. S. F. - LA PRATIQUE RADIOÉLECTRIQUE
  - TOURS DE MAIN ET RECETTES
  - Par P. HÉMARDINQUER
  - Un volume de 284 pages avec 252 figures.12 fr.
  - Conçu et écrit simplement, mais sous une forme de haute vulgarisation, cet ouvrage a été écrit par un amateur qui a pu se rendre compte par lui-même des avantages des différents systèmes de réception et des difficultés que peuvent rencontrer les amateurs dans leurs montages ou leurs mises au point. Tous les problèmes devant être résolus par la bonne construction et le bon rendement des appareils sont donc traités dans ce livre.
  - CENT PROBLÈMES PRATIQUES DE T. S. F.
  - Par P. HÉMARDINQUER
  - Un volume de 162 pages avec 100 figures................. 8 fr.
  - Tous les phénomènes particuliers susceptibles d’etre observés pendant le fonctionnement des appareils ne peuvent être décrite dans un manuel. Que fera l’amateur embarrassé par une difficulté nouvelle? Il s adressera uu service des renseignements radiotechniques de son journal, et attendra lu réponse...
  - M. Hémardinquer condense dans ce petit livre l’essentiel des problèmes se rapportant à l’établissement, à l’entretien, à la réparation d’un poste et de ses accessoires.
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- - MASSON ET (Me, ÉDITEURS — PARIS
  - LA NATURE
  - REVUE DES SCIENCES ET DE LEURS APPLICATIONS A L’ART ET A L’INDUSTRIE
  - Par la perfection de son service de Renseignements et d’Informations techniques, La Nature suit le mouvement des idées, les progrès de la recherche scientifique, les perfectionnements techniques ainsi que les transformations économiques et les améliorations pratiques qu’ils provoquent.
  - L’intérêt de La Nature est dû à l’étendue du domaine qu’elle explore, qui va des Mathématiques, de la Physique et de la Chimie pures, des Sciences naturelles, à la T. S. F., à la Photographie, aux Appareils domestiques, aux Recettes utiles pour l’atelier, le laboratoire, la maison, la campagne.
  - La Nature publie des articles accompagnés d’illustrations nombreuses et artistiques.
  - Les faits scientifiques saillants de la quinzaine sont présentés dans une page de photographies, véritable musée d’images.
  - Par son service de Renseignements et son Laboratoire, La Nature donne à ses abonnés, dans la Boîte aux Lettres et les Recettes, les renseignements les plus variés et les plus utiles.
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