Bulletin de l'Union des ingénieurs et de l'Association des anciens élèves du Conservatoire national des arts et métiers

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  - BULLETIN DE L'UNION DES INGÉNIEURS ET DE L'ASSOCIATION DES ANCIENS ÉLÈVES DU
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  - N° 6 - NOVEMBRE-DECEMBRE 1952
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- - N° 6 — Novembre
  - Décembre 1952
  - BULLETIN DE L'UNION DES INGENIEURS
  - Le numéro : 50 francs ET DE L’ASSOCIATION
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  - SOMMAIRE
  - — Bienvenue ...................................
  - —• Entretien du mouvement des pendules par
  - 5
  - action électromagnétique directe, par Edouard
  - LEFRAND
  - 7
  - 15
  - — La vie de l’Union des Ingénieurs C.N.A.M . .
  - — La vie de l’Association des Anciens Elèves
  - C.N.A.M
  - 17
  - Les opinions émises dans ce Bulletin n’engagent que la personnalité de leur auteur —
  - Comme à chaque rentrée scolaire, 130 nouveaux membres sont venus augmenter les effectifs de nos Associations depuis les vacances. Nous sommes heureux de les accueillir et leur souhaitons de trouver dans nos différentes sections, les activités qui les intéressent. Si la division en sections est utile, elle ne doit pas gêner les contacts entre sections et chaque membre peut participer aux réunions, visites, conférences, organisées dans d’autres spécialités.
  - C’est le meilleur moyen de resserrer nos liens d’amitié.
  - LA REDACTION.
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- - ENTRETIEN DU MOUVEMENT DES PENDULES PAR ACTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE DIRECTE
  - par Edouard Lefrand
  - Professeur au Conservatoire National des Arts et Métiers
  - Monsieur ie Professeur Lefrand, infatiguabie chercheur, a conduit à bien de nombreux travaux inédits. Il s’est penché sur la théorie des champs tournants et sur quelques-unes des applications qui pourraient en découler. La présente étude est re'ative à une de ces applications : la mesure continue du temps.
  - SNTERET DES PENDULES EN METROLOGIE.
  - De nombreuses mesures peuvent être effectuées avec, un matériel simple, et souvent avec un précision suffisante, si l’on sait réaliser une rotation dont la vilesse angulaire est sensiblement constante.
  - Cette rotation permet, par exemple, la mesure du temps (horloges) et l’étude de grandeurs varianl dans le temps (appareils munis de cylindres enregistreurs).
  - Pour obtenir des rotations constantes, ou pouvant être considérées comme telles, on a commandé directement ou indirectement les rotations désirées par des pendules. Ce procédé n’est pas le seul dont on puisse disposer, ni le plus précis, mais c’est un procédé relativement simple. Pour cette raison, il est d’un emploi fréquent.
  - Les pendules utilisées sont de deux espèces : les pendules alternatifs et les pendules coniques.
  - PENDULE ALTERNATIF — PENDULE CONIQUE.
  - A un point fixe O est suspendue par un fil; de masse négligeable souple et inextensible, une très petite masse m. Soit 1 la longueur du fil. Appelons X Y l’axe vertical qui passe par O. Ce système est un pendule simple (fig. 1).
  - Ce pendule peut osciller dans un plan vertical passant par X Y ; c’est alors un pendule simple alternatif. Nous désignerons alors par 0 l’angle maximum que fait le fil avec X Y.
  - Si la masse m tourne, dans un plan horizontal, autour de XY, le pendule est un pendule conique. © sera l’angle constant fait par le fil avec XY.
  - Foui' que le mouvement d’un pendule soit entretenu et que 0 soit constant, il serait nécessaire de subvenir exactement, à tout instant, à la puissance qu’il dissipe. Admettons que cela puisse être réalisé et que 1a. pesanteur et la force centrifuge soient les seules causes agissant sur l’angle 0.
  - La période du pendule alternatif est donnée approximativement par : '___
  - / 1 02
  - Ta = 2 77 y/ “ (1 +------) ;
  - V g 16
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- - X
  - la période du pendule conique est donnée approximativement par :
  - O
  - (les temps en seconde, les longueurs en mètre, les angles en radian).
  - Dans les deux modes de fonctionnement la période est une fonction de l’amplitude. Le pendule conique est (— 4) fois plus sensible que le pendule alternatif à une même variation d0 pour un même O donné.
  - m
  - Les pendules matériels que l’on peut réaliser ne sont pas des pendules simples théoriques, mais leur fonctionnement en diffère assez peu pour que l’on puisse souvent leur appliquer les lois des pendules simples. Quand on fait travailler un pendule, il se comporte comme un pendule libre si l’on compense à chaque instant la puissance qu’il perd.
  - Fig. 1 /
  - VARIATIONS ACCIDENTELLES DE ©.
  - L’angle 0 est, en régime stable, l’angle pour lequel la puissance perdue par le pendule est exactement compensée par la puissance qu’il reçoit.
  - Si la puissance reçue est supérieure à la puissance perdue, © croît, la puissance perdue s’accroît et la marche se stabilise. 0 décroît dans le cas contraire.
  - Quand un pendule entraîne un mécanisme, la puissance dépensée est employée pour vaincre la résistance de l’air et surtout les résistances mécaniques passives des mécanismes commandés. Or l’expérience montre que ces résistances passives sont instables. Dans les meilleurs mécanismes, les forces de frottement peuvent varier dans la proportion de 1 à 3 et cela d’une façon très capricieuse, donc imprévisible.
  - Pour entretenir le pendule à 0 constant, il faudrait que la puissance fournie puisse varier exactement comme la puissance exigée à vitesse constante par les résistances passives.
  - Cela est très difficile à réaliser.
  - Dans le cas particulier où le pendule ne commande pas directement un mécanisme, mais, par exemple, intercepte des rayons lumineux dirigés sur une cellule photoélectrique, la seule résistance passive à envisager est celle de l’air. Cette résistance, qui dépend de la masse spécifique de l’air, varie beaucoup moins vite et beaucoup moins profondément que celle due aux frottements mécaniques.
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- - Mais en général on doit se contenter d’une solution très imparfaite : on règle d’une façon plus ou moins saccadée la puissance fournie pour que sa valeur moyenne soit égale à la puissance moyenne perdue. Malheureusement, les deux puissances instantanées peuvent différer très sensiblement ; il s’ensuit que le fonctionnement du pendule est instable ; © varie continuellement. Les variations de 0 entraînent des variations de la période et, par suite, des variations de la vitesse angulaire instantanée et moyenne des mécanismes commandés. L’inertie des pièces mues peul atténuer les variations.
  - RECHERCHE DE L’ISOCHRONISME,
  - Le pendule alternatif est, nous l’avons vu, moins sensible que le pendule conique aux variations de 0 mais ce dernier, dont le mouvement est continu, se prête mieux à l’obtention de mouvements de rotation uniformes, observés pendant des temps courts (minute et moins).
  - Aussi, depuis longtemps, les savants et les techniciens ont-ils cherché à obtenir des pendules coniques dont la période est indépendante de 0.
  - Huygens a proposé, en 1658, un double pendule conique à axe tournant, théoriquement isochrome. Ce double pendule n’a cependant pas grand intérêt pratique. En effet, il est en équilibre indifférent pour une seule vitesse. Pour une vitesse supérieure 0 est maximum ; pour-une vitesse inférieure © est minimum. Il n’y a pas là, les éléments d’une correction ajustée, ni d’une régulation très précise.
  - Le problème de l’entretien des pendules coniques trouverait peut-être une solution parfois acceptable dans un moteur qui, automatiquement et suffisamment vite, réglerait son couple moteur sur le couple résistant qui' lui est opposé pour assurer au mécanisme entraîné une vitesse angulaire « moyenne » constante.
  - PRINCIPE D’UN DISPOSITIF PERMETTANT L’ENTRETIEN DES PENDULES PAR ACTION ELECTROMAGNETIQUE DIRECTE,
  - Soient 1 et 2 deux noyaux magnétiques droits verticaux, identiques, disposés parallèlement (fig. 2a).
  - Ces noyaux portent des enroulements excitateurs.
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- - Lorsque ces enroulements sont parcourus par des courants sinusoïdaux de même fréquence, décalés l’un sur l’autre dans le temps, les noyaux produisent dans l’espace environnant des flux magnétiques et d>2 sinusoïdaux, décalés, dans le temps, l’un sur l’autre comme le sont les courants excitateurs.
  - Admettons, par exemple, que le décalage est de 1/4 de période, avec dh en avance sur d?2.
  - Une pièce métallique P (plaque d’aluminium par exemple), maintenue au-dessus et près des pôles supérieurs des noyaux, est le siège d’un courant induit sinusoïdal distribué de façon complexe dans la plaque mais plus particulièrement dense en regard des pôles. Entre ce courant et les pôles, il s’exerce alors un système de forces électromagnétiques et l’expérience (fig. 3) montre que la valeur moyenne de la composante horizontale résultante de ce système n’est *pas nulle.
  - Si la plaque P est libre de se mouvoir dans le plan horizontal, on peut constater qu’elle se déplace du noyau qui émet le flux en « avance » vers le noyau qui émet le flux en « retard ». Par exemple, le sens L de déplacement est renversé lorsqu’on actionne l’inverseur dans le montage (fig. 3).
  - On peut expliquer cette expérience de plusieurs façons, mais aucune ne pénètre le mécanisme électromagnétique réel.
  - La façon la plus commode pour le but envisagé est la suivante :
  - Admettons que chacun des pôles agit sur la plaque comme s’il était seul.
  - Désignons par e,, et e2 les forces électromotrices induites par chacun des pôles, par i, et b les courants induits correspondants et par (pi et cp-, les déphasages de ces courants par rapport à leur tension
  - 10
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- - Prenons le point 0 comme origine et le sens trigoîiométrique comme sens des avances.
  - Le graphique des phases s’établit alors ainsi (fig. -la) :
  - OA est la phase de
  - OB est la phase de e, et de d»,
  - OC est la phase de e2 OD est la phase de h OE est la phase de i2
  - Ce graphique étant construit, en admettant que i, ei b sont des courants circulaires dont l’axe est celui du noyau qui les a produits, on peut décomposer les forces électromagnétiques en 4 forces principales (nous désignerons les forces par leur valeur moyenne) :
  - F, action de i, sur dh F. action de i2 sur d>a Fi2 action de i! sur du F21 action de i2 sur dq
  - Suivant que les angles entre flux et courants considérés sont inféra
  - rieurs ou supérieurs à — il y aura, en moyenne, attraction ou répulsion. 2
  - Les forces se présentent alors ainsi qu’il est indiqué fig. 4c et l’on conçoit que la moyenne de la composante horizontale ne soit, pas nulle.
  - Nous avons raisonné dans le cas où les courants excitateurs sont diphasés mais qualitativement il en serait de même pour un déphasage quelconque de ces courants.
  - Il est possible de faire agir successivement de nombreux pôles. Si l’on utilise des courants diphasés par exemple, on peut disposer en ligne 4 noyaux : 1, 2, 3, 4 (fig. 5a). 1 et 3 dont les enroulements sont de sens inverse seront excités par une des phases.
  - Il en sera de même, dans les mêmes conditions, pour 2 et 4 qui seront excités par l’autre phase.
  - Le graphique des phases est représenté fig. 5b.
  - Dans un tel dispositif, toutes les composantes horizontales moyennes s’ajoutent et, d’autre part, les pôles intermédiaires 2 et 3 travaillent Chacun deux fois (à gauche et à droite).
  - En diphasé, on peut multiplier, en ligne, indéfiniment, le nombre des pôles.
  - On verrait qu’il en est de même en triphasé.
  - Au lieu de disposer tous les noyaux en ligne, on peut les placer de façon à former une piste circulaire.
  - La. symétrie conduira à utiliser 4 pôles (ou un multiple de 4) en diphasé et 3 pôles (ou un multiple de 3) en triphasé. (Tous les pôles travaillent alors à gauche et à droite).
  - Avec une piste circulaire on pourra obtenir un mouvement circulaire indéfini.
  - Expérience (fig. 5c) : Soient 4 noyaux : 1, 2, 3, 4 disposés en carré, excités par des courants diphasés.
  - A un point fixe 0 de l’axe de ce système magnétique, suspendons par un fil une masse métallique P.
  - Ecartons cette masse de sa position d’équilibre et donnons lui une impulsion de sens convenable, perpendiculaire au plan vertical qui contient le fil. Elle tourne et on obtient un pendule conique dont le mouvement est entretenu par les forces électromagnétiques.
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- - Avec une même piste, il est possible d’obtenir un mouvement elliptique du pendule. Il suffit de rendre, par un frottement par exemple du pendule, la résistance passive plus grande, pour un déplacement de la masse P, dans un plan vertical, que dans le plan vertical perpendiculaire. On obtiendrait le même résultat en agissant sur la masse à mouvoir pour modifier l’action des forces motrices (traits de scie de direction convenable dans le métal induit).
  - On peut ainsi faire décrire à la masse une ellipse dans laquelle le grand axe vaut 20 fois le petit. Ce rapport permet facilement la commande des mouvements alternatifs des balanciers des horloges ordinaires.
  - INTERET D’UN TEL DISPOSITIF D’ENTRETIEN.
  - Ce mode d’entretien des pendules utilise directement l’énergie électrique ; il n’utilise pas de circuits résonnants et ne comporte pas de contacts périodiques. Seule la masse à mouvoir est en mouvement. La consommation d’énergie peut être sensiblement plus faible que celle de nombreux systèmes électromagnétiques qui obtiendraient les mêmes résultats.
  - Les enroulements excitateurs peuvent être alimentés par les réseaux urbains à courants alternatifs. Dans le cas de petites puissances « 200 watts) un réseau monophasé suffit. On sait en effet, par des procédés connus, nécessitant un matériel statique peu volumineux, obtenir des courants di ou triphasés à partir d’un courant monophasé.
  - Dans les limites habituelles des variations des réseaux de distribution (± 10 % sur la tension et sur la fréquence) les variations moyennes des vitesses angulaires obtenues actuellement sur des appareils
  - 1
  - réalisés sont inférieures à--—----, mesurées dans des temps compris
  - 10.000e
  - entre une minute et plusieurs jours.
  - MECANISME DE LA REGULATION.
  - En première approximation, on peut comprendre le mécanisme de la régulation de la façon suivante :
  - Quand la vitesse augmente, 0 augmente parce que la force centrifuge croît et, de ce fait, la masse induite se dégage du flux inducteur. Il y a débrayage progressif, doux et rapide. Il est rapide dans l’espace parce que les forces électromagnétiques mises en jeu varient très vite avec 0. L’induction dans l’espace où se meut la plaque P varie plus vite que l’inverse du carré de la distance aux pôles ; la composante utile de cette induction varie encore beaucoup plus vite et la puissance utile cédée au pendule est proportionnelle au carré de la composante utile de l’induction.
  - Cette explication permet de comprendre que la vitesse varie peu malgré les variations des réseaux, mais elle ne permet pas de comprendre que les variations de la vitesse angulaire obtenue soient si petites et mêmes qu’elles puissent être négatives.
  - L’expérience montre en effet qu’il est possible de faire des horloges qui retardent lorsque la tension d’alimentation croît. Ce fait peut être expliqué qualitativement et quantitativement en faisant intervenir toutes les forces y compris les forces électromagnétiques, agissant sur la masse du pendule.
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- - QUELQUES RESULTATS OBTENUS ACTUELLEMENT.
  - Plusieurs horloges ont été construites au Laboratoire d’Electricité Industrielle du Conservatoire. Elles sont actionnées par le dispositif électromagnétique indiqué. Les pendules moteurs sont alternatifs ou coniques. Alimentés sous 110 V, 50 hertz, monophasé, par le réseau alternatif qui dessert le Conservatoire, ces premiers modèles ont montré, pour des temps longs (1 heure et plus) une précision comparable à celle des bonnes horloges mécaniques. Ils sont naturellement supérieurs pour des temps courts (1 minute et moins). Leur consommation est de l’ordre de 2 watts. Fonctionnement et consommation peuvent être sensiblement améliorés.
  - Un pendule conique tournant à 1 tour par seconde et entraînant un disque percé de 50 trous équidistants, a permis, par interception d’un rayon lumineux frappant une cellule photo-électrique connectée à un amplificateur, d’obtenir une puissance électrique alternative à
  - 1
  - la fréquence moyenne de 50 hertz, à moins de -—---— près en obser-
  - 1.000e
  - vant pendant une seconde ou plus.
  - D’autre part, comme l’énergie nécessaire à l’entretien d’un pendule isolé est très faible et que les forces électromagnétiques s’exercent à distance, on peut, à distance relativement grande, entretenir le mouvement régulier ou varié de pendules isolés. Si l’on prend soin de dissimuler le système électromagnétique moteur, on obtient des mouvements mystérieux, dont la forme peut varier. Plusieurs modèles applicables à l’obtention d’effets publicitaires ont été réalisés.
  - REALISATIONS A ENVISAGER.
  - Hors des applications évidentes à la chronométrie et des applications à la publicité, la possibilité d’obtenir des courants de fréquences connues avec une grande précision, peut permettre d’améliorer de nombreuses mesures électriqus : inductances, capacités, hystérésis magnétique et diélectrique.
  - Il est possible de réaliser, avec un matériel relativement simple, des notes musicales avec une grande précision. Il est possible de faire des appareils donnant directement, pendant un temps quelconque, la moyenne de la tension d’un réseau électrique.
  - ' L’usage de générateurs amplificateurs (vitesse constante) peut être envisagé dans les mesures.
  - Dans la voie des mesures physiques, de nombreux essais méritent d’être tentés.
  - NOTE. — M. Marius Lavet, Ingénieur E.S.E. et A.M. a publié dans les « Annales de Chronométrie », numéro de Juin-Juillet 1952 (Bibliothèque du Conservatoire des Arts et Métiers) un article très documenté sur les pendules coniques et le procédé électromagnétique d’entretien direct.
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- - VIE DE L'UNION DES INGENIEURS C.N.A.M.
  - PROCHAINES REUNIONS DU BUREAU :
  - — Vendredi 5 Décembre à 21 h. — Salle L - C.N.A.M.
  - — Vendredi 9 Janvier à 21 h. — Restaurant Gaudoin, 6, boulevard de Sébastopol, à la suite du diner amical (19 h. 30) auquel prend part régulièrement une vingtaine de nos camarades.
  - COMPTE RENDU :
  - Nous reproduisons ci-dessous le texte de la lettre adressée à Monsieur le Directeur du C.N.A.M., le 16 Octobre dernier :
  - Monsieur le Directeur,
  - Les membres de VUnion des Ingénieurs C.N.A.M., réunis en Assemblée générale extraordinaire, le 3 Octobre 1952, au Conservatoire des Arts et Métiers, considérant que l'humanisation des conditions d'obtention du diplôme d’ingénieur C.N.A.M. ne doit pas s'obtenir par un affaiblissement du niveau de VEnseignement et des épreuves de l'examen général, mais par des facilités accordées aux candidats pour la préparation de leur travail de concours, émettent, les vœux ci-après :
  - 1° Que des facilités puissent être accordées pour la préparation de la thèse et, en particulier, pour les travaux expérimentaux, telles que :
  - — Subventions et bourses de l'Enseignement technique ;
  - — Accès à certains postes du Laboratoire d'Essais, à titre temporaire ;
  - — Appui officiel auprès des Chefs d'industries.
  - 2° Que les candidats à l'examen général puissent se présenter en deux sessions (loi première pour le cours principal, la seconde pour les cours connexes).
  - 3° Etant donné l'importance des questions discutées concernant notre titre, que l'Union des Ingénieurs C.N.A.M. soit, représentée au Conseil de Perfectionnement.
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- - VIE DE L'ASSOCIATION DES ANCIENS ÉLÈVES C.N.A.M.
  - ACTIVITE DES SECTIONS.
  - SECTION ECONOMIQUE ET SOCIALE :
  - Assemblée statutaire de la section, 17 Décembre, 20 h. 30. salle L.
  - SECTION ELECTRICITE-PHYSIQUE :
  - La première réunion de l’année scolaire a été un plein succès.
  - La conférence de notre ami Roguin, Ingénieur C.N.A.M., sur l’Energie Eolienne, le 14 Novembre dernier, a suscité un important débat, limité seulement par l’heure tardive.
  - Les prochaines réunions auront lieu les :
  - — 12 Décembre (voir Section Métallurgie) ;
  - — 17 Décembre : Conférence de Guitton, Président de la Section Chauffage, sur les Centrales thermiques modernes. Cette réunion est commune avec la Section Chauffage.
  - SECTION MECANIQUE-MACHINES :
  - Réunion commune avec la Section Métallurgie le 12 Décembre. — Conférence de R. Cazaud.
  - SECTION METALLURGIE :
  - Prochaines réunions :
  - — 12 Décembre à 20 h. 45, amphithéâtre Y : Conférence de R. Cazaud, Président de l’Union des Ingénieurs C.N.A.M., sur :
  - « La fatigue des métaux et son application à la construction ».
  - Cette réunion inter-sections, sera présidée par M. le- Professeur Cournot.
  - — 16 Janvier à 20 h. 45 : Elections du Bureau de la section et conférence de A. Mitenne, Ingénieur C.N.A.M., sur :
  - « Le chrome dur et ses applications ».
  - SECTION « SECURITE DU TRAVAIL » :
  - Prochaine réunion : Le m,ardi 16 Décembre 1962 à 20 h. 30 au Conservatoire. Causerie de notre camarade M. Antoine, Tngénieur-Conseil, sur le sujet :
  - « Les derniers décrets dans différents domaines intéressant la Sécurité ».
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- - DECES :
  - — Notre ami Casacof, Président de la Section Mécanique-Machines, vient d’avoir la douleur de perdre l’un de ses fils.
  - — Nous apprenons également que la mère de notre ami Delcambre, Vice-Président de la Section Economique et Sociale, est décédée dernièrement.
  - Que nos deux membres et leurs familles soient assurés de notre profonde sympathie.
  - DISTINCTION HONORIFIQUE :
  - Nous avons le plaisir d’annoncer la promotion dans l’Ordre de la Légion d’Honneur, au grade de Chevalier, de notre Président de l’Association des Anciens Elèves C.N.A.M., Maurice Cammas, au titre du Ministère de la Reconstruction et de l’Urbanisme, pour son activité professionnelle comme Architecte (7. O., 14-10-52).
  - Nous lui adressons toutes nos félicitations.
  - Le Gérant : René LE ROUX
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