CH,—=3H, + CH

Dans une grande partie de nos expériences, nous n’avons porté d'attention qu’à la proportion d’acétylène obtenu et au rendement énergétique de cette réaction (1). Des analyses ultérieures plus complètes nous ayant montré que, dans certaines conditions, la quantité d’éthylène formée n’était plus négligeable, nous avons répété certaines de nos expériences et analysé les produits après leur séparation physique en deux fractions; nous avons alors constaté que, dans le cas où les rendements en acétylène sont les meilleurs, les carbures condensables autres que l’acétylène, forment une fraction négligeable (!). Nos premiers calculs ne sont donc point entachés d'erreurs importantes, et les rendements en acétylène ne doivent pas être corrigés.

Conditions générales. — De toutes nos expériences, les plus nombreuses se rapportent à la décomposition du méthane enfermé dans le tube laboratoire sous une pression d'environ 3"" de mercure. Nous avions remarqué, au cours de notre étude antérieure sur la dissociation du gaz carbonique que, sous cette pression, les voltages explosifs n'étaient pas dangereux pour nos condensateurs et que leur valeur moyenne se trouvait dans la région la plus favorable pour l’utilisation de nos voltmètres. C’est pourquoi nous avons longuement travaillé sous cette pression. Dans ces expériences, nous avons utilisé les tubes du type1 (voir fig. 4, p. 13) d’un volume moyen de 1300°%. Les volumes de gaz extraits, compris entre à et 10°, suffisaient pour que l’analyse soit précisée, sans présenter de difficultés particulières. Dans ces conditions générales, nous avons étudié l'influence des différents facteurs électriques (capacité du condensateur, quantité d'énergie fournie au gaz) sur la proportion du méthane transformé en acétylène et sur le rendement énergétique de cette transformation.

Nous avons représenté nos résultats en portant en abscisses le logarithme de l'énergie fournie (cette grandeur, mesurée en joules, varie de quelques unités à 10000 et plus). Seules, les courbes représentant les variations du rendement énergétique voient l'énergie elle-même portée en abscisses.

Nous avons utilisé des condensateurs des capacités suivantes (en micro-

(*) Voir ci-après (p. 91 et suiv.) les résultats de ces analyses. (Expériences de contrôle.)

farads) : 28,7; 12,2; 2,2: 0,72; 0,458; 0,368; 0,308; 0,257. Les trois premières capacités donnaient des étincelles symétriques, ayant la forme du trait de feu; les cinq dernières produisaient une décharge à forme dissymétrique, mais qui, au bout d’un plus ou moins grand nombre d’étincelles, se transformait en étincelles à forme symétrique (vorr ci-après, p. 73 et suiv.).

Aspect habituel des phénomènes. — Si nous soumettons le méthane à l’action réitérée des étincelles produites par la décharge d’un condensateur donnant une étincelle à forme symétrique, nous observons les faits suivants :

Le passage des premières étincelles décompose graduellement le méthane en produisant de l’acétylène et de l'hydrogène, dont la proportion s’accroit d’abord rapidement, puis de plus en plus lentement. Les étincelles successives éclatent dans un mélange qui s'enrichit en acétylène et s’appauvrit en méthane : l’action destructrice des étincelles s’exercera donc sur l’acétylène, en même temps qu’il se formera des quantités de plus en plus faibles de ce gaz; la proportion d’acétylène formé diminuera quand les pertes par décomposition de ce gaz seront supérieures aux gains par décomposition du méthane. Si les étincelles continuent à éclater dans le gaz, nous voyons l’acétylène disparaître lentement ainsi que de petites quantités d'hydrogène; finalement, le seul produit gazeux que nous retirerons est l'hydrogène (65 pour 100 de l’hydrogène introduit sous forme de méthane), tandis que tout le carbone, et le reste de l'hydrogène qui lui est alors combiné, forment un dépôt solide dans le tube laboratoire (‘). Le changement de composition des gaz soumis à l’étincelle se manifeste très nettement par un changement dans la couleur des étincelles successives : de bleu verdâtre au début, elle devient peu à peu rose, puis

(:) L'aspect du résidu qui demeure dans le tube laboratoire dépend de la région dans laquelle s’est fait le dépôt. Sa couleur est jaune chamois sur les parois éloignées de l’étincelle (la présence à l’extérieur du tube laboratoire de feuilles de papier collées sur les parois paraît accentuer le dépôt sur les régions ainsi recouvertes). Sur le petit tube qui entoure l’anode, le dépôt est plus épais et de teinte un peu plus foncée; autour de la cathode, il est presque noir; partout il adhère fortement au verre; et aucun réactif ne permet d'en débarrasser les tubes laboratoires ayant déjà servi. Nous nous sommes bornés à évaluer par différence les masses d'hydrogène et de carbone combinés dans ce dépôt [voir Note (!) p. 67], qui constitue un déchet de la transformation du méthane en acétylène au mème titre que les goudrons dont on observe la formation dans le cracking du méthane.

finalement rouge quand l’acétylène disparaît et que l’étincelle éclate dans une atmosphère de plus en plus riche en hydrogène.

Courbes représentant les résultats. — Pour tracer les courbes représentant nos résultats, nous avons, pour chaque expérience, établi le bilan et calculé les répartitions des éléments carbone ou hydrogène dans les produits gazeux ou solides. Les courbes en traits pleins se rapportent aux bilans (‘) du carbone, les courbes en pointillés aux bilans de l'hydrogène. Les proportions entre lesquelles se répartissent les éléments sont exprimées par les distances soit entre l’axe des abscisses (énergie) et la première courbe, soit entre deux courbes successives, soit enfin entre la dernière courbe et la parallèle à l’axe des abscisses qui limite le graphique à la partie supérieure. Les noms des corps entre lesquels se fait cette répartition sont inscrits à droite du graphique si la répartition considérée est celle de l'hydrogène, à gauche s’il s’agit du carbone (fig. 18).

Les courbes (C— 24,18 par exemple) (fig 18, a) montrent nettement les résultats que nous venons d'annoncer. La distance comptée perpendiculairement à l’axe des abscisses, entre les deux courbes en traits pleins, et qui représente la proportion de carbone combiné sous forme d’acétylène croît d’abord rapidement, atteint son maximum quand le méthane est à peu près totalement décomposé, puis décroît lentement quand augmente la quantité d'énergie fournie à la même quantité de gaz; les quantités maxima de méthane transformées en acétylène sont comprises entre 72 et 78 pour 100. Les proportions par rapport à l'hydrogène total, de l'hydrogène libre, obtenu simultanément sont légèrement plus faibles ; la quantité maxima d'hydrogène est obtenue par une dépense d'énergie plus grande que celle qui correspond au maximum de l’acétylène; elle peut atteindre alors 75 à 797 pour 100, mais au détriment de

l’acétylène restant, dont la proportion n’atteint plus que 70 pour 100 environ (voir Tableaux VIITI, IX, X, XI, p. 130 et 151).

Action des étincelles sur les électrodes. — Le passage réitéré des étincelles

(*) Pour établir ces bilans, on uülise l'analyse chimique des gaz et la mesure de leur pression après leur décomposition par l'étincelle, De ces deux données expérimentales, on déduit les masses des gaz extraits et les poids de leurs composants, carbone ou hydrogène; la pression initiale du méthane introduit étant connue, on sait aussi quelles masses de carbone et d'hydrogène ont été introduites, on aura, par différence, quelles masses de carbone “et d'hydrogène combinés sont restées dans le tube laboratoire.

PNR

modifie peu à peu les électrodes. Les parois voisines se couvrent d’un dépôt métallique en même temps que l’aspect du métal des électrodes change. Neuves, les électrodes de platine présentent un aspect brillant et lisse, l’extrémité du fil de 2"" qui les termine ayant été arrondie par fusion. Au bout d’un certain temps de service, leur surface est devenue mate, l'extrémité présente de minuscules cratères; on constate aussi que du métal a été enlevé des électrodes au voisinage de la soudure platine-cristal. Ces régions particulières de désagrégation du métal sont aussi des régions particulièrement brillantes de l’étincelle condensée ainsi que le montre la photographie et l’observalion visuelle des étincelles. Nous n’avons point aperçu de traces de fusion sur les électrodes de platine ayant longuement servi, sauf toutefois sur les électrodes de petit diamètre (0"",8) qui ont été brisées par le passage d’étincelles trop puissantes.

Par contre, les traces de fusion sont très nettes sur des électrodes de tungstène de o"",8 de diamètre et de quelques millimètres de longueur seulement. Le métal, initialement noirâtre et rugueux, aux angles vifs, est devenu brillant avec des angles arrondis; on peut nous objecter qu’en atmosphère de méthane, le tungstène aura pu se carburer et que la température réelle de l’étincelle est notablement inférieure à la température de fusion de tungstène, puisque ces carbures fondent aux environs de 2700°. Cependant, des traces de fusion analogues ont été observées sur des électrodes de tungstène ayant servi au passage des étincelles condensées dans une atmosphère d’azote; la formation d’un composé fusible ne peut être invoquée ici pour expliquer le phénomène observé : c’est donc que la température de l’étincelle est supérieure, dans les conditions où nous opérions, à la température de fusion du tungstène, 3370°.

Mais comment expliquer la fusion du tungstène alors que le platine n’a pas fondu ? Il nous semble que la facile pulvérisation du platine ne peut guère entrer en ligne de compte, non plus que sa tension de vapeur, mais que la principale raison est la grosseur des électrodes de platine, beaucoup plus massives que celles de tungstène. L’échauffement du platine s'étant localisé en des points de sa surface, la chaleur se sera dissipée dans toute l’électrode, empêchant ainsi la fusion; par contre, des électrodes fines en platine ont pu fondre, de même que les électrodes en tungstène. Le verre qui porte les électrodes a subi cet échauffement, il en est tout crevassé ; le pyrex qui enrobe les électrodes de tungstène est même recouvert de fines gouttelettes de métal qui a dû être projeté fondu par le passage de l’étincelle.

Fig. 18.

Pression initiale fixe 3200p.. Capacité variab

° L 400 1000 Energie 100 1550 Nb. a Etincelles.

d CN OR N GA NN : LS AGE A : à Po ee C-045845. C=0868:\ À P3%00, P-3200 Ÿ NO:

0.5 — + + Ne 2 CH À \ 0 he F 400 4009 400 4009 Energie 4.2 —— ——— C:0724r.

; Fe 3200.

ï MA 10!—— C:218pf P.3300% 05 Oh, Llectrodes : d:0,8mm.

RE 400 ae L lies Energie

masse de gaz.

__ Action de l’étincelle condensée sur le méthane avec formations d’acétylène et d'hydrogène. le. Influence de la quantité d'énergie fournie à la même

RTE Fe à A

TIlectrodes : d,20 mm.

| a Dee A RC RE VUS Et C:1215,r hour | VAS P.3$00

Cs125 LA Fr, 3200 4

|: Éfectre des d: 2 mm

l'C-287r. Ge /

°5 |P52 20 | va À, | Re ne

ACTOR LR et CRERT | L + 00 LA eMRABE MORE 2 JL 1 40. 100. 1000. ÆEnerie

Fig. 18 (suite) voir la légende précédente.

Rendement énergétique de la réaction :

(1) 2CH,—= CG HE AA u

Cette réaction endothermique se produit à la faveur de l’apport d'énergie que constitue le passage de l'énergie condensée. Il est intéressant de calculer, dans chaque expérience, quel est le rendement énergétique de la réaction (1). La

réalisation de cette réaction absorbe 91“!

, qui sont équivalentes à

91 X 10° X 4,184 joules et cette réaction produit 26,016 d’acétylène. Si

nous dépensons W joules, pour obtenir p milligrammes d’acétylène, le rendement énergétique o est :

VDO: 10 AO P

PT Woacor à D D

Rendement de la décomposition du méthane. — Dans chaque expérience, nous avons noté avec soin les voltages disruptifs et résiduels de chaque étincelle. Nous avons ainsi déterminé l’énergie employée, W, et calculé le rendement o. D'après ce que nous avons dit sur le mode opératoire, les étincelles successives passent dans un gaz dont la transformation en acétylène et hydrogène progresse constamment; les nouvelles quantités d’acétylène formé sont de plus en plus petites, encore que le passage de l’étincelle détruise une partie de l’acétylène déjà existant. Nous verrons donc diminuer les rendements énergétiques quand les quantités d'énergie fournies s’accroitront.

Les courbes représentant les variations du rendement +, en fonction de l'énergie W, ont été obtenues en portant en abscisses l'énergie elle-même et non son logarithme (fig. 19). Les points représentant les valeurs des rendements obtenus sont représentés par de petites circonférences, et la courbe en est tracée en trait interrompus. Nous avons reporté en même temps les proportions de carbone fixé sous forme d’acétylène (petites croix) et les proportions de carbone et d'hydrogène combinés qui n’ont pu être récupérés sous forme gazeuse (hydrogène, cercles noirs, et traits pointillés, carbone triangles noirs et traits pleins). Les rendements obtenus avec les capacités 2 ou 12 microfarads atteignent au plus 25 pour 100, et si l’on fait passer 200 joules dans le même gaz, ils tombent entre 12 et 15 pour 100. La réaction (1) ne peut donc être réalisée d’une manière économique sans qu’une fraction assez considérable du méthane introduit demeure intacte.

Influence du diamètre des électrodes. — Nos premières expériences ont été faites dans un tube laboratoire dont les électrodes étaient des fils de platine

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de o"",8 de diamètre (capacité 24,18 et 124,15, fig. 18, d'et f). Dans le cours des expériences effectuées avec cette dernière capacité, une des électrodes de notre tube laboratoire s’est trouvée brisée, et présentait des traces de fusion.

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