SE ES TASSE EL

fe hu ae A EE Er ge ne à hoo vo 8m W o $cs PE Re Fe = Fig.-19.— Action de l’étincelle condensée;sur le métlane, pression initiale fixe 3200 4. Rendement chimique

de l’étincelle en fonction de la capacité et de la quantité d'énergie fournie à la mème-masse de gaz.

(Abscisses proportionnelles à la quantité d'énergie : échelle métrique.) Nous avons jugé ces électrodes trop petites et nous les avons remplacées par d’autres plus grosses : le fil d’amenée du courant mesurait 1°" de diamètre, la partie intérieure de ces électrodes était formée de fil de 2"" de diamètre. Nous avons répété les expériences déja réalisées, dans ces nouveaux tubes munis d’électrodes de gros diamètre, sans qu'aucun nouvel incident ne se produise. Toutefois, l’étude de la capacité C = 28,7, n’a pu être faite complètement, les étincelles extrèmement puissantes (200 joules et plus), produisant de fréquentes ruptures du cristal autour des électrodes et aux entrées de courant.

Les expériences reprises avec ces nouvelles électrodes ont confirmé les mesures faites avec le tube à électrodes plus fines. Une légère différence est à noter au sujet de la proportion de méthane décomposé par le passage d’une , "or Sr Seat égale quantité d'énergie :

Proportion de méthane 50 pour 100. 25 pour 100. non décomposé. = A — Capacitel(en rie) ERP ECC PCR CS TMC 1280 0 C2 TON CT Énergie utilisée { Grosses électrodes. 8! 68 129 139 (en joules) | Petites électrodes. 98 85 190 180

La quantité d'énergie dépensée pour produire le même effet chimique est donc plus faible quand on dispose de tubes laboratoires à grosses électrodes. Les rendements calculés sont donc un peu meilleurs quand on opère dans des tubes à grosses électrodes; les deux courbes (fig. 19) (C— 12,21, C— 12,15) correspondant à des mesures faites avec des tubes à grosses ou petites électrodes, donnent :

W — Énergie fournie, mesurée en joules....... 80. 160. 240: 320. 100. nn a, ce BE / on

Rendements | Gærs,aipf dE 16,7 Les 9,4 7:2 i “VC—= 12,15, VISU HS 11 825 5e

La différence des rendements diminue quand la quantité d'énergie augmente et s’annule quand la proportion maxima d’acétylène est atteinte (voir

Tableaux XII, XIIE, p. 132 et 133).

1° Influence de la capacité sur la transformation du méthane en acétylène. — Cette influence ne devient réellement sensible que lorsque la capacité devient assez faible pour que l’aspect de l’étincelle soit changé. Tant que les étincelles présentent l’aspect symétrique d’un trait de feu joignant les électrodes, les proportions maxima d'hydrogène et de méthane transformé en acétylène sont à peu près indépendantes de la capacité; 1l en est de même des rendements. Mais quand la capacité du circuit de décharge est assez petite pour qu’il se produise des étincelles à forme dissymétrique, les quantités de méthane transformé en acétylène et d'hydrogène libre s’abaissent, et ceci d'autant plus que la capacité devient plus faible. Le tableau suivant montre cette variation; dans ce tableau nous indiquons aussi quelle est l’énergie nécessaire pour obtenir les maxima des taux de transformation de méthane en acétylène et des proportions d’hydrogène libre.

Capacité (en uf.). 2,148. 0,72 0,458, 0,363. : 0,308. 0,257. 0,0867. A ni Mu 74 11, 62 68 Gr 45 7 Energie nécessaire (en joules). 320 hoo 450 200 600 600 » te le mures 76 79,9 74 74 72,9 GS 40 Energie nécessaire (en joules). 350 5oo 6oo 650 Goo 600 » 2° Influence de la capacité sur les rendements énergétiques. — Les chiffres

ci-dessus laissent penser que les rendements énergétiques de la transformation du méthane en acétylène doivent être fortement influencés par les variations de la capacité. La seconde forme d’étincelles (dyssymétrique) montre une action chimique bien différente de celle que nous avons observée pour la première : les quantités de carbone déposé sont alors beaucoup plus importantes, et les quantités d’acétylène formé plus faibles.

Mais, si l’on fait passer une série d’étincelles dans le même gaz, la décomposition progressive du gaz élève sa pression ; il arrive alors que les étincelles, d’abord du deuxième type, soient remplacées par des étincelles du premier type, dont le rendement chimique est bien supérieur. Les courbes de rendement présenteront alors une discontinuité due au changement de régime électrique, si toutefois ce changement se produit avant que la majeure partie du méthane soit décomposée; de telles discontinuités sont visibles sur les courbes de rendement des capacités 0,72 et 0,458 uf(/ig. 19).

Les rendements des étincelles du deuxième type (dissymétriques) dépendent aussi de la capacité du condensateur qui les fournit : ces rendements sont d’autant meilleurs ou plutôt moins mauvais que la capacité utilisée est moins éloignée de la capacité limite qui fournirait des étincelles du premier type. Comme l’augmentation de la pression des gaz soumis à l’étincelle condensée abaisse la valeur de cette capacité limite, [ B. r, (3) et 2], nous pourrons observer des séries d'expériences dans lesquelles les rendements, faibles d’ailleurs, croîtront légèrement quand on augmentera la quantité d'énergie fournie au gaz, passeront par un maximum, puis diminueront indéfiniment sans qu'aucune discontinuité apparaisse : cet exemple se trouve réalisé pour les deux capacités C — 0,363 et C — 0,308 (fig. 19).

Nous donnons quatre tableaux numériques relatifs aux expériences faites avec les capacités : 0,458; 2,18; 12,2 et 28,7 uf, sous la pression initiale moyenne de 3200t de mercure (Tableaux VIII, IX, X, XL p. 130 et 131).

Les deux formes d’étincelles. — Nous avons montré que les effets chimiques

NPA

très différents des deux formes d'étincelles permettaient d'expliquer les discon-

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(Bo) œ « F CRUE | CLP CERN POSER ENCRES PER

50 106 150 £bo 450 300 350

Fig. 0. — Action de l’étincelle condensée sur le méthane. Pression initlale fixe 3004. Variation des voltages disruptifs et résiduels des étincelles successives en fonction de la capacité. Changement de type des étincelles. La distance entre deux horizontales successives représente 1000 volts; la capacité de circuit est inscrite à gauche : 1,22, v,or, ete,

tinuités observées dans les valeurs du rendement chimique de l’étincelle condensée. Dans nos expériences sur le gaz carbonique nous avions déjà constaté

l'existence des deux formes d’étincelles électriques ('); dans le cours de notre travail sur le méthane, nous avons cherché à savoir dans quelles conditions se produisait le passage d’une forme à l’autre. Pour cela, nous avons observé des séries d’étincelles fournies par des condensateurs de capacités décroissantes, et noté pour chaque étincelle son voltage disruptif et son voltage résiduel. Pour ce faire, nous chargions lentement les condensateurs, et au bruit de la décharge, nous coupions le circuit primaire du transformateur T (fig. 5, p. 16); l'erreur due au retard physiologique du mouvement d'ouverture du circuit sur l'éclatement de l’étincelle était réduite au minimum à cause de la lenteur de la décharge. Les résultats de ces mesures ont été rapportés sur du papier quadrillé à l’échelle de 1" pour 100 volts, les mesures relatives à la même étincelle étant portées sur la même abscisse. Nous avons ainsi obtenu des « schémas » de séries d’étincelles (fig. 20). L'observation de l’aspect des étincelles et de leurs voltages résiduels nous permet de distinguer sur ces schémas quelles étincelles appartiennent au type symétrique [(r) (type arc)] ou au type dissymétrique [(2) type Geissler)]. Les étincelles du type arc sont caractérisées par un voltage résiduel plus faible que celui des étincelles du type Geissler, mais rien dans leur voltage disruptif ne permet de les distinguer a priori des autres. En dehors de leur aspect très différent, le bruit de leur passage les distingue aussi : c’est un claquement sec pour les étincelles du premier type, un bruit plus étouffé pour les autres. Les schémas montrent que la substitution totale de la première forme à la deuxième se produit d’une manière quelconque : elle peut être brusque (C—0,93 ou 0,58 uf.), ou bien précédée d’une période dans laquelle les deux formes se mêlent. Cette substitution se produit au bout d’un nombre d’étincelles d'autant plus petit que la capacité est plus grande; cependant, on constate que si la capacité est trop petite (0,257 uf), la substitution ne se produit plus.

Nous avons cherché s’il était possible de trouver une relation simple entre la pression des gaz au moment du changement de régime (P,) (ici, mesurée en millimètres de mercure), et la capacité C; le tableau suivant montre qu'il n'existe aucune loi simple; quand la capacité diminue régulièrement, la pression P, croît d’abord, puis décroît ensuite : Capacité, en pf. 1 017 0,99 0, 201072

1,22 0,98 .10,498 0,303 0,908 0,297 ren nl in AO Cr Ge 04,35 ASE De 0 TC 9

(NAS DEEE OS

(!) Ces deux formes d'étincelles condensées ont été signalées pour la première fois par

P. Villard (B. 37).

Ur ETES

la pression du gaz n’est donc pas le seul facteur qui influe sur le changement de régime.

Les effets chimiques différents des deux formes d’étincelles sont faciles à mettre en évidence. Les expériences réalisées ayant toutes été suivies d'analyses chimiques, nous avons pu étudier la composition chimique des gaz traités en fonction de l’énergie fournie et des capacités employées ( fig. 21).

Nos graphiques représentent les variations de la composition chimique en fonction de la quantité d’énergie fournie pour chacune des dix capacités (voir aussi Tableau XIV, p. 134 et 135); nous nous sommes bornés à tracer les courbes donnant les quantités de méthane non décomposé et les pourcentages d'hydrogène libre obtenu et de carbone transformé en acétylène, et nous avons porté en abscisses le nombre d’étincelles n, avec une unité d’autant plus petite que la capacité C était elle-même plus faible, le produit nC étant constant. Les discontinuités de ces courbes se placent bien dans les régions où les mesures des voltages des étincelles ont montré la place du changement de régime (voir également fig. 20).

Ces discontinuités correspondent aussi à celles que présentent les courbes (fig. 19) de variations du rendement en fonction de la capacité (C = ot, 72; 0,458; 0,363; 0,308; 0,257). Elles sont d’ailleurs peu apparentes pour les dernières valeurs de la capacité, car le changement de régime électrique se produit quand la quantité de méthane restant est trop faible : le rendement énergétique très médiocre est à peine influencé par l’amélioration des conditions électriques et après une légère augmentation, celui-ci s’abaisse de plus en plus quand on fait croître le nombre d’étincelles successives auquel est soumise la même masse de gaz.

En dehors de ces deux formes d’étincelles de décharge instantanée de nos condensateurs, nous avons aussi observé le passage de courant continu, dont la forme dissymétrique le rapproche de la deuxième forme d’étincelles condensée, mais dont la durée est beaucoup plus grande, de l’ordre de la seconde. L’apparition de cette troisième forme de décharge se produit d’une manière capricieuse sans qu'aucun changement soit fait aux connexions. Cette troisième forme se différencie bien de la décharge instantanée dissymétrique : son passage dans le gaz ne se traduit par aucun bruit perceptible; une lueur s'allume, et si l’on coupe à ce moment l'interrupteur IL, ( fig. 5) l'aiguille du voltmètre électrostatique tombe, rapidement d’abord, puis de plus en plus lentement jusqu’à la disparition de la lueur. Le condensateur porte encore une charge considérable

Tree

puisque le voltage atteint parfois 2000". Le schéma C — 0,468 (Ji. 20) porte un certain nombre de ces lueurs, à partir de la 100* étincelle, alors que les AR— LE F 4 \ \ 9 S Cd à c ! M2 + RS 058

Re De

a 4 nn — + 4 r + + ai 4 +- : — 2 lo 69 Bo dos 189 Lo 6 49 300 200 300 Leo 50 Fig. or. — Action de l’étincelle condensée sur le méthane. Pression initiale 320op. Influence du chan-

gement de type des étincelles sur le rendement chimique des étincelles. Abscisses proportionnelles au produit nombre d’étincelles > capacités. (Échelle métrique.) Les nombres placés sous l'échelle ides abscisses sont des nombres d’étincelles.

étincelles précédentes et suivantes sont de forme symétrique. Ces lueurs n’ont jamais été observées en régime dissymétrique (forme Geissler). Il arrive

=TTRUE

parfois que chaque étincelle du type arc soit précédée d’une telle lueur; le schéma 224(C— 0,93) en est un exemple. Mais alors que l’action chimique de ces lueurs sur le gaz carbonique était très faible, leur action sur le méthane ou sur ses produits de décomposition se traduit par une diminution considérable

cs APE z Ré {H î n LUE 2 4 28,7 261 FUTUR iftss,2 30,2,19 244 4 9,72 5 0,458 02. 6 0.363 7 2,308 Fr + - L —< e © 400 60 oo Læ $oo 4000 W, en joules.

Fig. »2. — Action de l’étincellé condensée sur le méthane. Pression initiale 32004. Rendement et taux de méthane transformés en acétylène, à énergie égale, en fonction de la capacité. Taux maxima de méthane transformé en acétylène, en fonction de la quantité d'énergie employée et de la capacité du

circuit de décharge. L’échelle des abscisses est logarithmique, sauf dans la dernière courbe où elle est métrique.

de la proportion d’acétylène : cette action est sensible sur la courbe C — 0,93 (fig. 21) où les résultats analytiques de l’expérience précitée ont été reportés : disparition rapide du méthane et réduction de la proportion d’acétylène formé.

Nous avons résumé les résultats des expériences faites sous la pression de 3°" de mercure en construisant les courbes (fig. 22) des rendements énergétiques (o) et des proportions de méthane transformé en acétylène (+) en

fonction de la capacité, en rapportant chacune de ces grandeurs à une même quantité d'énergie. Ces courbes montrent qu'il existe une capacité optima pour la meilleure utilisation d’une quantité d'énergie donnée (W}), et que cette capacité, pour le tube laboratoire employé, est de l’ordre de 10 microfarads. L'utilisation la plus économique de cette capacité impose d'éviter une décomposition avancée du méthane, puisque les courbes de rendement se classent dans l’ordre inverse des quantités d'énergie employée. La troisième courbe tracée montre l'influence de la capacité des condensateurs sur les proportions maxima (Tmax) d'hydrogène et d’acétylène qu'il est possible d’obtenir par leur décharge instantanée; l'avantage est ici encore aux fortes capacités, qui obtiennent ces résultats avec des dépenses d'énergie moindres que les faibles capacités : la décharge du type arc est donc bien la meilleure utilisation des condensateurs, et le meilleur résultat s'obtient quand on se contente de décomposer une fraction du gaz au plus égale à la moitié avec un nombre aussi faible que possible d’étincelles. |

Dispersion des résultats. — Nous avons observé fréquemment, dans l’étude de la décomposition du gaz carbonique par l’étincelle condensée, l’irrégularité capricieuse des résultats. Un petit nombre d’expériences renseigne assez mal sur la grandeur des résultats probables. Au contraire, les résultats d’un plus grand nombre d'expériences se groupent régulièrement autour d’une valeur moyenne. Dans le cours de ce travail, l'étude de la décomposition de l’acétylène nous a déjà fourni un exemple typique, celui d’une dispersion croissant avec la capacité des condensateurs employés (voir p. 51). Dans notre travail sur la transformation du méthane en hydrogène et acétylène, nous avons aussi retrouvé l’inévitable dispersion. L'examen des courbes montre qu’elle est surtout sensible quand la capacité est faible. Dans une même série d'expériences les étincelles seront tantôt du type arc, tantôt du type Geïssler, sans qu’aucune condition ait pu apparemment varier. On se rend également compte que les électrodes de petit diamètre sont plus favorables à la dispersion des résultats que les grosses électrodes, notamment en ce qui concerne les quantités d’acétylène obtenues. Mais, d’une façon générale, cette dispersion fâcheuse est peu importante (sauf sous la pression de 1""); nous avons en eflet profité de notre étude antérieure pour choisir des tubes laboratoires de forme convenable, et les anomalies de rendements signalées par M. Lefebvre (B. 2, p. 82 à 88) ne se sont jamais reproduites avec la même intensité dans le cours de ce travail.

b. Gaz sous 1" et 11°" de mercure. — L'étude faite sur les gaz enfermés sous la pression de 3"" de mercure nous a montré l'influence de la capacité sur le rendement chimique de l’étincelle. La pression ayant une grosse influence sur la forme de l’étincelle produite par la décharge d’un condensateur de capacité donnée, nous avons répété certaines de nos expériences sous deux pressions différentes de 3"", l’une inférieure ; l’autre supérieure : 1" et 11"" de mercure.

; ; P La grandeur de ces deux pressions nous a été imposée, pour la plus petite, par la nécessité de ne pas descendre au-dessous de la pression minima donnée par l'application de la loi de Paschen (minima bien réel malgré la grande différence entre nos conditions électriques et celles que nécessite l'établissement de la loi de Paschen : électrodes planes, charge extrêmement lente), et pour la plus ) le] ) orande, par la limite du voltage donné par notre transformateur. 5 |

Pression de 1" de mercure. — La diminution de la pression impose une augmentation de la capacité pour conserver aux étincelles le type arc (forme symétrique). Nous avons utilisé les capacités 28,7, 12,2 et 4,20 microfarads : une seule étincelle donnée par la décharge de la batterie de 28,7 uf suffisait pour que la décomposition du méthane soit, d’un seul coup, presque totale; sa lueur remplissait le tube laboratoire. Avec cette capacité, nous avons observé, dès la première étincelle, la décomposition progressive de l’acétylène formé. La seconde valeur de la capacité (12,2 uf), donnait des étincelles moins volumineuses : la décomposition totale du méthane en acétylène et hydrogène est un phénomène qui pouvait être alors observé avec moins de quatre étincelles. Si l’on fait passer plus de quatre étincelles, la quantité d’acétylène formé diminue (voir Tableau XV, p. 136 et 137).

La comparaison des courbes (fig. 23) C = 28,7 et C— 12,2 uf montre que la disparition de l’acétylène est plus rapide avec la seconde de ces capacités qu'avec la première, et qu'il en est de même de la disparition de l'hydrogène libre présent dans le gaz.

Quant aux expériences réalisées avec la capacité 4,20 uf, les mesures ont montré l'impossibilité d'obtenir un régime électrique convenable : les décharges du condensateur en courant continu s’amorçaient très fréquemment, sans qu’on puisse les éviter, en modifiant soit la vitesse de charge des condensateurs, soit les résistances interposées entre le kénotron et les condensateurs.

D'ailleurs, le régime légèrement capricieux de la décharge des condensateurs que nous avons remarqué sous la pression de 3"",2 s’est montré ici beaucoup

Ste

plus capricieux encore. Les courbes de rendement (C — 28,7 et 12,21) (Jig. 24) portent en même temps les taux de la transformation du méthane en acétylène; au lieu d’avoir une seule courbe bien définie, les points obtenus permettent de