FRE

En soufflant de l’azote, les résultats étaient à peu près les mêmes moins la combustion des parois du canal.

Charbon Charbon avec canal et soufflage

Charbon avec caual pression d’eau

normal, sans soufflage, 1,5 à 2 mm, ÉNICENSLLE NCA Eee em de na MR 120 120 120 MONSION A ENV) RER AE 67 60 52 Profondeur du cratère (mm)......... = n 7 Dance (SD RM nent, 47 000 33 000 45 000

Vitesse d'usure augmentée

Une exagération de la pression abaïssait la brillance. En augmentant l'intensité, on voyait les vapeurs brillantes voiler le canal, puis le masquer complètement, que le soufflage ait lieu ou non. La brillance limite à laquelle on tendait semblait être la même avec ou sans soufflage.

Je rappelle l'effet d’un soufflage de la flamme cité à propos des influences hydrodynamiques extérieures. Le jet d’air soufilait la flamme et tendait à sortir les vapeurs du cratère (voir fig. 31). On obtenait ainsi pour une même puissance dépensée une augmentation de la brillance maximum qui passait de 52 000 à 70 000 sb. La brillance moyenne était presque doublée. Enfin le dispositif RocarD agit théoriquement dans le même sens par effet de trompe.

Les résultats de ces expériences ne font que confirmer la relation entre la masse des vapeurs et leur brillance. Ils ne permettent pas de dire si une masse plus volumineuse de vapeurs rayonne davantage parce qu’elle est plus chaude, ou parce qu’elle est plus. épaisse. La chute de tension, donc l’énergie dégagée, croît en effet en même temps que le volume, mais l’énergie est surabondante, puisque la température des vapeurs s’accroît FINKELNBURG et ScHLuGE [35] ont trouvé expérimentalement que la brillance varie comme la vaporisation rapportée à l’énergie dégagée

ANSE Bo y cé À, matière vaporisée dans l’unité de temps; A matière brûlée dans l’unité de temps; W,, énergie apportée à l’anode, dans l’unité de temps.

Comme À —A,— DS W,, étant l'énergie perdue par convection et conductibilité; Q, la chaleur de vaporisation, d’échauffement et d'expansion des vapeurs.

Il vient ME =: W»h TO We

Influence de l’écorce. —— J'ai dit à propos de l’étude des chutes de tension dans la pointe des charbons que la conductibilité thermique de l'écorce a une incidence sur la température du cratère, donc sur sa brillance.

La figure 34 montre l'influence de la conductibilité de l’écorce. Les charbons dont les brillances relatives y sont reportées contenaient des taux de noir de fumée croissants, et leurs conductibilités, tant électrique que thermique, se classaient dans l’ordre inverse de ces taux.

Cet exemple est relatif à une variation de composition de base, mais la technique

ns \

Lectures av luxmètre, brillances xK

4150 re.

15 4120 125 130 Ampêres 62 G5 68 7o Volfs

Fig. 34. — Influence de la conductibilité de l'écorce.

de fabrication influence aussi les propriétés d’une écorce. Une écorce peu dense et poreuse est généralement peu conductrice. La température de cuisson joue un rôle important, surtout si l’on atteint celles où la recristallisation du carbone est active, dites températures de graphitation. Les conductibilités électriques et thermiques sont alors fortement augmentées et il s’ensuit un abaissement net de la brillance. Voici un exemple ::

Charbon Orlux 591-06 D 16 à 200 A/80 V.

Écorce normale au coke, cuite un peu au-dessus de r1o00. Brillance maximum 91 5oo sb.

Même écorce recuite vers 25000. Brillance maximum 87 500 sb.

La température de cuisson agit d’autre part aussi sur la combustibilité, laquelle

dépend aussi de la nature des matières premières, de la technique de fabrication, et la présence d’impuretés minérales, dont certaines catalysent fortement la combustion du carbone. La présence de matières minérales dans l’écorce est également dangereuse à un autre point de vue. Sous l’action de la température, elles se vaporisent toutes plus ou moins près du bord du cratère, et comme leurs vapeurs sont très conductrices, elles dérivent une partie de l'arc. Si elles sont en faible quantité et bien réparties, il s'ensuit un amorçage permanent de l'arc sur les parois du cratère, sinon l’amorçage est irrégulier dans le temps et il s'ensuit des fluctuations de brillance.

L'état physique de l’écorce, enfin, doit répondre à certaines conditions. Les fissures laissent échapper les vapeurs présentes dans le cratère. Il arrive qu’il se produise ainsi un amorçage assez important pour déformer le cratère et causer une forte perturbation lumineuse, D’autre part, une écorce d’aspect homogène peut être fragile et ne pas supporter l'élévation brutale de la température causée par l’allumage ou le rallumage sans danger de bris. Le fabricant de charbon doit savoir éviter ces défauts.

À propos des pertes de chaleur dues à la conductibilité de l’écorce, il convient de mentionner les travaux récents sur le refroidissement intense par l’air et surtout par l’eau, des pièces d’amenée le courant (2), (?). Comme on pouvait s’y attendre, ce refroidissement abaisse fortement la brillance du cratère. Par contre en surchargeant les charbons, on peut atteindre des brillances plus élevées que dans les conditions normales.

Influence de la mèche. — Forme et texture. — Les charbons d’arc ont généralement une section circulaire. Des fabricants ont cependant lancé sans grand succès des charbons à section rectangulaire ou carrée dans le but de rendre la source de lumière homothétique de l’image projetée. Le charbon allemand pour projecteur de 1 000 À, mis au point pendant la guerre, aurait une section rectangulaire afin que les bords du faisceau lumineux projeté soient plus nettement délimités. Il s’agit là d’exceptions, en tous cas la mèche a toujours à peu près une section de même forme que l'écorce et lui est centrée. Les charbons dans lesquels la mèche ne remplit pas ces conditions ne sont pas des charbons intensifs.

Considérons le cas de charbons à section circulaire, la mèche peut être filée et cuite avant d’être introduite dans l’écorce, ou être introduite dans cette dernière à l’état de pâte. £

Dans le premier cas, on scelle la mèche dans l’écorce au moyen de colles minérales ou de colles organiques qui sont ensuite séchées et cokéfiées. Le contact entre la mèche et l’écorce doit être aussi parfait que possible, mais il faut souvent réserver un certain jeu. Les dilatations d’origine physique ou chimique qui s'effectuent sous l’action de la température, suivies de contractions après extinction de l'arc, sont en effet souvent différentes pour la mèche et pour l'écorce, et il arrive que cette dernière se fende si le jeu au départ n’est pas suffisant.

Lorsqu'on introduit la mèche sous forme de pâte dans l'écorce, et qu'on la sèche et la cokéfie ensuite, il peut se produire un retrait qui nuit à l’adhérence entre les deux

G) W. FINKELNBURG, Effect. of carbon cooling on high current arc (J. of the Soc. of Molion pict. eng. 52, 1949, n° 4, p. 4o7).

(2) Jones et Bowpircn, Oplimum performance of highl brighiness carbon arcs (J. of the Soc. of Motion pict. eng., 52, 1949, n° 4, p. 395).

cs 10

corps. Pour éviter ce défaut, on donne souvent au canal une section étoilée afin que la mèche se coince par retrait dans les cannelures (fig. 35). Cette forme particulière n’affecte en rien le fonctionnement du charbon et donne une garantie d’adhérence de la mèche à l'écorce.

Les mèches réalisées par les deux techniques diffèrent par leur compacité et leur conductibilité électrique. À composition égale, les premières éclairent moins et usent moins pour une même densité de courant, mais permettent l’application d’une densité de courant plus élevée. Quelles que soient les techniques d'élaboration et d'introduction des mèches, l'expérience permet de dégager quelques principes généraux.

Les mèches comportant des constituants très différents, il est évident qu’il y a intérêt

écorce mèche dure

meche molle

Fig. 35. — Sections droites de quelques anodes,

à rendre leur homogénéité aussi parfaite que possible. Si la‘répartition des constituants est mauvaise, ou si la texture de la masse rend possible l’amas de sels minéraux fondus, ces derniers ne se vaporisent pas régulièrement et peuvent être projetés hors du cratère. Il s'ensuit une perturbation de l’arc et, si la force de projection est suffisante, ces sels fondus peuvent venir se coller sur le dispositif optique et l’endommager. La poudre de charbon dont les mèches comportent toujours au moins 20 % en poids, doit constituer un continuum suffisamment solide et poreux pour résister à la poussée des vapeurs minérales, les diviser, et jouer en quelque sorte le rôle d’un filtre. En effet, les matières minérales, qui sont moins réfractaires que le charbon, se vaporisent à une distance d'autant plus grande du fond du cratère qu’elles sont moins réfractaires. On peut se rendre compte du phénomène en étudiant par diffraction de rayons X les tranches successives de la mèche d’un charbon ayant fonctionné. C’est ce qu’a fait M. Baron. ©: M. Baron a analysé par diffraction de rayons X la matière de la mèche, en partant

du fond du cratère, et en s’avançant vers la partie de la mèche n’ayant pas subi l’action de la température de l'arc.

Voici ses conclusions :

—— Couche de 1,5 à 2 mm tapissant le fond du cratère, friable et assez claire. Spectre du graphite et de l’oxyde de terres cériques bien cristallisés.

— Couche suivante jusqu’à 3 mm. Mêmes spectres, mais celui du graphite comportait des raies plus nombreuses et plus intenses.

—— Couches suivantes. Le spectre de l’oxyde de terres cériques a disparu à peu près complètement pour faire place à celui du fluorure des terres cériques dont les raies d'ordre supérieur apparaissent de plus en plus nombreuses; pas de raies du graphite, raies granuleuses indiquant un grain élémentaire développé. Le spectre du fluorure se

précise de plus en plus aux dépens de celui de l’oxyde dont il n’apparaît plus que les deux premières raies.

L'état physique de la mèche, la nature du charbon qui y est introduit, influencent ses conductibilités électrique et thermique. Ainsi que je l’ai exposé à propos de l'écorce, la température du cratère, et par conséquent sa brillance, sont d’autant plus élevées que la conductibilité thermique de la mèche est plus faible.

Diamètre de la mèche. —— D'après GEHLoOrFF [50], BECK découvrit l'avantage d’une grosse mèche. Les charbons intensifs mis au point aux États-Unis d’après ses procédés avaient une mèche d’un diamètre sensiblement moitié de celui de l'écorce. Peu après la première guerre mondiale, les Allemands mirent au point des charbons à mèche plus grosse qui supportaient 225 À au lieu de 150 À pour un diamètre de charbon de 16 mm. Ce procédé a été largement employé par tous les fabricants de charbons d’arc.

La figure 35 bis montre les relations entre la grosseur de la mèche et les résultats obtenus pour des charbons de diamètre 16 mm comportant une mèche dure minéralisée aux terres cériques.

Diamètre de la mèche "à 0 Un M TU 8 mm. 9 mm. 10 mm. Intensité © © ———— ——— (tension 70 à 90 V) : és sue FEAR (A). Brillance | Usure CÉREEe Brillance | Usure see Brillance | Usure EVE : : : (mm }. ; < (mm). 44 ë (mm ).

maximum | horaire maximum | horaire maximum | horaire b) (mm). | (sb) (mm). PLATE {sb}. (mm ).

Ë pal © | . Prof. c D. |Prof. ®P. |Prof.

LOC ne 605 ee] ON AS 590 126 |13 2] - - - - TOO NE ee 740 186 |13 5 635 154 |13 1 — - OR 770 2940 [14 0110, 0 695 TO4 119, 7100 = - - - THON: à 840 270 114,21 8,5 825 234219071070 835 2022 KA NMNNS TOO. Me - - = 2 925 296 [14 |8 845 300 |14 |6 DOOR AE EN. - — - 1140 3031152550) eT000 390 |14,5|7 DÉCORÉ - - - E - - 1010 444 14,51 6,5

Fig. 35 bis.

Pour chaque diamètre de mèche l'intensité supérieure essayée correspond à l’apparition de fumées noires et à une instabilité nette de l'arc. On voit que pour un même diamètre de charbon, la densité de courant admissible dépend dans une large mesure de la grandeur relative de la mèche. A régime égal, le charbon a une brillance maximum d’autant plus élevée, et une usure d’autant plus grande, que le diamètre de la mèche est plus petit. La densité de courant admissible pour un charbon dépend beaucoup plus du diamètre de la mèche que de celui du charbon. En effet, si l’on recherche la relation qui existe entre l'intensité limite que peuvent supporter les charbons composés d’un type d'écorce et d’un type de mèche donnés, et le diamètre de la mèche, on trouve une loi à peu près linéaire, quels que soient les diamètres relatifs de la: mèche et de l'écorce.

100 200 300 400 TInlensile .

Fig. 36. — Relation entre le diamètre d’une mèche dure et l'intensité.

FINKELNBURG et SCHLUGE ont trouvé pour des charbons semblables des lois de proportionnalité analogue entre l'intensité pour laquelle se produit l’effet BEcx et le diamètre [44], entre l'intensité nécessaire pour avoir une même brillance ou un même rayonnement total et le diamètre [44 fer]. Ces lois, qui se vérifient pour les diamètres 7, 9, 11 mm, sont en défaut pour le diamètre 5, et ne sont peut-être qu’approximatives pour les diamètres supérieurs, mais elles confirment bien notre constatation. Le phénomène peut être analysé de la façon suivante. On peut admettre d’après ÉLENBAAS que le point d’analogie le plus important de deux arcs de même nature est leur température. Pour avoir un apport d'énergie égale, l’intensité devrait croître comme le carré du diamètre. Les pertes d'énergie du cratère par rayonnement et conductibilité vers l’arrière croissent comme le carré du diamètre, mais les pertes latérales par rayonnement et convection ne croissent que linérairement avec le diamètre. D’autre part, plus le bulbe de vapeurs rayonnantes est gros, plus l'absorption du rayonnement des parties internes

à Le — 713 —

est élevée. Sans expliquer formellement le phénomène, ces considérations font concevoir que densité de courant égale ne signifie pas charge énergétique égale,

La valeur de la brillance mise à part, sa distribution sur la surface du cratère dépend beaucoup de la grandeur de la mèche; plus la mèche est petite, plus la différence de brillance est grande entre le centre et les bords. Comme on cherche généralement à éclairer l’objet de façon aussi uniforme que possible, il y a intérêt à ce que la distribution de la brillance sur le cratère ne soit pas trop inégale.

Minéralisation de la mèche. — a. Nature. — Je ne considérerai tout d’abord que les charbons minéralisés aux sels de métaux de la famille du cérium. Leur spectre d'arc est très riche. Ces métaux donnent en effet de nombreuses raies dans toute l’étendue du spectre et particulièrement dans le bleu et le vert. La distribution spectrale de la lumière des charbons qui en contiennent se rapproche toujours plus ou moins de celle de la lumière solaire.

On introduit généralement dans les mèches les métaux de la famille du cérium dans la proportion où ils se trouvent dans le minerai, par exemple :

Os Cor rEe 5o % environ OsPrs rec 8 % environ O3 La» OAI 25 » O3 Sm> Se hrelene se ene 5 »

O3Ne> AE PS OT 12 »

On peut supposer que tous ces métaux peuvent prendre comme le cérium de nombreux états d’excitation, et se comporter de même à ce point de vue particulier. Le thorium, qui se trouve présent dans les mêmes minerais, doit être éliminé. Pourtant, pendant la guerre, on a dû employer des fluorures dans lesquels le thorium était présent.

Voici quelques compositions :

[luorures de terres rares.

Exemple 1. Exemple 2.

Fluorures des métaux cé- : | CE OR Re TRES : 15.94 riques exprimés en F; Cems2s OS GÉTEM ELN ARPE PURE 2 Oxydes exprimés en O2Ce. 8,5 COS CARE RTE MNT ARE 0,4 OCR PTE nets Oo LANG CORRE EEE 0,5 Oxydes Fe etIAl:.27::42. 0,5 SO RCA us ie in 0,1 DES re Re LE 0,8 OST te EE 0,7 ORAN El es pu Tes 0,7 Fluorures de terres rares et thorium.

F;,Th NP ET mt mere ce taQe 275 16,0 O03Fe» tente tete aele 9 F; Ce RE I teen aie) a mer ee La) le 73,6 O: Sa br DES ES 2,7 O: COR RARE RITES 3,8 OCR En rate à 3,2

Le thorium, substitué aux métaux de la famille du cérium, donne un rendement lumineux et un spectre très voisins, mais il provoque des inconvénients de fonction-

nement sur lesquels je reviendrai.

ST nl

b. Volatilité. — Les métaux de la famille du cérium (je dirai dorénavant cérium pour simplifier) sont introduits sous forme de fluorures et d'oxydes. En général, on évite d'introduire dans les mèches des produits oxygénés, à cause des déflagrations que leur réduction par le carbone peut produire. Cette règle n’est pourtant pas absolue; si l’oxyde se réduit à haute température, et à condition de bien l’incorporer dans un aggloméré solide, elle peut être enfreinte. C'est le cas pour l’oxyde cérique. Lorsqu'un grain atteint la température suflisante, il est réduit par le carbone à l’état d'oxyde céreux, puis à l'état de carbure de cérium C,Ce, qui ne se volatilise qu’à très haute température. Si au lieu de l’oxyde cérique, on met dans la mèche du fluorure cérique, ce dernier n’est pas attaquable par le carbone. Il va donc fondre, puis se volatiliser en se dissociant et passer dans l’arc. Lorsqu'on compare des charbons dont les mèches respectives contiennent à peu près les mêmes teneurs de cérium sous forme de fluorure d’une part, et d'oxyde d’autre part, on obtient les résultats rapportés sous forme de courbes sur la figure 37. La brillance, l’usure, la tension d’arc, la profondeur du cratère sont d’autant plus élevées

que le rapport === est plus grand. Ce qu’on gagne en brillance est donc acquis au prix

d’une dépense d’énergie et de charbon. Nous pouvons essayer de nous rendre compte dans quelles mesures respectives ces dépenses croissent en fonction de la brillance. Considérons les deux cas extrêmes des charbonis dont les mèches contiennent exclusivement comme corps minéral le fluorure de cérium d’une part et l’oxyde de cérium d’autre part. La brillance B peut être rapportée à l'intensité I, à la puissance dépensée dans l'arc W = IV, à l’usure U ou aux produits IU et WU. On obtient les chiffres suivants :

Re CeF,. Ce O,.