CHAPITRE I

Des divers moyens d'obtenir la lumière électrique. — Arc voltaïque. — Ses propriétés. — Expériences de Despretz. — Aspect de deux charbons pendant leur éclat. — Expérience de Matteucci. — Conférence de M. Le Roux. — Analogie entre la lumière électrique et la lumière solaire. — Expériences de Tyndall sur la chaleur développée par Tare voltaïque. — Emploi de la lumière électrique dans les théâtres. — Eclairage des travaux de nuit. — Rapport de M. BrûU sur l'emploi des régulateurs Serrin en Espagne.

Il y a deux manières d'obtenir pratiquement de la lumière électrique : la première, qui est presque exclusivement la seule connue, consiste dans l'emploi de deux électrodes en charbon, entre les extrémités desquelles jaillit une série d'étincelles formant un foyer éblouissant appelé arc vol" laïque; la seconde est basée sur l'incandescence d'une baguette de carbone interposée entre deux conducteurs, ég*alement en charbon, d'une section beaucoup plus g^rande que la baguette lumineuse.

On peut encore produire de la lumière en se servant des tubes électriques de Gessler, mais le faible pouvoir éclairant de ces tubes les rend impropres à tout usage domestique ou industriel.

La lumière résultant de l'arc voltaïque a l'avantage

d'avoir été étudiée par un g*rand nombre de physiciens, et d'être aujourd'hui d'un usagée pratique, mais elle présente l'inconvénient capital de ne pouvoir s'obtenir que par g^rands foyers et d'être indivisible au-dessous d'une certaine intensité.

La lumière par incandescence permet l'obtention de petits foyers et le fractionnement plus ou moins g^rand de l'éclairag*e, mais elle ne s'obtient qu'à l'aide de procédés compliqués et ne donne qu'un très-faible rendement eu égard à la puissance des piles ou à la force motrice dépensée pour actionner la machine mag'néto-électrique.

Comme nous avons principalement pour but de faire connaître les applications industrielles de la lumière électrique, nous nous occuperons spécialement des effets observés dans la production de l'arc voltaïque, en consacrant un chapitre seulement à la description des expériences faites et des appareils imag*inés pour obtenir de la lumière par incandescence.

Quelques explications préalables sont nécessaires pour bien faire comprendre les appareils de rég'ularisation qui seront décrits plus loin.

En approchant l'un de l'autre les deux conducteurs d'une source d'électricité suffisamment intense, jusqu'à ce qu'ils se touchent et en les éloig'nant ensuite g^raduellement, on voit apparaître un arc lumineux extrêmement brillant qui persiste tant que la distance entre les conducteurs n'est pas trop grande. Cet arc a reçu le nom d'arc voltaïque, en mémoire de la pile avec laquelle il a été produit pour la première fois.

L'éclat de l'arc voltaïque dépend de l'intensité du courant, de la nature des électrodes et du milieu dans lequel il se produit. Avec du potassium ou du sodium, par exemple, la lumière est plus brillante qu'avec du platine ou de l'or ; dans l'air on a plus de lumière que dans les vapeurs mercurielles.

La couleur de l'arc varie avec la substance des électrodes : elle est jaune avec du sodium, blanche avec du zinc, verte avec de l'argent, etc.

L'aspect du foyer dépend surtout de la forme des électrodes : entre une pointe de coke positive et une plaque de platine nég*ative, il présente la forme d'un cône; entre deux pointes de charbon, il a la forme d'un œuf; etc.

La long^ueur maxima du foyer dépend surtout de l'intensité du courant. Davy, qui, le premier, en 1813, observa l'arc voltaïque, trouva qu'avec 2 000 couples zinc et cuivre, de 2 décimètres carrés chacun, on obtenait un écart entre les charbons de 0'",11 dans l'air et de 0", 18 dans le vide.

Despretz a fait, vers 1850, une série d'expériences sur l'arc voltaïque et il a trouvé : 1* que la long'ueur de l'arc croît plus vite que le nombre des éléments employés à le produire ; 2° que cet accroissement est plus prononcé pour de petits arcs que pour de g*rands. Ainsi l'arc produit avec 100 éléments Bunsen est presque quadruple de celui produit par 50 éléments ; celui résultant de 200 éléments n'est pas triple de celui de 100 ; celui de 600 éléments est environ 7 fois et demie plus grand que celui de 100. La pile de 600 éléments, couplés en une seule série, a donné jusqu'à 0",20 d'arc lorsque le positif est en haut; 3" que, lorsqu'on couple les éléments en quantité, la longueur de l'arc croît moins vite que le nombre des éléments. L'arc de 100 éléments étant de 0'",025, n'est que de 0",069 avec 600 éléments couplés en 6 séries de 100, tandis qu'avec la même batterie de 600 éléments couplés en tension, il atteint 0", 183. En couplant successivement en quantité des séries de piles de 25 éléments de tension, on obtient : pour une seule série, un arc à peu près nul ; pour deux séries, un arc encore trop petit pour être mesuré; pour 3 séries, O",©©!, et pour 24 séries, 0",0115. Les mêmes piles couplées en tension donnent un arc de 0°, 162, c'est-à-dire un écart de charbon 14 foiî*

plus g^rand qu'avec les 24 séries couplées en quantité; 4" que, lorsque le pôle positif est en bas, Tare voltaïque est moins long que lorsque c'est le pôle négpatif qui occupe cette place. Avec 6 séries de 100 éléments couplées en quantité on obtient 0",074 d'écart lorsque l'électrode positive est en haut et 0", 056 si elle est en bas; 5" que, lorsque les électrodes sont placées horizontalement, les arcs sont moins longs qu'avec des électrodes verticales et qu'alors la pile de quantité devient plus avantagpeuse que celle de tension. Ainsi 6 séries de 100 éléments couplées en quantité donnent un arc horizontal de 0",040 et 600 éléments bout à bout ne donnent qu'un arc horizontal de 0"^027.

Les expériences de Despretz sont les seules qui ont été assez complètes pour donner lieu à des conclusions précises, et elles expliquent très-bien les difficultés qu'ont rencontrées les constructeurs de machines mag*néto-électriques en cherchant à obtenir de la lumière voltaïque avec des appareils de g^rande quantité et de faible tension.

L'arc voltaïque résulte de l'incandescence d'un jet de particules détachées des électrodes et projetées dans toutes les directions. Cette projection a principalement lieu d'un pôle à l'autre et plus particulièrement du pôle positif au pôle uég^atif. L'électrode positive a une température beaucoup plus élevée que l'autre, et, tandis que le charbon négatif est à peine roug'C sombre à quelque distance de l'arc, le charbon positif est roug^e blanc sur une assez grande longueur. L'usure de l'électrode positive, pour un temps déterminé, est double de celle de l'électrode négative. C'est cette différence, dans l'usure et la température, observée dès le début par les physiciens, qui fît d'abord expliquer le phénomène de l'arc lumineux comme un simple transport de particules du pôle positif au pôle négatif. Aujourd'hui il est bien démontré que, si le transport de l'électrode positive à l'électrode négative prédomine dans l'arc, il n'en existe pas

moins un transport très-actif de Félectrode nég'ative à l'électrode positive.

L'arc (fig». 1) ressemble à une flamme tremblante, dont la forme est ovoïde avec des pointes de charbon. De temps en temps, on voit une particule brillante s'élancer d'une électrode à l'autre en produisant une traînée lumineuse. Sur

FiG. 1. Arc voltaïque.

chacun des charbons apparaissent çà et là des g^lobules liquidés et incandescents g,g^ provenant de substances minérales qui se déplacent, g*lissent jusqu'à la pointe et s'élancent pour g^ag'ner l'autre électrode.

Ces g'iobules liquides n'apparaissent pas lorsque les charbons sont chimiquement purs.

Quand l'arc voltaïque se produit dans l'air, les deux tigres de charbon diminuent rapidement de volume, parce qu'elles

6 ÉCLAIRAGE A L'ÉLEGTMGITÉ.

brûlent toutes deux; mais, dans le vide, cette combustion n'a pas lieu tet Ton voit la pointe positive se creuser et diminuer de poids tandis que la pointe négpative s'allong'e et augmente de volume. L'usure est presque nulle et ne résulte que des particules projetées par les deux charbons en dehors de leur action réciproque.

En réalité. Tare voltaïque est une portion du circuit électrique jouissant de toutes les propriétés des autres parties du même circuit. Les molécules entraînées constituent entre les deux pointes une chaîne mobile plus ou moins conductrice et plus ou moins chauffée suivant l'intensité du courant d'une part, la nature et l'éloig^nement des électrodes d'autre part. Les choses se passent exactement comme si les électrodes étaient réunies par un fil métallique ou une bag^uette de charbon de faible section; ce qui revient à dire que la lumière produite par Tare voltaïque et celle obtenue par incandescence proviennent de la même cause, qui est réchauffement d'un corps résistant intercalé dans le circuit.

Matteucci, célèbre physicien italien, a démontré cette parité entre l'arc voltaïque et les autres parties du circuit électrique, en éloignant lentement deux cônes de fer mis préalablement en contact : un filet de métal liquide apparaissait d'abord, devenait lumineux, puis se brisait pour faire place à l'arc voltaïque.

Parmi les savants qui se sont le plus occupés des propriétés de l'arc voltaïque, nous citerons MM. Wheatstone, de La Rive, Becquerel, Grove, Favre, Quet, Neef, Sillimann. Van Breda, Despretz, Matteucci, Foucault, Fizeau, Tyndall, Le Roux, Gazin, etc., dont nous avons lu la plupart des mémoires. Ges travaux sont plus scientifiques que pratiques : nous nous bornons à les signaler aux personnes qui voudraient faire une étude approfondie de la question aA^ant de se livrer à de nouvelles recherches.

llans une conférence à la Société d'encourag*ement,M.Le Roux a très-bien caractérisé le phénomène de transformation qui s'opère dans la production de Tare et il a insisté sur ce point que le foyer voltaïque n'est formé que d'une véri^ table vapeur de carbone.

La lumière électrique ne doit, en effet, ses propriétés spéciales qu'à la condensation d'une g^rande quantité de chaleur dans un espace très-restreint. Cette chaleur est empruntée à la combustion du zinc dans la pile ou au foyer de la machine à vapeur qui met en mouvement l'appareil magnéto-électrique ; théoriquement, elle pourrait en différer extrêmement peu ; pratiquement, elle n'en est qu'une trèsfaible partie. C'est que, dans la pratique, il faut tenir compte d'une foule de circonstances dont la théorie n'a pas à se préoccuper. D'ailleurs, la. question n'est pas de savoir si nous employons bien tout ce que pourrait produire de chaleur la houille que nous brûlons sous le générateur de vapeur, mais si par quelque autre moyen nous pourrions arriver à condenser une aussi grande quantité de lumière dans un espace aussi restreint, et à ce point de vue l'arc voltaïque laisse bien loin derrière lui tous les autres modes . de production.

Condenser la chaleur dans un espace restreint de manière à élever beaucoup la température des corps, tel est le problème de la production de la lumière. Dans la combustion d'un corps, c'est-à-dire dans sa combinaison avec l'oxygène, pour une même quantité du corps brûlée, il se produit toujours la même quantité de chaleur, que l'oxygène soit pris pur ou dans l'air, mais la température s'élève beaucoup moins lorsqu'on emploie l'oxygène de l'air au lieu d'oxygène pur.

L'électricité est le meilleur moyen connu pour condenser la plus grande quantité de chaleur possible en un espace restreint; et c'est, en outre, celui qui donne le plus de faci-

lités pour le transport de cette chaleur en un point doni^*.

La lumière électrique a une g^rande analogpie, quant aux effets produits, avec la lumière du soleil. Elle provoque la combinaison du chlore avec Fhydrog^ène, elle colore le chlorure d'argent, elle possède la propriété de rendre phosphorescents, c'est-à-dire lumineux dans l'obscurité, les corps qui le deviennent sous l'influence des rayons solaires. Ces précieuses propriétés ont été utilisées dans la photog^raphie et dans diverses industries où Ton a besoin de disting^uer les couleurs sous leur véritable aspect pendant le travail de nuit.

En- comparant entre elles diverses sources lumineuses, Foucault et Fizeau ont trouvé que la lumière de l'arc voltaïque atteig'nait la moitié de celle que nous envoie le soleil par un temps très-pur ; tandis qup la lumière Drummond est à peine ég^ale à un cent-cinquantième et que l'éclat de la lune ne dépasse pas la trois-cent-millième partie de celui du soleil. Quant au soleil lui-même, il répand sur une surface donnée autant de clarté que 5 774 boug'ies placées à 0'",33 de distance. Les étoiles ne versent sur notre g'iobe qu'une lumière insig'nifîante ; Sirius, une des plus brillantes, n'a pas un éclat supérieur à la sept-centième partie de celui de la lune; cinq milliards d'étoiles semblables éclaireraient moins que le soleil*. Bien que la lumière électrique chauffe infiniment moins une salle que le g»az, à une intensité lumineuse ég^ale, l'arc voltaïque est le siég'e d'une température extrêmement élevée. Les corps réputés comme les

i. Les Machines magnéto-électriques françaises^ par F.-P. Le Roux, Gauthier- Villars, 1868, p. 43.

2. Il s'agit ici, bien entendu, du pouvoir émissif par mètre carré du corps éclairant, et non de la lumière totale développée. Arago a trouvé que la lumière solaire était 4 ou 5 fois plus intense que celle de Tare voltaïque. La différence entre les résultats de Fizeau et Foucault et ceux d' Arago est facile à expliquer par cette simple considération, que si Ton a pu calculer le diamètre du soleil et sa distance à la terre avec une approximation suffi-

plus réfractaires s'y consument avec une rapidité extraordinaire.

Le professeur Tyndall a fait de très-belles expériences publiques sur la chaleur développée par Tare voltaïque, et pour intéresser davantag^e son auditoire il rendait invisibles les rayons émis par les pointes de charbon. Pour cela, M. Tyndall concentrait par réflexion, à la surface d'un petit miroir arg*enté, les rayons du foyer lumineux, et il interposait dans le cône de lumière converg'ente ainsi obtenu un vase en verre contenant une dissolution opaque d'iode. La lumière du cône se détruisait entièrement, mais les rayons subsistaient toujours et converg»eaient à un foyer invisible qui produisait les efi'ets les plus curieux.

Ainsi quand on plaçait dans ce foyer un morceau de papier noir, il était percé par les rayons comme s'il eût été traversé par une tig^e chaufl'ée à blanc. Le papier s'enflam7 mait instantanément.

Un amas de bois et de copeaux prenait feu dès qu'on les plaçait au foyer. Un cigare s'allumait de suite.

Un morceau de charbon de bois suspendu dans un récipient plein d'oxyg'ène prenait feu au foyer et brûlait avec l'éclat splendide que présente cette substance dans une atmosphère d'oxyg'ène. Les rayons invisibles, après avoir traversé le récipient, conservaient encore assez de force pour échauffer au roug^ blanc.

Un mélangée d'oxyg'ène et d'hydrogène faisait explosion au foyer obscur rien que par réchauffement de son enveloppe.

santé, il n*en a pas été de même de la surface éclairante de Tare voltaïque. Le foyer lumineux ne présente pas la forme sphérique et chaque partie de la surface émet des rayons d'intensité extrêmement variable. La lumière électrique était produite par des piles voltaïques assez puissantes, mais elle n'avait qu'un éclat incomparablement moins grand que celui réalisé avec des machines. Si Ton répétait ces expériences avec les puissantes machines Gramme, on trouverait probablement que l'arc voltaïque a le même pouvoir émissif que le soleil.

Une bande de zinc noircie placée au foyer était percée et enflammée par les rayons invisibles. En faisant passer graduellement la bande à travers le foyer, on pouvait la maintenir brillante pendant un temps considérable avec sa lumière pourpre caractéristique. Cette expérience était d'une beauté particulière.

Un fil de mag*nésium, présenté convenablement au foyer, brûlait avec un éclat presque intolérable.

Une plaque mince de charbon, placée dans le vide, était portée à Tincandescence par les rayons invisibles.

M. Tyndall a obtenu des effets plus étonnants encore dont la nomenclature complète nous entraînerait trop loin. Nous citerons seulement le plus caractéristique. Avec une pile de force suffisante et une concentration convenable, il a chauffé à blanc une plaque de platine, et celle-ci, vue à travers un prisme, présentait un spectre brillant complet*.

Tant qu'on n'a pas eu à sa disposition des g'énérateurs mécaniques d'électricité, l'usagée de l'arc voltaïque a été limité aux expériences de laboratoires, aux embellissements des fêtes publiques, aux effets scéniques dans les théâtres et à quelques travaux de nuit très-urg'ents ; aujourd'hui, g'râce à la découverte de M. Gramme, il commence à entrer dans le service courant d'un g'rand nombre d'industries et le succès des premières installations fait espérer qu'il se développera très-rapidement.

C'est en 1846, dans le Prophète, que la lumière électrique fit son début à l'Opéra de Paris. Il s'agissait de produire un effet de soleil levant. L'illusion était si complète, qu'elle fut saluée par d'unanimes applaudissements, et, depuis cette époque, il est rare qu'un ballet ou un opéra ait été

i . Les expériences si remarquables de M. Tyndall sur les rayons invisibles de la lumière électrique ont été faites à Royal Institution^ le 27 janvier 1865. Elles sont relatées avec beaucoup de détails et d*explications théoriques dans le journal les Mondes du 2 février 1865, p. 249 et suivantes.

DE L'ARC VOLTAÏQUE. il

monté sans qu'on y ait introduit un effet quelconque de lumière électrique.

L'arc voltaïque n'a pas seulement été appliqué au théâtre pour projeter une vive lumière sur certains points de la scène, pour éclairer des sujets, des décorations, des g'roupes, etc. Ses rayons intenses ont servi à reproduire des phénomènes physiques et des apparitions fantastiques.

M. Duboscq, charg-é du service de l'électricité à l'Opéra depuis 1855, a réalisé une foule de combinaisons ingénieuses. C'est à lui que l'on doit les magnifiques effets de l'arc-en-ciel, des éclairs, des reflets de vitraux éclairés par le soleil, des fontaines lumineuses jaillissantes, etc., etc.

Le plus beau de ces effets, Yarc-en-ciel, est obtenu par plusieurs lentilles et un prisme de cristal : les premières lentilles donnent un faisceau parallèle qui passe ensuite par un écran découpé en forme d'arc ; ce faisceau est reçu par une lentille biconvexe à très-court foyer, dont le double rôle est d'aug^menter la courbure de l'imagée et de lui donner une extension plus considérable. C'est au sortir de cette dernière lentille que les rayons lumineux traversent le prisme qui les décompose et eng'endre V arc-en-ciel.

Au Nouvel-Opéra de Paris on a conservé les piles, car de parti pris l'architecte n'a pas voulu installer un moteur à vapeur dans aucun des locaux de l'édifice et les machines produisant de l'électricité ne peuvent fonctionner sans moteur. A l'Opéra de Vienne, où tout est machiné par la vapeur, on fait usag'e d'une machine Gramme, qui donne de très-bons résultats.

De l'éclairag'e des fêtes publiques nous ne dirons rien, cela n'a aucune importance au point de vue industriel, et les expériences imag*inées pour cet usag'e sont trop connues pour qu'il y ait lieu d'insister sur leur peu de valeur, même comme décoration d'une place, d'une avenue ou d'un monument. L'éclairag*e des travaux de nuit (fig*. 2) est beau-

coup plus intéressant. Dans cet ordre d'idées nous ne connaissons rien de plus concluant en faveur de la lumière électrique que le rapport suivant, fait par M. BruU, aujourd'hui vice-président de la Société des ing^énieurs civils :

<t La Gompag^nie des chemins de fer du Nord de l'Espagine..., au commencement du mois d'avril 1862^ a fait faire de sérieuses expériences avec les rég'ulateurs de la

FiQ. 2. Éclairage à réleotricité d'un chantier de construction.

lumière électrique du système Serrin. Les résultats ayant été satisfaisants, elle a fait l'acquisition de ving^t rég'ulateurs que l'on a expédiés dans les montag^nes du Guadarrama, avec les piles et les matières nécessaires pour leur alimentation... Les premières installations étaient mises en activité au mois de mars 1862 ; au mois de juillet il y en avait huit, et la lumière a été employée rég'ulièrement jusqu'au 15 octobre. A cette époque, la durée de l'éclairag^e

s'élevait en total à 3717 heures... Après trois mois d'interruption causée par le froid rig'oureux et les intempéries, on a repris au mois de février 1863 les travaux de nuit et l'emploi de la lumière électrique, qui fonctionna continuellement dans dix chantiers jusqu'au 12 juin, époque de l'achèvement des travaux. La durée de l'éclairag^e dans cette période est de 5700 heures. La durée totale pendant les deux époques est de 9 417 heures. La lumière a toujours été belle et rég^ulière; elle éclairait les chantiers avec profusion, sans blesser pourtant les travailleurs par son intensité. On a employé deux genres de réflecteurs, hyperboliques et paraboliques...; les réflecteurs hyperboliques doivent être préférés. La dépense par heure des matières consommées a été de 2',90 par lampe. L'économie réalisée par l'application de l'éclairag^e électrique sur les torches est d'environ 60 pour 100. Si l'on considère en outre la g'êne causée par la fumée des torches concentrée dans les profondes tranchées remplies de travailleurs, les pertes de temps pour entretenir leur combustion, leur faible clarté, on verra la g^rande et incontestable supériorité de la lumière électrique. La crainte de produire dans des temps ég*aux moins de travail pendant la nuit que pendant le. jour n'est pas fondée. En été, l'ouvrier n'étant pas accablé par la chaleur du jour, travaille avec plus d'énerg'ie et produit davantag^e; pendant les nuits froides, il travaille pour se réchaufl'er ; dans aucun cas, le service de nuit n'est inférieur au service de jour.

« L'éclairag^e électrique a rendu d'importants services aux travaux souterrains des g»randes mines du Guadarrama. La profondeur du puits étant de 22 mètres, chaque galerie avait 16 mètres de longueur...; l'air était tellement vicié par l'explosion des pétards et la combustion des lampes des mineurs, que les maçons pouvaient à peine y séjourner pendant quelques instants ; les lampes ne brû-

Googl(

laient plus dans Tintérieur de la mine ; allumées à rorifice du puits, elles s'éteig'naient avant d'arriver au fond. Le travail était pressant ; je n'avais sous la main aucun moyen de ventilation ; je fis descendre un rég^ulateur Serrin dans l'intérieur de la mine... Au bout d'une heure environ, voyant que les maçons ne se plaig*naient nullement d'être incommodés et ne demandaient pas à être relevés, je descendis dans la mine et je constatai que l'on y respirait avec autant de facilité qu'en plein air, que les lampes y restaient allumées. Le travail des maçons, éclairés par la lumière électrique, s'est prolongée pendant 112 heures consécutives sans aucun inconvénient. »

Nous pourrions encore citer, parmi les travaux en plein air exécutés à la lumière électrique, ceux du fort Chavag^nac à Cherbourg», du chemin de fer du Midi, des réservoirs de Ménilmontant, du bâtiment du Moniteur universel, et plus récemment ceux des nouveaux bassins du Havre, de l'exposition de 1878 au Trocadéro, de l'avenue de rOpéra, des Grands Mag'asins du Louvre, etc., etc.

Dans les chapitres VII et VIII, nous donnerons des détails précis sur un g*rand nombre d'applications pour l'industrie privée, les phares, la marine et la g'uerre.