CHAPITRE I

Oesjdivers moyeas d'obtenir la lumière électrique. — Arc vol talque. — Ses propriétés. — EzpérieDces 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 deM. Tyndall sur ia chaleur développée par Tare voltalque. — Emploi de la lumière électrique dans les théâtres. — Eclairage des travaux de nuit. — Rapport de M. Briill sur remploi 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

oharbon, entre les extrémités desquelles jaillit une série

d'étincelles formant un foyer éblouissant appelé arc voltàique\

la seconde est basée sur l'incandescence d'une mince

baguette en charbon aggloméré ou en toute autre substance

Conductrice, offrant une grande résistance au passage du

co urant électrique .

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 couleur de Tare 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 négative, il présente la forme d'un cône ; entre deux pointes de charbon, il a la forme d'un œuf; etc.

La longueur 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 longueur 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 des grands. 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 était en haut ; 3^ que, lorsqu'on couple les éléments en quantité, la longueur de l'arc croît moins vite qae le nombre des éléments. L'arc de 100 éléments étant de 0°^,25 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°", 1 83. 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, 0"',001, 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 fois plus grand qu'avec les 24 séries couplées en quanlité ; 4° que, lorsque le pôle positif est en bas, l'arc voltaïque esl moins long que lorsque c'est le pôle négatif qui occupe celte place. Avec 6 séries de tOO éléments couplées en quantité, on obtient C",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 avantageuse que celle de tension. .Ainsi 6 séries de 100 éléments couplées en quantité donnent un arc horizontal de 0'°,040 et (iOO éléments bout à bout ne donnent qu'un arc horizontal de 0"',O27.

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 magnéto-électriques en cherchant à obtenir de la lumière voltaïque avec des appareils de grande quantité et de faible tension.

L'are 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 négatif. L'électrode positive a une tenqjérature beaucoup plus élevée que l'autre, et, tandis (jue le charbon négatif est à peine rouge sombre à quelque distance de l'arc, le charbon positif est rouge 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 dés le début par les physiciens, qui fit 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'éleo- Irode négative prédomùie dans l'arc, il n'en existe pas moins

un transport très-actif de i'plectrocle négative h rélectrndo positive.

L'arc (fîg. I) ressemble à une (lanime lreml>lante, dont la forme est ovoïde avec des poiriles 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 chacun des charbons apparaissent çà et là des globules liquides et incandescents j/. g, provenant de substances minérales qui se déplacent, glissent jusqu'à la pointe et s'élancent pour gagner l'autre électrode.

. Ces globules liquides n'apparaissent pas lorsque les char-

lons sont chimiquement purs.

I Quand l'arc voltaïque se produit dans l'air, les deux liges

e charbon diminuent rapidement de volume, parce qu'elles

brûlent toutes deux ; mais, dans le vide, cette combustion n'a pas lieu et Ton voit la pointe positive se creuser et diminuer de poids tandis que la pointe négative s'allonge 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, l'arc 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 1 eloignement des électrodes d'autre part. Les choses se passent exactement comme si les électrodes étaient réunies par un fil métallique ou une baguette de charbon de faible section ; ce qui revient à dire que la lumière produite par l'arc 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, Cazin, etc., dont nous avons lu la plupart des mémoires. Ces travaux sont plus scientifiques que pratiques : nous nous bornons à les signaler aux personnes qui voudraient faire une étude approfondie de la question avant de se livrer à de nouvelles recherches.

Dans une conférence à la Société d'encouragement, M. Le Roux a très-bien caractérisé le phénomène de transformation qui s'opère dans la production de l'arc et il a insisté sur ce point que le foyer voltaïque n'est formé que d'une véritable vapeur de carbone.

La lumière électrique ne doit, en effet, ses propriétés spéciales qu'à la condensation d'une grande quantité de chaleur dans un espace Irès-restreint. Cette chaleur est eftjpruntée 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 très-faible 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 chaleur 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

facilités pour le transport de cette chaleur en un point donné*.

La lumière électrique a une grande analogie, quant aux effets produits, avec la lumière du soleil. Elle provoque la combinaison du chlore avec l'hydrogène, 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 photographie et dans diverses industries où l'on a besoin de distinguer 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 vollaïque atteignait la moitié de celle que nous envoie le soleil par un temps très-pur ; tandis que la lumière Drummond est à peine égale à un cent-cinquantième et que l'éclat de la lune ne dépasse pas la trois-ccnt-millième partie de celui du soleil. Quant au soleil lui-même, il répand sur une surface donnée autant de clarté que 5774 bougies placées à 0",33 de distance. Les étoiles ne versent sur notre globe qu'une lumière insignifiante ; 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 înfini-

1. Les Machines magnéto-électriques françaises^ par F. -P. Le Roux. Gauihier- 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 l'arc voltaVque. La différence entre les résultats de Fizeau et Foucault et ceux d'Arago est facile à expliquer par cette simple considération, que si l'on a pu calculer le diamètre du soleil et sa distance à la terre avec une approximation suffisante, il n*en a pas été de même de la surface éclairante de l'arc 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 pilee voltaïques assez puissantes, mais elle n'avait qu'un éclat incomparablement

ment moins une salle que le gaz, à une intensité lumineuse égale. Tare voltaïque est le siège d'une température extrêmement élevée. Les corps réputés comme les plus réfractaires s'y consument avec une rapidité extraordinaire .

Le professeur Tyndall a fait de très-belles expériences publiques sur la chaleur développée par l'arc voltaïque, et pour intéresser davantage 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 argenté, les rayons du foyer lumineux, et il interposait dans le cône de lumière convergente 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 convergeaient à un foyer invisible qui produisait les eflets 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 tige chauffée à blanc. Le papier s'enflammait instantanément.

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

Vn morceau de charbon de bois suspendu dans un

récipient plein d'oxygène prenait feu au foyer et brûlait avec

l'éclat splendide que présente cette substance dans une

sitmosphère d'oxygène. Les rayons invisibles, après avoir

traversé le récipient, conservaient encore assez de force pour

échauffer au rouge blanc.

Un mélange d'oxygène et d'hydrogène faisait explosion au foyer obscur rien que par réchauffement de son enveloppe.

Une bande de zinc noircie placée au foyer était percée et enflammée par les rayons invisibles. En faisant passer

iiioins grand que celui réalisé avec des machines. Si l'on répétait ces expériences >^ec les puissantes machines Gramme, on trouverait probablemf nt que l'arc voltaïque a le môme pouvoir émissif que le soleil.

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 magnésium, présenté convenablement au foyer, brûlait avec un éclat presque intolérable.

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

M. Tjudall 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 h sa disposition des générateurs mécaniques d'électricité, l'usage de l'arc voltaïque a été limité aux expériences de laboratoires, aux embellissements de fêtes publiques, aux eff^ets scéniques dans les théâtres et à quelques travaux de nuit très-urgents ; aujourd'hui, grâce à la découverte de M. Gramme, il commence à entrer dans le service courant d'un grand nombre d'industries et le succès des premières installations fait espérer qu'il se développera très-rapidement.

C'est en 1846, dans ]e Prophète , que l'arc voltaïque 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 monté sans qu'on y ait introduit un effet quelconque de lumière électrique.

L'arc voltaïque n'a pas seulement été appliqué au théâtre

1. 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.

pour projeter une vive lumière sur certains points de la scène, pour éclairer des sujets, des décorations, des groupes, etc. Ses rayons intenses ont servi à reproduire des phénomènes physiques et des apparitions fantastiques.

M. Duboscq, chargé du service de l'électricité à TOpéra depuis 1855, a réalisé une foule de combinaisons ingénieuses. C'est à lui que Ton 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, Varc-^n-ciely 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'augmenter la courbure de l'image 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 engendrent Y arc-en-ciel .

De l'éclairage des fêles publiques nous ne dirons rien, cela n'a aucune importance au point de vue industriel, et les expériences imaginées pour cet usage sont trop connues pour qu'il y ait lieu d'insister sur leur peu de valeur. L'éclairage des travaux de nuit (fig. 2) est beaucoup plus intéressant. Dans cet ordre d'idées, nous ne connaissons rien de plus concluant en faveur de la lumière par Tare voltaïque, que le rapport suivant, fait par M. BrùU ingénieur conseil.

c( La Compagie des chemins de fer du Nord de l'Espagne, au commencement du mois d'avril 1862, a fait faire de sérieuses expériences avec les régulateurs de la lumière électrique du système Serrin. Les résultats ayant été satisfaisants, elle a fait l'acquisition de vingt régulateurs que l'on a expédiés dans les montagnes 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 jiiillef, il y en avait huif, et la lumière a été employée régulièrement jusqu'au lEj octobre. A cette époque, la durée de l'éclairage s'élevait en total à 3,717 heures... Après trois mois d'interruption causée parle froid rigoureux 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 cfaw-

Fjn. !. Ëdairagc & l'Hlectricita d'u:

r (le coDslruclioD.

liers jusqu'au 12 juin, époque de l'achèvement des Iravaui. La durée de l'éclairage, dans cette période, est de 5,700 heures. La durée totale, pondant les deux époques, est de 9,H7 heures. La lumière a toujours été belle et régulière; elle éclairait les chantiers avec profusion, sans blesser pourtant les travailleurs par son intensité. On a employé deui genres de réflecteurs, hyperboliques et paraboliques...; les réflecteurs hyperboliques doivent être préférés. La dépense

par heure des matières consommées a été de 2 fr. 90 par lampe. L'économie réalisée par l'application de Téclairage électrique sur les torches est d'environ 60 pour 100. Si l'on considère en outre la gène causée par la fumée des torches concentrée dans les profondes tranchées remplies de travailleurs, les pertes de temps pour entretenir Içur combustion, leur faible clarté, on verra la grande et incontestable supériorité de la lumière électrique. La crainte de produire dans des temps égaux 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'énergie et produit davantage ; pendant les nuits froides, il travaille pour se réchauffer ; dans aucun cas, le service de nuit n'est inférieur au service de jour.

« L'éclairage électrique a rendu d'importants services aux travaux souterrains des grandes mines du Guadarrama. La profondeur du puits étant de 22 mètres, chaque galerie avait 16 mètres de longueur... ; Tair était tellement vicié par l'explosion des pétards et la combustion des lampes des milieurs, que les maçons pouvaient à peine y séjourner pendant quelques instants ; les lampes ne brûlaient plus dans l'intérieur de la mine; allumées à l'orifice du puits, élies s'éteignaient avant d'arriver au fond. Le travail était pressant ; je n'avais sous la main aucun moyen de ventilation ; je fis descendre un régulateur Serrin dans l'intérieur de la mine... Au bout d'une heure environ, voyant que les maçons ne se plaignaient 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 prolongé pendant 112 heures consécutives sans aucun inconvénient. »

Nous pourrions encore citer, parmi les travaux en plein