PREMIÈRES MACHINES MAGNÉTO-ÉLECTRIQUES

XéâDition. — Transformation du travail en électricité. — Influence d'un courant sur une aiguille aimantée. — Expérience d^Œrstedt. — Action mutuelle de deux courants. — Découverte d^Aoïpère. — Action d'un courant sur un fer doux. — Découverte d^Arago. — Action d*un aimant «ur une spire métallique. — Découverte et expériences de Faraday. — Electricité d'induction. — Machine de Pixii : commutateur. — Machine de Clarke. — Machine de Nollet ou de V Alliance. — Machine de Holmes. — Machine de Wilde. — Progrès réalisés par Wheatstone et Siemens. — Magnétisme rémanent. — Machine de Ladd.

On appelle machine magnéto-électrique Tensemble des ^)rganes destinés à créer et à recueillir les courants électriques d'induction.

Le fonctionnement d'une machine magnéto-élecirique «xige rintervention d'un moteur quelconque, animé ou inanimé, et, pour un même genre d'appareils, la force siotrice employée est d'autant plus grande que la quantité d'électricité produite est plus considérable. On peut même définir ces machines en disant qu'elles ont pour objet la transformation du travail en électricité.

Quand les aimants sont remplacés par des électro-aimants, on désigne souvent les machines sous le nom de dynamoélectriqueSj pour ne pas les confondre avec celles formées d'aimanls permanents.

Nous conserverons le nom primitif, parce que le magnétisme est la source du courant aussi bien avec des aimants

qu'avec des électro-aimants, et qu'il faut distinguer les machines d'induction des machines à plateau de verre, lesquelles transforment également le travail en électricité.

Si l'on voulait donner des désignations plus complètes, on nommerait machines dynamo -électriques toutes celles qui exigent un moteur, et dynamo-magnéto-étectriques celles qui exigent en même temps un moteur et un aimant. Pour plus de simplicité, nous n'ajouterons pas le mot dynamo et nous ferons suivre chaque désignation de machine du nom de son inventeur.

Quelques détails scientifiques sont nécessaires pour faire comprendre le principe et le mode de fonctionnement des machines magnéto-électriques.

Au mois de juillet 18â0, OErstedt, physicien danois, remarqua qu'une aiguille aimantée est déviée de sa direction quand on la place près d'un circuit électrique fermé. Le même phénomène ayant lieu quand le courant est remplacé par un aimant, il devint évident pour OErstedt, comme pour tous les physiciens contemporains, qu'une analogie complète existait entre l'électricité et le magnétisme.

De cette première observation date réellement l'une des plus belles conquêtes de l'esprit humain dans le domaine de la physique. On parlait souvent dans le monde scientifique, bien avant 1820, de la relation intime qui existait entre un courant électrique et un aimant : ce fait servait même de base à plusieurs théories sur l'électricité, mais personne ne l'avait rendu palpable, et c'est l'expérience d'CErstedt qui seule ouvrit à la science la route lumineuse que les savants ont depuis parcourue avec tant de succès.

Le 1 1 septembre 1820, M. de La Rive répéta l'expérience d'OËrstedt à Paris, devant l'Académie des sciences ; huit jours après, le 20 septembre, Ampère constata l'action mutuelle de deux courants et celle des aimants sur les courants ; le 2b septembre, Arago découvrit qu'un courant élec-

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trique pouvait donner la vertu magnétique à une barre de fer ou d'acier. Jamais les découvertes sur un même sujet ne surgirent plus rapidement, ne furent plus vite expliquées théoriquement et ne donnèrent lieu à de plus admirables applications.

C'est un physicien anglais, Faraday, qui, en 1830, eut l'honneur de compléter les travaux d'CËrstedt, d'Ampère et d'Arago, en démontrant qu'un aimant pouvait donner naissance à un coursuit électrique.

Faraday constata, en effet, par de nombreuses expériences, que si l'on introduit un barreau aimanté dans une bobine de fil métallique isolé, on y détermine un courant électrique. 11 constata également que lorsqu'un circuit est parcouru par un courant électrique d'un certain sens et qu'on en approche un autre circuit métallique, non parcouru par un courant, pendant tout le temps que dure le mouvement de rapprochement, il naît un courant électrique dam le .second circuit, lequel courant est de sens inverse au premier.

Les courants développés par l'influence d'un aimant ou

d'un circuit êleclrisé sont appelés courants d'induction ou courants induits. Le barreau aimanté ou le premier courant ayant donné naissance aux courants induits se nomme inducteur ou coura?it inducteur.

La figure 2(3 montre comment Faraday fit Texpérience des courants induits au moyen d'aimants. 11 prit une bobine à un seul fil de 200 à 300 mètres de longueur, ouverte à l'intérieur et placée sur une planchette. En dessous de la planchette, les deux extrémités du fil aboutissaient à deux bornes, desquelles partaient deux fils de cuivre établissant la communication avec un galvanomètre. En introduisant brus- (piement un aimant dans cette bobine, l'illustre physicien observa les phénomènes suivants :

i" Au moment où le barreau pénètre dans la bobine, le galvanomètre indique l'existence d'un courant d'un certain sens; 2" lorsiju'on s'arrête, l'aiguille revient ù zéro; 3° au moment où l'on retire le barreau, le galvanomètre indique un courant de sens inverse au premier.

La figure 27 représente l'expérience d'un courant inducteur sur une spirale inerte, Une première bobine creuse, garnie d'un seul fil fin et long, est mise en relation avec un galvanomètre, et une seconde bobine, garnie d'un fil court et gros, est reliée à une pile, et par conséquent traversée par un courant voltaïque. Si l'on plonge la bobine supérieure dans l'autre, on voit qu'il se produit instantanément dans la bobine inférieure un courant inverse de celui de la bobine inductrice. Ce courant cesse pendant tout le temps que la petite bobine est dans ta grande, puis il naît un courant direct au moment même où l'on retire rapidement la bobine inductrice de la bobine induite.

Faraday fit aussi une très-belle expérience pour prouver qu'il existe des courants induits dans un cercle métallique ournant rapidement devant les pôles d'un aimant, et son appareil, d'une extrême simplicité, peut être considéré

PREMIÈRES MACHINES MAGNÉTO-ÉLECTRIQUES 100 nme la première machine roagnélo-élecfrique qui ail été jscutée.

En 1832, Pixii, constructeur d'inslrumenls de physique, Paris, combina une machine trés-iiigénleuse pour réaliser aliquemenl les expériences de Faraday, et depuis cette «que, un grand nombre de solutions furent proposées pour Ltnème but.

f Parmi les travaux les plus importants laits dans cet ordre ndées, nous citerons ceux de Saxlnn, de Clarke, de ^'ollel,

de Siemens, de Wheatstone, de Hiihmkorll', de Wilde, de Pacinolti, de Holmes, de Ladd, de Breguel, de Gramme, de Niaudet, etc., etc. On a pu voir une belle collection de machines magnéto-électriques exposées au South Kensington Muséum de Londres en I87G, contenant prest^jue toutes les blîspositions imaginées depuis quarante ans.

Nous nous éloignerions trop du sujet principal de cette

Kàude si nous donnions une description détaillée de toutes les

pachines qui ont été réalisées pratiquement, même en nous

nmant à celles qui ont eu du succès ; ceux de nos lecteurs

m voudront avoir des renseignements complets sur cette

intéressante question pourront consulter utilement la collection des brevets français et anglais, et les traités de MM. Jamin, Daguin, du Moncel, etc.

Nous allons simplement donner quelques détails sur les machines de démonstration les plus en usage et sur les machines à lumière électrique ayant reçu quelques applications.

La machine de Pixii (Gg. 28) se compose d'un électroaimant, d'un aimant, d'un bâti en bois, d'une transmission de mouvement et d'un petit appareil redresseur de courants.

L'électro-aimant est attaché à la partie supérieure d'une petite potence et l'aimant est disposé pour tourner rapidement devant l' électro-aimant, pôles contre pôles. Une manivelle et une paire d'engrenages suffisent pour actionner l'aimant. L'ensemble de l'appareil est tout à fait primitif, mais sa marche est suffisamment satisfaisante eu égard surtout à la date de sa construction.

Lorsqu'on donne le mouvement à l'aimant, on fait successivement passer ses pôles devant les pôles de l'électroaimant. il se produit à chaque demi-révolution dans le fil des bobines un courant qui se propage dans les fils conducteurs parallèles aux montants verticaux du bàli. Ce courant, qui est d'autant plus intense que les pôles de l'aimant rasent de plus près ceux de l'électro-aimant, est alternativement direct et inverse, et pour beaucoup d'applications il a besoin d'être redressé. C'est ce qu'on fait au moyen du commutateur placé sur l'axe de rotation au-dessus de la table.

Le commutateur étant un des organes les plus importants des machines d'induction à courants alternatifs, il est utile de donner une idée bien nette de sa fonction et du principe sur lequel il est basé.

Soient A et B (fig. 29) les deux moitiés d'un cylindre, isolées complètement l'une de l'autre par un corps mauvais conducteur FG, et reliées, chacune, avec un des pôles d'une

changera de sens. Cela n'a besoin d'aucune démonstra l'ion.

Si maintenant on relie le cylindre AB à l'axe d'une macliine d'induclion, en combinanl l'assemblage de telle? sorte que l'axe puisse tourner avec ou sans le cylindre, et si l'on joint le demi-cylindre A à une bobine deréleclro-aimant el le demi-cylindre B à l'autre, il se passera exactement le contraire de ce qui passait avec une pile voltaique. Il est clair, en effet, (jue lorsque le cylindre AB sera fixe el la machine en mouvement, à chaque demi-révolution tes conducteurs H J seront le siège de courants alternativement directs el inverses, el que lorsque le cylindre AB participera au mouvement de ta machine les courants recueillis seront loujours de même sens : les choses étant disposées pour que le courant développé dans l'éleclro-aimanl change de sens, au moment même où les parties frottantes C et D changent de demi-cylindre.

Tel est, en substance, le rôle de tous les commutateurs; leur l'orme el la combinaison de leurs détails peuvent varier à l'infini, mais le principe sur lequel ils reposent est loujours le même : présenter les pôles inverses d'un circuit aux pièces frottantes à chaque inversion du courant dans la machine. Les commutateurs les plus connus sont ceux d'Ampère, de Clarke, de Huhmkorif, de Berlin, etc.

Dans toutes les machines destinées aux décompositions chimiques, il est absolument nécessaire de redresser les courants. Pour la production de la lumière électrique, cela n'est pas utile.

La partie du commutateur où les pièces frottantes quittent un des conducteurs pour passer sur l'autre, est ordinairement le siège d'étincelles multiples, très-intenses, qui détériorent rapidement cet organe et qui sont souvent une cause d'insuccès insurmontable pour les machines très-bien appropriées, commutateur à part, à un travail imlustriel.

La pratique ayant démontré qu'il était inutile de faii

PREMIÈRES MACHINES MAGNÉTO-ÉLECTRIQUES 113 sîectro-aimant aussi massif que le faisait Pixii, tandis qu'il avait avantage à augmenter la puissance de l'aimant \)ermanent, Saxton combina une machine à électro-aimant horizontal, tournant devant les pôles placés bout à bout d'un aimant également horizontal, et Clarke réalisa la même idée en mettant l'aimant vertical et en plaçant l'électro-aimant

latéralement et non bout à boni. Bien que ce perfeclionnemenl ne soit pas primordial, et que le mérite de Pixii et de Saston soit plus grand et généralement plus apprécié des savants que celui de Clarke, c'est le nom de ce dernier qui a prévalu pour caractériser foules les classes de machines lliduction à courants alternatifs.

..'appareil Clarke (fîg. 30) se compose d'un faisceau Bianté, recourbé en fer à cheval et fixé sur une planchette En avant de ce faisceau se trouvent deux bobines

que l'on fait tourner au moyen d'un grand engrenage actionnant un petit pignon calé sur l'arbre. Les bobines sont enroulées sur deux cylindres de ter doux, réunis entre eui par une pièce de même métal. A chaque demi-révolution, les pôles de l'oleclro-aimant passent très -près des pôles de l'aimant permanent et un commutateur placé à l'extrémité de l'arbre redresse les courants. Ceux-ci traversent les pièces frottantes pour se rendre aux conducteurs et de là à un voltamètre ou à tout autre appareil d'expérience.

L'innovation la plus importante qu'on ait apportée aux machines de démonslralioUj depuis Clarke, estsans contredit la construction de la bobine longitudinale imaginée par Siemens et Halske, de Berlin, en 1854. Le fer de cette bobine est d'abord façonné en cylindre, puis creusé suivant l'axe de deux grandes rainures larges et profondes, de sorte que la section transversale ressemble à un double T. Le fd de cuivre, garni d'un isolant, est enroulé dans les rainures parallèlement à l'axe du cylindre, et il est recouvert d'une feuille de laiton qui, avec la partie du fer, restée libre, constitue un cylindre complet. L'un des bouts du fil est soudé à l'axe métallique du cylindre , et l'autre bout est soudé à une virole de métal isolée sur l'extrémité de cet axe. La figure 31 représente une machine Siemens garnie de sa bobine. Les armatures de l'aimantsont alésées de manière à embrasser très-étroitement la bobine en ne laissant strictement que le jeu nécessaire pour permettre sa rota- ■ tion. Cette disposition offre l'avantage de faire naître le maximum possible d'électricité et d'empêcher les aimants de perdre leur puissance , car la bobine joue le rôle des garnitures en fer dont on munit ordinairement les aimants pour les empêcher de s'affaiblir.

La machine magnéto-électrique connue aujourd'hui sous le nom de machi?ie de l'Alliance a été imaginée par NoUet, professeur de physique à l'école militaire de Bruxelles. Le

PREMIERES MACHINES MAGNETO -ELECTRIQUE S 115 lit que se proposait l'inventeur était de décomposer l'eau et 6 faire servir à l'éclairage, les gaz provenant de cette décora- Bsition. Des capitaux considérables furent engloutis pour i recherche de cette solution chimérique et la machine de Alliance n'aurait prohablement donné aucun résultat Indusliel sans un perfectionnement capital dont la dota M. Masson, ofesseur de physique à l'École Centrale et que nous avions

attribué à tort, dans notre I" édition, à M. Joseph Van Malderen.

Cette machine (fig. 32} est formée d'un certain nombre de rouleaux en bronze C, armés chacun, à leur circonférence, de 16 bobines. Ces plateaux sont établis sur un arbre horizontal actionné par un moteur quelconque au moyen d'une courroie D, et ils tournent entre 8 rangéesde faisceaux aimantés BB, rayonnant autour de l'axe et supportés parallèlement au plan du disque par un bâti spécial. Comme chaque aimant a deux pôles, une série présente 16 pôles régulièrement eapacés ; il y a donc autant de pôles que de

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bobines, de telle sorte que , quand l'une d'elles est en faC^^ d'un pôle, les 15 autres se trouvent également en face J* pôles. Les machines ont ordinairement 4 disques ou t' disques, ce qui correspond par conséquent à 64 bobines et 40 aimants permanents pour l'une et à 96 bobines et 55 aimants permanents pour l'autre. L'un des pôles du courant total aboutit à l'arbre qui se trouve en communication avec le bi'iti par l'intermédiaire des coussinets; l'autre pôle aboutit à un manchon concentrique à l'arbre, isolé de lui par une subslance non conductrice.

Le courant change de sens chaque l'ois qu'une bobine passe devant les pôles des aimanis ; or il y a 1 6 pôles d'aimants, il y aura donc 1 6 changements par tour des disques, et comme la machine fait 400 tours |)ar minute [plus de 6 tours par seconde) on aura au moins 100 changements de sens par seconde.

Le grand perl'eclionnement dont nous parlions tout à l'heure est relatif à la suppression du commutateur pour la production de la lumière électrique. C'est en effet cette simplification qui rendit tout à fait pratique la machine de Nollel et qui lui permit d'être appliquée utilement dans d'assez nombreuses circonstances.

Dans les deux leçons faites par M. Le Roux à la Société d'encouragement, se trouvent les détails les plus complets sur la théorie, la construction, le fonctionnement et le rendement de la machine de V Alliance ; c'est le travail le mieux compris et le plus compréhensible qui ait été publié sur ce sujet, et c'est à lui que nous empruntons l'explication suivante de la production de lumière avec des courants oon redressés.

Puisque le sens du courant change, et cela une centaine de fois par seconde, il faut nécessairement qu'à chaque changement l'intensité du courant passe par zéro ; ainsi cent fois par seconde l'étincelle cesse dejaillir entre cesdeuxcharbons,