PILES A SOLUTIONS AMMONIACALES

Dans les piles dont le liquide excitateur est une solution alcaline, la décomposition de Teau par le zinc n^est pas la cause prédominante dans l'effet électrique produit, et on peut s'en convaincre par les chiffres que nous avons donnés p. 186, pour représenter les forces électro -motrices développées au contact des principaux liquides employés dans les piles. On voit en effet, que la force électro-motrice, développée au contact de Tacide azotique et de Peau acidulée par de Tacide sulfurique, n'est que le cinquième environ de la force électro-motrice du couple, alors qu'une solution de potasse substituée à cette eau acidulée, détermine une force électro-motrice qui entre dans celle du couple pour les six dixièmes. Sui* vant H. Leclanohé, il en serait de même pour les liquides excitateurs composés avec des solutions de sulfates alcalins. On comprend, d'après cela, que remploi de ces solutions, quand iï sera fait judicieusement, permettra d'utiliser plus complètement Toxydation du zinc, car celui-ci ne pourra dès lors être attaqué que quand une action électrique sera produite. C'est cette considération qui a surtout été prise en considération dans les piles que nous allons maintenant étudier.

Pile de U. Leelanché» aa peroxyde de manupimèse et solution ammoniacale. — La pile de M. Leclanohé, que nous représentons, fig. 51, n'est, quant à sa forme, qu'une pile Marié-Davy, dans laquelle le sulfate de mercure est remplacé par une espèce de pâte, faite avec un mélange de poudre grossière de peroxyde de manganèse et de charbon, et l'eau par une solution de sel ammoniac. Fortement imbu des idées théoriques que nous avons développées page 201, relativement aux dimensions des électrodes polaires, M. Leclanchc a réduit le plus possible la lame électro-positive ; de sorte qu'au lieu d'un cylindre creux de zinc, enveloppant le vase poreux, il emploie un bout de fil de zinc n'ayant pas plus de un centimètre de diamètre. Ce fil est placé dans l'un des angles du vase extérieur de sa pile, ainsi qu'on le voit sur la figure. Cette disposition de pile, nous devons le dire dès à présent, est excellente et elle est de jour en jour plus appréciée. Aujourd'hui, on l'emploie sur plusieurs lignes de chemins de fer et dans un grand nombre d'applications électriques.

La théorie de cette pile, quoiqu'assez complexe dans les effets produits,

|>ent néanmoiDs être ôt&blie d'une manière nette et précise, voici en effet comment U. Leclanché la déSnit.

■ Examinons, dit-il, ce qui ie passe dans une pile à un liquide, excitée avec une solution ammoniacale quelconque, soit du sulfate d'ammoniaque SO*.O.AzH*. L'acide aulfurique et l'oxygène SO'.O viendront, bous l'influence du courant, se rendre sur le zinc, et le composé AiH*, jouant le rôle

Flg» 51.

d'un métal, se portera sur la plaque négative sans décomposer L'eau, et pourra être brûlé directement par le peroxyde de manganèse, ce qui n'a jamais lieu avec l'hydrogbno libre. Cette grande différence de combustibilité entre le produit ÂzH* (ammonium), et l'hydrogène libre, en présence du peroxyde de manganèse, estsiréelle,qu'enmettant du peroxyde de manganèse en présence d'un amalgame de sodium et de l'eau, on n'obtient jamais de traces de sescjuioxydcs ou d'oxydes inférieurs, tandis qu'en subsiiluaot un almagamcd'ammonium, iiTamalgamcdcsodium, il y a toujours une réduction manifeste du peroxyde de manganèse. ■ En prenant une solution de chlorhydrate d'ammoniaque, les mêmes

effets se reproduisent : le conrant décompose ce sel, en donnant naissance à un oxy-chlorure de zinc, et Thydrogëne uni à rammoniaque, se rendant au pôle positif, y détermine la réduction du peroxyde de manganèse. »

Le peroxyde de manganèse, mêlé au charbon, étantbon conducteur do rélectricité, ce système peut être considéré comme une pile à un seul liquide, dans laquelle le pôle positif est formé d'un métal artificiel, ayant une grande affinité pour Thydrogène ; on supprime ainsi l'endosmose inévitable dans les piles à deux liquidei^. De plus, le zinc se conservant indéfiniment sans altération dans la solution ammoniacale, et le peroxyde de manganèse étant complètement insoluble dans ce liquide, la pile, une fols montée, ne donne jamais lieu à une action locale intérieure.

c Pour obtenir de bons résultats, dit M. Leclanché, certaines précautions sont à prendre :

c n faut avoir soin de choisir un peroxyde de manganèse très-pur et bon conducteur de rélectricité : le meilleur est celui qui est connu dans le commerce sous le nom de mcmyanèse aiguillé : il est cristallisé, soyeux, et possède un éclat graphitoïde très-prononcé ; s'il joint à ces différents caractères une certaine dureté, il possédera le pouvoir conducteur le plus considérable. Pour employer ce peroxyde, on commence par enlever la gangue, puis on le concasse en grains grossiers ; on le passe sur un tamis afin de supprimer la poudre, et on y ajoute un volume égal de charbon de cornue concassé. On a ainsi un mélange conduisant parfaitement rélectricité.

c Les chiBres suivants, qui représentent la polarisation de l'élément, montrent la différence énorme qui existe entre le pouvoir dépolarisateur des poudres fines et celui des poudres grossières :

POUDBE FINE. POIfDBE GROSSIÈRE.

Circuit fermé : Circuit fermé :

Pendant 18 min.| polarisation = 0,300 Pendant 18 min.» polarisation = 0,08i

Après 80 minutes^ id. = 0,480 Après 80 minutes, id. = O»090

Après 48 minutes, id. =0,800 Après 48 minutes, id. =o,lio

Après 1 heuroi id. = 0,810 Après 1 heure, id. =0,118

< D'après ce tableau, on peut constater qu'au bout d'une heure, dans le cas de l'emploi de la poudre fine, la force électro-motrice tombe de près de 50 pour 100 de sa valeur, tandis que celle de la pile construite avec de la grosse poudre ne perd que 14 pour 100. Pour ces expériences, je n'ai interposé qu'une résistance de 350 mètres, afin de ren-

dre les effets de polarisatioa aussi sensibles que possible. Cette différence dans les pouvoirs dépolarisateurs s'explique par la différence de conductibilité des deux mélanges.

c En effet, la résistance de la poudre fine atteint de 1500 à 2000 mètres. Comme elle est plus considérable que celle du liquide qui humecte la masse, Thydrogëne, au lieu de se distribuer uniformément dans le mélange, se rend directement sur la plaque de charbon et n'est pas absorbé.

c La résistance de la poudre grossière n'allant que de 100 à 150 mètres, et étant ainsi beaucoup plus faible que celle du liquide de la pile, rhydrogène est distribué et absorbé uniformément dans la masse.

« En pratique, pour que les éléments puissent entrer en fonction aussitôt après le montage, il faut se servir de diaphragmes très-poreux. Si Ton recouvre de cire la partie supérieure du mélange renfermé dans le vase poreux, on peut faire voyager la pile, sans craindre que le mélange s'échappe ; mais il faut pratiquer dans la cire un trou qui permette la sortie de Tair, lorsque le vase est immergé dans le liquide de la pile.

c Quant à la dissolution de sel ammoniac, il est bon de remployer toujours concentrée ; en mettant un excès de ce sel dans Télément, il entre en dissolution au fur et à mesure de son usure.

c II faut avoir soin que cette dissolution ne baigne le vase poreux que jusqu'à la moitié de sa hauteur : plus la matière contenue dans le vase poreux est sèche, meilleures sont les conditions de conductibilité et de fonctionnement.

c On se sert d'une dissolution saline concentrée, parce que les oxychlorures de zinc qui s'y forment sont alors beaucoup plus solubles que dans une dissolution étendue. En pratique, 100 grammes de sel ammoniac correspondent à 50 grammes de zinc dissous dans l'élément et à 100 grammes de peroxyde de manganèse.

c Dans cette espèce de pile, où il n'entre aucun acide, on devrait, théoriquement, pouvoir employer des zincs non amalgamés ; mais pendant que la pile fonctionne, Tattaque du zinc détermine k sa surface une multitude d'aspérités qui deviennent le siège de cristallisations salines lorsqu'il y a des variations de température, tandis qu'au moyen de Tamalgamation, on a constamment une surface dépourvue de cristaux : ils tombent au fond du vase, et ne pouvant adhérer au zinc, ils n'altèrent pas la surface conductrice.

c J*ai adopté en pratique trois dimensions d'éléments. Le petit modèle peut faire face à un travail électrique annuel représenté par 40 grammes de cuivre réduit au voltamètre. Le modèle moyen peut fournir facilement 60 à 70 grammes par an ; enfin, le grand modèle donne, au besoin, un travail de 100 à 125 grammes. Le petit modèle, avec vase poreux de 1 1 centimètres de hauteur, suffit parfaitement au service des postes télégraphiques secondaires fonctionnant sans relais. Le modèle moyen, avec vase poreux de 15 centimètres de hauteur, peut s'appliquer aux postes télégraphiques les plus surchargés de travail et fonctionnant même avec relais. Le grand modèle ne diffère du modèle moyen que par le diamètre du vase poreux, qui est de ,8 centimètres, au lieu de 6. Ce modèle est spécialement destiné au 'service des sonneries de disques des chemins de fer, où les feitnetures du courant ont lieu vingt heures sur vingt-quatre ; il est nécessaire^ dans ce cas, d'employer des sonneries d'au moins 50 kilomètres de résistance.

c Lorsque les fermetures du courant n'ont lieu qu'aux passages des trains, c'est-à-dire pendant quelques heures par jour seulement, on peut très-bien ne se servir que de sonneries de 5 ,à 6 kilomètres de résistance. Par là, on voit que ces piles peuvent recevoir les applications les plus variées.

c Les éléments de mon système ont une force électro-motrice trèsconsidérable : elle est représentée par 1,382,1a force électro-motrice de la pile à sulfate de cuivre étant prise pour unité.

La résistance du grand modèle est égale à environ 450 mètres de fil de fer de 4 millimètres de diamètre. La résistance du modèle moyen est alors de 550 à 600 mètres, et celle du petit modèle de 900 à 1000 mètres. Ces résistances, relativement très-faibles, sont trèsavantageuses en télégraphie, car les pertes de ligne par dérivations se font beaucoup moins sentir, et, de plus, il est à remarquer que cette résistance reste, à peu de chose près, constante pendant toute la durée de la pile, résultat impossible à obtenir avec les piles à sulfate d'oxydule de mercure, dans lesquelles la résistance va continuellement en augmentant et atteint en moyenne 2000 mètres^ quoique au début elle n'ait été que de 500 à 600 mètres. Cette résistance croissante est due au tassement naturel du sel mercuriel, corps mauvais conducteur, qui tend à isoler de plus en plus la plaque de charbon. Dans la pile au manganèse, au contraire, plus le tassement est considérable,

meilleures sont les conditions de conductibilité de Télectrode négative.

c En pratique, 40 éléments Daniell sont remplacés avantageusement par 28 de mes éléments au manganèse.

c Un élément au manganèse, lorsqu'il reste monté sans travailler pendant un an, n'éprouve d'autre usure que celle qui résulte de l'action de l'air sur le zinc. Cette usure est si insignifiante, qu'elle n'est représentée que par quelques centigrammes de zinc. En conséquence, cet élément est toujours prêt à fonctionner, quoique monté même depuis plusieurs années. La durée des piles au manganèse en service dans les postes télégraphiques peut atteindre de un à trois ans et même plus (1), puisque cette durée est toujours en relation parfaite avec le travail et la dimension de l'élément employé. »

D'après les expériences de M. Gaugain, la force électro-motrice de la pile Leclancbé, déterminée par la méthode de l'opposition avec sa pile thermo-électrique (bismuth et cuivre), est très-variable, suivant la durée de la fermeture du circuit. Au début, elle peut être représentée par 288,7 unités thermo-électriques, mais après quelque temps d'interruption des observations, elle se trouve réduite à 213,7.

Ainsi, la force électro-motrice de l'élément Leclancbé éprouve d'abord une diminution subite et très-notable dans un intervalle de temps qui ne dépasse pas généralement trois jours et qui peut même être beaucoup moindre. Mais, après ce premier abaissement, la décroissance est beaucoup plus lente^ et au bout de 5 mois cette force électro-motrice a pu être encore représentée par 153,9 unités thermo-électriques. Différente en cela de la pile à sulfate de mercura, cette pile ne reprend pas sa force après un certain temps de repos ; ce qu'elle a perdu, elle l'a bien perdu, et ne peut revenir à son état primitif que par une nouvelle charge.

La résistance de la pile Ledanché, est à peu près indépendante de la grandeur des couples, mais elle est très-difScile à constater d'une manière précise, en raison de sa polarisation énergique ; comme dans les autres piles, elle devient moindre à mesure que les liquides se saturent,

(1) Le poste de la gare des marcbaDdisee de la Villette, à la Compagnie des chemint de fer de l'Est, ayant un service télégraphique relativement chargé, a fonctionné avec une régularité parfaite pendant deux ans et demi, tout en n'étant monté qu'avec de petits éléments contenant seulement 70 grammes de manganèse.

mais elle atteint très-vite sa valeur minima, qui est environ 400 mètres. {Voir le rapport de M. Gaugain, dans le Journal des télégraphes.)

Pile de M. Sinsteden — Afin de rendre l'électrode négative des piles Leclanché plus développée, M. Sinsteden a renversé la disposition de l'élément que nous venons de décrire et en a fait une sorte d'élément Bunsen du modèle primitif. Seulement, dans cette nouvelle disposition, le cylindre de charbon préparé est remplacé par une série de prismes de charbon de cornue rangés circulairement autour des parois du vase extérieur. Ces charbons sont serrés les uns contre les autres à Taide de coins et reliés métalliquement, par des fils d'argent, à un gros fil de cuivre fixé sur le bord extérieur du vase et constituant l'appendice polaire. Le vase poreux renfermant la solution ammoniacale et le petit cylindre de zinc amalgamé sont introduite à l'intérieur de cette espèce de couronne de charbons, et on tasse, tout autour de ce vase, le mélange de peroxyde de manganèse et de charbon concassés , que l'on arrose avec la solution ammoniacale. L'élément est ensuite fermé à Taide d'un couvercle et^ suivant M. Sinsteden, il pourrait servir pendant 15 mois, étant au bout de ce temps aussi propre et aussi actif que le premier joiur (1).

Pile de M. IVey au carbonate de cuivre et sel amiiM»niac. — M. Ney, s'est proposé dans cette pile le même but que H. Leclanché, c'est-à-dire de mettre en présence deux solutions dont l'une ne peut se dissoudre dans l'autre quand la pile est inactive. Â cet effet, il emploie comme élément électro-négatif du carbonate de cuivre^ et comme liquide excitateur une solution de chlorure d'ammonium, qu'il mêle à du sable, quand il applique cette pile aux usages militaires. Suivant l'auteur, le carbonate de cuivre est insoluble dans la solution de chlorure d'ammonium, mais en fermant le circuit, le chlorure se décompose en acide chlorhydrique et ammoniaque, l'acide chlorhydrique s'accumule au pôle zinc et l'ammoniaque au pôle cuivre ; dès lors le carbonate de cuivre- devient solubie et donne naissance à un courant qui a la force de celui d'un élément de Daniell tout en en ayant la constance. Il faut, par exemple que le zinc soit amalgamé.

Pile de M. Fortin, à, sel ammoniac et charbon pnlvé* risé. — Cette pile qui, d'après les renseignements qui nous ont ét^ donnés, aurait précédé la pile de M. Leclanché et qui aurait été déjà mise

(l) Voir les Mondes, tome 25 p. ii4.

en pratique par M. Breguet, en 1865, n'est en quelque sorte qu'un perfectionnement de la pile de Bagration et ne diffère de la pile de Leclanché que par Tabsence du peroxyde de manganèse dans le compartiment clectro-ncgatif. On retrouve en effet dans cette pile, comme électrode négative, un prisme de charbon entouré de coke ou de charbon de cornue concassé, et comme liquide excitateur une solution de sel ammoniac. M. Breguet remploie depuis longtemps pour ses sonneries électriques et en est très-satisfait.

M. Devos, en Belgique, a donné à cette pile une autre forme on faisant remplir à la lame de charbon le rôle de diaphragme poreux ; celle-ci, en effet, divise le vase de la pile en deux compartiments ; dans Tun se trouve un mélange de coke concassé et de sel ammoniac ; dans l'autre, la lame de zinc, et le tout est rempli d'eau ; une pince adaptée à la lame de charbon constitue le pôle positif.

La force électro-motrice de cette pile rapportée à celle de Félément Daniell prise comme unité, serait représentée d'après les expériences de M. Saint-Edine, par 1,084, ou, en prenant les chiffres en rapport avec nos propres expériences, par 6475. Elle est, à ce qu'il parait, très-constante et très-propre aux usages télégraphiques.

Si dans la pile précédente on suppose le diaphragme poreux supprimé et remplacé par du sable, et l'électrode négative constituée par une lame de cuivre, on obtiendra la pile connue depuis longtemps, sous le nom de pile du prince Bagration. Cette pile qui, dans Torigine, avait promis beaucoup, s'est trouvée, peu de temps après sa découverte, abandonnée à cause de son inconstance, et pourtant nous la voyons aujourd'hui remise en honneur sous une autre forme. La raison en est qu'elle avait été mal appliquée au début, et l'on peut reconnaître par là que, pour réussir, une invention ne doit pas seulement être bonne, mais encore être appliquée dans des conditions favorables.