PILES DE GROVE ET DE BUNSEN

Dans rhistorique qae nous ayons fiiit des divers perfectionnemeats de la pile, nous avons vu comment la pile de WoUaston était devenue saccessivement la pile de Grove et la pile de Bnnsen. Nous avoua va ensuite commeat M. Archereau, en renversant la disposition de la pile de Bunsen, par mesure de simplification de construction, et en substituant le charbon de cornue an charbon préparé (1), avait sans s'en douter remis en honneur les piles de M. Grove : il nous reste maintenant à étudier la luaopiève la plus avantageuse de construire ces piles, et les perfeotioiinements nouveaux qui leur ont été apportés.

Dans les pfles ordinaires, le charbon n'est nullement travaillé, c'est une espèce de parattéliptpide qu'on a scié dans un morceau de charbon de cornue et qui. est uni à la lame métallique servant d'appendice polaire au mojén de pinces en cuivre. Les zines consistent dans des morceaux rectangulaire^ de zinc en planche qu'on a roulés sur un gabarit, et snr lesquels est fixée la lame polaire négative qui doit être en cuivre rouge. La manière de fixer cette lame n'est pas indifierente : il est important qu'elle ne soit pas simplement soudée^ car elle ne tiendrait pas sous l'influence des émanations acides qui se dégagent de cette pile ; il faut qu'elle soit fixée sur le métal, convenablement décapé en cet endroit, au moyen d'un rivet de fer ou de cuivre ; encore faut-il que cette opération se fasse avant que le zinc soit amalgamé, car une fois combiné au mercure, ce métal devient si cassant, que les coups de marteau pourraient

(i) Voir la BiaBière de préparer ces charbons dans le Manuel de galvanoplastie deSmée, ôditioa de Roret, psge 848.

le mettre en morceaux quand il est mince. Du reste, il faut bien se garder d^employer du zînc mince, car Téconomie qu'on pourrait faire sur la matière serait bien vite dépassée par le prix de la main-d'œuvre et son usure plus prompte. Cest ordinairement du zinc de 4 à 5 millimètres d'épaissemr qui est le plus eouvenable pour ce genre d'emploi.

Les vases dans lesquels se trouve versée l'eau acidulée doivent être choisis de préférence en grès vernis ; le verre est trop fragile et la faïence se trouve bientôt fendue par l'action prolongée de l'acide et surtout par les cristaux de sulfate de zinc qui la pénètrent ; enfin, les vases poreux doivent être suffisamment grands pour que l'acide azotique qu'ils contiennent ne s'affaiblisse pas trop promptement.

Des piles ainsi construites peuvent durer assez longtemps, surtout sî les zincs sont épais et bien amalgamés. Il faut, par exemple, avoir soin de retirer ceux-ci de leurs acides ainsi que les charbons aussitôt que la pile ne fonctionne plus, et avoir soin de bien laver les zincs.

L'affaiblissement d'une pile de Bunsen vient surtout de l'épuisement de la solution acide servant de liquide excitateur et de sa sursaturation de sulfate de zinc ; en renouvelant donc l'eau acidulée^ on peut maintenir pendant longtemps l'action de cette pile. Quand l'acide azotique est trop hydraté, c'est-à-dire contient trop d'eau, on peut lui donner une nouvelle vigueur en y mêlant une certaine quantité d'acide sulfurique concentré. Celui-ci, qui est très-hygrométrique, s'empare alors de l'eau en excès dans l'acide azotique et permet à celui-ci de continuer ses fonctions de dépolarisateur (1). Le zinc lui-même peut d'ailleurs être brûle moins vite, si on a soin de l'amalgamer fréquemment, et cette opération peut s'effectuer d'elle-même si on ajoute au liquide excitateur, c'est-à-dire à l'eau acidulée, une petite quantité de nitrate de bioxyde de mercure, ou du sulfate de mercure. M. Wigner prétend même qu'il suffit pour cela de mettre au fond du vase qui contient le zinc un peu de mercure. Ce système, suivant lui, aurait l'avantage de permettre en même temps de constituer l'électrode positive de deux parties distinctes, qui se trouve-

(1) C'est M. Le Boux qui a eu le premier Tidée de ce mélange, et M. de Waltenhofen qui ea 1864, a étudié d'une manière spéciale, les eflets a:vanta|;cux qu'il pouvait fournir, a reconnu que la force électro-motrice de la pile à acide nitrique, gagnait à cette addition de 6 à 13 pour cent (voir les Mondes, tome V. p 145) .

raient réunies métalliquement par le mercure. L'une de ces parties, qui pourrait occuper la presque totalité du vase, serait destinée à Toxydation, et pourrait brûler jusqu'à extinction ; Tautre qui ne jouerait que le rôle de conducteur et d'appendice polaire, pourrait être constituée par une lame de cuivre assez longue pour plonger dans le mercure et se replier en dehors de rélément^ de manière k fournir le pôle négatif, ou à être réunie au charbon de l'élément voisin ; seulement pour éviter une perte de courant, cette dernière lame devrait être vernie ou recouverte de gutta-percha, sur toute la partie immergée dans Teau acidulée. Avec ce système, on peut employer des débris de zinc, on évite les mauvais contacts qui existent souvent entre les zincs et les appendices polaires, et on a l'avantage de pouvoir remplacer facilement un zinc brûlé, ou détacher un couple sans déranger les voisins. Cette idée, déjà ancienne , et qui parait appartenir à M. Smée (voir son Traité de Galvanoplastie^ édition de Roret, page 44), a été réinventée par M. Fortin, comme on peut le voir dans les Mondes (tome 19, p. 142).

Ou a proposé plusieurs méthodes pour amalgamer les zincs ; mais la plus simple et la plus expéditive est celle de M. Berjot, pharmacien à Caen, qui consiste à les immerger dans un liquide composé de nitrate de bioxyde de mercure et d'acide chlorhydrique. Une immersion de quelques secondes suffit pour l'amalgamation complète d'un zinc, quelque sale qu'il soit à sa surface ; et avec un litre de ce liquide, qui ne coûte pas plus de 2 francs, on peut amalgamer plus de 150 zincs. Voici du reste la préparation de ce liquide :

On fait dissoudre à chaud 200 grammes de mercure dans 1000 grammes d'eau régale (acide nitrique 1 , acide chlorhydrique 3) ; la dissolution du mercure étant terminée, ou y ajoute 1000 grammes d'acide chlorhydrique.

L'élément Bunsen, bien qu'il se trouve toujours dépolarisé par l'action de l'acide azotiqae, est loin d'être constant. Au bout de quelques heures de service, il peut devenir plus faible qu'un élément Daniell. Ainsi les valeurs de sa force électro-motrice et de sa résistance étante peu d'instants après sa charge :

E= 11123 et R=: 154",

sont devenues, au bout de 7 heures de fermeture de circuit sans résistance interposée :

E = 9042, R = 550, ci au bout de 19 heures :

Le repos a diminué, il est vrai, celte dernière valeur de R, mais il n'a pas augmenté la force électro-motrice. Pour qu'on puisse voir combien cet élénient est variable, il nous suffira de dire que la valeur de R, étant déterminée par la méthode du galvanomètre différentiel, a été trouvée de 324 mètres pour une fermeture du circuit de 10 minutes, 284 mètres pour une fermeture du circuit de 5 minutes, 161 mètres pour une fermeture de 1 minute, et moins de 34 mètres pour une fermeture de 7 secondes.

Du reste, la force électro-motrice delà pile de Bunsen, comme on Ta déjà vu, ne résulte pas de Taction seule de Teau acidulée sur le zinc^ la réaction des deux liquides Tun sur l'autre développe également une force électro-motrice qui entre dans la force électro-motrice du couple pour

plus de '^. Or, le changement successif de c4)mposition des liquides,

à mesure que la pile fonctionne, en modifiant les conditions de l'action chimique primitive développée entre eux, doit faire varier non-seulement la force électro-motrice qui en résulte, mais encore la résistance de rélément; c'est, du reste, ce que montrent les expériences de M. Favre, dont nous avons parlé, page 223, et desquelles il résulte que le degré de concentration de l'acide azotique, non-seulement influe considérablement sur l'énergie de cette espèce de pile, mais peut donner lieu, par suite de l'hydratation de l'acide à des effets diamétralement opposés. Ainsi, quand on emploie de l'acide nitrique fumant, la force électro-motrice du couple, est plus considérable que celle qui résulte de l'emploi de l'acide nitrique ordinaire ; et cela tient à ce que cet acide, en s'hydratant par suite de l'absorption de l'hydrogène provenant de l'oxydation du zinc, subit une réaction moléculaire qui développe à elle seule une force électro-motrice dans le même sens que celle du couple et qui la renforce ; aussi remarque-i-on que cette pile, contrairement à toutes les autres, gagne de l'énergie, pendant la première demi-heure de son action, et même souvent pendant plus longtemps ; mais quand l'acide azotique se trouve suffisamment hydraté, il n'en est plus ainsi, et toute addition d'eau devient nuisible à l'acUon qu'il doit exercer sur l'hydrogène, et par suite, au développement de la force électro-motrice qui en résulte ; c'est pourquoi, quand

une pile de Bunsen commence à s'affaiblir, son action décroit rapidement, car rhydratation de Tacide augmente de plus en plus (1).

Ou a vu que la différence d'énergie entre un élément de Grove, chargé avec de Tacide azotique fumant, et un élément chargé avec de Tacide nitrique ordinaire, était dans le rapport de 49847 calories à 46447, c'està-dire dans le rapport de 1 ,0732 à 1 : mais ce qui est curieux à constater, c'est que dans les piles à acide concentré ordinaire, Faction absorbante de rhydrogëne provoque un refroidissement au lieu d'un éc}iauffemeni, comme l'indique le signe de la quantité de chaleur qui devrait être confinée dans la pile, lequel signe est négatif. Il en résulte que la chaleur électrolytique est plus forte que la somme des quantités de chaleur, résultant des diverses actions moléculaires qui se produisent dans le couple et qu'on retrouve d'ailleurs en totalité lorsque la résistance extérieure du circuit est nulle.

L'un des inconvénients les plus désagréables de la pile de Bunsen est la production constante de vapeurs nitreuses qui en rendent l'usage impossible dans les appartements «habités. On a bien cherché a prévmir cet effet, soit en fermant hermétiquement les vases contenant Tacide nitrique, soit en faisant absorber ces vapeurs par certains corps, tels que Tacide oléique, qui se trouve ainsi transformé en acide élaïdique, soit en coiffaut les éléments avec un vase renversé, contenant une certaine quantité de rognures de fer-blanc, lesquelles rognures auraient la faculté, suivant M. Archereau, d'absorber complètement l'acide hypo-azotique : mais tous ces moyens n'ont réussi que très-imparfaitement. Le meilleur serait peut-être, ainsi que l'indique M. Wigner, de placer la pile devant un large foyer, afin que les vapeurs nitreuses se trouvent enlevées avec la fumée peur le tirage de la cheminée ; la chaleur de ce foyer aurait en même temps l'avantage d'augmenter l'énergie de la pile, d'en diminuer la résistance et d'éviter les effets de la condensation des vapeurs, condensation qui fournit au courant une dérivation au sol beaucoup plus nuisible qu'on ne le croirait à première vue. On pourrait peut-être encore avoir

(1) Cet effet est très -sensible avec une pil6 de Ëunsen, assez forte pour produire de la lumière électrique. Ainsi le courant d'une pile de 48 éléments donnant ftn déhat «ne himiôre équivalente à 109 becs carcal, à fourni, au bout d'une demi-heure, une lumière équivalente à 134 becs, et au bout d'une heure une lumière d3 137 becs; mais une demi, heure après, celte lumière ne représentait plus que 106 becs, et^ après une autre heure, elle était réduit» à 66 becB.

TECHNOLOGUC ÉLECTRIQUE. 801

recours su moyen indi(iU6 pair M. Ruhibkorff^ qui consiste h n'eaployer qae de l^acide Bitriqué, fiUré préalablement sur des cristaux de bi*cbromate de potasse.

Le point important pour qu'une pile de Bunsen fonctionne bien, e^t que le contact de la lame polaire positive avec le charbon soit le plus parfait possible. Il faut donc au moment de chaque expérience avoir soin de bien décaper cette lame métallique avant que de la placer sur le charbon. Malgré cette précaution, Tacide azotique, qui pénètre par capillarité et endosmose dans tous les pores du charbon, finit toujours, quand une batterie reste quelque temps chargée, par oxyder les points de contact dos lames en question ot diminuer par suite l'intensité du courant produit. Pour éviter cet inconvénient, j*ai imaginé de pratiquer à Textrémité des charbons de petites cavités dans lesquelles sont versées quelques gouttes de mercure, et les zincs sa trouvent unis à ces charbons par des fils de fer plongeant duis ces cavités.

Du reste, la liaison des bmes polaires avec les charbons a été et est encore Tiobjet de la préoccupation de ceux qui emploient les piles de Bunsen ou de Marié-Davy, et les moyens employée ont été très*variés; tantôt c'est une ligature faite avec des fils de cuivre fins et qui étant trempée daiB un bain, de plomb, constitue une espèce de manchon métallique fortement adhérant au charbon, qu'on recouvre ensuite de vernis pu de cire à bouteille, jusqu'à un centimètre au-dessous de la ligature; tantôt c'est un trou pratiqué dans la partie supérieure du charbon et dans lequel on introduit un bouchon métallique soudé à l'extrémité de la lame polaire négative ; tantôt c'est une simple fente dans laquelle la lame polaire ellennAme est introduite avec force ; tantôt c'est une pince de cuivre avec vis de pression qui serre la lame polaire contre le charbon; tantôt c'est un cuivrage galvanoplastique de la partie supérieure du charbon, opérée après une immersion prolongée de cette partie dans de la résine fondue, puis dans de la stéarine ; de cette manière les pores du charbon se trouvent bouchés, et l'endosmose de l'acide nitrique, suivant M. Bergeat (de Passeau), ne peut plus altérer la couche métallique qui s'y trouve déposée ; c'est alo]*s sur ce d^pôt qu'est soudée la lame polaire. De tous ces systèmes, c'est celui par lequel les charbons sont unis aux lames métalliques par des pinces de cuivre qui est le plus employé, mais il faut avoir soin de nettoyer de temps eU temps ces pinces en les trem- : ant d'abord dans de l'acide nitrique, puis, ensuite dans de l'eau, et en

les essuyant immédiatement après ; on nettoie de la même manière les extrémités des lames polaires qui doivent fournir les contacts.

Les inconvénients qui peuvent résulter des mauvais contacts avec les lames polaires, ne sont pas seulement inhérents aux charbons : en Ang^e* terre, où Ton se sert de préférence de lames de platine, on éprouve de grandes difficultés à souder convenablement ces lames aux appendices polaires ; presque toujours, toutes les soudures sont attaquées plus ou moins vigoureusement, et si les lames tiennent encore Tune à Tautre, elles présentoBiàlenrpoiitt de jonction une grande résistance. Pour diminuer ces inconvénients, H. Deburtve a^ proposé d*enrouler la lame de platine en spirale autour du vase poren. Cette laae se trouvant alors maintenue par le vase, la soudure pent être faite plus hani^ et n^exige pas autant de force. M. Poggendorfif, de son côté, conseille de fermer les vises poreux avec des bouchons hermétiques en serpentine, de faire traverser ces bouchons par une tige de platine fendue dans sa partie inférieure, de manière à venir s'enfourcher sur les bords de la lame de platine en la pinçant. Cette tige porte à sa partie supérieure un bouton d^attacfae, pour recevoir les fils de communication. Comme le couvercle de serpentine peut être assez grand pour dépasser les bords du vase poreux et venir s'emboîter à Tintérieur du cylindre de zinc^ Télément se trouve de cette manière maintenu dans une position fixe.

Mieux sont isolés les éléments d*une pile, plus est grande leur tension ; cela est si vrai, qu'en soutenant sur des supports en verre 500 petits éléments à acide nitrique, M. Gassiot est parvenu à obtenir des étincelles à distance à Tair libre et à produire dans le vide tous les effets qui sont fournis par la machine d'induction de Ruhmkorff. Il est donc essentiel, pour qu'une pile soit dans de très-bonnes conditions de fonctionnement, que les éléments soient disposés sur une surface très-sèche (la plus isolante possible), soutenue elle-même au-dessus du sol au moyen de supports isolants. Une longue grille en bois appuyée par ses extrémités sur deux tubes de verre ou sur quatre disques de cire à bouteille, est ce qu'il y a de mieux pour cela. Par la même raison, il faut éviter de laisser déborder les liquides qui remplissent les différents éléments et d'co verser quelques gouttes à côté ; bien des piles ont souvent manqué par suite de ce simple défaut de précautions.

Les piles de Bunsen ont été, comme nous Pavons déjà dit, modifiées de mille façons différentes, tantôt au point de vue économique de la pro-

duction de rélectricité, tantôt au point de vue de leur accroissement d'énergie. Noos allons étudier à Tinstant ces diverses modifications, mais nous devons des maintenant parler, comme perfectionnement de détails, du système que M. RuhmkorfT a appliqué k ses grandes machines d'induetioD et qui a fourni les meilleurs résultats. i

Afin d'obtenir une pile qui, sous le plus petit volume possible, pût donner une grande quantité d'électricité, condition qui était à remplir pour la mise en action de ses grands appareils d'induction, M. Ruhmkorff a employé des éléments plats, disposés de manière à fournir à l'action du liquide excitateur une grande surface de zinc, et à la conduction du courant dans la pile une grande surface de charbon. La fig. 53 ci-dessous représente un de ces éléments, La lame de zinc ZZ est repliée sur elle-

Fig. 82.

même, de manière à laisser vide un espace d'environ 4 centimètres, dans lequel on introduit le vase poreux V, dont les dimensions sont : hauteur, 30 centimètres ; largeur, 17 centimètres ; épaisseur, 38 millimètres. Ce vase est maintenu à distance convenable du zinc à l'aide de petites vis calantes VyV\ v'\ etc., et est construit en terre rouge anglaise, qui jouit d'une grande porosité et d'une certaine conductibilité relative.

La lame négative est une grande lame de charbon très-mince ayant 33 centimètres de hauteur sur 16 centimètres de largeur et 8 millimètres d'épaisseur ; elle est reliée directement à la patte de cuivre formant Vappendice négatif de l'élément suivant, par une pince P. Enfin le tout est plongé dans un vase rectangulaire en porcelaine AA, ayant 31 centimètres de hauteur sur 19 centimètres de largeur et 7 centimètres d'é-

paissenr, dans lequel est versée Teau acidulée. On comprend qn'avec une semblable disposition, qui se rapproche du reste de celle des piles de WoUaston, la résistance intérieure de chaque cA)uple est considérablement réduite, et que le courant engendré se trouve notablement renforcé sous le rapport de la quantité.

Le seul inconvénient de cette pile, c'est que les vases poreux, après avoir servi, se détériorent au bout de quelque temps et finissent par se piquer et se percer sous Tinfluence des cristallisations de sulfate de zinc qui se forment à l'intérieur des pores. Il faudrait, pour éviter cet inconvénient, avoir soin de les plonger dans Teau aussitôt après les avoir employés, et les y laisser tout le temps qu'on ne s'en sert pas.

Cinq éléments de cette nouvelle pile suffisent pour faire produire à la nouvelle machine d'induction de Ruhmkorff des étincelles de 45 centimètres de longueur.

Cette disposition de pile peimet, comme on l'a vu page ^16, de satisfaire facilement aux conditions économiques et de durée dont nous parlions page 206 et 298. En effet, en substituant k la grande lame de zinc repliée sur elle-mêma, deux lames de charbon réunies à leur partie supérieure par une lame métallique fixée à l'aide de 2 pinces, et en plaçant au fond du vase poreux de petits débris de zinc, réunis entre eux par quelques gouttes de mercure, on peut, par l'interversion des liquides, obtenir à la fois une pile à débris de Smée et une pile de Bunsen à électrode négative développée. Il faudra seulement avoir soin que la lame de communication destinée à prendre la polarité des débris de zinc soit recouverte de vernis, de gutta-percha ou de caoutchouc, à moins qu'elle ne soit ell^-inème constituée par un fort fil de zinc. Noos en avons expliqué les raisons page 197.

M. Delaurier qui, comme nous l'avons dit page S06, a reconnu Fimportance du dévebppement des électrodes négatives dans lespiles^acberchéh obtenir ce développement avec la disposition ordinaire des piles de Bunsen, en faisant les vases poreux de grande taille et en reliant ensemble plusieurs prismes de charbon par un collier de cuivre, comme on le voit dans la fig. 53 ci-contre. Ce système d'électrode négative, revient un peu au cylindre de charbon de Bunsen ; mais, comme il est constitué avec du charbon de cornue, il est placé dans des oonditions bien meilleures.

n y a déjà longtemps, mais dans un tout autre but, MM. Liais et

L. Flcury avaient eu l'idée do substituer aux prismes de charbon de la pile de Bunsen renversée, des cylindres de cette même matière ; mais ces cylindres formaient des espèces de gobelets et étaient destines à remplacer les vases poreux eux-mêmes. En conséquence, le charbon devait être préparé et rendu un peu poreux pour permettre le filtrage des deux liquides ; grâce à ce système, la résistance de la pile se trouvait 5 fois moins grande et les avantages que nous avons signalés précédemment étaient réalisés de la manière la plus simple. Je ne comprends pas pourquoi cette disposition, qui avait été déjà appliquée sous une autre forme par M. Duchenne, de Boulogne, dans son appareil volta-féradique, n'a pas été adoptée d'une manière générale.

Fif. 53.

La dépense d'entretien d'un élément de Bunsen do moyenne gi-andeur, faisant partie d'une batterie suffisamment puissante pour produire la lumière électrique, a été estimée par heure :

Enzinc,a : 0^0m

En acide sulfurique, à 0 i0044

En acide nitrique, à 0^0^^

En totalité à. . . 0,0414 * 20

Soit b centimes par heure environ (1). Quand un élément ne fait pas partie d'une batterie, il dépense moins, car Faction élcctroly tique étant beaucoup moins intense en raison de la moindre intensité du courant, les réactions chimiques sont beaucoup moins énergiques. Toutefois, comme les prix des acides et du zinc, dans les calculs qui précèdent, ne sont pas estimés au prix du détail, la dépense d'un élément est par le fait beaucoup plus grande que nous ne venons de l'indiquer.

Quand un expérimentateur est soigneux et qu'il prend toutes les précautions que nous avons signalées pour mettre sa pile dans de bonnes conditions de fonctionnement, on peut en quelque sorte doubler sa puissance. M. Wigner, qui s'est occupé beaucoup de lumière électrique, a constaté, en e£fet, qu'une pile de 60 éléments de moyen modèle, telle qu'on l'emploie généralement, c'est-à-dire sans prendre de précautions pour l'isolement des éléments, le bon contact des appendices polaires, la bonne amalgamation du zinc et la réduction de la résistance de la pile, ne donne à la lumière qu'elle engendre qu'un éclat de 1860 bougies (de blanc de Baleine), tandis qu'avec les précautions qu'il indique et avec de l'acide sulfurique mélangé k l'acide nHrique, cette lumière, pour le même nombre d'éléments et les mêmes dimensions, devient égale à 5360 bougies (9).

On a à différentes reprises, et le plus souvent par mesure d'économie, essayé de substituer le fer au zinc dans les piles de Bunsen, mais les effets n'en ont pas été jusqu'à présent très-satisfaisants ; on a cru aussi que si on pouvait parvenir à amalgamer le fer, on réussirait mieux : nous n'en sommes que médiocrement convaincu ; toutefois, nous allons indiquer aux amateurs qui voudront en faire l'essai, un moyen d'amalgamer le fer imaginé par M. Lecyre, qui parait très-simple sinon très-efficace.

Sur le fer nettoyé avec soin, on verse une solution de chlorure de cuivre dans de Tacide chlorhydrique et il se dépose une mince couche de cuivre. Sur celle-ci, on applique une solution de bichlorure de mercure dans^de l'acide hydrochlorique et toute la surface se trouve ainsi amalgamée. Le mercure se combine-t-il avec quelque chose de plus que la

(1) Ces prix sont établis dans l'hypothèse que le kilog^ramme (Vacide azotique levient i 0',56, le kilofçramme de zfnc à 0',80, et le kilogramme d'acide sulfurique à 0\i8. (Voir le Mémoire de M. Ed. Becquerel dans le Bulletin delà Société d'encouragement, tome IV, (2* série), p. 530.)

(2) Voir les Mondes y tome 17, \ 894.

conche snperficielle de cuivre ?Nous ne voudrions pas en répondre, malgré Tassertion de Tanteur.