CHAPITRE PREMIER

Depuis que les piles à acides ont fourni le moyen d*obtenir une tiiigrande quantité d'électricité avec des éléments producteurs peu multiplié! et d'un petit volume, on a pu répéter souvent, soit dans les cours d0 physique, soit pour satisfaire la curiosité publique, la belle expérience d0 la lumière électrique. Aucune lumière artificielle ne peut égaler l'éclat de Tètincelle électrique ainsi dégagée, et son rayonnement, qui lui donoe Tapparence de la lumière solaire, est tel, qu'il est impossible de la fiier. 11 est peu de personnes qui n'aient eu occasion de voir, soit à TOpéra, loit sur les grands travaux de nuit, à Paris, les effets merveilleux de cette lumière, et de juger de sa puissance d'éclairage. Non-seulement kl lumières des lampes placées à côté disparaissent, mais on ne les distingue que par une petite lueur rougeàtre qui semble être une ombre au miliea de rillumination générale.

Les effets auxquels donne lieu ce genre de production de lumière sont excessivement variés et très-curieux, non-seulement à voir, mais encore à étudier, et ils ont été L'objet de travaux remarquables de la part de nos plus grands savants. Moi-même, dans un travail spécial sur la machine d'induction de Rubmkorif, je les ai longuement décrits et discutés. Meis parmi ces effets, il en est qui ont pu être utilement appliqués dans les arts, et ce sont de ceux-là dont nous allons actuellement nous occuper.

I. CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES SUR LES MOYENS EMPLOYÉS POUR DÉVELOPPER LA LUMIÈRE ÉLECTRIQUE.

La lumière électrique, à proprement parler, n'est que le résultat de le chaleur énorme développée par une décharge électrique, lorsqu'elle traverse un conducteur d'une insuffisante conductibilité dont les particules se trouvent alors chauffées au rouge blanc. Ces conducteurs d'insuffisante

(i) Voir à ce sujet un ouvrage très-intéressant publié récemment par M. U. Foo* taine et intitulé éclairage à t électricité, et ma notice sor la machine de RubmkorfT, 5« édition.

»nductibilité peuvent être constitués par un corps aérilbrme liquide ou iolide. Quand ce corps est solide et bon conducteur» la réduction de sa conluctibilité est obtenue en rendant son diamètre très-petit eu égard à celui les rhéophores qui lui amènent le courant; quand ce corps est liquide, les 3oints de contact des rhéophores avec le liquide doivent être de très-petite nirfoce, et l'intervalle interpolaire le plus petit possible, afin que la décharge )uisse se faire au sein du milieu gazeux, résultant de la décomposition du iquide. Enfin si le conducteur est gazeux, il faut disposer les électrodes de nanière que les particules matérielles qui les composent, puissent se détacher ûsément sous rinfiuence de la décharge, et constituer dans l'intervalle nterpolaire un conducteur non-seulement meilleur que l'air, mais encore loué d'une propriété éclairante par suite de la présence des particules natérieiles enlevées aux rhéophores, qui s'y trouvent en suspension, et (ui 8<mt chauffées au rouge blanc.

On peut encore dans le cas des conducteurs gazeux, obtenir de leur paii me meilleure conductibilité, en les raréfiant au moyen d'une machine »neumatique. Ces différents systèmes de produire la lumière électrique ot tous été appliqués, et nous aurons occasion d*on constater les effets [ans la suite de ce travail; mais pour pouvoir déterminer une force élecrique assez énergique pour vaincre cette résistance nécessaire à la proiuetion des effets calorifiques, il faut un générateur électrique qui ait à la 3i8 une grande tension et une certaine aptitude à fournir de l'électricité de [uantité. Les piles à acides, telles que les piles de Bunsen et à bichromate ;e potasse, peuvent résoudre parfaitement le problème, mais Ton peut btenir les mêmes résultats dans des conditions infiniment plus économiues, au moyeu des machines magnéto-électriques et même des machines l'induction électro-statique.

c Nous devrons toutefois fiiire remarquer que l'action déterminant le ihénomèiic n'est pas la même avec ces différents générateurs. Quand le générateur a une grande tension, comme les machines d'induction de luhmkorfi, l'action qui détermine le passage du courant à travers le conlucteur aériforme interposé, est Vétincelle proprement dite qui éclate par uite d'un excès de tension et qui n'a pas besoin d'un conducteur pour se nanifester. Cette étincelle constitue un filet de feu très-délié, et c'est elle qui m élevant instantanément la température du milieu qu'elle traverse» le «nd assez conducteur pour permettre à la décharge de le traverser en grande partie, ce qui constitue ce que l'on a appelé l*auréok électrique [uand ce milieu est gazeux. Quand le générateur a une tension beaucoup noindr^ comme celle qui résulte de cinquante éléments Bunsen accouplés

en tension, la décharge ne peut se produire à travers le mauvais conducteur, qu'à la suite d'un contact effectué entre les rhéophores. Ainsi, si la milieu à travers lequel doit se produire le point lumineux est Tair ambîaiiti on devra approcher au contact les deux rhéophores, puis les éloigner; ov du contact de ces rhéophores, est résulté un échauffement considèralde de l'air avoisinant qui Ta rendu conducteur, et dés lors Tare voltaîque se forme et se continue jusqu'à ce que les rhéophores, en s'usant, aient augmenté assez la résistance interpolaire pour rendre la conductibilité gazeuse insufiSsante. Pour continuer la lumière, il fiaut alors rapprocher ke rhéophores, et c*est pour obtenir automatiquement ce rapprocb^nflot, qu'ont été imaginés les régulateurs ou lampes électriqiêes qui ont M combinés de bien des manières différentes et dont nous parlerons plus loin.

On peut néanmoins substituer à ce conducteur gazeux un condactav solide, s'il est un peu résistant. L'on dispose alors ce dernier de manierai être traversé difficilement par le courant, et dès lors il rougit comme un ffl métallique fin de petite longueur qu'on interposerait entre les deux riiiophores ; si ce médiocre conducteur est une baguette de charbon trèsmenue, elle produit en se désagrégeant sous l'influence de la temp&atiiie élevée à laquelle elle est soumise, une lumière aussi éclatante que si celleci s'échangeait entre deux charbons. On peut même obtenir cette illumination de la part de substances réfractaires, quand les courants ont une grande tension, et qu'on a disposé ces corps de manière à fournir, parla fusion, un conducteur semi-liquide qui conduit suffisamment la décharge pour être rendu lumineux. Nous aurons occasion d'entrer plus tard dans des détails circonstanciés sur ce moyen très-curieux d'éclairage, imaginé par M. Jablochkoff et qui peut avoir quelques applications.

Du reste, de quelque manière que la lumière électrique soit produite, les conditions essentielles pour qu'elle puisse fournir le plus grand éclat possible, est que le milieu médiocrement conducteur parcouru par la décharge, contienne le plus de particules susceptibles de s'illuminer parla chaleur, sans néanmoins être accompagnées de vapeurs assez conductrices pour donner lieu à une flamme ou à une décharge trop facile. Avec les courants de la machine de Ruhmkorff, c est le charbon de braise employé pour constituer les électrodes, qui fournit les meilleurs résultats, et dans ces conditions, le conducteur gazeux est devenu tellement chargé de particules charbonnées, que l'étincelle propreiiient dite n'existe plus; l'auréole seule est produite, et quand les charbons sont suffisamment rapprochés, ils fbu^ nissent im point de lumière électrique rayonnante, analogue à celui que Ton obtient avec la pile.

Généralement la lumière employée industriellement a pour générateur 8 torts courants de quantité, et pour organe excitateur, deux charbons dmptés à une lampe électrique* Les courants peuvent être continus ou Uemativement renversés, et nous discuterons plus tard les avantages de lin et de l'autre de ces systèmes. Us peuvent être produits par des piles ou es machines magnéto-électriques, mais on a déjà vu tome II, p. 233, u'on avait beaucoup plus d'avantages à employer les machines magnétolaclriques. Toutefois, pour certaines applications, on peut employer un

t>i8iàme moyen qui consiste à utiliser l'extra-courant résultant de la impe électrique elle*mème, qui est alors disposée en trembleur. M. Maiche fiait k cet égard quelques expériences dont je dois dire ici quelques mots. La disposition qui lui a le mieux réussi a été d'employer un électromant droit d'environ 1",&0 de longueur, enroulé de 600 mètres de fil de liTre de 3 millimètres de diamètre, lequel fil fournissait une épaisseur hélice k peu près égale au diamètre du noyau, c'est4i-dire de 2 centiiètres de diamètre. Cette disposition lui a permis d'obtenir dix étincelles ir seconde entre deux charbons et sous l'influence d'une pile de Bunsen I dix éléments. Ce courant qui sans l'intervention de l'électro-aimant donlit une étincelle insignifiante entre les deux pointes de charbon* devenait mez puissant, en passant à travers la bobine, pour rendre les charbons candescents sur une longueur de 8 millimètres. Ces charbons étaient acès verticalement et disposés de manière à constituer avec leurs supports 1 trembleur. Lorsque les charbons étaient nouvellement taillés, la lumière ait beaucoup plus brillante que quand ils servaient depuis dix ou quimse inutes et qu'ils se trouvaient durcis. Le maximum d'effet était d'ailleurs •oduit quand le fer était aimanté à saturation, et cet efifet était obtenu autant plus promptement, que la longueur du fil de Thélice était moins *ande, et que le nombre des éléments de la pile était plus considérable. vec l'appareil dont il a été question et une pile de dix éléments, le luiant devait être fermé un quart de seconde.

« Il résulte de ces expériences, dit M. Maiche. qu'un ftûble courant prinpal employé convenablement dans un fil conducteur assez gros et inter- >mpu entre deux pointes de charbon, produit des étincelles suffisantes our fermer un arc voltaïque dont l'éclat peut être utilisé; toutefois cette imîfcre étant scintillante, ne saurait être employée à autre chose qu'à des ^oaux de nuit, et grâce à cette particularité, elle serait plus fsuùle à Koonaître qu'une autre à une grande distance. • Quand il ne s'agit que d'éclairages locaux de peu d'intensité et de peu de urée, on peut employer la lumière électrique sous un forme plus simple.

Dans ce cas^ ruiumination d'un fil de platine ou la lumière de rétinedfc d*induction produite à travers un tube vide contourné en apirale peomt suffire, et on peut les obtenir dans de bonnes conditions d'éclat pendul (quelques instants, au moyen des batteries de polarisation de Planté qm Ton maintient toujours chargées avec une pile d'éléments Daniell oa Leclanché, comme on Ta vu p. 400. On a employé ces systèmes pour l'édiirage des cavités obscures du corps humain, pour l'éclairage des réticulei des lunettes astronomiques et pour la visite intérieure des pièces d'artillm

De tous ces moyens de production de la lumière électrique, le seul qv puisse être appliqué pratiquement est en définitive celui qui résulte de ï*mr voltfuque produit entre deux charbons, et c'est lui qui nous occupai spécialement ainsi que ses applications.

L'éclat et la couleur de la lumière produite dans les conditions dont 3 1 été question précédemment, dépend de la nature des rhéophores entre 1» quels la décharge électrique s'effectue et du milieu dans lequel eBs a produit; elle est bleuâtre avec le zinc, verdàtre avec l'argent, rouge aieok platine, etc., et elle est plus intense avec les métaux facilement oxydiUaii comme le potassium, le silicium ou le sodium qu'avec les métaux inozjdables, tels que l'or et le platine. L'aspect du foyer dépend, comme je Tai indique dans ma notice sur Tappareil de Ruhmkorif, de la forme des électrodes et de leur polarité; entre une pointe et une surface conductrice, elle a la forme d*un cône, et celle d'un globe entre deux pointes de charbon. La longueur maxima de Tare dépend surtout de l'intensité du courant et peut atteindre, avec un fort courant, un et deux centimètres une fois l'arc formé. D'après M. Despretz, cette longueur croit plus vite que le nombre des éléments qui la produisent, et cet accroissement est plus manifeste pour les petits arcs que pour les grands ; il est par conséquent plus grand atec les piles en tension qu'avec les piles en quantité. D'un autre côté. Tare voltaïque est plus développé quand le charbon positif est en haut que quand il est en bas, et quand les charbons sont horizontaux, les arcs sont moins longs que quand ils sont placés verticalement; en revanche, ta disposition de la pile en quantité devient alors plus favorable que la disposition en tension.

Avec les courants voltaïques échangés entre deux électrodes de charbon, l'électrode positive a une température beaucoup plus élevée que l'autre électrode, ce qui n'a pas lieu quand on emploie, pour produire la lumière, des courants d'induction de haute tension. Pour une intensité électrique peu considérable et avec des charbons bien purs, le foyer lumineux est bleuâtre et rayonnant, mais quand cette intensité est plus grande, une

LUMIÈRE fiLEGTRIOUB. 4W

phitalda flamme accompagne to^jour8 ce foyer lumineux, et elle est nmtant plus oonaidteable que les charbons sont moins purs.

Quand l'arc voltaî^ue se produit dans Pair, les deux électrodes de charbon huent asses promptement en brûlant ; mais dans le vide cette combustion a^ pas HeOy etron voit simplement la pointe positive se creuser et la pointe négative s'allonger par suite du transport des particules charbonnées sntevées au charbon positif. L'usure est donc pour ainsi dire insignifiante.

La lumière électrique a une grande analogie avec celle du soleil, mais Bile renltarme plus de rayons chimiques, ce qui la rend dangereuse pour la me. On a bien proposé à diverses époques des moyens pour éviter cet effet dangereux et, entre autres, remploi de globes fluorescents capables l'alMorber ces rayons chimiques ; mais c'était au détriment de la puis- Hmee de cette lumière que ce perfectionnement était obtenu, ce qui rendait m avantages de la lumière électrique beaucoup moins grands.

En comparant entre dles diverses sources lumineuses, MM. Foucault et Kaeaa ont trouvé que la lumière de Tare voltaîque est moitié moindre pie celle du soleil, tandis que la lumière Drumond (oxy*hydrogène) n'en ist que la cent-cinquantième partie. Or, le soleil répand sur une sur&ce kmnée autant de clarté que 5774 bougies placées à 0"»33 de distance de ette aurbce.

Quand Tare voltaïquo est formé, les charbons brûlent successivement, ooime on Ta vu, du moins s'ils sont exposés à Tair; mais en raison des onditions physiques différentes des deux électrodes et du transport matéîel des particules charbonnées par le courant, Tun des charbons, le positif^ rûle beaucoup plus vite que Tautre, et cela, dans le rapport de 2 à 1. Cette sure inégale entraîne plusieurs inconvénients : d'abord le déplacement du oint lumineux, puis une déformation des extrémités polaires des deux élecrodes, dont l'une s'appointit, tandis que l'autre se creuse en entourant le lOint lumineux d'une sorte de rebord plus ou moins saillant qui agit à la Bçon d'un écran. Les effets de polarisation (!) déterminés sur les électrodes

(1) D*après M. Edlund, la chaleur déYeloppée par un courant électrique doit en être onsidérée commi) Teftet direct et immédiat, et chaque fois que le courant produit o travail mécanique ou chimique quelconque, Teffet obtenu est accompagné d'une îminution proportionnelle dans la chaleur développée. Cette loi que l'expérience a érifiéo est aussi la conséquence de la théorie, ainsi que Clausius l'a nettement émontré. Or, si l'on considère que dans l'arc voltaTque qui se produit quand le Mirant passe à travers un gaz, d'un conducteur solide sur un autre conducteur 9lide, il arrive que les particules matérielles entraînées d'un pôle à l'autre délertiment, maigre faetion mécanique produite^ une iUwkHon de ehaieur au lieu d*un baiuement^ on pourrait croira à une anomalie, et c'est pour l'expliquer que

460 LUMIÊRB ÉLECTRIQUE.

donnent lieu eux-mftmes à des effets assez complexes que nous déoifiM dans la note ci-dessous et qui doivent aussi être pris en considànUioa. km des courants altemati?ement renversés, tels que ceux que fiHimîaseDt ki machines de la compagnie Y Alliance et de la compagnie Lontin, cesincooffr nients n'existent pas ; Tusure des deux charix>ns est égale et régulièfe et leur pointe étant toujours oarfiaitement Ibrmée, dégage complètement la lumièfe. Sous ce rapport» ce que Ton soupçonnait dans Toiigine ôtre un déAuit dam les machines magnéto-électriques, défout qu'on avait voulu corriger sa moyen de commutateurs inverseurs, est au contraire un. avantage, nonseulement par la suppression des pertes de courant qui se manifestaient i travers ces commutateurs, mais par les meilleures conditions dans kiquelles le travail produit est placé. Du reste, on s*est fiût beaucoup dlflih sions sur l'action électro-magnétique des courants . alternativement ren« versés^ et M, J. Van Malderen a montré que leur pouvpir aimantant n*est pas tris-différent de celui des courants redressés; on y gagne même dtoir beaucoup moins de magnétisme rémanent et d'obtenir par conséquent dei réactions mécaniques plus promptes. Les noyaux magnétiques qui eo

M. Ediund a entrepris à ce sujet une série de recherches desquelles il résulte que, dans Tare voltaïque, la dispersion mécanique des pôles solides produit une force électromotrice qui donne naissance à un courant de sens contraire, lequel n'est que le résultat d'un effet de polarisation. Toutefois, cette force électro-motrice inverse se traduit, en fait, par un accroissement de résistance dans le circuit, et si on étudie cet accroissement avec soin, on reconnaît qu'en représentant par D la force électro-motrice contraire de l'arc en fonction de celle E de la pile, cette force D est indépendante de l'intensité du courant, tandis que la résistance propre de l'arc est proportionnelle à sa longueur, et augmente quand Tintensité du courant diminue; de sorte que le travail mécanique développé par le courant pour désagréger les pointes polaires est mesuré par la diminution dans la chaleur totale produite par le courant, et c'est cette perte qui se transforme en force électro-motrice D. En effet, quand il n'y a pas d'arc lumineux pour une force électro-motrice E et une résistance L,la quantité

de chaleur développée sera mesurée par — — . S'il y a un arc lumineux, ce sera

i— , et le travail développé dans l'arc aura donc pour équivalent: — — i- '- ou

Li Lé

— ^ — = —, Si la résistance dcNient L', et par conséquent si l'intensité du courant

D(2E — D) change, le travail développé sera équivalent à ■, D restant invariable d'après

Là

l'expérience; mais comme les intensités sont inversement proportionnelles aux résistances, le travail développé dans l'arc lumineux est proportionnel à l'intensité da courant tant que la force électro-motrice rpste constante.

D'après les expériences de M. Ediund, cette constance de la force électro-motrice contraire D n'existe que pour les courants forts. Pour les courants faibles, elle diminue quand le courant a une faible intensité.

snbisaaat Faction, sont toutefois un peu plus échaulBês par suite des tiansfbrmatîons rapides de l'état physique de leurs molécules.

Les effets que nous venons d'analyser n'ont pas, toutefois, été considérés de la même manière que nous en Angleterre, et dans un rapport &it dans ce pays par une commission d^électriciens et de physiciens distingués, tels que MM. Tyndall, Douglas, Sabine, etc., il est dit que la concavité déterminée sur l'électrode positive peut, si on place convenablement le charbon négatif, fournir une lumière, qu'ils appellent condensée, qui augmente dans un rapport assez considérable l'intensité de la lumière émise dans une iirectUm donnée; par conséquent, suivant eux, la lumière fournie par les courants redressés est de beaucoup préférable à celle qui résulte de courants alternativement renversés. Nous donnons du reste plus loin, dans un tableau dressé par M. Douglas, hi différence d'intensité des deux lumières arec ou sans redressement de courants. Pour obtenir le meilleur effet possible, il but, suivant M. Douglas, que le charbon inférieur, qui est négatif, lott placé de manière que son axe soit dans le prolongement du côté du chartxm supérieur foisant foce à la partie de Thorizon que l'on veut éclairer; la concavité dont le fond est la partie la plus lumineuse de l'arc, agit alors, comme un réflecteur, et sou éclat n'est pas voilé par les bords de la partie creusée qu'ils appellent les bords du cratère du foyer lumineux, c A cause des pertes de co^irant et de leur plus faible action, dit M. Douglas, les machines de TAlliance et de Holmes sont loin d'équivaloir aux nouvelles machines à courants redressés, et pour Tapplication de la lumière électrique aux phares, il vaut mieux employer ces dernières, car l'angle sous lequel hi lumière électrique doit être projetée dépasse rarement 180^, et iA on dispose les charbons comme il a été dit plus haut, la lumière est encore augmentée dans un rapport qui est en moyenne comme 130 est à 60,3. H fiuit naturellement que le charbon positif soit au haut de la lampe et le charbon négatif au-dessous. »

Quand le générateur électrique employé pour la lumière électrique fournit des courants continus de même sens, qu'ils proviennent d'ailleurs d'une pile ou d'une machine magnéto-électrique, les formules d'Ohm et de Joule s*appUquent parfaitement, comme on l'a vu tome H, p. 170, aux intensités électriques et aux quantités de chaleur qui peuvent se trouver développées aux différents points du circuit; il fiaut seulement remarquer, quand le courant résulte d'une machine magnéto-électrique, que la résistance de ses bobines doit être considérée comme représentant une valeur beaucoup plus grande que celle qu'elles présentent réellement II en résulte

que le maximum de l'effet utile fourni par le générateur, c'est-à-dire le

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maximum de lumière dans le cas qui nous occupe, est obtenu quand Vm voltaîque présente une résistance égala à celle de ce gènèrmteor augmenté! de celle des fils de communication. M. Ed. Becquerel a yèrifié cette loi pour rare voltaîque déterminé par des générateurs voltaîques, et comma la pile employée dans ses expériences' se composait de 60 éléments Bunseo, (moyen modèle) dont la résistance était 2479 mètres de fil télégraphique de 4 millimètres, on peut conclure que le maximum de lumière correspondait à un arc présentant ce chiffre de résistance. U serait difficile de traduin en millimètres de distance interpolaire une pareille réastance, car récirte> ment des charbons doit nécessairement varier suivant leurs riimpnfi^ni et leur état d'ignition ; mais on peut admettre que pour un écartement de 2 k 3 millimètres, Tare voltaîque, produit dans de txmnes conditions, pressai» bien à peu près cette résistance (1). Si elle devient plus grande, c'est gue Pespace interpolaire est devenu trop bon conducteur, et la sensibilité da régulateur doit être diminuée.

Un fait intéressant que M. Leroux signale dans une note insérée dans les Mondes f tome XVI, p. 62, c'est que si Tare voltaîque ne se fimne pask froid quand les charbons sont séparés par une couche d'air, quelque petite qu'elle soit (2), il peut se développer spontanément d'im charbon à l'autre à travers un espace atteignant presque 3 millimètres, après que l'on a interrompu le courant pendant un temps qui peut s'élever jusqu'à m vingt-cinquicme de seconde environ. Ceci explique pourquoi les courants alternativement renversés de certaines machines magnéto-électriques peuvent fournir une lumière continue, quoique discontinue par le fait, car le courant, dans les machines de l'Alliance, peut être interrompu de un à deux dix-millicmes de seconde.

A la suite de cette découverte, M. Leroux avait conçu Tespérance de pouvoir diviser la lumière électrique. Ainsi, au moyen d'une roue distributrice, il pouvait lancer le courant d'une pile de Bunsen alternativement dans deux

régulateurs de lumière électrique de manière à ce qu'il passât dans chacun

d'eux pendant le même nombre de fractions de seconde, -jjjjj- par exemple.

Dans ces conditions, dit-il, les deux lumières peuvent être parfaitement égales. On peut voir le détail de ces expériences dans les Mondes, tome XVI, p. 1%.

(1) D'après les recherches fuites en Angleterre, la résistance de Tare voltaîque varie de 30 à 40 ohms, c'est-à-dire de 3000 à 4000 mètres de fil télégraphique; ces chiffres se rapportent assez bien à celui fourni par les expériences de M. E. Becquerel.

(2) Il n'y a qu'avec une pile de 3500 éléments parfaitement isolés, telle que ceUe di M. Gassiot, que Tare peut jaillir spontanément à froid entre deux charbons.

M. Leroux croit, du reste, qu'un jet de gaz oxygène accompagnant Tare Toltaique pourrait fournir des avantages marqués, non-seulement comme lumière plus vive, mais encore pour la fixité de Tare entre les pointes de charbon.

n. DES CONDUCTEURS A TRAVERS LESQUELS SE DÉVELOPPE LA LUMIÂRB