LES ACCUMULATEURS

On donne le nom générique d'accumulateur à tout appareil

(1) Le travail extérieur maximum, calculé au moyen de l'expression :

est donc égal à 0,2 kilogrammètre par seconde, environ.

L'ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQIE DOMESTIQUE. 133

pable d'emmagasiner de Fénergie ou du travail sous une forme elconque et de la restituer ensuite à volonté. Les accumulateurs xiriques en particulier sont des appareils qui reçoivent de Térgie sous forme électrique (courant de charge), Temmagasi- Dt sous forme d'action chimique, et la restituent ensuite sous 'me d'énergie électrique (courant de décharge) utilisable à lonté pour l'éclairage, la force motrice, etc. Un accumulateur électrique n'est pas autre chose qu'une pile vernblcj c'est-à-dire une pile susceptible d'èlre régénérée indéliment en la faisant traverser par un courant de sens inverse celui qu'elle produit elle-même, courant qui ramène les corps mposants dans leur état primitif, et leur permet de reproduire le nouvelle quantité d'énergie, énergie limitée dans chaque s par la nature et la quantité des matières actives, ainsi que ir la durée et la puissance du courant de charge. Toute pile dans laquelle l'action chimique qui produit le couot ne donne pas naissance à des produits volatils est théoriqueeni réversible et susceptible de constituer un accumulateur. Pratiquement, le plomb seul convient bien au\ elTets de cette iture, aux charges et aux décharges successives, comme Ta ontré le premier M. Gaston Planté en 1860.

En dehors de leur rôle d'accumulateurs, ils peuvent aussi jouer rôle de transformateurs, c'est-à-dire qu'ils permetlent d'obter, pendant un temps plus court, des effets de tension ou d'innsité beaucoup plus puissants que ceux de la source primitive, I, inversement, de produire des effets moins intenses, mais (odant un temps beaucoup plus long.

C'est ainsi, par exemple, qu'avec 800 petits couples de . Planté chargés en quantité avec deux éléments Bunsen et luplés ensuite en tension, on peut illuminer directement un ibe de Geissler et reproduire tous les effets de l'électricité dite atique.

On est même parvenu dans ces derniers temps à construire de

îtits accumulateurs par un procédé analogue aux piles sèches,

à les charger tous en tension avec une machine de Uoltz; en

les recouplant ensuite en quantité, on peut en tirer des efTets de même nature que ceuK fournis par l'éleclricité dite dytutmiqite. Le cycle de transformations est donc complet, et les deux expériences inverses que nous signalons montrent une fois de plus quels liens étroits existent entre tous les phénomènes électriques.

Construction d'un accumulateur. — Le moyen le plus simple pour construire un accumulateur consiste ii enrouler en spirale deux lames de plomb longues et laides en les séparant par une (oile grossière {fig. 81 ) et A les plonger ensuite dans un bocal plein d'eati acidulée sulfurique au ^ ou au ^ en ialume, l

C'est l'accumulateur construitpa^ \ M.Gaston Planté des f 860.

La toile présente l'inconvénient de s'î»-^' térer à la longue et d'augmenter la r^' sistancc intérieure de l'accu m ulateu:^*' M. Planté préfère séparer les lames pî^*^' des bandes étroites de caoutchouc qui n^^"" s'altèrent pas dans l'eau acidulée et ne re^^^' couvrent qu'une faible partie de la surfac ■^'' des électrodes.

Voici comment M. Planté indique lui- * même la construction de ces couples :

i< Deux paires de bandes de caoutchouc (fig. 82), d'un centi— * mètre environ de largeur, sur un demi-centimètre d'épaisseur, sont nécessaires pour empêcher les lames de se toucher récipro — "^

quemenl. Les lamelles qui forment leur prolongement sont tail '

lées aux extrémités opposées des lames, pour mieux éviter les -^ causes de contact et pour égaliser la distribution du courant primaire sur les surfaces des électrodes, en éloignantrun de l'auln' le.« deu\ électrodes. Toutefois cette disposition n'est pas indispensable, si les lames de plomb sont enroulées bien uniformément

L'BCUIRAGE ELECTRIQUE DOMESTIQUE. 135

l'uDe autour de l'autre. L'action chimique du courant primaire se distribue alors également sur toute la surface du couple secondaire, quand même les deus pôles de In pile y déboucheraient très près l'un de l'autre.

" On enroule donc les lames de plomb, ainsi séparées par deux

ou trois paires de bandes de caoutchouc, autour d'un cylindre

en bois ou en métal (fi^. 8â).

« Il convient de placer deux petites bandes de caoutchouc

IransTersalcs de la longueur du cylioJre, devant los extrémités

des bandes longitudinales, lorsqu'on commence i\ enrouler la

Fig. 8Î. — Fabricatioi

première spire, afin de bien séparer les bords des (ieu\ lames de plomb qui pourraient tendre ;'i se toucher.

« L'enroulement une fois effectué, on enlève, avec précaution, le rouleau intérieur, et, pour donner plus de stabilité au système, on maintient les spires à leur place, d'une manière définitive, â l'aide de petits croisillons en gulla-percha ramollis par la chaleur. Le couple ainsi construit est introduit cnstiilc dans un vase cylindrique en verre, et assujetti, à l'intérieur, par de petites cales en gutta-percha. Le vase est rempli d'eau aciilulée au ^ par l'acide sulfurique.

it La figure 83 représente un couple ordinaire d'assez grande dimension, construit comme nous venons de le dire.

« Le vase en verre coolenaat les lames de plomb immergées

dans Teau acidulée est recouvert d'un disque en caoutchouc durci qui porte les pièces métalliques destinées à former le circuit secondaire, quand le couple est chargé. Les extrémités des deux lames de plomb communiquent, à laide des pinces G et H, à la fois avec une pile primaire formée de deux élémeitts de Bunsen de petite dimension et avec les lamelles de cuivre MM'. La lamelle M est disposée au-dessous d'une autre lamelle de cuivre R dont Textrémité prolongée, formant ressort, peut être abaissée et pressée par le bouton B, et la lamelle M se trouve alors en communication avec la pince A. La lamelle M', d'autre part, est en communication constante avec la pince A', et, entre les branches de ces deux pinces, sont placés les fils métalliques destinés h être rougis ou fondus par le courant secondaire. On peut encore faire aboutira ces deux pinces les fils provenant de tout autre appareil dans lequel on veut faire passer le même courant,. »

Action chimique produite dans les couples secondaires à lames de plomb. — Lorsqu'un couple secondaire de grande surface est neuf, et qu'on vient à le faire traverser par le courant de deux couples de Bunsen, le gaz oxygène apparaît presque immédiatement sur la lame, et celle-ci ne tarde pas à être recouverte d'une couche très mince de peroxyde de plomb. D'un autre côté, l'hydrogène, après avoir réduit la faible couche d'oxyde dont le plomb peut être couvert par l'exposition à l'air, ne tarde pas à apparaître, et si, au bout de quelques instants, on essaie le courant secondaire produit par l'appareil, on constate qu'il est déjà très énergique par la vivacité de l'étincelle produite, lorsqu'on ferme et qu'on rompt aussitôt le circuit secondaire, avec un conducteur en cuivre peu résistant. Mais le courant ainsi obtenu est de très courte durée.

Pendant la fermeture du circuit secondaire, l'oxygène, se portant sur la lame qui était négative lors du passage du courant, a peroxyde légèrement celte lame, en même temps que le peroxyde formé sur l'autre lame lors du passage du courant principal se réduisait par l'hydrogène. On a donc, après une pre-

i.'KcuiiiAGE Electrique imimestiqde, ot

mière expérience, deux lames recouvcplcs de couches minces d'o\yde et de métal réduit qui Tnciliteront l'aclioa ulk'ricure du courant principal sur le couple secondaire.

Si l'on considère d'abord la lame de plomb qui était négative lors du passage du courant principal pour la premicn^ fois, celte

^^wi

laine est, comme on vient de le voir, recouverte d'une L'ouclie d'otyde après le passage du courant i^ccondaire. Il en résulte que, si l'on fait de nouveau passer le courant principal, les preinit'res portions d'hydrogiîne seront consacrées à réduire cette couche d'oxyde, au lieu de la couche plus faible résultant scukmeot de l'exposition à l'air, comme cela avait lieu précédem-

ment. Par suite, un retard plus grand que la preniière fois se produira dans Tapparition de Thydrogène à la surface de celte lame.

Les premières portions d'oxygène qui tendent à se dégager à la surface rencontrent, cette fois, une couche de peroxyde réduit ou de plomb métallique divisé, sur laquelle ce gaz a plus de prise, s'il est permis de parler ainsi, que sur la lame de plomb servant pour la première fois ; le gaz est plus facilement absorbé, et Ton commence aussi à constater un retard dans Tapparition de l'oxygène sur cette lame, retard qui correspond au temps nécessaire pour oxyder de nouveau la couche de plomb réduit à la surface.

Quand on ferme de nouveau le circuit secondaire, les phénomènes précédemment décrits se reproduisent, et Ton conçoit que, lorsqu'on aura renouvelé ces opérations un très grand nombre de fois, les surfaces de plomb du couple secondaire se trouveront dans un état plus favorable pour loxydation ou la réduction; les couches d'oxyde alternativement formées ou réduites deviendront plus épaisses, et les effets secondaires qui en résultent présenteront plus de durée et d'intensité.

C'est, en effet, ce qu'on observe ; plus un couple secondaire reçoit l'action d'un courant primaire et fonctionne lui-même après cette action, plus est longue la durée du courant secondaire. La formation consiste en une sorte de tannage électrochimique. Tout le travail des piles s'accumule sous forme d'oxydation du plomb, d'une part, et, d'autre part, de réduction du plomb oxydé produit par la fermeture antérieure du courant secondaire. Lorsque les gaz commencent à se dégager,^ dans un couple bien formée on est averti que la pile n'effectue plus sensiblement de travail utile à la production du courant secondaire.

Puissance et durée de la décharge des couples secondaires. — Un couple secondaire bien chargé peut fournir une décharge qui dépend de la grandeur des lames, de l'épaisseur des produits et enfin de la résistance extérieure du circuit. La décharge est très constante tant que la pile renferme

L'ÉaAIRAGE ÉLECTRIQUE DOMESTIQUE. 139

de i^éiectricité emmagasinée sous forme de travail chimique.

De même qu^un vase très large contenant une grande quantité de liquide, sous une très faible hauteur, fournirait pendant longtemps, par un petit orifice, un écoulement à peu près constant et cessant d^une manière rapide, dès que le liquide arrive au-dessous du niveau de l'orifice, de même un couple secondaire de grande surface n'accuse une diminution d'intensité que quelques instants avant de cesser complètement de fournir de Félectricité.

La force électromotrice initiale d'un couple secondaire bien formé atteint environ deux volts et demi, ce qui explique pourquoi il faut au moins trois éléments DanicII ou deux éléments Bunsen pour le charger complètement.

La faible résistance intérieure des couples, qui varie entre un vingtième et un cinquième de ohm, explique Tintcnsité ducourant fourni par ces appareils. On peut aussi charg^er les éléments Planté avec des machines Gramme de laboratoire ; mais, dans ce cas, il convient que la vitesse ne descende pas au-dessous d'une certaine valeur, pour laquelle la pile se déchargerait inutilement dans la machine. Pour remédier à cet inconvénient, nous avons combiné un conjoncteur et disjoncteur automatique qui retire la batterie secondaire du circuit dès que la force électromotrice devient trop faible pour la charger, et la replace dans ce circuit dès que la force électromotrice est devenue assez grande pour effectuer le chargement.

Les couples secondaires peuvent conserver longtemps la charge accumulée. Ainsi un couple secondaire bien formé et bien chargé peut encore rougir un fil de platine de un demi-millimètre de diamètre, plus d'un mois après la charge.

M. Planté a mesuré le rapport de la quantité d'électricité restiiiiée par la décharge à la quantité d'électricité dépensée par la charge en décomposant du sulfate de cuivre dans un voltamètre. Le rendement atteint 88 à 89 p. 100; le couple secondaire est donc un accumulateur assez parfait du travail de la pile

140 L iLECrVIOTt ftA5S LA 1AI305.

Procédés pour hâter lafimBatioii des acctimnlateiirs Planté. — La foruMàlkm dei ctwpks secondaires est longue et coMi'Jim, zum M. Planté a-tnl cherché à la rédaire parles prorédé^ que noa^ allons indiqaer.

M. Planté a retonna d'abord qu'on accélérait la formation des éléments en élerant la températoreda liqnideqoi les baigne, soit k TaTance, soit pendant Faction du courant de charge. Mais ce mode opératoire présente, en pratique, quelques difficultés dont celui que nous allons faire connaître est exempt, et qui a donné à 31. Planté des résultats très satisfaisants.

(^ procédé consiste à soumettre simplement les couplessecondaires à une sorte de décapage profond par l'acide azotique étendu de la moitié de son Tolume d'eau, en les laissant immergés dans ce liquide de vingt-quatre à quarante-huit heures. Les couples sont ensuite vidés, lafés très complètement, remplis d'eau acidulée au dixième par l'acide suifurique et soumis à Faction du courant primaire.

Malgré la dissolution d'une partie du plomb, Tépaisseur des lames n'est pas notablement diminuée, maisTattaque de Facide produit une sorte de porosité métallique telle, que Faction chimique du courant ne se borne pas seulement à la surface des lames de plomb ; elle s'exerce aussi à Finlérieur, crée de nouveaux intervalles moléculaires, et facilite, en conséquence, Faction du courant primaire.

Les couples secondaires, ainsi traités, peuvent fournir en huit jours, après trois ou quatre changements de sensdu courant primaire, des décharges de longue durée, alors que, sans Faction préalable de Facidc nitrique, ils ne pourraient donnerles mêmes résultais (piaprès plusieurs mois de formation. Il est donc inlénîssanl (h; signaler ce procédé aux amateurs qui veulent construire et former eux-mêmes leurs accumulateurs.

Accumulateur de M. Faure. — La pile secondaire d M. FauHî dérive directement de la pile Planté; ses électrodes sont (Ml plomb et plongent dans Fcau acidulée par Facide sulfu — ri(|ue ; mais ^a formation est plus profonde et plus rapide. Dana?

la pile de M. Planté, la formation est limitée par l'épaisseur des lames de plomb. M. Faure donne rapidement à ses couples un pouvoir d^accumulation presque illimité, en recouvrant les électrodes d'une couche de plomb spongieux, formée et retenue de la manière suivante :

Les deux lames de plomb du couple sont individuellement recouvertes de minium ou d'un autre oxyde de plomb insoluble, puis entourées. d'un cloisonnement en feutre, solidement retenu par des rivets de plomb ; ces deux électrodes sont ensuite placées, '^une près de l'autre, dans un récipient contenant de l'eau acidulée. Si elles sont d'une grande longueur, on les roule en spirale, comme Ta fait M. Planté. Le couple étant ainsi monté, il Suffit, pour le former, de le faire traverser par un courant électri- ^^e, qui amène le minium à l'état de peroxyde sur l'électrode positive et à l'état de plomb réduit sur l'électrode négative. Dès que ^Oiite la masse a été électrolysée, le couple est formé et chargé. Quand on le décharge, le plomb réduit s'oxyde et le plomb V^oroxydé se réduit, jusqu'à ce que le couple soit redevenu inerte. *1 est alors prêt à recevoir une nouvelle charge d'électricité.

Nous le signalons ici pour mémoire, car ce type est aujourd'hui abandonné et remplacé par celui que nous allons décrire. Accumulateur Faure-Sellon-Volckmar. — Les perfectionnements apportés à l'accumulateur Faure et qui ont donné Naissance, après bien des transformations, à l'appareil connu aujourd'hui sous le nom d'accixmiilaieixr Faiire'SelloU'Volckmar Consistent :

1"* Dans la suppression du feutre dont la durée dans l'eau acidulée se trouvait forcément très limitée.

2* Dans l'emploi de plaques de plomb perforées en forme de grille renfermant Jes oxydes de plomb que le courant doit oxyder d'une part et réduire d'autre part pendant la formation, pour pouvoir charger ensuite l'accumulateur.

Le plomb réduit et le plomb peroxyde présentent alors la forme de petites pastilles, rondes dans les premiers modèles, carrées dans les modèles actuels, entourées de quatre côtés par

un réseau conducteur en plomb qui les met en communication plus directe avec leurs électrodes respectives que dans le type primitif de M. Faure, dans lequel les oxydes étaient simplement appliqués à la surface des plaques de plomb.

Il existe trois types courants :

1* Le type de laboratoire, pesant de 8 à 10 kilogrammes, renfermé dans des vases en verre, pour les amateurs: éclairage domestique, galvanoplastie, etc.

2* Le type dit tramway, pesant environ 30 kilogrammes, destiné surtout aux installations mobiles : tramways, tricycles, navigation électrique.

3* Le type dit éclairage^ pesant environ 60 kilogrammes et dont l'emploi est réservé aux installations fixes.

La figure 84 représente une vue, en élévation et en plan, de l'accumulateur type tramway. 11 se compose d'une boîte rectangulaire en bois goudronné renfermant les lames de plomb au nombre de 17 ; chacune de ces lames constitue un grillage plus ou moins serré terminé par une queue en plomb qui sert de prise au courant.

Neuf lames sont reliées d'un côté de la boîte en quantité pour former le pôle négatif, et les huit autres relevées de l'autre côté pour former le pôle positif. La liaison se fait en pinçant les tiges entre deux lames de plomb en communication avec les bornes N et P. L ecartement entre les lames est maintenu à l'aide de petits joncs disposés verticalement de distance en distance. Le» tasseaux G ont pour but de laisser un espace au fond des boîtes, espace dans lequel les parcelles de plomb réduit ou oxydé détachées des électrodes peuvent tomber et s'accumuler, sans établir de contact direct et nuisible entre les lames.

Le poids moyen d'un accumulateur type tramway se répartit ainsi :

Kilogrammes.

Hoile en bois goudronné, couvercle, poignées contacts, bornes 6,0

Eau acidulée au 1/10 en volume . 6,5

Plaques de plomb el oxydes 16,8

L'ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQUE DOMESTIOUE. 143

Les yides des plaques positives et négatives sont respectivement remplis de litharge et de minium en en faisant au préalable une pâte que Ton vient étaler sur les lames, et que Ton égalise ensuite de façon à garnir exactement toutes les alvéoles. Les plaques ainsi préparées sont montées dans les boites et soumises à une formation qui consiste à les faire traverser par un courant de puissance proportionnelle à la surface des plaques et dont la durée est d'environ cent heures. Ce chiffre de cent heures n'a d'ailleurs rien d'absolu, car, après cette formation, les accumulateurs gagnent encore en capacité à chaque nouvelle charge lorsqu'on les met en service, par suite de Tatlaque graduelle des supports.

Le type éclairage ne diffère du type tramway que par son poids et ses dimensions ; on a aussi un peu sacrifié à la légèreté pour obtenir plus de solidité et plus de durée des éléments.

Capacité d'emmagasinement. — Toutes les expériences faites sur les accumulateurs mettent ce fait en évidence que l'énergie électrique totale disponible, qu'on peut retirer d'un poids donné d'accumulateurs, va en diminuant à mesure que l'on demande un travail plus considérable par unité de temps; c'est-à-dire à mesure qu'on augmente le débit.

Nous avons eu récemment en expérience (mars 1884) des accumulateurs F. S. V., qui nous ont fourni 15 ampères-heure par kilogramme de plaques^ avec un potentiel utile moyen de 1 ,9 volt aux bornes, soit 10 ampères-heure par kilogramme de poids total (1), en attribuant au récipient et au liquide un poids

(1) Nous faisons intervenir ici le youls total de Taccumulateur, et non pas seulement le poids des plaques, parce qu'en réalité, surtout lorsqu'il s'agit de traction, le liquide et la boite figurent dans le poids total à remorquer. Il est d'ailleurs absolument erroné de ne tenir compte que du poids des plaques en les considérant comme seules matières actives; l'eau acidulée joue un rôle non moins actif que les plaques, car elle cbange de composition aux différentes phases de la charge et de la décharge.

In cheval-heure représente le travail d'un cheval-vapeur de 75 kilogrammètres par seconde pendant une heure ou 3 600 secondes.

1 cheval-heure = 75 X 3600= 270 000 kilogrammètres.

seasiblemcnt égal à Ja moitié de celui des plaques, ce qui est conforme aux faits. On obtiendrait ainsi un cheval-heure d'énergie électrique pour un poids de 40 kilogrammes, ou 6 840 kilogrammètres par kilogramme de poids total.

Avec les accumulateurs F. S. V. dans lesquels on a moins sacrifié à la légèreté, la capacité est d'environ 4 000 kilogrammètres d'énergie électrique, et de 6 à 8 ampères-heure par kilogramme de poids total. Il faut de 60 à 8S kilogrammes pour un cheval-heure.

Quant au débit, il peut varier entre un demi-ampère et deux ampères par kilogramme de plaques. Il atteint même 3 ampères dans les F. S. V. type tramway, et 4 ampères dans les petits accumulateurs de M. Planté destinés aux allumoirs électriques et dans lesquels l'épaisseur des plaques de plomb ne dépasse pas un demi-millimètre.

Rendement et durée des accumulateurs. — Il est intéressant de savoir, lorsqu'on a recours à des accumulateurs^ comment sont échelonnées les pertes dans les différentes tratk^formations que subit l'énergie depuis le moment où elle ^s\ fournie par le moteur initial (à vapeur, hydraulique, etc.), jmis qu'au moment où elle est restituée de nouveau sous forme i travail mécanique. Voici, à ce sujet, les chiflres qui corresp dent aux conditions movennes :

Travail méccinique fourni par le moteur aux machines électriques de charge 100

Énergie électrique fournie par ces machines et disponible pour la charge : 0,70 X 100 70

En chargeant les accumulateurs, on ne recueille que 0,90 environ de la quantité d'électricité fournie par les machines de charge, et d'autre part, la pression ou force éloctromotrice moyenne de décharge n'est que les 0,70 de la prossion ou force électromotrice moyenne d«' cliarge, l'énergie électrique disponible n'est donc que les 0,9 X 0,7 r r 0,63 de l'énergie de la charge fournie aux accumulateurs.

Il en résulte que l'énergie électrique disponible représente les 0,03 X 70 du travail moteur initial 44,1

KnQn, lorsqu'on Iransforme celte énergie éleclrique en traTail mécanique, on n'en recueille que les 0,70, ou 0,70 X *4,i 30,8

■^USI p. 100 du travail mécaQique initial fourai par le moteur, "faut donc dépenser 100 chevaux-heure sur le moteur qui

ii>; m