PILES A DEUX LIQUIDES

Nous avons déjà dit dans ce même chapitre que, dès l'origine de la découverte de la pile, Volta avait conçu l'idée d'en construire à deux liquides, et que, plus tard, Davy mit cette idée à exécution. Mais, n'ayant point obtenu de résultats satisfaisants, il y renonça, et jusqu'en 1 836 n'employa presque exclusivement que les piles de Wollaston ou leurs modifications. *

A cette époque, Daniell pensa que l'irrégularité des piles alors en usage provenait de la précipitation du zinc sur le cuivre, qui ne pouvait avoir lieu qu'aux dépens du dégagement électrique. 11 chercha à remplacer cette précipitation nuisible par une autre qui, au contraire, fût favorable à l'action électrique, ou, ce qui est la même chose, à faire en sorte que le métal précipité sur le cuivre fût électro-positif. Après de nombreux essais, il trouva que la dissolution de sulfate de cuivre pouvait remplir son but, mais que, pour cela, il était nécessaire que la dissolution fût séparée de l'eau acidulée dans laquelle on introduit le zinc. 11 divisa donc le vase où était plongé l'élément voltaïque en deux compartiments au moyen d'un diaphragme poreux : dans l'un il mit le métal électro-négatif et le liquide acidulé, et dans L'autre le métal électro-positif et la dissolution de sulfate de cuivre, remplaçant ainsi la pile à un liquide de Wollaston par celle à deux liquides qui porte son nom. Nous allons procéder immédiatement à sa description, nous écartant ainsi un peu de l'ordre chronologique, puisque déjà avant Daniell, et par une série de déductions toutes différentes, M. Becquerel était parvenu à former des piles à deux liquides, dont nous parlerons plus tard, l'une desquelles

a une grande ressemblance avec celle de Daniell. Mais leur pou d'énergie et leur disposition incommode furent cause qu'on ne les employa dans aucune expérience depuis les années 18% et 1829, époque où leur inventeur en fit mention à l'Académie des sciences.

Nous décrirons donc d'abord la pile de Daniell, parce quelle est, pour ainsi dire, le type des piles à deux liquides où l'on emploie une dissolution saline, comme celles de Grove et de Bunsen sont le type des piles à deux acides, et qu'il vaut mieux nous livrer, en parlant d'elle, aux considérations générales relatives à toutes les piles de cette espèce. 11 faut dire aussi que, quoique M. Becquerel ail la priorité sur Daniell, c'est ù ce dernier qu'on doit la généralisai ion de l'idée, qu'il conçut peut-être de son côté sans avoir connaissance de celle de M. Becquerel, car l'un et l'autre poursuivaient dans leurs travaux un but bien différent.

pile de Daniell. — L'élément de cette pile est représenté sous (rois formes diverses dans les figures 40, 47 et 48. L'élément que représente la figure 46 se compose d'un cylindre

creux a en cuivre rouge très-mince, lesté avec du sable b et fermé de tous côtés; le fond ou la partie inférieure c est plane, et la supérieure d conique ; sur la base de ce cône s'élève un rebord e, percé de plusieurs trous f. Ce cylindre entre dans une vessie g, attachée autour du rebord e; on verse sur le cône </, au-dessus des trous /*, une dissolution saturée de sulfate de cuivre qui pénètre par les trous et remplit tout l'espace compris entre la vessie et le cylindre ; on met ensuite sur le cône des fragments de sulfate de cuivre que l'on renouvelle au fur et à mesure qu'ils se dissolvent dans le liquide, où ils doivent tremper toujours un peu : un tube de zinc fendu /i, c'est-à-dire une plaque recourbée en forme de cylindre, dont, par conséquent, le diamètre peut être augmenté ou diminué, plonge dans une dissolution de sul-

Fig. 46.

fale de zinc ou de chlorure de sodium contenue dans le vase en verre ou en porcelaine t. On introduit le cylindre de cuivre avec la vessie dans le tube de zinc, et les deux bandes de cuivre pw, soudées l'une au zinc, l'autre au cuivre, constituent les deux pôles de l'élément. Dès qu'on établit la communication entre eux, on obtient un courant d'une intensité constante qui dure des jours et môme des mois entiers.

Pendant que la pile est en action, c'est-à-dire pendant que les deux pôles communiquent entre eux et que le courant est établi, le cylindre en cuivre se couvre d une couche de cuivre revivifié qui, en général, est pulvérulent et sans adhérence. La dissolulion de sulfate contenue dans la vessie s'appauvrirait rapidement si I on n'avait soin d'ajouter de temps en temps sur le cône des fragments ou cristaux de celte substance qui s'y dissolvent et la maintiennent toujours à l'état de saturation. Le zinc s'use de son cûlé, et le sulfate de zinc augmente en proportion dans la dissolution contenue dans le vase extérieur.

Les phénomènes chimiques qui ont lieu peuvent être expliqués de différentes manières. Les réactions n'ont pas été assez exactement étudiées pour qu'on puisse en donner une théorie absolue ; voici la plus généralement admise : le zinc tend à s'oxyder par la décomposition de l'eau qui est en contact avec lui, et il se constitue ainsi dans un étal électro-négatif ; au moyen des conducteurs extérieurs, il communique cet état au cylindre de cuivre, qui devient alors susceptible d'attirer l'hydrogène et d'absorber son électricité positive. L'hydrogène naissant, au lieu de se dégager comme dans les autres piles, réduit l'oxyde de cuivre du sulfate, le métal se dépose, et l'acide sulfurique resté libre ne tarde pas à s'emparer de l'oxyde de zinc pour former le sulfate.

M. Pouillet regarde cette explication comme incomplète, parce qu'elle ne démontre pas comment l'acide sulfurique libre parvient jusqu'au zinc pour dissoudre l'oxyde à mesure qu'il se forme, et il repousse l'opinion de quelques physiciens qui supposent qu'il y a double décomposition de l'eau et du sulfate de cuivre, avec transport de l'acide sulfurique en même temps que de l'oxygène. Sans prétendre dissiper les doutes de M. Pouillet,

142 L'ÉLECTRICITÉ ET LfeS CHEMINS DE FER.

nous croyons devoir émettre ici notre opinion, d'autant plus qu'elle est fondée sur les théories admises et sur nos propres observations. La théorie de Grothus, contre laquelle il nous semble impossible de rien alléguer, bannit toute idée de transport matériel des molécules d'oxygène, qui ne se présentent, qui ne doivent se présenter qu'à l'extrémité touchant au métal de la série de molécules polarisées par le conducteur liquide ; mais il est hors de doute que celui-ci permet la communication de l'acide sulfurique à travers les pores du diaphragme, et cela résulte nonseulement de ce fait que l'acide sulfurique disparait d'un vase pour se présenter dans l'autre, mais aussi de l'examen de ces mêmes vases, à travers lesquels a dû passer non pas seulement l'acide sulfurique, mais quelquefois le cuivre lui-môme sous forme dendritique, ce qui explique d'une manière fort claire la cause de ce phénomène dans la nature. Il est donc évident pour nous que le transport de l'acide sulfurique a lieu matériellement à travers la membrane ou diaphragme poreux; mais nous n'admettons pas celui de l'oxygène, qui sé produit pour ainsi dire au contact du zinc, et seulement là.

L'élément représenté dans la figure 47 ne diffère pas du précédent quant aux phénomènes chimiques et électriques, mais seulement par la disposition des parties qui le constituent. La vessie est remplacée par un vase poreux en terre cuite ou porcelaine dégourdie vu, rempli d'eau acidulée avec de l'acide sulfurique, et qu'on place au centre d'un autre vase vV, en verre ou en faïence, rempli d'une dissolution de sulfate de cuivre. On introduit dans l'eau acidulée un cylindre % de zinc amalgamé, auquel on attache un fil de cuivre qui forme le pôle négatif; dans le sulfate de cuivre, entourant le vase tw, on introduit une lame de cuivre enroulée en forme de cylindre avec un fil de la môme substance, qui constitue le pôle positif.

La figure 48 représente un autre élément employé surtout en Allemagne et qui ne diffère du précédent que par la petite cel-

Fig. 47.

Iule e, disposée pour recevoir les fragments de sulfate de cuivre.

La pile de Daniell a subi d'autres modifications plus ou moins importantes ; la plupart sont relatives au diaphragme poreux; après avoir essayé des peaux, de la toile, du bois, du plâtre et des terres cuites, on a adopté la porcelaine dégourdie.

Une modification, entre autres, semble simplifier beaucoup la construction de celte pile : c'est de supprimer le vase extérieur en verre ou en faïence, et de substituer un vase de cuivre à la plaque de même métal qu'on introduisait dans le sulfate de cuivre. On se fonde pour agir ainsi sur ce que le cuivre n'est jamais attaqué et que la couche de métal revivifié qui se dépose sur les parois du vase en cuivre n'est pas adhérente, et peut, par conséquent, se détacher facilement, de manière qu'il parait y avoir économie dans la. construction de l'appareil, puisqu'on supprime un vase, et précisément le plus fragile; il ne serait pas impossible pourtant que cette substitution entraînât au contraire plus de frais, car le prix d'un vase de cuivre est bien supérieur à celui d'une simple plaque; et, d'un autre coté, cette dernière présente plus de surface à l'action électrique. Ces deux raisons sont probablement la cause pour laquelle on n'a point accepté cette apparente économie.

M. Buff a introduit dans la pile de Daniell une modification qui, d'après M. de la Rive, donne à cet appareil une continuité remarquable. Elle consiste à renouveler incessamment le sulfate de cuivre, et, en même temps, à faire en sorte que le zinc amalgamé s'enfonce graduellement dans le liquide, à mesure qu'il s'use.

nie de Bregtiet. — M. Breguet a fait subir une modification à toutes les piles qu'il emploie pour les lignes télégraphiques qu'il est chargé de monter. Cette modification, qui s'est généralisée au point qu'on ne voit guère de piles de Daniell où elle n'ait été adoptée, consiste à se servir d'eau pure au lieu des discutions dans lesquelles on introduisait le zinc.

Fig. 49.

La figure 40 représente la pile modifiée : P est le vase poreux contenant la dissolution de sulfate de cuivre, et V le vase extérieur en verre ou en faïence que l'on remplit d'eau. La plaque de zinc s, recourbée en forme de tuyau, entoure le vase poreux, et on introduit dans la dissolution de sulfatede cuivre un petit diaphragme d en cuivre ou en gulta-percha, percé de trous et attaché à une tige de cuivre sur laquelle on aura soin de toujours maintenir 15 à 20 grammes de cristaux de sulfate de cuivre qui devront naturellement plonger dans le liquide.

On peut conserver ces piles six mois et même un an sans faire autre chose qu'y ajouter de petits cristaux de sulfate de cuivre ; mais, dans les stations télégraphiques, on les renouvelle par prudence tous les trois mois. Un des grands avantages de la pile de Daniell et de toutes ses modifications est de ne pas produire d'émanations acides ou nauséabondes

Les éléments de Daniell qu'on emploie en Allemagne pour les télégraphes sont si petits, qu'on peut en renfermer une vingtaine dans une boite d'un pied carré, ce qui ne doit pas surprendre, après ce que nous avons dit : on se rappelle, en effet, que la tension ne dépend que du nombre des éléments.

Bien que peut-être cela soit superflu, nous ajouterons que la pile de Daniell, comme toutes les autres, se forme en ajoutant plusieurs éléments, soit par les pôles de même nom quand on veut obtenir des quantités d'électricité plus considérables avec la même tension, soit par les pôles de nom contraire si l'on veut obtenir une tension plus grande avec la môme intensité.

pile de m. Caiiaud. — Pour éviter les inconvénients des dépots de cuivre qui se forment dans les vases poreux des piles de Daniell, H. Callaud a profité de la différence de densité qui existe entre l'eau pure ou chargée de sulfate de zinc et la dissolution de sulfate de cuivre. Chaque élément de sa pile se compose d'un

vase rempli de ces deux liquides superposés et qui porte en même temps les deux métaux, découpés en forme de cylindre creux d'inégale hauteur ; ils sont maintenus au niveau voulu par des tiges qui passent à travers deux trous percés dans le verre, bien lutés autour, et qui se terminent extérieurement par deux boutons d'attache constituant les pôles de la pile. Le zinc peut rester ainsi à la partie supérieure et le cuivre à la partie inférieure, c'est-à-dire chacun plongé dans le liquide sur lequel il doit réagir. Un petit entonnoir en verre établit une communication directe entre l'extérieur et la dissolution de sulfate de cuivre.

Quand on charge cette pile avec précaution en versant d'abord le liquide acidulé et puis par l'entonnoir la dissolution de sulfate de cuivre, les deux liquides se trouvent parfaitement séparés, et la surface de séparation joue le rôle de vase poreux. La dissolution de sulfate de cuivre appauvrie se renouvelle au moyen de cristaux placés dans l'entonnoir, qui plongent toujours dans le liquide. M. du Moncel ne croit pas que la force de ces piles soit de 30 pour 100 plus grande que celles de Daniell, comme le prétend M. Callaud, et, en effet, d'après les Annales télégraphiques, elle n'a une intensité supérieure à celle de la pile de Daniell que les premiers jours de son emploi ; elle tombe ensuite au-dessous, et présente, en outre, l'inconvénient de dépenser beaucoup de sulfate de cuivre.

Hic de n. Bonrteni. — M. Bourseul, chef de station des lignes télégraphiques de l'Ouest, a résolu le problème d une autre manière. Cherchant d'abord la cause de ces incrustations dues à la mauvaise conductibilité du vase poreux, qui fait accumuler le fluide positif sur sa surface et attire le cuivre réduit, il propose de mettre un point de la surface intérieure du diaphragme en communication métallique avec le pôle cuivre : de cette manière il lui enlève l'électricité positive, et dans un certain rayon autour de ce point l'incrustation ne peut avoir lieu ; mais, comme le diaphragme est mauvais conducteur, il faut mettre un grand nombre de points en communication. On y parvient en plaçant dans le vase poreux un petit manchon de cuivre percé à jour, ou i. to

simplement un fil de cuivre contourné en hélice et terminé inférieurement par une spirale plate qui s'applique au fond. On régularise l'action, et Ton empêche complètement l'incrustation en mettant l'hélice en communication avec le pôle positif par un point pris au milieu de la hauteur de cette hélice. Cette disposition diminue considérablement la résistance de la pile.

piic a »ei de «dm de m. BeeqaeveJ. — Cette pile, ainsi que celle à deux acides, fut imaginée par cet infatigable physicien avant que Daniell et Grove eussent inventé les appareils qui portent leur nom. M. Becquerel, en effet, construisit en 1826 la pile à deux acides, que nous décrirons bientôt, et en 1829 il présenta à l'Académie des sciences la description de celle où il emploie un sel de cuivre. Elle ne diffère de celle de Daniell que par la forme et la disposition des vases; mais cette différence seule prouve que les deux idées ont été entièrement étrangères l'une à l'autre. M. Becquerel n'eut en vue qu'un appareil d'expérimentation ou de démonstration, tandis que Daniell poursuivait un but d'application pour ainsi dire industrielle.

Chaque élément de la pile de M. Becquerel se compose d'un tube en U au fond duquel on met un peu d'argile mouillée ; on remplit l'une des branches du tube avec du sulfate ou du nitrate de cuivre, et l'autre avec une dissolution saline neutre ; on introduit dans la première une lame de cuivre, et dans la seconde une autre lame d'un métal oxydable, afin de constituer les deux pôles de la pile.

pile de m PareUe — M. Parelle a imaginé en 1852 une disposition qui permet aux piles de Daniell de fonctionner trèslôngtemps (six mois) sans qu'il soit nécessaire de renouveler souvent la charge de liquide qui, d'ordinaire, diminue beaucoup, surtout quand on emploie les appareils dans l'horlogerie électrique. Son système consiste à mettre sur les vases poreux contenant la dissolution de sulfate de cuivre un flacon en verre rempli de cristaux de cette substance imprégnés d'eau. Le goulot du flacon trempe dans le liquide du vase poreux, et, comme la dis-

solution du sel de cuivre est plus lourde que l'eau, elle sature constamment la dissolution du vase à mesure qu'elle s'affaiblit.

Cette disposition semble équivaloir à l'usage d'un grand vase poreux qui aurait à son centre une grille chargée de nombreux cristaux de sulfate de cuivre ; les effets ne sont pourtant pas les mêmes, car le courant s'affaiblit beaucoup, comme le prouve l'exemple cité par M. du Moncel : supposant à deux éléments de Daniell montés d'après la méthode ordinaire la tension rigoureusement nécessaire pour faire marcher une horloge électrique, si l'on place sur leurs vases poreux les llacons remplis de sulfate de cuivre, la force électrique de la pile diminue au point d'exiger un troisième élément si l'on veut obtenir le même effet électro-mécanique. M. du Moncel croit que ce phénomène est de même nature que celui en vertu duquel s'amoindrit l'énergie des piles de Bunsen quand on ferme hermétiquement les vases poreux contenant l'acide nitrique. Nous attribuons tout simplement celte atténuation à ce que, n'agrandissant pas la surface métallique qui transmet le courant au circuit, on augmente la quantité de matière dont la résistance devra être vaincue par l'électricité pour passer de la pile aux électrodes, si, comme cela est bien possible, il existe une espèce de radiation qui établit des courants circu laires à travers le liquide du flacon.

MM. Vérité et Mouilleron, ignorant sans doute les travaux de M. Parelle, ont adopté de leur coté des dispositions semblables dans les piles qu'ils ont fait figurer à l'Exposition universelle de 1855 : la pile de M. Mouilleron diffère cependant en ce que le dépôt de cuivre n'a pas lieu directement sur les vases poreux, mais sur un support séparé, et que la communication s'établit au moyen d'un tube avec son robinet. 11 s'agit seulement de savoir si celte modification permet d'éviter les inconvénients de la pile de M. Parelle.

File de M. «érard. — Un constructeur de Liège, M. (îérard, a présenté à l'Exposition économique de Bruxelles, en 185(i, une [>ile de Daniell, dans laquelle il avait remplacé le cylindre d<' âne par un fil en hélice de môme mêlai et le cuivre par une

autre hélice aussi de cuivre. L'inventeur avait pour but, et il croit l'avoir atteint, de supprimer les étincelles des interrupteurs du courant; mais M. du Moncel attribue cette suppression à la faiblesse de la pile, parce que, prétend-il, la surface du zinc est bien moins grande que celle des cylindres ordinairement employés. Cela peut être vrai pour les piles de Gérard que nous avons vues fonctionner, parce que les tours de l'hélice étaient assez écartés ; mais il est certain qu'en les rapprochant de façon qu'ils se touchent presque, la surface exposée à l'action du liquide sera beaucoup plus grande que celle des plaques ordinaires, et, par conséquent, la quantité d'électricité développée beaucoup plus considérable. Nous signalerons seulement l'inconvénient du prix de revient, qui doit être beaucoup plus élevé dans le système Gérard.

Plie de ara. Breton frères. — Cette pile portative, à effet continu, se prête, en raison de sa forme, à un grand nombre d'applications très-importantes. Ses auteurs l'ont particulièrement destinée à la médecine, mais nous croyons qu'il est possible de l'employer avantageusement aussi pour les appareils électriques des trains de chemins de fer : suivant M. du Moncel, en effet, elle a une force d'aimantation considérable et peut fort bien remplacer la pile de Daniell. Un des éléments du couple de cette pile est un mélange de cuivre rouge et de sciure de bois qui n'a d'autre objet que de diviser les parties métalliques ; on secoue ce mélange dans une dissolution de chlorure de calcium, de façon que la masse demeure toujours humide. L'autre élément du couple est un mélange de sciure de bois et de zinc en poudre. Ces deux préparations sont placées dans un vase divisé en deux compartiments par un diaphragme poreux, et constituent une pile à effet continu dont l'intensité est toujours égale, à cause de son état permanent d'humidité et du nombre indéfini de ses éléments.