LA OYNAIO A COURANT CONTINU

Peu de temps après que Faraday eut publié ses recherches, Pixii construisit, sous la direction d'Ampère, un appareil propre à montrer en grand les effets d'induction qu'on pouvait produire avec des aimants; le courant obtenu dans le fil d'un électroaimant par la rotation d'un aimant voisin est naturellement alternatif, un commutateur installé sur l'axe de rotation permettait de redresser les courants induits avant de les envoyer dans le circuit extérieur.

Clarke, Page, imaginèrent ensuite des machines un peu différentes, qui furent, on le sait, employées pour certaines applications médicales mais dont la puissance était beaucoup trop faible, et surtout le rendement trop mauvais, pour qu'elles pussent entrer véritablement dans la pratique industrielle.

On obtint des puissances plus considérables, lorsqu'on songea à associer des bobines induites

comme on sayait associer des éléments de pile, et il y a déjà près d'un demi-siècle qu'une société, Y Alliance, exploitait en France des machines capables d'actionner au phare de la Hève des lampes électriques à courant alternatif correspondant à dix mille carcels. Mais, quand on voulait redresser le courant, il fallait munir ces machines d'un commutateur, dont le fonotionnement, difficile, irrégulier, était accompagné d'étincelles destructrices qui absorbaient une grande partie de l'énergie. Il semblait cependant, à cette époque, que l'électricité ne prendrait véritablement place dans la grande industrie que le jour où Ton aurait trouvé un procédé pratique pour obtenir, par l'induction, un courant continu et c'est ce problème que plusieurs inventeurs s'efforcèrent pendant longtemps de résoudre.

On doit "mentionner, parmi les travaux qui préparèrent l'évolution décisive, ceux de Siemens et de Wilde et rappeler surtout le moteur électrique réversible que décrivit en 1864 un italien Pacinotti ; cette machine renfermait en germe l'idée que Or^mme allait quelques années plus tard (en 1869) appliquer en grand à de puissantes machines.

La solution proposée par Gramme était d'apparence fort paradoxale. Au premier abord, on pouvait croire que, dans les conditions où Tingénieux inventeur se plaçait, aucun courant électrique ne se produirait et telle était bien, dans les débuts, la pensée des physiciens les plus éminents. Un amateur éclairé qui a consacré beaucoup de temps à de fort intéressantes recherches expérimentales, M. Worms de Romilly, avait, un peu avant Gramme, imaginé un

LBS UACniKES CéKÂRATmCES 115

dispositif analogue au célèbre anneau, et il avait pu construire une machine qui, grâce à ce dispositif, donnait un courant continu ; cet essai n*avait été cependant aucunement encouragé. Il m'a été donné de lire une lettre, adressée à M. de Romilly par Tun des plus illustres savants français, et où ce savant démontre, par un raisonnement en apparence fort rigoureux, que, si la machine fournit du courant, c'est par suite de quelque défectuosité, d'un manque de symétrie, mais que, construite dans les conditions exactes où Ton a voulu se placer, elle ne saurait que rester entièrement inerte.

Gramme, qui était un simple ouvrier, peu habitué à considérer les choses du point de vue de la théorie, mais qui avait manié beaucoup d'appareils électriques, ne s'embarrassa pas de raisonnements abstraits et ne se laissa pas intimider par sa propre audace, dont il n'apercevait pas, d'ailleurs, toute rétendue. Guidé par un véritable instinct de la réalité, il construisit cette machine dont on peut dire que l'invention est le point de départ d'un mouvement industriel si considérable qu'on doit remonter à l'introduction de la vapeur pour trouver son équivalent.

Il n'est pas besoin d'ajouter que la découverte de Gramme n'est, en vérité, nullement en contradiction avec la théorie ; mais nous* rencontrons ici encore un exemple où l'excès de prudence du savant, qui veut n'avancer que lorsque, toutes les difficultés sont écartées, a failli retarder gravement le progrès. Une fois que l'on eut constaté que la machine fonctionnait, il fut facile de voir par où péchait le rai-

1 16 L*ÉLBCTRICITâ

sonncment qui, d'avance, la youlait condamner à rinaction.

Ajoutons, d'ailleurs, que la théorie reprit rapidement ses droits, remise dans la bonne voie par le secours imprévu que lui apporta un robuste ouvrier, elle sut à son tour redevenir la conseillère nécessaire dont les ingénieurs écoutent, avec tant de profit, les avis éclairés.

Il serait sans doute de peu d'utilité de refaire ici un exposé élémentaire de la théorie bien>connue des dynamos à courant continu ; rappelons seulement, avant d'examiner les progrès récents de ces machines, les principes essentiels sur lesquels repose la solution simple de cette importante question: le redressement et la continuité du courant.

Dans les machines antérieures à celle de Gramme, toutes les parties du circuit induit passaient simultanément par les mêmes influences alternatives, et le commutateur établissait une discontinuité brusque qui se traduisait par des phénomènes de self-induction intenses ; au contraire, dans Tinduit Gramme, les diverses sections du circuit sont soumises successivement, et non plus simultanément, aux mêmes variations de flux, et la prise de courant se fait toujours sur les spires qui sont à un moment 011 le flux qui les traverse reste à peu près invariable, c'est-à-dire qui sont telles qu'entre leurs bornes la différence de potentiel est sensiblement nulle ; la discontinuité amenée par la mise eu relation de ces spires avec le circuit extérieur est négli-

geable, et Ton peut ainsi obtenir une différence de potentiel presque rigoureusement constante entre les collecteurs ; cette différence est la somme des tensions produites dans les spires associées en série» Grâce à la forme symétrique de la machine et à l'ingénieuse disposition de Tanneau, aucune modification importante ne se produit dans le flux magnétique par la rotation de Tanneau; le flux coupé, pour une vitesse constante, reste constamment le même, et, par suite, la différence de potentiel totale recueillie demeure également invariable.

La dynamo à courant continu possède donc ce caractère essentiel que les points de contact du b )binage induit avec le circuit extérieur sont fixes par.rapport au flux. Deux cas peuvent se présenter.

Ou bien le flux tourne, et il faut alors que les prises de courant soient entraînées dans une rotalion de même* sens et possèdent une vitesse angulaire égale à celle du flux ; cette disposition, nécessitant des balais tournants, entraîne de grandes complications mécaniques, et elle n'a guère été employée que dans un cas particulier: un célèbre ingénieur suisse, M. Thury, qui, malgré les succès du courant alternatif pour les transports d'énergie à distance, est resté le partisan convaincu du continu et, pour ainsi dire, le champion persévérant et habile de cette forme de courant, a construit une génératrice à induit fixe et inducteurs mobiles et balais tournants, qui fournit une tension do 25,000 volts.^

Ou bien, et c'est la règle générale, le flux reste fixe dans l'espace, les inducteurs sont immobiles

tandis que Tinduit tourne, le courant est recueilli par des conducteurs qui frottent sur le collecteur et que Ton nomme des balais.

Cet induit doit avoir unp perméabilité très grande, de façon à concentrer le mieux possible le flux produit par l'inducteur; il est formé d'une carcasse en tôles minces, isolées les unes des autres par du papier ou simplement par une couche d'oj^de ; ce feuilletage est nécessaire pour éviter les courants de Foucault qui, dans une masse de fer continue et, par suite, conductrice, se produiraient nécessairement, puisque la carcasse est soumise aux mêmes variations de flux que l'enroulement auquel elle sert de support. Ces courants de Foucault agiraient comme une sorte de frottement qui absorberait» en pure perte, une grande partie de la puissance dépensée pour faire tourner l'induit.

Dans les machines industrielles, les tôles sont percées de trous qui permettent à Tair de circuler et de refroidir, par ventilation, l'induit qui s'échauffe beaucoup pendant la marche.

Sur la carcasse sont enroulés des conducteurs formés, dans les dynamos puissantes, par de véritables barres de cuivre, très soigneusement isolées les unes des autres; il existe, on le sait, trois systèmes d'enroulement^ l'enroulement en anneau, l'enroulement en tambour et l'enroulement à disques peu employé aujourd'hui. Dans les machines multipolaires, très répandues, l'enroulement est constitué par la réunion d'autant de bobinages bipolaires qu'il y a de paires de pôles, et ces bobi-

LES ÉACniNES GÉNÉRATRICES 110

Diiges sont associés soit en série soit en parallèle.

Les fils induits sont le plus souvent logés dans des rainures creusées dans la masse de fer du noyau. On trouve, à cette disposition, de grands avantages mécaniques; l'enroulement placé à la périphérie de l'induit est soumis à Tinduence d'une force centrifuge élevée durant la rotation; il tend, par suite, à s'ouvrir, et il doit être maintenu par des frettes très résistantes. D'autre part, outre ces efforts radiaux, il existe des efforts tangentiels dus aux forces électromagnétiques, et si les spires n'étaient pas protégées, elles seraient le siège d'actions très intenses produites par le champ sur le courant qui les traverse. Ces forces considérables, s'exerçant sur du cuivre, c'est-à-dire sur un métal peu résistant, et dans des conditions mécaniques défavorables, ont constitué l'une des principales difficultés qu'ont rencontrées les premiers constructeurs. Elle n'a été vaincue, cette grave difficulté, que lorsqu'on a pu faire rentrer la construction des induits dans les formes mécaniques en noyant les tiges conductrices dans l'armature magnétique.

Mais on s'est trouvé alors en face d'un cas paradoxal d'induction qui n'a pas été parfaitement compris tout d'abord et au sujet duquel quelques idées inexactes sont, aujourd'hui encore, assez répandues. Le conducteur, entouré d'un cylindre de fer, est protégé contre l'influence du champ, et, s'il est parcouru par un courant, la force qui, sans l'introduction du cylindre, aurait agi sur lui, se trouve diminuée dans le même rapport que le champ ; la

120 L*ÉLBCTRIC1TÉ

quantité dont elle a diminué se retrouve d'ailleurs dans une force qui agit, dans la même direction» sur le cylindre formant écran. 11 résulte de mesures effectuées par M. Du Bois que Ton peut ainsi reporter sur le fer plus de 90 7o de Faction qui, sans y Tartifice adopté, s'exercerait sur les fils de cuivre.

Mais on pourrait croire que cet avantage ne saurait s'obtenir qu'au prix d'un inconvénient bien grave : si le champ est ainsi diminué, la force électromotrice induite ne va-t elle pas, par là même, perdre de sa valeur et, par suite, la machine perdre de sa puissance? Cette crainte n'est heureusement pas fondée et, en y réfléchissant, l'on comprend que si les lignes de forces sont moins denses dans la région protégée par l'écran, il faut, pour que le flux d'induction se conserve, qu'elles passent plus vile à l'intérieur que dans la région non protégée. Par suite, le flux coupé reste le môme et la force électromotrice conserve la même valeur que si les inducteurs étaient à nu. D'autre part, la formation des courants de Foucault, à l'intérieur même des lames de cuivre, se trouve très diminuée et cette diminution est un nouvel avantage; ajoutons cependant que le fait de noyer dans le fer les conducteurs de l'induit augmente leur self-induction, et c'est là le seul inconvénient du procédé ; on y remédie partiellement en adoptant une disposition mixte, et l'on emploie souvent des induits dentés ou à rainure.

Pour recueillir le courant, on ne saurait pratiquement mettre en relation avec le circuit extérieur les deux seules spires qui passent exactement à la

ligne neutre, c'est-à-dire à cette ligne sur laquelle se fait le changement de sens du courant et où la force électromolrice induite dans la spire est nulle. Dans la réalité, le bobinage total est divisé en sections comprenant chacune plusieurs spires et les extrémités de ces bobines partielles aboutissent à deux lames du collecteur; il convieDt que ces lames soient soigneusement isolées, et la difficulté que Ton rencontre à obtenir un isolement suffisant reste l'une des raisons qui limite les tensions dans le cas des dynamos à courant continu.

Sur le collecteur appuient les balais; autrefois, on employait des frotteurs de cuivre ; aujourd'hui, sauf pour certaines applications électrochimiques, jOù Ton désire avoir des courants considérables, et, par suite, le moins de résistance possible, on se sert presque exclusivement de balais en charbon qui ont l'avantage de donner moins d'étincelles, à cause de leur médiocre conductibilité, et aussi, sans doute, à cause du dégagement d'acide carbonique qu'ils produisent aux points de contact portés à haute température.

Ces étincelles aux balais sont encore fort gênantes ; elles ont, dans les débuts, été grandement nuisibles au bon rendement et à la solidité de la machine. Elles sont dues, on le sait, aux phénomènes de self-induction qui prennent ici une importance énorme à cause de la rapidité avec laquelle le courant se renverse dans la section qui passe l la ligne neutre. Les tensions qui se développent ainsi, et que Ton désigne sous le nom de tensions de réactance, doivent être combattues soigneuse-

ment ; Ton ne connaissait guère, tout d'abord, d'au* tre procédé pour les atténuer que celui qui consistait à caler les balais en avant de la ligne neutre ; rartillce était insuffisant et avait Tinconvénient de laisser perdre une partie de la puissance électrique produite.

Aujourd'hui on obtient de bien meilleurs résultats, soit par des procédés assez compliqués d'enroulé-ment, soit par Tintroduction sur la ligne neutre d*élcctro-aimauts parcourus par le courant total de la machine. Ces méthodes demandent, pour produire les eiTets voulus, une connaissance très exacte de la forme du courant variable qui, durant la commutation, circule dans les diverses spir^es de Tinduit, et une telle connaissance ne peut résulter que d'expériences semblables aux mesures les plus délicates que font les physiciens de profession. Ici encore, rinduslric et le laboratoire doivent se prêter un mutuel appui.

C'est encore par l'union intime de l'art de l'ingénieur et de la science du physicien que s'est constituée la théorie de la dynamo qui est arrivée aujourd'hui à une perfection assez grande pour que l'on puisse calculer d'avance les éléments d'une machine capable de remplir une fonction industrielle déterminée. Nous avons déjà dit que les principes essentiels de cette théorie avaient été posés par Ilopkinson ; depuis lors, beaucoup d'électriciens, parmi lesquels il convient de citer M. Picou, sont arrivés à donner une forme, pour ainsi dire définitive, aux formules en usage dans les ateliers. Ces

formules ne sont que la traduction des lois physiques simples que nous avons antérieurement rappelées ; la considération du circuit magnétique et l'application de la loi d*Ohm et de la loi de l'induction suffisent pour fournir une base solide sur laquelle se peut édifier une sorte de codification des règles.de construction.

Il faut cependant, pour calculer d'avance les éléments, associer aux lois physiques quelques remarques qui résultent sans doute des conditions nécessaires imposées par la commutation, conditions très complexes comme nous venons de Texposer, et qui, pour le moment, conservent encore une apparence un peu empirique. Mais ces remarques sont très simples et peu nombreuses. On peut ainsi déterminer les dimensions géomélriqucs de Tanneau, le bobinage de Tinduit, fixer la valeur de rentrcfer qui séparera Tinducteur de l'induit, et connaître aussi comment devra être constitué Tinducteur.

L'inducteur est fait aujourd'hui avec de l'acier coulé, dont il faut, pour évaluer le flux produit, connaître très bien les propriétés magnétiques ; on a dressé des tableaux d'usage courant qu'utilisent les ingénieurs et qui donnent les forces magnétlsantés nécessaires pour déterminer une induction donnée. Ces forces sont heureusement assez faibles grâce à la haute perméabilité de l'acier ; si Ton calcule, comme Ta fait Mordey, la dépense d'excitation . correspondant au flux produit dans les diverses parties de la machine, on trouve que l'ex- J citation de l'armature de l'inducteur, qui pourtant

124 L'ÉLBCTRICITé

est la seule efficace, ne correspond qu'à 1 pour 100 de la dépense totale ; il y a donc, semble-t-il, encore beaucoup de progrès possibles, mais les amélioralions qui pourront être obtenues à cet égard, n auront que des effets peu marqués sur le rendement total do la machine qui est déjà excellent ; la dépense d*excitation est si petite qu'ici le gaspillage n'a pas grande importance.

Les véritables perles dans la machine proviennent d'autres causes qu'il n'est peut-être pas inutile de rappeler : résistance de Tair et frottement mécanique, étincelles aux balais, phénomènes d'hystérésis dans l'anneau, courant de Foucault dans les pièces massives de la machine, production d'un flux antagoniste par le courant qui traverse le bobinage de l'induit et dissipation d'énergie par effet Joule dans ce bobinage ; toutes ces causes produisent une diminution de la tension, que l'on appelle souvent réaction d'induit, mais cette diminution n'empêche pas la dynamo de restituer facilement, sous l'orme électrique, 90 pour 100 au moins de la puissance, mécanique dépensée pour l'actionner.

Pour achever de déterminer les propriétés particulières d'une dynamo, on utilise avec avantage une méthode graphique indiquée, il y a longtemps déjà, par M. Marcel Deprez, mais singulièrement développée depuis. On trace des courbes, dites caractéristiques, qui figurent les conditions variées de fonctionnement d'une machine. Ces caractéristiques peuvent servir, une fois la dynamo construite, pour régler rationnellement son emploi, mais elles four- ( nissent aussi un moyen d'investigation permettant,

LES MACHINES GÉNéBATBICES 125

à Tavance, de dresser un projet complet où sera prévue la marche dans des circonstances détermi* nées.

D'une manière générale, de telles courbes représentent les relations qui existent entre l'excitation des inducteurs et la différence de potentiel produite aux bornes ; elles ne sont naturellement pas les mêmes pour les divers modes d'excitation des machines, auxquels correspondent des propriétés très différentes : excitation séparée, employée seulement dans des cas très spéciaux ; excitation en série où la totalité du courant, qui passe dans le circuit, passe aussi dans les inducteurs ; excitation en dérivation ou excitation shunt, où les ampères-tours d'excitation ne prélèvent qu'une partie du courant total ; excitation compound, où sont superposés les ampères-tours série et les ampères-tours dérivation, et qui, participant des propriétés des deux précédentes, permet de réaliser des machines où la tension varie peu avec la charge.

.Dans ces dernières années, on a souvent tracé des caractéristiques partielles, relatives aux divers éléments, inducteur, entrefer, induit, qui composent le circuit magnétique ; ces courbes sont particulièrement instructives et font comprendre le rôle spécial de chacun de ces éléments ; leur combinaison donne une représentation du fonctionnement de l'ensemble.

On a dit souvent qu'une industrie a pris une forme véritablement scientifique lorsqu'elle est parvenue à fixer un modèle définitif de ses produits; à ce titre,

126 L'éLBCTRfClTé

l'industrie de la production de l'énergie électrique semblait, il y a peu de temps, toucher à la perfection: à la variété infinie des débuts avait succédé une uniformilé presque parfaite des types. La djnamo à courant continu semblait s'être définitivement fixée dans la forme multipolaire, à inducteurs fixes, à induit tournant à Tlnléricur,

Mais la dynamo ne constitue pas à elle toule seule l'appareil générateur de l'électricité; elle est forcément associée à un moteur fournissant la puissance mécanique qu'elle transforme en puissance électrique, et les progrès accomplis dans la construction des moteurs peuvent entraîner de grands changements dans la construction électrique; ces modillcations sont d'autant plus profondes que, dans les groupes éleclrogônes, Tunion s'est faite de plus en plus intime entre la machine motrice et la machine électrique, et qu'étroitement solidaires, faits l'un pour l'autre, ces deux organes constituent désormais un ensemble unique.

On doit donc s'attendre à ce que l'apparition de nouveaux moteurs produise une évolution dans la forme des dynamos et Ton ne saurait s'étonner que l'invention des turbines à vapeur soit venue tout modifier à un moment où l'on pensait avoir atteint un régime stable.

Les grandes vitesses des turbines conviennent particulièrement aux alternateurs, ce sont eux qui, surtout, ont ressenti l'influence des progrès qui ont permis aux mécaniciens de réaliser ces moteurs de petit volume, puissants et rapides.

La dynamo à courant continu se prête mal à une

LES MACHINES GÉNéBATRICES 127

rotation qui exige de si fréquentes commutations, mais les partisans de ce mo(fe de production du courant n'ont pas cependant renoncé à tout espoir de le mettre en, harmonie avec les conditions nouvelles ; ils ont repris une idée ancienne, mais qui n'avait guère élé appliquée qu'à la construction de très pelites machines, et ils ont fait des essais intéressants pour réaliser des dynamos où les inducteurs n'agiraient que par un pôle et où il ne serait plus nécessaire de conserver le collecteur.

§2.— LES ALTERNATEURS.

Nous avons vu que le courant alternatif n'était, il y a une quinzaine d'années, employé que très exceptionnellement; tous les efîorls, surtout en France, se concentraient sur les machines à courant continu. Lorsque l'on eut compris que le courant alternatif se prête beaucoup mieux que son rival aux transports à grande distance, parce qu'il est beaucoup plus favorable aux tensions élevées, on s'attacha, au contraire, avec ardeur à perfectionner les appareils générateurs ou récepteurs correspondant à cette modalité d'énergie électrique. Le temps perdu a été vivement regagné; aujourd'hui, la théorie des appareils alternatifs est solidement assise, les alter* nateurs ont, eux aussi, atteint le moment où des machines prennent leur forme définitive et leur construction se fait suivant des règles désormais fixées.

Pour obtenir les variations alternatives de flux qui doivent, dans l'induit, donner naissance au cou« rant alternatif, le procédé, qui se présente d'abord à

l'esprit et qui, en fait, est généralement employé, consiste à produire un déplacement relatif de cel induit et de l'appareil qui crée le champ inducteur.

Il n'est pas cependant nécessaire de procéder de cette manière; si, devant un inducteur iîxe, on fait tourner une barre de fer doux, la résistance magnétique varie suivant 4a valeur plus ou moins grande que prend l'entrefer dans les diverses positions de la barre, et Ton peut arranger les choses de telle façon que le flux, qui afîecLe alors une forme ondulée, aille traverser un bobinage induit convenablemenl disposé.

Sur ce principe, on a construit des alternateurs à fer tournant, qui, n'ayant pas d'enroulements mobiles, et ne demandant par suite, ni bagues, ni frotteurs, étaient particulièrement simples et d'une conduite facile, mais la grande vogue dont ils ont joui pendant quelque temps a cessé et ce genre de machines tend de plus en plus à disparaître; elles élaieul trop lourdes poiir une puissance déterminée.

On est donc revenu aux alternateurs où l'induit et l'inducteur sont mobiles l'un par rapport à l'autre ; une machine à courant continu, qui n'aurait pas de collecteur, mais qui posséderait de simples bagues, réaliserait le type d'une machine alternative où l'inducteur est fixe et l'induit mobile. Ce dispositif ne convient pas pour les grandes tensions qu'on demande maintenant ; il serait très dangereux pour les ouvriers, très mauvais aussi pour la conservation de la machine, d'avoir, pour capter les courants, des organes mobiles, que l'on ne peut isoler d une façon certaine ; aussi, dans la presque totalité des ^Iter-

LES lIACniNES GÉNÉRATRICES 129

nateurs industriels modernes, la disposition inverse est-elle adoptée; le système inducteur, qui ne comporte que de basses tensions, est animé d'un mouvement de rotation devant un induit fixe, dont le bobinage aboutit à des bornes également fixes en relation directe avec la distribution.

L'induit, qui le plus souvent se trouve à l'extérieur, est composé de tôles assez fines, isolées entre elles par du papier ou du vernis sur lequel sont disposés soit des barres pleines, soit des câbles formés par un ensemble de fils fins de manière à constituer un enroulement à tambour. Il est nécessaire d'obtenir un excellent isolement et aussi, pour que l'enroulement se puisse soutenir, de disposer le bobinage dans des dents ou même dans des encoches complètement fermées. Le choix du profil de ces dents n'est pas indifférent; de leur forme dépend la valeur de la self-induction dans l'induit et par conséquent celle du facteur de puissance.

Dans les machines primitives, les pôles inducteurs étaient des aimants permanents, mais aujourd'hui, sauf pour quelques applications particulières où l'on veut produire un courant toujours le même avec une sécurité aussi grande que possible, les alternateurs employés dans l'industrie possèdent comme inducteurs des électro-aimants. L'excitation, qui n'absorbe pas même un vingtième de la puissance, ne saurait plus ici être prise directement aux bornes de la machine elle-même, puisque cette excitation demande du continu et que la machine fournit de l'alternatif. Le plus souvent, on s'adresse, pour la produire, à une source auxiliaire, à une

130 L*ÉLBCTniCITé

petite dynamo à courant continu mue par le moteur môme qui commande Talternateur ; parfois, on obtient le courant inducteur, en redressant, à Taide d'appareils spéciaux dont il sera question plus loin, une partie du courant alternatif. Les pôles inducteurs, disposés sur la roue qui tourne à Tintérleur de la couronne d'induits, sont généralement assez nombreux, 60, 80 ou 100 ; il doit en ôtre ainsi pour que Ton puisse produire, avec des marches lentes, les fréquences de 25 ou 50 nécessaires dans la pratique, par exemple pour Téclairago où des fréquences trop faibles donneraient à la lumière des oscillalions fatigantes.

Les alternateurs de puissance moyenne sont encore assez souvent conduits par courroie, mais, pour les génératrices de haute puissance, on tend de plus en plus à supprimer ce gênant inlormédiaire, et à faire de Tinductcur le volant môme de la machine motrice; le grand moment d'inertie des inducteurs convient fort bien pour cet usage, le clavetage des divers éléments entre eux et sur Tarbre, rappelle entièrement celui des volants ordinaires.

La plupart des transports de puissance mécanique se font à partir d'une chute d'eau et Ton a été ainsi amené à accoupler Talternateur avec les turbines qu'actionne la pression hydraulique : les turboalternateurs avaient déjà habitué les électriciens à de telles associations quand les turbines à vapeur firent leur apparition dans le domaine industriel.

Mais pour qu'il devint possible de constituer, dans les conditions nouvelles, des groupes électrogènes formés par l'union directe de la machine électrique

LES MACHINES GÉNÉBATRICES 131

et des nouveaux moteurs, il était nécessaire de modiûer le type de construction de façon qu'il pût s'adapter aux besoins créés par les progrès do la mécanique, et ainsi commença une nouvelle évolution, commandée, elle aussi, par une action de milieu.

Les turbines â vapeur tournent nécessairement très vite, elles font- environ 500 à 3.000 tours par minute et cette rapidité oblige à modiûer considérablement la constitution de Tinductcur; comme il importe de produire des courants de fréquence usuelle et que la fréquence dépend du nombre de fois où un pôle de Tinducteur passe par unité de temps devant une bobine de Tinduit, il faut, puisque la vitesse de rotation est devenue beaucoup plus grande, diminuer le nombre des pôles; on comprend que, dans ces conditions, le turbo-allernateur va se présenter comme une machine moins souple que ralternateur-volant et que sa construction sera assujettie à des règles plus sévères.

Il n'est pas possible non plus, avec ces grandes vitesses, de conserver le diamètre élevé qu'on était arrivé à donner aux alternateurs-volants de grande vitesse, la force centrifuge prendrait des valeurs exagérées qui compromettraient rapidement la solidité de la machine; aux actions mécaniques s'ajoutent d'ailleurs des attractions magnétiques intenses qui, elles aussi, obligent à rendre l'inducteur et l'induit assez rigides pour qu'ils ne puissent pas se déformer sous l'influence de forces considérables. Heureusement les progrès de la métallurgie ont, dans ces dernières années, marché de pair avec

132 L'éLBCTIlIClTft

ceux de Télectrotechnique, et ils ont permis de disposer, au UKimcnl môme où l'on avait besoin, de matériaux possédant une ténacité telle que Ton pouvait, sans danger, décupler les vitesses qui, il y a quelque vingt ans, auraient déjà passé pour excessives; par exemple, pour maintenir en place les fils conducteurs logés dans les rainures, on a utilisé avec grand profit des frottes construites avec ces aciers au nickel dont nous avons déjà parlé et dont les propriétés ont été si bien étudiées par M. Ch.-Ed. Guillaume.

Pour arrêter définitivement le plan d'un alternateur à construire, ou, s'il est construit, pour déterminer les conditions dans lesquelles il conviendra de le faire fonctionner, on use de procédés analogues à ceux que nous avons vu employer dans le cas des dynamos à courant continu.

Mais, ici, la question est plus complexe, la puissance dépend du courant, de la force électromotrice et du décalage; elle peut, nous le savons, se décomposer en deux : là puissance réelle ou wattée et la puissance déwattée ou magnétisante et, selon les cas, il y a intérêt à modifier le rapport de ces deux termes. D'ailleurs pour définir complètement un alternateur, il ne suffirait pas de donner la tension, le couiixpt et le facteur de puissance; il faut, en réalité, connaître les caractéristiques à vide et en charge. La caractéristique à vide représentera la force électromotrice efficace induite dans l'induit pour chaque intensité du courant inducteur; elle permettra, par exemple, de constater que la ma-

LES UACHINBS OÉNéRATRICBS 133

chine fournira un courant d'autant plus stable que les inducteurs seront plus excités. La caractéristique en charge sera la courbe qui figurera la tension efficace aux bornes en fonction de l'intensité efûcace dans le circuit extérieur; elle pourra être extrêmement diUérente si la machine travaille sur des résistances sans self-induction, ou si, au contraire, le circuit d'utilisation est inductif. On sait aujourd'hui déterminer ces caractéristiques, avant même que la machine soit construite, par diverses méthodes, parmi lesquelles on peut citer celles de MM. Blondel, Picou et Potier. ,

Le courant fourni par un alternateur n'est jamais, en pratique, le courant sinusoïdal simple, sa forme est souvent très complexe; les appareils dont nous avons parlé, oscillographes ou ondographes, donnent à cet égard les plus précieux renseignements et permettent de déterminer les harmoniques de périodes sous-mulliples de la période principalOj qui viennent s'ajouter au courant fondamental pour constituer le courant réel.

Ces harmoniques sont dus, soit à la forme des pôles, soit à celle des dentures qui produisent des fluctuations du flux; ils peuvent être, les uns et les autres, extrêmement nuisibles.

Ils donnent, en effet, naissance à des courants parasites qui augmentent les pertes par effet Joule, et, surtout, ils peuvent provoquer dans le circuit d'utilisation une élévation de la tension très dangereuse pour tous les appareils. Nous avons vu en effet que, pour une fréquence convenable, il pourra y avoir un phénomène de résonnance, l'effet de la

134 l'âlectricité

capacité annulant celui de la self-induction. Ce phénomène, ne se produit jamais avec le courant fondamental, parce que la capacité do la ligne n'est jamais assez grande, mais il n*cst pas impossible qu'il apparaisse avec Tun des harmoniques. Une étude soignée de la forme des dents et des pièces polaires s'impose donc, quand on veut diiminuer ces f&cheux effets; mais on peut aussi employer des procédés électriques d'amortissement; c'est ce'qu'a fait, d'une façon très ingénieuse, M. Maurice Leblanc à l'aide d'un dispositif auquel il donne le nom expressif d'étoulTeur d'harmoniques.

Gr&ce aux indications de la théorie, on parvient ainsi, petit à petit, à diminuer toutes les pertes et le rendement des alternateurs atteint aujourd'hui 95 p. 100; on ne saurait guère exiger davantage, il convient môme, en certains cas, de ne pas chercher le mieux, qui reste, en électricité comme ailleurs, l'ennemi du bien. Ainsi les courants de Foucault qui absorbent une partie de la puissance perdue ne sauraient être supprimés sans inconvénient; par TcfTet des forces éleclromagnéliques qu'ils exercent d'après la loi do Lcnz, ils peuvent jouer un rôle très utile en amortissant les oscillations des alternateurs couplés et en diminuant l'influencé fâcheuse des harmoniques.

Dans tout ce qui précède, j'ai considéré des alternateurs qui donneraient un courant alternatif ordinaire ; mais il n'y a presque rien à ajouter pour traiter le cas des machines qui fournissent des courants polyphasés. Veut-on avoir des courants triphasés, la couronne fixe en fer feuilleté de l'induit

LES llACniNBS GÉNiRATRlCES 135

portera trois encoches pour chacun des pôles placés sur la jante de la roue induclrice, et, en utilisant les encoches qui vont de trois en trois, on pourra former trois circuits utilisables séparément , mais que Ton connectera, d'ordinaire, comme ila été expliqué plus haut, en étoile ou en triangle.

Disons, enfin, que les alternateurs dont il a été parlé jusqu'à présent sont ce que Ton appelle deg alternateurs synchrones; il en existe d'autres, le^ alternateurs asynchrones, qui» en certains cas, peuvent rendre de grands services ; mais il sera plus aisé d'en comprendre le principe lorsque nous aurons étudié la question des moteurs.

f 3. - COUPLAGE ET C0MP0UNDA6E.

Quelque grande que Soit la puissance des machines modernes (elle atteint aujourd'hui jusqu'à 8,000 kilowatts), on ne saurait, dans une usine où l'on produit de l'énergie électrique, se contenter d'un seul générateur ; il faut pouvoir se parer conire un accident possible et être en mesure de répondre aux demandes variables de consommation qui se produisent sur le réseau.

On a donc été amené à avoir plusieurs groupes électrogènes pouvant être mis en service suivant les besoins, et l'on s'est trouvé ainsi en présence d'un nouveau problème: la détermination du meilleur mode d'association des dynamos et des précautions nécessaires pour les coupler.

Lorsqu'il s'agît des machines à courant continu, la question est asi^ez simple. Deux cas généraux se

préscnlent : ou bien Ton veut avoir une distribution à intensité constante, ou bien, au contraire, l'on désire un potentiel invariable.

Dans le premier cas, on emploiera des machines excitées en série ou à excitation indépendante ; ces dernières se comportent absolument comme des piles et leurs modes d'association sont réglés par les principes élémentaires que tout le monde connaît. L'accouplement en dérivation des dynamos excités en série présente quelques difficultés, mais on l'emploie rarement; on utilise, au contraire, assez fréquemment l'accouplement en série. Chaque génératrice, dont le bobinage inducteur peut être parcouru par le courant total de la distribution, est mise, tout d'abord, en court-circuit par un interrupteur; pour la mettre en marche, il suffit d'ouvrir cet interrupteur; l'on réglera ensuite l'excitation à l'aide d'un rhéostat, de manière que tous les générateurs donnent sensiblement le même voltage. Pour enlever une des dynamos, il faudra simplement la remettre en court-circuit; mais on aura soin, bien entendu, de faire, au préalable^ baisser la tension aux bornes en diminuant l'excitation.

Le second cas est peut-être le plus fréquent ; la nécessité d'un voltage constant s'impose pour ^éclairage; L'accouplement en dérivation ou, comme Ton dit souvent, en parallèle, de machinés excitées en dérivation convient alors très bien. Entre deux barres, c'est-à-dire entre deux conducteurs du tableau de distribution, il faut maintenir une différence de potentiel invariable. Supposons que déjà l'installation soit en marche et que l'on veuille

LES MACHINES CÉXÉRATRICCS 137

mettre en circuit une nouvelle machine; on la fera d'abord, avant de la fermer sur le circuit, tourner à vide, de manière à ce qu'elle donne la tension voulue, et Ton mettra alors seulement, et simultanément, ses deux pôles en communication avec les (Jeux barres 5 on réglera ensuite toutes les excitations des machines de façon qu'elles prennent toutes sensiblement les mômes charges. Désire-t-on, au contraire, retirer une machine, on rendra d'abord, en diminuant l'excitation, sa charge à peu près nulle, et Ton ouvrira rîqterrupteur ; à ce moment, à cause de la self-induction des inducteurs, il jaillira un arc dû à un courant de rupture intense. On peut éviter cet inconvénient en fermant le circuit inducteur sur de grandes résistances dites résistances de décharge.

Souvent aussi, on accouple des machines à excitation compound ; le couplage en série n'aurait alors aucun intérêt; mais le couplage en dérivation est fort employé, par exemple pour les usines de tramways. Dans ce couplage, il serait à craindre que la tension donnée par Tune des machines venant à surpasser celle des autres, les pôles de l'excitation en série arrivassent à s'inverser. Pour éviter un tel accident, on doit relier les pôles de même nom de l'excitation par un fil compensateur ; mais pour que la précaution soit efficace, il est nécessaire que la résistance de ce fil soit négligeable par rapport à celle des inducteurs, et il n'est pas toujours facile de satisfaire à cette condition.

Des questions semblables, mais beaucoup plus

138 L'ÊLBCTRICITé

délicates, se posent pour Jos alternateurs; le couplage en série ne se pratique guère dans ce cas. Ilopkinson affirmait môme que Ton ne saurait le réaliser complètement. M. Boucherot a cependant indiqué comment, par remploi de condensateurs, il était possible d'obtenir une sorte d'association d'alternateurs fonctionnant régulièrement en série. mais, comme il est toujours aisé, ainsi que nous le verrons plus loin, d'élever, au moyen de transformateurs, la tension des courants alternatifs, ce mode de couplage n'a, en pratique, que peu d'intérêt.

Le couplage en parallèle est, au contraire, très usité. Il ne parait pas, de prime abord, très aisé à réaliser: il faudra non seulement que l'alternateur, que Ton voudra mettre en circuit dans la distribution, fournisse, comme dans le cas des dynamos à courant continu, une tension égale à celle de cette distribution, mais encore que ces deux tensions soient en phase, c'est-à-dire qu'elles soient, à chaque instant égales et de même sens, et, bien entendu, il est nécessaire que toutes les machines accouplées aient exactement la môme fréquence. Ainsi, dans une journée où les machines auront produit des courants dont le sens se sera interverti de 3 à 5 millions de fois, on devra obtenir ce résultat prodigieux qu'aucune d'elles n'ait fait, cependant, une période de plus que l'autre.

Heureusement les propriétés mômes des courants alternatifs permettent de trouver une solution que les moyens mécaniques seraient sans doute impuissants à fournil. Deux alternateurs couplés électri-

LB8 UACniNBS OiNÉRATRICBS 180

quomcnt so comportent comme deux machines repliées par un accouplement élastique ; si Tune d'olies, par exemple, commence à prendre de l'avance sur l'autre, il faut qu'elle fournisse une puissance plus grande et cette élévation va, à son tour, produire un ralentissement ; des courants, dits courants de com<pcnsation ou de circulation, prennent naissance liui tendent à ramener l'alternateur capricieux en coïncidence de phase avec le réseau.

Mais ce retour à l'équilibre ne s'accomplira pas instantanément, tel un corps qui écarté de sa position d'équilibre stable n'y revient qu'en effectuant une série d'oscillations, ralternatcur, couplé sur un réseau, constitue un système en équilibre stable qui possède la propriété d'osciller et, ces oscillations sont fort nuisibles, elles se traduisent, par exemple, dans les appareils d'éclairage par les variations d'inleusité désagréables que connaissent les abonnés des secteurs à courant alternatif et qui se remarquent quand le couplage n'a pas bien réussi. On a cherché à les amortir le plus rapidement possible, M, Leblanc obtient à cet égard d'excellents résultais, gr&ce à un procédé qui rappelle celui que l'on a employé pour amortir le mouvement de l'appareil mobile des galvanomètres.

Si les oscillations n'étaient pas supprimées rapidement, Ton devrait craindre les plus graves accdonts parce que, comme dans tous les systèmes oscillanls, il se pourrait produire des phénomènes de résonnance qui augmenleraicnt IccarL dans une grande proportion et meltraienl rallernaloup hors dcphase.Op dit que ralternatcur est alord décroché,

140 L*étBCTRICITÉ

et tout le réseau peut se trouver ainsi mis en courtcircuit. A ce moment les perturbations deviennent vraiment redoutables, la lumière s'éteint brusquement et toutes les machines de Tusine travaillant à faux peuvent subir des détérioriations ruineuses et dangereuses pour le personnel.

La question de la stabilité du couplage a donc une importance de premier ordre et l'on comprend aisément qu'elle ait été, dans ces dernières années, Tune des principales préoccupations des électriciens. Elle a fait l'objet de très beaux travaux, parmi lesquels on peut mentionner particulièrement ceux de MM. Leblanc, Boucherot, Blondel, etc.

On est, ici encore, sur un terrain où se rencontrent le savant et Tingénieur; leur accord est nécessaire pour élucider un sujet qui touche à la mécanique et à Télectricité théorique et qui se rattache, d'autre part, à, la technique des moteurs et à la pratique des machines électriques. En examinant le problème, on arrive à distinguer qu'il y a trois genres d'oscillations possibles, et Ton conçoit qu'il n'est pas facile de les éviter en même temps. Sans entrer ici dans des détails de calcul, on peut, au moins, donner cette conclusion générale que, pour maintenir rigoureusement Tisochronisme des alternateurs, il conviendra de ne pas tous les munir de régulateurs de Vitesse trop sensibles qui empêcheraient les actions électriques d'opérer, en toute liberté, pour liroduire leur effet bienfaisant d'amortissement automatique; ainsi, dans le cas des machines à vapeur, il sera préférable de n'avoir qu'un régulateur unique sur la conduite d'alimentation générale.^

Dans les machines montées en parallèle, la concordance se maintient donc grâce aux réactions électriques, et Ton parvient aujourd'hui à empêcher les accidents qui la pourraient déranger; mais encore faut-il que, si Ton veut associer deux machines, on n'établisse, au début, la communication qu'au montent favorable où elles sont exactement en phase. On se servira, à cet effet, d'appareils spéciaux qu'on appelle des indicateurs de phase; pour constater, par exemple, que deux machines de puissance égale ont bien, à un moment donné, des potentiels égaux et de même signe à Tun de leurs pôles, il suffirait de joindre ces pôles par un fil sur lequel on intercalerait des lampes convenables ; quand les deux machines seront en opposition, les lampes s'éteindront complètement, et, à ce moment précis, l'on pourra effectuer le couplage.

Il ne suffit pas, dans une distribution, que toutes les machines marchent parfaitement d'accord à chaque instant, il faut encore que, malgré tous les incidents qui se produisent dans le réseau, elles fournissent constamment à ce réseau, dans le cas le plus usuel, une différence de potentiel constante. Nous avons vu que, pour les dynamos à courant continu, on pouvait assurer la constance en agissant sur l'excitation. Avec le mode d'excitation compound, la régularité peut même s'obtenir automatiquement,;et, dès 1881, M. Marcel Desprez a proposé une solution très satisfaisante.

Dans le cas des alternateurs, la question est singulièrement plus complexe ; la tension à régler est

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alternative, tandis que l'excitation est continue et 1c compoundage ne saurait, par suite, s'obtenir sans des organes intermédiaires. Pour le réaliser, il faut d'ailleurs bien connaître les causes qui font varier la tension ; elles sont de deux sortes : celles qui agissent pour changer le débit et celles qui provoquent des altérations dans la valeur de la vitesse.

Diverses méthodes ont été proposées ; Tune des plus répandues, qui est une méthode purement électrique, est celle de M. Boucherot. Elle consiste essentiellement à exciter l'inducteur par un courant continu, produit par une dynamo de forme très particulière. L'induit, qui porte un enroulement convenablement disposé, est mis en rotation par un champ tournant ; ce champ est dû à des bobines qui sont parcourues par des courants induits euxmêmes par le courant de ralternateur. Cette description sommaire est certainement insuffisante pour faire comprendre le système, mais elle permettra, du moins, de deviner Tingéniosité que l'auteur do rinvenlion a dû dépenser pour établir la solution d'un problème aussi complexe. D'autres procédés, dus à M. Blondel, à M. Leblanc, ont donné également de bons résultats ; on a aussi essayé des compoundages électromécaniques, où l'on cherche à faire agir des régulateurs de vitesse pour modifier l'excitation.

L'intérêt de ces dispositifs est très grand, non seulement parce qu'il est très important de parer immédiatement aux baisses de tension qui pourraient amener des fluctuations énormes dans Tinlensité lumineuse des lampes d'un réseau, ou une

LES MACHINIS génébathîces 143

insuffisance de puissance dans les moteurs actionnés par une distribution, mais encore parce que la réalisation d'un bon compoundage peut amener une très notable économie dans la construction des alternateurs. On ne parvient, en effet, & diminuer la dépense de matière qu'en adoptant des dispositions qui augmentent la réaction de Tinduit et, par suite, aussi l'écart entre les tensions correspondant à des charges différentes. Il est donc de toute nécessité, pour les alternateurs puissants, de posséder des moyens très efficaces de régulation, si l'on ne veut pas être amené à des constructions par trop dispendieuses. La Science, descendant de son domaine de pur désintéressement, est seule capable de fournir ici & l'industriel les règles qu'il doit suivre pour travailler dans des conditions économiques.

I 4. - L'OSINE ÉLECTRIQUE lOOERNE

Bien jeune encore, l'industrie électrique a subi cependant une évolution déjà très sensible; dans ses débuts timides, elle produisait des quantités d'énergie relativement minimes, consommées dans un rayon peu étendu autour de l'usine génératrice, et, au fur et à mesure qu'elle progressa, on .vit tout d'abord croître très rapidement le nombre des stations de moyenne importance où se produisait la puissance électrique, distribuée à des abonnés peu nombreux ou utilisée pour la traction sur des lignes restreintes. Ainsi, il y a quelque vingt ans, pour éclairer une simple avenue, comme Tavenuo de

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rOpéra^ à Paris, on avait cru nécessaire d'installer trois stations : Tune place de l'Opéra, l'autre rue d'Argenteuil, la troisième voisine de la place de rOpéra.

lifais rindustrie électrique n'échappa pas longtemps à la loi générale, qui veut que la production en gros soit toujours plus avantageuse que la production en détail, et elle dût, pour vivre et prospérer, concentrer ses efîorls. Il apparut clairement que les grands aussi bien que les petits industriels ont intérêt à emprunter l'énergie, dont ils ont besoin, à une usine centrale de très grande puissance. Les frais de premier établissement résultant de l'acquisition des moteurs et des dynamos, de la construction du tableau de distribution et des bâtiments, aussi bien que les dépenses d'exploitation, comprenant le salaire des ouvriers, le prix du charbon, de Tentreticn et de la réparation des machines, varient beaucoup suivant les unités. que l'on utilise; on a calculé, par exemple, que, pour une usine de tramways, le prix de revient du kilowatt-heure à l'usine changeait du simple au double suivant qu'on emploie des unités de 1,000 ou de 200 chevaux.

La station centrale de grande puissance est donc devenue une nécessité économique et le besoin a fait naître, dans ces dernières années, autour de de toutes les grandes villes, en Europe et en Anrérique, de grandioses installations.

Ces centrales doivent s'élever sur des emplacements convenablement choisis pour qu'elles puissent recevoir facilement ei à peu de frais les quantités énormes de combustible qu'elles consomment.

et aussi pour qu'elles trouvent abondamment l'eau nécessaire à l'alimentation des chaudières et des condenseurs. Les usines nouvelles de la région parisienne, celles d'Anvers, de New-York, de Philadelphie ont, pour CCS raisons, été construites au voisinage d'un cours d'eau.

Dans les installations mues par la vapeur, on utilise encore très souvent des machines à piston mais, bien entendu, ces machines sont à multiples expansions et, en général, compound, c'est-à-dire à plusieurs cylindres. Le plus souvent, elles appartiennent au type horizontal tandem qui se prête à une surveillance facile et à un entretien commode. La règle n'est cependant pas générale : ainsi l'usine du Métropolitain de Paris, au quai de la Râpée, possède des groupes compound verticaux et les centrales de New-York ont des machines colossales à deux cylindres, l'un, le cylindre à haute pression horizontal, Tautre, celui à basse pression, vertical, qui attaquent tous deux la môme manivelle.

Mais ces énormes machines ont le grave inconvénient d'avoir des organes qui se développent sur plusieurs étages; encombrantes, pesantes, bruyantes et dangereuses, elles commencent, en plusieurs endroits, à être remplacées par les turbines qui, grâce à leur grande vitesse de rotation, sont, à puissance égale, singulièrement plus légères et plus ramassées; ainsi, à la belle usine de Saint-Denis, ;les turbines ont 3? 50 de haut sur 14 mètres de long et 4 mètres de large, tandis qu'une machine à piston équivalente devrait occuper le cube d'une maison à trois étages ; le groupe électrogène à turbine pèse

146 l'électbicit*

d'ailleurs vingt fois moins qu'un groupa de même puissance constitué avec Tancien moteur.

On rencontre actuoUement, dans les centrales, des turbines de deux types différents : les turbines horizontales, telles que les turbines Parsons utilisées à Tusine de Saint-Denis et les turbines verticales, telles que les turbines Curtis employées surtout en Amérique ; celles-ci sont mieux équilibrées, .mais elles ont Tinconvénicnt de faire porter tout le poids du groupe électrogène sur un axe unique^ et aussi d'exposer l'alternateur, placé directemeôt au-dessus de l'appareil à vapeur, à une faucheuse élévation de température.

Signalons enfin le 1res intéressant usage que l'on peut faire des turbines Râteau pour ne pas laisser se perdre inutilement l'énergie que contiennent encore les vapeurs qui s'échappent des machines à vapeur ordinaire sans condensation. Ainsi, aux mines de Bruay, deux puissantes dynamos à courant continu fonctionnent gratuitement, en récupérant le travail qui, pour ainsi dire, s'en allait auparavant en lumée librement dans l'air.

La vapeur reste donc, dans les centrales électriques, la principale source d'énergie mécanique; elle n'a pas été chassée du premier rang par le redoutable courant qui a triomphé sur d'autres terrains : le moteur à explosion. Mais elle a été menacée par un autre rival, le moteur à gaz pauvre et l'on trouve dans certaines régions métallurgiques, des groupes électrogènes de 6,000 chevaux, actionnés par les gaz que fournissent les hauts fourneaux voisins ; mais le moteur a gaz pauvre est certainement

LES HACniNCS CéNÊnÂTRICES 147

plus qaînteux et moins souple que le moteur à vapeur.

Tous ces puissants moteurs actionnent aujourd'hui dos machines génératrices également très puissantes. Les mêmes raisons d'économie et de meilleur rendement qui ont centralisé dans des usines, opérant en grand, la production d'énormes quantités d'énergie électrique, ont, dans ces usines môme, conduit à n'employer qu'un très petit nombre de très grosses unités. Et l'on a su, dans ces dernière? années, construire des machines capables de fournir, en un temps dontié, un^ travail de plus en plus considérable. A l'exposition de 1889 on considérait avec admiration une dynamo de 250 kilowatts*, à celle de 1900 on trouvait prodigieux un alternateur de 3,000 kilowatts. Aujourd'hui on est arrivé à des unités de 8,000 kilowatts, capables, par conséquent de produire chacune une quantité d'énergie électrique comparable à cello que les sept secteurs de Paris réunis vendent à la totalité de leurs clients.

Il ne parait pas nécessaire pour le moment de dépasser de beaucoup une telle puissance, on ne saurait, dans une usine centrale, pousser les choses à l'extrême et il serait imprudent de n'avoir qu*un seul groupe électrogône d'où dépendrait l'alimentation de toute une ville.

Les besoins d'énergie croissent d'ailleurs très

1. Rappelons que 1 watt vaut kgr. 102 par seconde, et que 1 kilowatt vaut 1.000 fois plus; un clioval-vapcur vaut 75 kilogrammètres par secomle ou 0,736 kilowatts.

Le kilowattr-beure, travail de 1 kilowatt pendant une heure, vaut c67.200 kilogrammètres, tandis que lo cheval-honro, travail de 1 cheval pendant une heure, vaut 270.000 kilogramm êtres.

148 L*éLBCTIIlClTÉ

rapidement ; les tramways, le métropolitain, les chemins de fer de pénétration, les voitures à accumulateurs, les diverses industries où la force motrice peut être empruntée à une distribution électrique, ont des exigences de plus en plus grandes et, sans trop d'exagération. Ton évalue à 700 millions de kilowatts-heure la quantité. d^énergie électrique que pourra, d'ici peu, consommer annuellement la région parisienne. Deux ou trois unnes comme l'usine de Saint-Denis, suffiraient à un si formidable débit et Ton sent profondément les changements considérables qu'apporte l'électricité aux conditions du travail industriel, quand on voit toute cette puissance développée par les soins d'un personnel très restreint; à Saint-Denis, soixante-dix personnes, équipes de jour et de nuit comprises, assurent le service complet.

Ce résultat merveilleux est obtenu grâce à la façon automatique dont l'usine fonctionne, particulièrement pour l'alimentation en combustible : le charbon, pris sur la Seine dans les chalands par une grue électrique, est porté par les godets d'un chemin roulant dans d'énormes soutes d'où il s'écoule d'une façon régulière sur le foyer de 60 chaudières de 420 mètres carrés de surface de chauffe, les cendres et mâchefers sont de même évacués automatiquement. L'ouvrier ici commande, surveille, et n'a plus aucun rôle servile.

Dans ces grandes stations, l'organe le plus délicat est peut-être le tableau de distribution qui recueille et contrôle le courant produit par les génératrices et qui l'envoie dans les circuits d'utilisation. Ces tableaux se présentent aujourd'hui d'une façon agréa-

LBS UACHINES GéNiRATRICES 149

ble arec leurs barres de cuivre itu posées sur do grandes tables de marbre; ils sont aérés, c'est-à-dire que les divers appareils qu'ils portent ont le plus de place possible et beaucoup de jour.

Aussi les tableaux modernes ont souvent plusieurs étages ; en haut, les instruments de mesure, que Ton veut maintenant précis, étalonnés soigneusement, vérifiés par exemple par le Laboratoire de la Société Internationale des Électriciens; sur cet étage, où se tient, comme un capitaine sur le pont du navire, ringénieur qui commande tous ces tramways, toutes ces usines, toutes ces machines qui empruntent la force et la lumière à^l'usine centrale, ne se trouve généralement que le courant à basse tension de façon que le personnel, et aussi les instruments délicats, soient bien mis à Tabri de décharges dangereuses. Au-dessous, on dispose les transformateurs nécessaires pour les appareils de transformation, du tableau; au-dessous encore, les interrupteurs qui sont eux-mêmes commandés à distance de façon à éviter les accidents ; au-dessous enfin, à Tétage inférieur, les cfiMes qui viennent des génétrices et ceux qui vont aux feeders de distribution.

Nous n'avons parlé jusqu'ici que des usines mues par la vapeur, ou par le gaz^mais, parallèlement, les installations hydroélectriques se développent chaque jour. Dès à présent, la puissance hydraulique utilisée en France par l'intermédiaire de l'énergie électrique dépasse plus de 500.000 chevaux et d'énormes réservés subsistent; ainsi M. l'Ingénieur Tavernier évalue à 4 millions de chevaux la richesse hydrau-

150 L'ÉLECTniCITÉ

liquo contenue uniquement dans la région des Alpes françaises et véritablement utilisable ; cette statistique néglige même toutes les forces hydrauliques inférieures à 200 chevaux dont Temploi ne serait pas rémunérateur. Le Rh6ne et TArve réunis, avec un aménagement assez facile, pourraient donner, entre la frontière suisse et Pyrimont, une puissance brute et continue de 80.000 chevaux. On sait quelle influence a déjà exercé sur Tindustrie et sur la vie sociale l'exploitation de ces nouvelles sources de richesse et nous avons dit les espérances que Ton peut concevoir pour l'avenir.

Pour mettre en œuvre ces énergies et actionner des dynamos, on se sert de turbines hydrauliques qui, à charge constante, avec leur régularité parfaite, conviennent admirablement pour la production de rénergie électrique ; à charge variable, ces moteurs exigent, à cause de la masse d*eau dont 11 faut faire varier le mouvement, des appareils régulateurs qui n'ont pas été immédiatement mis au point, mais, aujourd'hui, les régulateurs automatiques ont été amenés à un haut degré de perfection et donnent entière satisfaction.

Dès que les hauteurs de chute atteignent environ 5 mètres, on remplace les anciennes turbines à axe vertical par des turbines à axe horizontal qui n'exigent pas, ou un renvoi de mouvement toujours incommode et fragile, ou l'emploi de génératrices électriques à axe vertical dont la disposition n'est pas favorable.

Deux cas peuvent se présenter en pratique : ou bien il s'agit d'utiliser dos basses chutes à grand

LBS llACniNES CéRÊRATRICES • 151

débit, ou bien, aa contraire, on dispose de hautes chutes à faible débit. Aux basses chutes correspondront, en général, des appareils à marche lente, tandis que les hautes s'accommoderont plus aisément d'alternateurs à grande vitesse à induit tournant.

Comme pour les stations centrales à vapeur, les conditions économiques sont bien meilleures pour ics usines hydrauliques pui3santes.que pour les petites unités ; en France, on a projeté de construire sur les bords du Rhône une usine qui suffirait presque à alimenter Paris; en Amérique, on a réalisé Tinstallation hydraulique la plus grandiose qui existe à l'heure actuelle, en utilisant une portion des 75.000 chevaux que pourraient fournir les chutes du Niagara.