CHAPITRE IV

L’arc voltaïque offre beaucoup d’analogie avec l’étincelle de la bobine d’induction ; mais il y a des différences que nous devons nous attacher à étudier.

M. Gassiot ayant isolé avec soin une pile de 3500 petits éléments zinc-cuivre, chargés avec de l’eau pure, lit communiquer ses conducteurs avec deux disques de laiton, séparés par uii intervalle de * millimètre. Aussitôt de petites étincelles jaillirent dans l’intervalle et elles se succédèrent pendant plusieurs mois.

Cette expérience prouve que la pile est capable de produire le même genre d’étincelle que les machines électriques à frottement. A ce point de vue elle diffère de ces machines par la faiblesse de sa tension électrique. Mais son rôle est tout autre dans la source de lumière intense qu’elle est capable de produire ; les étincelles dont nous venons de parler ne constituent pas Y arc voltaïque.

Dans la célèbre expérience de Davy, qui porte le nom d’arc voltaïque, la lumière jaillit d’une manière continue entre les conducteurs de la pile ou électrodes et elle est en même temps une source de chaleur excessivement in-

178 LES MEUVEILLES DE L’ÊTli^CELLE ÉLECTUIOUE.

tenso. La cause de celle chaleur esl la conihiiiaisoii chimique qui s’accomplil dans la pile, el ce qu’on appelle le couranl est le Iransporl dans loules les régions du circuil de l’énergie des molécules qui se combinenl. De la grandeur de celle énergie résullenl la prédominance de cerlaines circonslances parmi celles qui influenl sur la lumière, el les différences de conslilulion que présenlenl l’arc Yollaïque et l’étincelle explosive.

Pour étudier la constitution de l’arc voltaïque nous n'avons qu’à suivre la marche adoptée dans le chapitre précédent. L’étude sera facilitée par les connaissances que nous avons déjà acquises; elles nous permettront de passer en revue plus rapidement les expériences qui offrent de l’analogie avec les précédentes.

i. — üspect de l’arc voltaïque.

L’éclat de la lumière empêche de distinguer à la vue simple la forme de l’arc voltaïque. Dans la chambre obscure cetlie lumière éclaire les corps avec une intensité comparable à celle du soleil ; la llannne d’une lampe paraît rouge sombre, elle projette une ombre comme si elle était un corps opaque. Il faut observer l’arc voltaïque à travers un verre foncé pour en distinguer la forme ; mais les couleurs ne se reconnaissent plus. Le meilleur mode d’observation est la projection optique sur un écran blanc, à Laide d’une lentille convergente. Les conducteurs entre lesquels brille la lumière sont disposés au milieu d’une boîte opaque qui présente une ouverture circulaire, de un ou deux cent, seulement de diamètre. Devant cette ouverture on place à une distance convenable la lentille de projection, et on aperçoit sur l’écran l’irpage renversée de l’arc et des électrodes (fig. 44)).

L’arc j’essemble à une ilamme tremblanle, doni la

CO.NSTITUTIOIN DE L’AKC VOLTAÏQUE. 179

foriJic (‘ül ovoïde el dont la couleur dépend de la iialure des électrodes. De teiups eu temps, ou voit une par-

Fig. 44. — Projection de l’arc voltaïque.

ticule hrillaute s’élancer d’une électrode et gagner l’autre, en produisant dans la flamme une traînée lumi-

lieuse, semblable à l’étoile filante qui traverse la lueur d’une aurore boréale.

L’attention est surtout attirée par l’éclat des électrodes. Si ce sont des cônes de charbon de cornue, ils sont inégalement brillants. Le cône positif est rouge blanc jusqu’à une assez grande distance de la pointe, tandis que le cône négatif est à peine rougi à son extrémité. De plus, quand l’expérience est suffisamment prolongée, on remarque que le charbon positif a diminué ; sa pointe a disparu faisant place à une sorte de cratère, et au contraire le charbon négatif s’est recouvert d’une proéminence qui a la forme d’un champignon.^ Cela prouve (ju’il y a eu transport de charbon d’une électrode à l’autre..Enfin sur chacun des charbons apparaissent çà et là des globules liquides et incandescents, qui se déplacent, glissent jusqu’à la pointe et s’élancent pour gagner l’autre électrode. Ce dernier effet n’a pas lieu avec du charbon pur ; il est le résultat de la fusion des substances minérales qui sont habituellement mêlées au charbon : c’est un effet secondaire dont nous ne devons pas nous occuper.

L’expérience précédente démontre bien qu’un transport continu de particules incandescentes s’effectue de l’électrode positive à la négative. Nous pouvons reconnaître qu’un transport semblable s’effectue dans l’autre sens, et que de plus il y a projection de matière dans toutes les directions. M. Van Breda ayant employé des électrodes de fer qu’il avait pesées, les pesa de nouveau après l’expérience, et il trouva que l’électrode positive avait perdu 500 milligrammes, tandis que la négative en avait perdu 55. L’arc était produit dans le vide, afin que la combinaison du fer avec l’oxygène de l’air n’intervînt pas. Cette double perte montre que les parcelles détachées des électrodes sont lancées dans toutes les directions, et qu’une partie seulement se dépose sur elles. Quand on prolonge l’expérience dans le vide, on observ

un dépôt sur la paroi interne du verre, et on s’assure aisément qu’il est formé par la matière des électrodes. Despretz produisant l’arc dans l’œuf électrique avec 600 couples de Bunsen vit la paroi intérieure du vase noircie par un abondant dépôt de charbon. Avec une électrode de fer et l’autre de coke M. Van Breda remarqua que la perte du poids du fer était la même, quel que fût le signe de son électricité, tandis que le coke perdait plus quand il était positif. Toutes ces observations prouvent que le double transport de la matière a lieu dans l’arc voltaïque comme dans l’étincelle explosive, et que la différence des deux modes de décharge consiste en ce que le transport de l’électrode positive à l’électrode négative prédomine dans l’arc voltaïque.

On explique l’inégale projection de la matière des électrodes par l’inégal échauffement qu’elles subissent. L’électrode positive, nous venons de le voir, est beaucoup plus chaude que l’autre. Ce fait est général ; quant à son explication, il faut la chercher dans les lois qui régissent la distribution de la chaleur dans les diverses parties du circuit et aborder un groupe de phénomènes étrangers à notre étude. Nous l’accepterons ici comme un fait, et cela nous suffira pour ce qui concerne la constitution de l’arc. Pour faire voir que cette particularité des électrodes n’est pas une propriété de la lumière électrique, nous citerons une expérience de M. Tyrtow. Ayant pris le mercure comme électrode négative et un fil de platine comme positive, il vit ce fil rougir quand il touchait le mercure. Benversant ensuite le sens du courant, de façon que le mercure devînt positif, il observa des étincelles bleuâtres, quand il approchait le fil de la surface mercurielle, sans que celui-ci fût rougi, et le mercure s’évaporait rapidement. La chaleur de l’étincelle positive rendait ce fil incandescent dans le premier cas et vaporisait le mercure dans le second.

Quand on produit l'arc entre un fil de platine et le

mercure, ce dernier éprouve une agitation particulière dont la cause doit aussi être rechercliée dans les lois qui régissent le courant voltaïque. Lorsque le mercure sert d’électrode positive, il se soulève en forme de cône ; lorsqu’il est négatif, il se déprime au contraire au-dessous du fil. L’étude de ces particularités ne rentre pas dans notre sujet.

La longueur de l’arc dépend évidemment de la puissance de la pile; mais la relation qui existe entre cette longueur et l’intensité du courant n’est pas connue. Nous devons seulement à Despretz quelques observations intéressantes qui peuvent être le point de départ de nouvelles recherches. Lorsqu’on augmente graduellement le nombre des éléments de la pile, la longueur maxima qu'on peut donner à l’arc croît plus rapidement que le nombre des éléments. Lorsqu’on augmente la surface des éléments on a aussi un accroissement de la longueur de l’arc plus rapide que celui de la surface. Enfin, quand on a un nombre déterminé d’éléments, on obtient le plus grand arc en les disposant en une seule série.

L’aspect de l’arc voltaïque dépend de la forme des électrodes. M. de la Rive a fait plusieurs expériences sur ce sujet. Entre une pointe de coke positive et une plaque de platine négative l’arc a la forme d’un cône, ayant son sommet à la pointe et sa base sur la plaque. En renversant le sens du courant, on peut écarter davantage les électrodes avant que l’arc disparaisse, et il a l’aspect de jets lumineux aboutissant à différents points du coke.

Après avoir examiné l’influence des électrodes sur l’arc voltaïque, occupons-nous de celle du milieu fluide, liquide ou gazeux, au sein duquel jaillit la lumière. Davy a pu doubler la longueur de l’arc en faisant l’expérience dans le vide au lieu de la faire dans l’air. L’aspect de la lumière est d’ailleurs le même dans les deux cas, ce qui n’avait pas lieu avec l’étincelle explosive. Cette observation est capitale, elle nous montre qu’une circonstance

CONSTITUTJOrs' DE I/AKC VOLTAÏQUE. 185

particulière différencie ces deux sortes de lumière électrique.

Lorsqu’on produit l’arc dans différents gaz, son aspect varie peu ; il y a à peine quelque changement de couleur. Des actions chimiques secondaires peuvent compliquer d’ailleurs le phénomène. Ainsi dans l’air et dans l’oxygène, le charbon, le fer, le zinc, donnent de l’acide carbonique, de l’oxyde de fer, de l’oxyde de zinc: cela n’a pas lieu dans le vide, ni dans l’hydrogène, ni dans l’azote. C’est une cause de légères modifications dans la couleur et la longueur de la lumière.

Dans les liquides, les modifications sont plus grandes ; M. Matteucci a remarqué que l’arc s’amincit et devient linéaire. Cela tient àce que les parcelles détacliéesdes électrodes sont gênées dans leurs actions mutuelles répulsives, et qu’elles sont forcées par la résistance du liquide à se rassembler en ligne droite. En disséminant de la poussière de charbon dans l’essence de térébenthine, on voit l’arc produit au milieu de ce liquide s’entourer d’un sphéroïde dans lequel jaillissent une infinité de petites étincelles. Cet effet est dû cà la présence des parcelles de ])oussière, qui s’électrisent par inlluence et se comportent comme de petits conducteurs trés-rapprochés les uns des autres, entre lesquels jaillissent un nombre inlini de petites étincelles.

Nous concluons de cet ensemble de faits que la circonstance la plus influente est la substance des électrodes, que c’est elle qui joue le rôle principal dans la constitution de l’arc voltaïque. Lorsque les deux électrodes sont formées par la même substance et placées dans l’air, on peut les ranger d’après M. Grove dans l’ordre suivant, en commençant par celles qui donnent l’arc le plus long et le plus brillant : potassium, sodium, zinc, mercure, fer, étain, plomb, antimoine, bismuth, cuivre, argent, or, platine. La couleur de l’arc varie avec la substance des électrodes, elle est par exemple jaune avec le sodium,

184 LES MERVEILLES DE L’ÉTINCEl.LE ÉLECTIUQLE.

blanche avec le zinc, verte avec l’argent, c’est-à-dire la même qu’avec les étincelles ordinaires. Remarquons que la longueur et l’intensité lumineuse ne dépendent pas seulement de la ténacité, de la fusibilité et de la volatilité; car le fer est beaucoup moins fusible que la plupart des métaux suivants, et il est le plus tenace de tous ceux qui sont cités. S’il produit un arc plus long et plus éclatant que les autres substances moins tenaces et plus fusibles que lui, la différence est due à d’autres causes, sans doute à une combustion. Car, dans les expériences de M. Grove, le phénomène électrique était compliqué d’une combinaison chimique avec l’oxygène de l’air, sauf pour les trois derniers métaux ; aussi ne faudrait-il pas croire que les substances citées dussent conserver le même ordre dans le vide ou dans un gaz sans action chimique, tel que l’hydrogène ou l’azote.

Il est prouvé par d’autres expériences que plus la ténacité est faible, plus l’arc est long; ce qui doit être, si l’arc résulte de la désagrégation des électrodes. Ainsi l’arc est plus long avec les électrodes de platine spongieux qu’avec celles de platine forgé* Il est vrai que la pile doit être plus forte dans le premier cas que dans le second pour produire un courant d’égale intensité ; mais cela tient à ce que la conductibilité de l’éponge de platine est moindre que celle du platine forgé ; il faut pour que la comparaison soit significative que rien ne soit changé dans l’intensité du courant, quand on cliange les électrodes.

Nous avons un autre exemple du rôle de la ténacité dans la remarque suivante faite par MM. Fizeau et Foucault. Ayez une électrode de charbon et l’autre d’argent ou de platine; l’arc le plus long est obtenu avec le charbon positif. Nous savons que c’est l’électrode positive qui émet la plus grande quantité de particules ; moins elle est tenace, plus cette émission est facile; si donc elle est formée par le charbon, qui est moins tenace que

les deux autres métaux, l’arc atteindra sa plus grande longueur.

Le nombre des expéidences faites sur l’arc voltaïque est considérable; il a servi de récréation à tant d’observateurs, qu’aucun détail de quelque importance n’a pu échapper. Nous nous contentons de montrer les traits caractéristiques de ce beau phénomène, afin d’acquérir une connaissance suffisante de sa constitution.

Jusqu’à présent, sauf l’influence moindre du Iluide environnant, nous voyons que l’aspect de l’arc voltaïque varie dans les mêmes circonstances que celui de l’étincelle d’une bobine de Rulimkorff. Nous avons déjà appris que la pile peut produire la lumière stratifiée. Longtemps avant les expériences des physiciens anglais que nous avons rapportées, Despretz avait remarqué en France que l’arc voltaïque ordinaire, excité par une pile de 600 éléments de Bunsen, présente des lignes sombres transversales, rappelant les stratifications. Il avait aussi vu d’autres lignes obscures qui indiquaient une division de l’arc en plusieurs branches, semblables à celle qu’on aperçoit dans les étincelles de la bobine de Rulimkorff et dans la décharge d’une bouteille de Leyde. Ces expériences sont particulièrement intéressantes, en ce qu’elles sont faites sans l’adjonction d’un condensateur ou d’une bobine, dont on a toujours à redouter l’influence perturbatrice. Elles méritent d’être reprises, afin que toutes les particularités qu’elles présentent soient soigneusement comparées aux faits qui ont été découverts depuis Despretz, et sans doute elles contribueront à faire connaître s’il existe un rapport entre les stratifications et l’état du conducteur électrisé qui les produit.

La même remarque est à faire au sujet des crépitations que l’arc voltaïque fait entendre, surtout quand les électrodes de charbon sont assez rapprochées l’une de l’antre. Les électrodes vibrent et M. de la Rive a pu transmettre leur vibration au support, de façon que celui-ci

m) I.ES MERVRÏLLES DE L’ÉTESCELLE ÉLECTRIQUE.

fil entendre un son. Il s’opère, dit-il, une sorte de craquement régulier entre les particules de charbon, qui est lié à leur arrachement et à leur transport.

On voit par les rapprochements que nous venons de faire entre des phénomènes qui paraissent très-différents combien l’observation de la lumière électrique est utile à la théorie. Guidé par une hypothèse sur la nature de l’électricité, le physicien imagine des expériences, et le résultat qu'il en tire est toujours un progrès, aussi bien lorsqu'il est contraire à l'hypothèse que lorsqu’il lui est favorable. Dans le premier cas, il faut modifier l’hypothèse, afin de la rendre conforme aux faits découverts. Sans le secours d’une hypothèse, le chercheur ressemble au voyageur qui voudrait parcourir une contrée inconnue sans boussole, à l’aventure, sans repères pour reconnaître la route qu’il a suivie, et pour assurer son retour. En présence des formes bizarres et capricieuses qu’affecte la lumière électrique, l’obsei'vateur qui voudrait s’astreindre à en décrire scrupuleusement tous les détails serait bientôt égaré dans un dédale de faits, entre lesquels il ne pourrait reconnaître aucun rapport. Ce serait comme s’il essayait de décrire les aspects variés d’un jet liquide, (Ml mesurant soigneusement toutes les particularités qu’il présente, quand on change la dimension et la forme de l’orifice, la charge, la nature du liquide, celle du milieu gazeux dans lequel a lieu l’écoulement. Sans doute, il y a dans ce genre de phénomènes des particularités dignes d’attention ; ce sont celles qui en marquent les traits généraux, et qui donnent lieu à des lois ; le choix de ces particulaiatés est suggéré par la théorie. C’est par une culture convenable de nos facultés intellectuelles que nous devenons capables de discerner dans un phénomène naturel, nécessairement complexe, ce qui est le ])rincipal et ce qui est l'accessoire; dés lors le cadre des recherches se trouve tracé et notre esprit n’est pas exposé à poursuivre la vérité comme un vain faulôme.