DE LA MACHINE DE GRAMME

La machine de Gramme est réversible. La rotation (le sa bol)ine donne naissance à un courant électrique, et, réciproquement, si un courant traverse la bobine, cette dernière se mettra à tourner autour de son axe. En raison de cette réversibilité si complète, toute théorie acceptable de la machine, prise comme électromoteur, doit pouvoir se retourner de toutes pièces pour expliquer la machine comme source de courant.

Les démonstrations qui ont généralement cours ne m'ont pas paru remplir ces conditions. Pour expliquer la machine de Gramme en tant que source de courant, on a coutume de supposer sa bobine développée sur un plan, et l'on vérifie alors que, sous cette nouvelle forme, les mêmes phénomènes persistent ; mais l'analyse n'est pas poussée plus loin : on constate, on ne démontre pas.

Lorsqu'il s'agit de la machine prise comme électromoteur, voici l'explication la plus ordinaire de son fonctionnement. Par la disposition même des frotteurs, le courant parcourt le circuit de la bobine de manière à développer dans l'anneau de fer un pôle austral (par exemple) à son entrée et un pôle boréal à sa sortie. Ces deux pôles se trouvent soumis à l'action de ceux de l'aimant extérieur et se déplacent pour obéir aux effets connus d'attraction et de répulsion. Rien de plus exact si les prises de courant étaient mobiles avec la bobine; mais les conditions mécaniques de l'appareil ne le permettent justement pas. Dès lors, il est facile de montrer que, si l'anneau tournait en vertu de cette théorie, le principe de la conservation de l'énergie serait infirmé. On pourrait, en effet, réaliser un système auquel s'appliqueraient les mêmes explications, sans dépense aucune d'énergie: il suffirait pour cela de déterminer la même distribution magnétique par l'influence des deux pôles d'un aimant fixe.

J'ajouterai, d'ailleurs, que la précédente manière de voii; repose en grande partie sur la participation de l'anneau de fer au mouvement de rotation de la bobine, participation tout à fait indifférente, comme je le montrerai, au jeu de l'appareil.

La machine que présenta Faraday (1831), et que remit en lumière M. Le Roux dans ces dernières années, n'est que la roue de Barlow (1828),

sans modifications sensibles. Les machines de Barlow ou de Faraday donnent bien naissance à un courant continu et de même signe sous l'influence d'une rotation continue et de même sens, mais ce courant n'est produit gue dans un seul conducteur; sa tension ne dépend donc que de l'intensité du champ magnétique et de la vitesse de rotation, qui ne peuvent acquérir, dans la pratique, que des valeurs insuffisantes à l'obtention d'un courant utilisable. On conçoit que, si plusieurs machines de Faraday étaient associées par leurs pôles de noms contraires, le courant posséderait une tension proportionnelle au nombre de ces machines ; jnais ce serait là une solution peu élégante et qui exigerait autant de frotteurs qu'il y aurait de machines.

Ce travail aura pour objet d'établir comment la machine de Gramme réalise une première et ingénieuse solution de cet intéressant problème.

Le principe fondamental qui me servira de bas,e est celui de la réaction d'un aimant et d'un conducteur parcouru par un courant. Je commencerai donc par rappeler les expériences les plus simples auxquelles il donne lieu. Sa réversibilité absolue m'autorisera à l'invoquer sous la forme qui me semblera la mieux adaptée aux questions particulières que j'aurai à résoudre, et, lorsque je m'en serai servi pour démontrer le mouvement d'un courant sous l'influence d'un aimant, il sera, par

là même, également démontré que le même courant prendra naissance da;ns le conducteur si ce dernier est contraint mécaniquement à effectuer le même mouvement.

Il demeure toutefois bien entendu que « le déplacement relatif d'un courant causé par la présence d'un aimant » veut dire « déplacement du conducteur parcouru par le courant,». Une force mécanique agit, en effet, non sur une masse d'électricité, mais seulement sur la substance matérielle qui porte cette masse. La seule force qui puisse s'exercer sur une masse électrique est la force électromotrice (*).

ROTATIONS ÉLECTROMAGNÉTIQUES.

19. Les lignes de force d'un champ magnétique, telles que les a définies Faraday, sont de l'usage le plus commode lorsqu'on veut concevoir sans difficulté quelles sont les actions réciproques des aimants et des courants. Il faut certainement se garder d'attribuer à ces lignes une existence réelle, de même que, lorsque l'on emploie l'expression de courant électrique , il ne faudrait pas donner à croire que l'on a une foi absolue dans l'existence d'un courant, au sens propre du mot. C'est un procédé de représentation, de simplification. On amène

D Maxwell, Electrîcity and Magnetism^ t. II, p. 144.

ainsi, par voie de comparaison, d'image, les phénomènes abstraits à revêtir une forme familière sur laquelle les raisonnements ont plus de prise. •

Les propriétés que Faraday a reconnues aux lignes de force sont, on se le rappelle, les suivantes :

!• Ces lignes tendent à se raccourcir;

2* Des lignes de force de môme sens, placées côte à côte, se repoussent.

L'aspect d'un champ magnétique quelconque, tel qu'on peut ro])tenir sur une feuille de carton à l'aide de limaille de fer, peut très aisément se prévoir avec le secours de ces deux définitions. La première conduit, comme on l'a vu plus haut, à se figurer une ligne de force comme un fil élastique dont les points fixes sont ceux où elle pénètre dans la masse de l'aimant. Cette ligne vient-elle, par une cause extérieure, à subir un allongement, ses points d'attache tendirent à se déplacer jusqu'à ramener la ligne de force au minimum de longueur que comportent les conditions générales du système.

20. La fig, 10 montre l'exemple d'un champ de l'action magnétique sur un courant. N et S sont les deux pôles d'un aimant situé au-dessous d'un fil métallique perpendiculaire au plan de la figure et faisant partie d'un circuit fermé. Le courant qui traverse ce conducteur, d'arrière en avant, détermine un champ magnétique dont les lignes de force sont en projection des circonférences concen-

triques au fil. Les champs magnétiques de l'aimant et du courant réagissent l'un sur l'autre, et leurs lignes de force se distribuent de manière que, en définitive, leur tendance répulsive fasse équilibre

Fig. lû.

•'• iï'âil^ii^/.'

à leur tendance à se raccourcir. La simple inspection de ce fantôme magnétique montre quel sera le mouvement relatif de Taimant et du conducteur. Les lignes de force qui contournent ce dernier agissent de façon à le diriger vers le bas de la figure. Si le courant était, au contraire, dirigé d'avant en arrière, le conducteur serait sollicité à se déplacer en sens inverse.

Il importe de remarquer que ces déplacements obéissent aux règles d'Ampère : si le courant est personnifié pax un observateur traversé par lui des pieds à la tête, la position d'équilibre vers laquelle tend le système est celle où l'observateur verra le pôle austral de l'aimant à sa gauche et le pôle boréal à sa droite.

Le principe de cette expérience n'est autre que celui de la roue de Barlow et du disque tournant de Faraday.

Les fig. \i elii montrent justement la roue de Barlow et le disque tournant de Faraday. Il suffit

Fig.ll.

de les examiner un instant pour y retrouver tous les éléments de la fig, 10 et par conséquent pour en comprendre le jeu.

23. Réciproquement, si le conducteur est déplacé mécaniquement du haut en bas de la figure, il deviendra le siège d'un courant dirigé d'avant en

Fig. 12.

arrière, et, s'il est déplacé de bas en haut, le courant sera de signe contraire. On appelle ces courants courants d'induction. Leur tension est proportionnelle au nombre de lignes de force coupées par le conducteur en des temps égaux. Le nombre de ces lignes sert à définir l'intensité dun champ ma-

gnétique en ses diverses régions. On peut dire ainsi {voir ir 6) que l'intensité en un point est proportionnelle à la densité des lignes de force en ce point. Il s'ensuit que la vitesse du déplacement du conducteur devra être d'autant plus grande pour engendrer un courant de force électromotrice constante que ce déplacement s'effectuera dans une région moins intense du champ magnétique.

Ces considérations vont me suffire pour exposer les divers trains mobiles dont le dernier terme constitue la machine magnéto-électrique de Gramme.

Premier système,

22. Cet appareil consiste {fig, 13) en un conducteur métallique deux fois recourbé à angle droit,

Fig. 13.

porté par son milieu sur la pointe d'un axe vertical X, Taxe de rotation du système. Les branches

verticales L et V plongent par leurs extrémités dans un canal circulaire contenant du mercure MM'. Les cloisons d'ébonite c et (/ divisent ce canal en deux parties égales auxquelles aboutissent, par deux bornes, les rhéophores d'une pile. Afin que l'appareil ne trébuche pas, pendant la rotation, lorsque les cloisons c et c' sont rencontrées par ses branches, celles-ci sont terminées par de petits appendices articulés qui se soulèvent facilement à leur passage sur chaque cloison, pour retomber aussitôt dans le mercure adjacent.

Plaçons cet appareil dans le champ magnétique d'un aimant NS, de telle sorte que le diamètre c(f soit perpendiculaire à la droite qui joint les pôles. Le conducteur se mettra à tourner autour de son axe aussi longtemps qu'il sera traversé par le courant de la pile.

La fig. H montre la disposition en plan.

QD-.

Fig. 14.