DEUXIEME PARTIE

Bien que Féclairâge électrique ne soit pas celle des applications de Félectricité qui ait reçu jusqu'ici le plus grand développement, c'est elle qui doit cependant figurer au premier rang, autant au point de vue de son avenir que de son ancienneté.

C'est en effet en 1813 que le célèbre physicien anglais Hum" phry Davy produisit l'arc voltaïque pour la première fois, avec une pile de 2000 éléments zinc et cuivre ; mais ce n'est qu'en 1842 que des expériences faites par MM. Deleuil et Archereati firent pressentir la possibilité de son emploi comme moyen d'éclairage public.

Ajoutons encore qu'à cette époque on ne connaissait que les piles hydro-électriques comme sources d'électricité. Les machines électro-dynamiques étaient encore dans l'enfance et les moyens de régulariser la lumière plus que primitifs.

En 1857, les machines de V Alliance^ perfectionnées par Van Malderen, montrèrent que la lumière électrique pouvait être produite avantageusement dans certains cas spéciaux, et leur application à l'éclairage des phares de la Hève, dès l'année 1863, fit entrer la lumière électrique pour la première fois dans la pratique courante.

L'invention de la machine de Gramme en 1870 donna un

nouvel essor à réclairage électrique qui n'avait reçu jusqu'à cette époque qu'un nombre restreint d'applications, et enfin la découverte de M. Jablochkoff, en 1876, acheva de mettre à Tordre du jour un éclairage nouveau destiné, non pas à détrôner le gaz, comme l'affirment certaines personnes intéressées et exclusives, mais à le remplacer dans un grand nombre d'applications où la lumière électrique présente des qualités de nature à en dicter l'emploi, de préférence à tous les autres éclairages artificiels.

Modes de production de la lumière électrique. — Tout éclairage électrique comprend deux parties parfaitement distinctes :

1* Le générateur électrique ;

2*" La lampe électrique.

Après avoir étudié les difi'érents procédés employés à la production de la lumière, il nous sera plus facile d'apprécier la valeur des différentes sources d'électricité par rapport aux appareils qu'elles doivent alimenter ; tous les générateurs électriques actuellement en usage ont d'ailleurs été décrits dans la première partie de cet ouvrage à laquelle nous renverrons le lecteur chaque fois qu'il sera question de l'un d'eux.

Le principe qui préside à la production de la lumière dans un éclairage quelconque^ huile, pétrole, gaz ou électricité, est le suivant : Porter un corps solide, liquide ou gazeux à une haute température, la quantité de lumière produite étant d'autant plus grande que la température du corps est plus élevée.

Dans tous les éclairages, l'élévation de température est produite par la combustion de l'huile, du pétrole ou du gaz qui alimente le foyer lumineux. Dans la lumière électrique, la haute température du point lumineux est produite par le courant traversant une résistance électrique et se transformant en chaleur dans un espace très restreint^ en échauffant un nombre relativeînent très faible de molécules. Lorsque le courant électrique chauffe un conducteur gazeux, la lumière ainsi produite se nomme arc voltaïque. Cet arc voltaïque cependant ne devient très lumineux qu'à la condition que le conducteur gazeux renfer-

me des particules détachées des électrodes qui, élevées à une très haute température, lui communiquent cet éclat éblouissant qui le caractérise. On emploie dans ce but des conducteurs en chanbon de cornue ou en charbon aggloméré, comme nous le verrons plus tard. La combustion de ce charbon, en ajoutant la chaleur qu'elle produit à celle du courant, favorise la production et le maintien de cette haute température et contribue, dans une assez grande mesure, àTéclatde la lumière.

Lorsqu'on emploie un conducteur solide, de faible conductibilité, le courant réchauffe, le rend lumineux, et la lumière ainsi produite est de la lumière par incandescetice.

De là résultent deux grandes divisions dans la production de la lumière électrique suivant qu'on emploie l'un ou l'autre des procédés que nous allons examiner successivement.

ARC VOLTAIQUE.

Quelle que soit la tension de la source électrique employée, elle est toujours insuffisante pour faire jaillir la lumière entre les deux électrodes si elles n'ont pas été préalablement amenées au contact. A ce moment, le gaz qui entoure les électrodes est échauffé par le courant, il devient plus conducteur, et on peut alors les écarter un peu, tout en maintenant le passage du courant à travers le conducteur gazeux.

Avec les courants de très haute tension, comme ceux fournis par les machines de Holz et les bobines d'induction, la décharge peut se produire entre les électrodes séparées par un certain intervalle et produire de la lumière électrique dans le sens absolu <lu mot, mais non pas un éclairage.

Dans un intéressant Aperçu historique sur la lumière produite par r électricité, publié par le journal la Nature en avril 1878, M. Antoine Bréguetfait remontera Otto de GwmcA:^ (1602-1688), bourgmestre de Magdebourg, la première lueur produite par l'électricité.

Dans un mémoire lu à la Société Royale de Londres, le 6 février 1746, le docteur Watson fit remarquer que les étincelles électriques paraissaient de couleurs différentes selon la nature des substances d'où elles jaillissent, que le feu paraissait beaucoup plus rouge sortant des corps bruts, comme le fer rouillé, le cuivre oxydé, etc., que des corps à surface nette.

Ce fut Watson qui produisit en réalité, le premier, un véritable éclairage à Télectricité, puisqu'avec quatre de ses appareils il donnait naissance à des jets de flamme si grands et si rapprochés que, dans une chambre obscure, on apercevait distinctement les visages de treize personnes assistant à Texpérience.

Toutes ces expériences étaient faites avec l'électricité dite statique fournie par les machines à frottement. Il faut arriver jusqu'à la découverte de la pile faite par Volta pour obtenir la réalisation d'une lumière électrique puissante, de Varc voltatque proprement dit.

Sir Humphry Davy se servit d'une pile de 2000 éléments d'une surface active de plus de 80 mètres carrés et obtint alors, entre deux tiges de charbon en communication avec les pôles, une lumière éblouissante et continue qui jaillissait sans bruit sensible.

Pourquoi les machines à frottement qui donnent une étincelle ne peuvent-elles donner de lumière intense comme les piles ou

Cela s'explique facilement en se reportant à ce que nous avons dit sur la quantité et la tension des courants électriques.

Le courant fourni par une pile présente en général une grande quantité et une faible tension, tandis que l'électricité fournie par les machines à plateau de verre ou d'ébonite a^ au contraire, une énorme tension et une faible quantité.

Puisque le grand éclat de l'arc voltaïque provient des particules de la substance des pôles, portées au rouge blanc éblouissant dans leur trajet d'un pôle à l'autre, on conçoit qu'une étincelle grêle, qui n'entraîne que peu de p^irticules des électrodes, soit plus sensible au refroidissement causé par l'air ambiant.

En 1850, Massofi, professeur de physique à l'Ecole centrale, fil de nombreuses expériences sur Tare vollaïque et montra que réiectricilé ne produit pas de courant dans le vide absolu, ce qui impose la présence d'une matière pondérable. Il établit que rétincelle électrique est produite par un courant qui se propage à travers la matière pondérable et l'échauffé de la même manière, et suivant les mêmes lois qu'un courant voltaïque échauffe et rend lumineux un fil métallique.

Matieucci^ vers la même époque, étudia la conductibilité de l'arc jaillissant entre des pointes de substance variée, et trouva qu'elle dépend moins de la conductibilité des métaux formant les pointes, que de la facilité que ces mêmes métaux ont à se fondre et à se volatiliser.

Il remarqua aussi la différence de température des deux pôles, différence d'autant plus grande que ces pôles sont constitués par une matière moins conductrice ou plus facile à se désagréger et à brûler par la chaleur. La grande différence que l'on observe entre deux pointes de charbon est due surtout à la combustion, qui, par réchauffement très inégal des deux pôles, se produit inégalement, et dans un rapport de 2 à 1 environ, le pôle positif étant le plus chaud; cet échauffement inégal est d'ailleurs accompagné par une différence dans la désagrégation moléculaire de leur substance qui peut, à son tour, modifier la résistance électrique et la chaleur développée.

La longueur de l'arc varie avec la tension du courant; elle peut atteindre 4 à 5 centimètres avec des courants appropriés, sa forme dépend aussi de sa longueur. Lorsque l'arc est court, il ressemble à une gerbe condensée de filets lumineux affectant une forme générale cylindrique.

Une atmosphère plus rare et de couleur violette entoure comme d'une gaine la première gerbe, et la base de ce cylindre annulaire s'élargit sur le charbon positif tandis que sa partie opposée s'éteint en arrivant au pôle négatif.

Si nous allongeons l'arc voltaïque, la gerbe devient moins condensée et plus grêle, et la gaîne violette qui l'enveloppe présente

davantage Faspect d'une flamme. La partie centrale se compose de particules incandescentes qui se détachent des extrémités fondues des pointes, paraissent s'attirer entre elles et former une chaîne continue entre les pointes. La partie extérieure de Tare est le produit de la matière encore plus divisée.

Dans l'air, l'arc voltaïque se produit et consume rapidement les charbons, mais inégalement, dans le rapport de 1 à 2 environ. Il résulte de celte combustion inégale que le point lumineux se déplace et que les électrodes se déforment ; le pôle positif se creuse en forme de cratère (Gg. 48) et entoure le point lumineux

d'une sorte de rebord plus ou moins saillant.

Ces phénomènes se produisent avec les courants continus. Avec les courants alternatifs, Tusure des charbons est égale et régulière ; les deux extrémités sont en forme de pointe, ce qui dégage plus complètement le point lumineux.

Il ne faudrait cependant pas considérer la forme en cratère du point lumineux comme un inconvénient, car Téleclrode creusée agit dans ce cas comme un réflecteur, et lorsque la lampe est

Fig. 48. ~ Arc voltaique. ^^^^^ ^^^^^^^^ j^ ^^j ^.^^^jj ^^^ quantité

de lumière plus grande que le plafond, ce qui présente un avantage assez important.

Pour réclairagc des phares même, la concavité déterminée sur l'électrode positive peut fournir, en plaçant convenablement le charbon négatif, une lumière qui augmente dans un rapport assez considérable l'intensité de la lumière émise dans une direction donnée,

La lumière ainsi produite est dite lumière condefise'e; on l'obtient en disposant le charbon inférieur, qui est négatif, de manière que son axe soit dans le prolongement du côté du charbon supérieur faisant face à l'horizon qu'on veut éclairer. Par cette

L'ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQUE. lli

disposition, si la lumière produite par les charbons placés dans le prolongement Tun de Tautre est 100, on obtient dans différentes directions les intensités suivantes :

Devant 287

Sur chaque côté H6

Derrière 38

On aura donc intérêt, suivant les applications, à produire de ]a lumière condensée ou de la lumière ordinaire.

Pour produire de la lumière électrique avec l'arc voltaïque, il faut donc trois choses distinctes :

1* Produire le courant électrique. Nous avons examiné dans la première partie tout ce qui se rattache à cette question.

2" Faire passer ce courant entre deux charbons. Nous allons voir, en examinant les charbons à lumière, que trouver un bon charbon n'est pas toujours chose facile et que, de ce côté encore, il y a beaucoup de recherches à faire.

3"" Maintenir un écartement convenable entre ces deux charbons. C'est le rôle des régulateurs à arc voltaïque dont nous examinerons les principes et les formes les plus employées.

Charbons & lumière. — Sir Bumphry Davy, qui, le premier, vit jaillir Tare voltaïque, se servait de charbon de bois éteint dans Teau ou le mercure, mais la combustion était extrêmement rapide et ce charbon n'aurait jamais permis des éclairages électriques de longue durée. Un grand progrès fut fait lorsque Foucault eut Fidée d'employer le charbon des cornues à gaz, en y taillant des baguettes carrées. Ce charbon manque d'homogénéité et renferme de la silice qui fond, se vaporise et fait éclater le charbon au détriment de la fixité de la lumière.

En 1842, Bunseii cherchait à se procurer des cylindres creux de charbon moulé pour ses piles à acide azotique. 11 imagina dans ce but de mouler de la houille sèche pulvérisée en l'agglomérant par une colle, puis de la cuire. Il obtenait ainsi un cylindre de charbon fendillé et peu solide.

Pour souder ce cylindre, il imagina de le tremper dans un

H 2 LA PHYSIQUE MODERiNE.

sirop de sucre qui remplissait les crevasses et de le recuire de nouveau ; le sucre ainsi distillé bouchait les pores et laissait un charbon bien pur et compact. S'il restait des trous pendant la cuisson, on recommençait Topération, et ainsi de suite autant de fois qu'il était nécessaire pour avoir un charbon sans défauts.

En 1846, Staite et Edwards prirent un brevet pour un procédé de fabrication analogue, mais en spécifiant l'emploi de ces charbons pour la production de l'arc voltaïque.

En 1849, Le iH/o// brevetait une composition formée de 2 parties de charbon de cornue, 2 parties de charbon de bois et 1 partie de goudron liquide, le tout bien trituré, malaxé, comprimé, moulé, trempé dans un sirop de sucre, cuit pendant vingt ou trente heures et purifié par des immersions dans dés acides.

En 1852, Watson el Slater frépuvaienl un charbon provenant de brindilles purifiées à la chaux, recuites, trempées dans une solution d'alun, recuites de nouveau, trempées dans une solution de mélasse et recuites une troisième fois.

En 1857, Lacassagne et Thiers taillaient des baguettes dans les parois intérieures des cornues à gaz, les trempaient dans un bain de potasse ou de soude caustique fondue par la voie ignée pour transformer la silice en silicate soluble. En lavant ensuite les baguettes à l'eau bouillante et en les soumettant à la température rouge, à un courant de chlore, on transformait des terres non attaquées par la potasse ou la soude en chlorures volatils de silicium, de potassium, de fer, etc. La lumière obtenue avec ces charbons était un peu plus régulière, mais ils produisaient beaucoup de cendres et de flammèches.

M. Jacquelain^ en employant des produits très purs et en formant ses charbons avec le goudron provenant déjà d'une première distillation, a obtenu des plaques qui, débitées en baguettes, ont donné une lumière tranquille, blanche et 25 pour 100 plus intense, à courant égal, que celle des charbons ordinaires.

En 1877, M. Archereau a fait d'excellents charbons composés de carbone aggloméré et comprimé, mêlé à la magnésie.

M. Carré fabrique aujourd'hui, sur une grande échelle, des charbons à lumière dans lesquels il incorpore des sels métalliques qui donnent, suivant leur nature, plus de fixité ou une plus belle coloration. La fabrication est devenue meilleure et plus rapide par Temploi de la filière, indiqué par Archereau dès 1855. On agglomère un mélange de poudre de charbon bien pur, coke et noir de fumée, à Taide d'un sirop de sucre gommeux ; on le triture et on le passe à la filière sous une pression de 100 atmosphères environ ; les baguettes ainsi obtenues sont cuites, puis trempées rouges dans le sirop, recuites de nouveau et ainsi de suite un certain nombre de fois. Le charbon ainsi préparé est bon conducteur électrique ; il brûle assez lentement sans craquement et sans trop de flammèches.

Le charbon employé par Gauduin dans la fabrication de ses charbons, en 1877, provenait de la décomposition en vase clos des brais secs, gras ou liquides, des goudrons, résines, bitumes, etc., susceptibles de laisser du carbone suffisamment pur, après leur décomposition par la chaleur. Le moulage se fait à une très haute pression obtenue par l'emploi de la presse hydraulique.

11 résulte d'expériences faites par M. Fontaine que la lumière produite par des charbons de cornue étant de 103 becs, celle produite avec les crayons Archereau valait 120 becs, les crayons Carré fournissaient 180 becs. Les charbons Gauduin donnaient de 200 à 210 becs Carcel pour une même source électrique, tout en s'usant moins vite que les crayons Carré. Aujourd'hui la fabrication de charbons de M. Carré est la plus renommée ; il fournit des baguettes très lisses et très droites de toutes dimensions depuis 1 jusqu'à 20 millimètres de diamètre. On emploie aujourd'hui presque exclusivement des charbons cylindriques dont les dimensions varient avec la nature des éclairages à produire. Les lampes à incandescence de M. Reynier usent des baguettes de 2 à 3 millimètres ; les lampes Werdermann, les bougies Jamin et Jablochkoff emploient des charbons de 4 à 5 millimètres. Les régulateurs alimentés par les machines Gramme type d'a-

UospiTALiER. — Électricité. 2* édition. 8

telier et autres machines de puissance semblable se serrent de charbons de 7 à 10 millimètres; les puissants régulateurs des phares et de la marine emploient des charbons dont le diamètre atteint quelquefois 20 millimètres. Enfin le régulateur monstre de M. Brush a fonctionné à l'Exposition universelle d'électricité avec des charbons de cinquante millimètres de diamètre.

Classification des foyers électriques &arcvoltaIque. — Il importe, en présence du grand nombre d'appareils qui sont aujourd'hui employés pour transformer l'énergie électrique en lumière, d'établir une classification rationnelle et méthodique qui permette de les ramener tous à un petit nombre de types nettement définis et caractérisés.

Ou peut d'abord les grouper en deux grandes classes :

i* Les régulateurs^ dans lesquels un mécanisme plus ou moins compliqué approche les charbons pour produire l'allumage, les écarte ensuite et les maintient à la distance convenable. En général, ces charbons sont constitués par des crayons placés bout à bout.

i"" Les bougies^ dans lesquelles les crayons de charbon sont places parallèlement^ côte à côte, caractérisées par l'absence complète de mécanisme ou un mécanisme rudimen taire destiné, non pas à i^égler Técartement mais seulement à produire fallumage et le réallumage automatiques du foyer.