CHAPITRE II

On donne le nom de bougie électrique à tout appareil à arc voltaïque dans lequel les charbons sont placés parallèlement, au lieu d'être mis bout à bout.

En 1846, William-Edwards Staite combina un appareil dans lequel les deux charbons étaient placés obliquement (appareil de transition entre le régulateur et la bougie). En 1874, M. Werdermann fit breveter une sorte de bougie électrique destinée à percer le rocher dans les travaux de mine et les tunnels, mais qui n^était pas destinée à produire la lumière électrique.

Mais la véritable bougie électrique, celle qui, par l'absence complète de mécanisme et son extrême simplicité a obtenu le succès que Ton sait, est due à un officier de l'armée russe, M. Jablochkoff, et date de 1876.

Bougie Jablochkoff. — Voici d'abord un extrait du brevet qui caractérise nettement l'invention de M. Jablochkoff.

« Mon invention consiste dans la suppression absolue de tout « mécanisme ordinairement employé dans les lampes électriques. « Au lieu de réaliser mécaniquement le rapprochement automa- « tique des charbons, au fur et à mesure de leur combustion, je « fixe ces charbons l'un contre l'autre en les séparant par une « substance isolante, susceptible de se consumer en même temps « que lesdits charbons, le kaolin par exemple. Les deux char-

« bons ainsi préparés peuvent se placer dans un chandelier spé- « eial et il suffit de les faire traverser par le courant d'une source « électrique quelconque, pour qu'un arc voltaïque prenne nais- « sance d'une extrémité à l'autre ; pour l'allumage, je réunis les

Fig. 64. — Bougie Jablochkoff. (Globes de l'avenue de TOpéra.)

a deux extrémités libres par une petite bande de charbon qui « rougit d'abord, et sert d'amorce à l'arc voltaïque. »

Il en résulte que les charbons brûlent côte à côte et s'usent en même temps, comme la mèche d'une bougie stéarique.

La matière isolante a pour but de maintenir Tare à rextrémilé de la bougie, cette matière isolante se volatilisant à mesure de la combustion du charbon.

On sait que, dans Tare voltaïque, le charbon positif brûle deux fois plus vite que le pôle négatif. M. Jablochkoff a essayé de remédier à cet inconvénient, qui produirait rapidement l'extinction, à cause de la dénivellation des pointes, en donnant au crayon positif une section double de celle du crayon négatif, mais la pratique n'a pas sanctionné cette méthode : aujourd'hui toutes les bougies Jablochkoff ont leurs deux charbons d'égal diamètre

et sont alimentées exclusivement par des machines à courants alternatifs.

La figure 64 représente la bougie Jablochkoff sous sa forme actuelle : les deux crayons parallèles ont un diamètre de 4 millimètres et 2o centimètres de longueur, ce qui assure aux bougies une durée moyenne de deux heures. Les charbons sont emmanchés, à leur partie inférieure, dans deux petits tubes de laiton de 5 centimètres de longueur séparés par une matière isolante. Ces bougies sont disposées au nombre de quatre dans un globe diffusant que représente la même gravure (fig. 65), adoucissante lumière et lui donnant l'aspect d'une grande masse lumineuse, sans que l'œil puisse voir le point précis d'où part la lumière. On emploie aussi le verre craquelé^ qui est moins diffusant, mais qui absorbe une moins grande quantité de lumière, et le verre strié.

Les quatre bougies sont disposées aux quatre angles d'un carré dans des pinces à ressorte, C (fig. 65) dont les branches isolées sont reliées aux conducteurs électriques.

Fig. 05. — Chandelier à quatre bougies.

LES BOUGIES ÉLECTRIQUES. loi

Un commutateur placé à portée de la main et renfermé dans une boite, à Fabri des indiscrétions des passants, sert à faire passer le courant d'une bougie presque consumée dans une bougie neuve. Lorsque le globe renferme quatre bougies, il suffit de cinq conducteui's dont les quatre premiers sont reliés chacun à une bougie et le cinquième forme le fil de retour commun.

Par un mouvement rapide du commutateur, on passe d'une bougie à^Fautre sans que l'interruption momentanée du circuit trouble d'une manière appréciable la lumière des autres bougies du même circuit.

Les deux charbons étant isolés, il est indispensable, pour l'allumage, qu'il y ait une communication préalable pendant quelques instants des deux pointes de la bougie.

Au début, M. Jablochkoff allumait directement sa bougie en appuyant sur les deux extrémités un morceau de charbon qu'il enlevait ensuite lorsque l'arc était formé.

Pour pouvoir allumer ^à distance, M. Jablochkoff a mis d'abord entre les deux charbons un morceau de mine de crayon, maintenue par un petit ruban ou un papier, qui établit un circuit conducteur complet.

Lorsque le courant est envoyé dans la bougie, la petite mine de crayon est chauffée, rougit et se consume ; l'arc voltaïque apparaît alors et se maintient tant que la bougie dure et que le courant électrique est assez puissant. On peut remplacer la mine de crayon par un fil métallique fin ou un morceau de plomb. Aujourd'hui, on réalise l'amorçage à l'aide d'une pâte de composition spéciale, à base de charbon, qui produit le même effet. Par ce moyen, on peut utiliser les bougies à moitié brûlées en les réamorçant.

Dans certaines applications, pour économiser les conducteurs, M. Gadot dispose toutes les bougies d'un chandelier en dérivation. En envoyant le courant dans l'appareil, c'est la bougie la moins résistante qui s'allume la première, et qui continue ensuite à brûler. Si la bougie se casse ou brûle jusqu'au bout, elle s'é-

i52 LÀ PHYSIQUE MODEnNE.

teint et le courant rallume celle des bougies restantes ayant la moins grande résistance, et ainsi de suite.

L'augmentation de la conductibilité de Tisolant produite par la chaleur est si grande qu'on peut interrompre le circuit d'une bougie bien allumée pendant près de deux secondes, sans provoquer son extinction ni celle des autres bougies placées dans le même circuit. Au-delà d'un certain temps, le refroidissement supprime la conductibilité et le rallumage devient impossible à distance ; la bougie nécessite un réamorçage. *

Les bougies JablochkofT ont reçu un grand nombre d'applications, nous en examinerons quelques-unes chapitre iv.Ona fait, à plusieurs reprises, des mesures directes sur le travail dépensé et la puissance lumineuse.

Pour donner une idée de cette puissance, nous citerons quelques chiffres extraits du rapport présenté en mai 1879 au Metropolitan BoardofWorksàeLonàvQ?,^ par MM. Bazalgettes et Keates.

La première installation faite sur le quai Victoria comprenait vingt bougies alimentées par une machine de Gramme à courants alternatifs, et disposées en quatre circuits de cinq bougies chacun.

Le travail dépensé par la machine était, en déduisant le travail dépensé par la transmission et la machine fonctionnant en circuit ouvert :

Travail total Travail

brut. net.

Pour 5 bougies ou I circuit utilisé, 13,57 chevaux, soit \ ,57 cheval par bougie 10—2 — 17,91 — 1,27 —

En mesurant le pouvoir lumineux, on a trouvé :

Pour une bougie à feu nu 39,8 becs Carcel.

— avec verre craquelé.. 27,9 —

— avec globes opalins.. 16,3 —

Les globes opalins font donc perdre près de 60 p. 100 de la lumière émise, et les verres craquelés, environ 30 p. 100.

LES BOUGIES ÉLECTRIQUES. io3^

Jusqu'à présent la bougie Jablochkoff est celui de tous les svs-

«hi^UPj

*ig. 66. — Bougie Wilde. (Demi-grandeur.)

<:. Charbon mobile. — A. Axe de rotation du support du charbon mobile. — B. Ressorts des galets.

— E. Electro-aimant.

tèmes d'éclairage électrique qui compte le plus grand nombre

de foyers lumineux en fonction. Ce nombre dépasse aujourd'hui 4000 et nul doute qu'avec les perfectionnements successifs qui lui sont apportés, rabaissement très sensible du prix des machines et des bougies, il ne reçoive encore un plus grand développement.

Les seuls reproches qu'on puisse adresser à la bougie Jablochkoff sont ses changements incessants de coloration et d'éclat, et l'impossibilité de produire un rallumage automatique.

En perfectionnant la fabrication, on arrivera à atténuer le premier défaut, mais nous doutons qu'on arrive jamais à le faire complètement disparaître.

Bougie 'Wilde. — Nous avons vu que la bougie JablochkoO emploie une substance isolante placée entre les deux charbons qui la composent. Dans les bougies que nous allons examiner maintenant, la matière isolante fait complètement défaut.

La bougie Wilde (fig. 66) se compose de deux charbons parallèles de quatre millimètres de diamètre séparés par un intervalle vide de 3,5 millimètres environ. Chaque charbon est fixé dans son support à l'aide d'une pince à ressort en acier plat B courbée en forme d'U (fig. 67) ; à l'extrémité du ressort est fixé un galet D qui maintient le charbon en l'appuyant contre le support M, tout en lui permettant de glisser de bas en haut.

Le charbon de droite est fixe, le support du charbon de gauche C est articulé en A ; si le courant ne traverse pas l'appareil, le charbon de gauche prend la position représentée en pointillé, le circuit se trouve donc fermé par l'électro-aimant E, les deux charbons et la borne fixée sur le support de droite, mais alors l'électro-aimant devient actif, il rappelle son armature faisant corps avec le support du charbon C qui bascule et les charbons se placent alors dans une position parallèle. Cette simple disposition réalise parfaitement V allumage automatique.

Si, pour une cause quelconque, la bougie s'éteint, l'électroaimant redevient inactif, le charbon C reprend sa position inclinée et produit le rallumage automatique si le circuit est complet dans toutes les autres parties du système. La bougie Wilde brûle

LES BOUGIES ÉLECTRIQUES. l5o

ainsi comme une bougie Jablochkoff sans isolant, à raison de 10 à 12 centimètres par heure, avec une puissance lumineuse variant de 20 à 80 becs Carcel, suivant Tintensité du courant qui la traverse.

Les charbons ayant une longueur de 65 centimètres représentent environ cinq heures d'éclairage, le point lumineux est, au moment de l'allumage des charbons neufs, à 20 centimètres environ des supports. Au bout d'une heure et demie environ, l'arc s'est abaissé en C par l'usure de la bougie, il suffit de venir soulever une petite rondelle placée à Tintérieur du tube à l'aide d'un bouton placé sur le côté, les charbons poussés de bas en haut glissent dans leurs supports, grâce aux galets D (fig. 67), et

Fig. 67. — Plan des pinces à galets de la bougie Wilde. M, coins flxe». — D, galets de cuivre. — B, ressorts.

la bougie se trouve allongée d'une nouvelle quantité. Cette manœuvre se fait très rapidement sans produire l'extinction de la bougie, et ressemble beaucoup à celle des chandeliers de cuisine dont on élève plus ou moins le point lumineux en agissant sur un petit bouton de cuivre placé sur le chandelier.

La bougie peut être renversée^ et brûle aussi bien que dans sa position naturelle, l'usure des charbons est alors un peu augmentée dans cette seconde position. Si l'arc s'éteint, le système (le M. Wilde'produit un rallumage automatique ; l'extinction ne dure alors qu'un temps inappréciable.

Bougie*de M. Jamln. — La première disposition de la bougie de M. Jamin imaginée en 1879 se composait de deux charbons plantés parallèlement dans un chandelier et entourés d'un ni dans lequel circulaient parallèlement les courants alternatifs

lo6 LA PHYSIQUE MODERNE.

qui ralimentent. Pour produire Tallumage, il suffit de toucher les deux charbons à leur extrémité par un troisième charbon qui produit Tamorçage de la bougie. Si on produit Tamorçage au milieu de la longueur des charbons, Tare voltaïque produit en ce point se transmet avec rapidité à l'extrémité des charbons où il reste, quelle que soit la position de la bougie ; toute Tidée de M. Jamin réside dans le transport déterminé par Taction directrice des courants qui enveloppent Tappareil.

Le courant circule parallèlement dans les charbons et les fils qui l'enveloppent, c'est-à-dire que si, à un moment donné, le courant monte par le charbon de droite et descend par le char- | bon de gauche, il monte également par les fils de droite être- ! descend par ceux de gauche. L'arc voltaïque, qui n'est autre ! chose qu'un élément du courant, se transporte dans le sens indiqué par les lois d'Ampère.

Dans une seconde disposition de sa bougie, M. Jamin a disposé un système qui a pour effet, à cause des aimantations de sens contraire produites par les courants alternatifs, de communiquer aux charbons un mouvement oscillatoire synchrone aux passages des courants. Au repos, les charbons sont au contact et s'allument dès que le circuit est fermé.

Ce rapprochement oscillatoire des charbons permet, d'après M. Jamin, de mieux utiliser le courant alternatif qui ne peut traverser l'arc que si son intensité est suffisante pour vaincre sa résistance. En rapprochant les charbons quand l'intensité diminue, on fait traverser le courant pendant un temps plus long à chaque oscillation et l'utilisation se trouve, par ce fait, accrue dans une certaine proportion. On aurait ainsi l'avantage de faciliter la combustion du charbon par ce mouvement du charbon en favorisant la circulation de l'air. Ce mouvement vibratoire des charbons, en supposant même qu'il présente tous les avantages que lui attribue M. Jamin, a cependant l'inconvétiient de produire un bruit assez intense pour rendre le brûleur gênant dans un appartement. 11 ne peut donc servir que pour les rues oii le bruit n'a qu'une importance secondaire. Cet inconvé-

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nient se retrouve d'ailleurs, à des degrés différents, dans tous les appareils électriques qui emploieut des courants alternatifs^ ce qui constitue une supériorité en faveur des courants contimis.

Dans la troisième disposition de la bougie de M. Jamin, nous

Fig. 68. — Bougie Jarain (modèle 1880).

retrouvotts le rallumage de la bougie Wilde identiquement reproduit. L'électro-aimant G (fig. 68) sert à produire Técart de charbons en attirant une petite armature EF au moment du passage du courant ; cette armature EF, par une combinaison de leviers ED, DC, écarte le charbon de gauche de chaque bougie A, A', A''. L'arc se développe d'abord sur les trois bougies et, après quelques hésitations, se fixe sur celle des bougies qui offre

la plus petite résistance. Lorsqu'une des bougies est consommée, Tare Tient brûler un petit crochet de laiton B placé à la partie supérieure, alors, sous l'action du ressort R, le support des charbons prend la position OS, Tare est rompu, les charbons retombent et Fallumage d'une nouvelle bougie se reproduit automatiquement. Il faut donc que les charbons soient d'une fabrication très soignée et parfaitement ajustés pour que les trois bougies puissent ainsi fonctionner chacune à leur tour et brûler jusqu'au bout sans accident.

11 y a dans le mécanisme de la bougie Jamin tous les inconvénients d'un régulateur sans les avantages correspondants, car il est impossible, avec ce système, de bien régler la résistance propre de chaque appareil pour qu'il dépense bien régulièrement le courant qui lui est fourni.

Au moment oii l'arc s'allonge, il consomme plus d'énergie électrique au détriment des autres lampes, l'inverse se produit lorsque l'arc se raccourcit ; ces changements dans la résistance se traduisent aussi par des différences dans l'intensité lumineuse. La bougie Wilde partage cet inconvénient avec la bougie Jamin ; dans la bougie Jablochkoff, le colombin maintient le parallélisme des charbons et compense en partie ces défauts, compensation achetée, il est vrai, au prix de changements notables dans la coloration de la lumière, par suite de la présence du colom* bin.

Dans une bougie électrique, quelle qu'elle soit, il faut donc payer la simplicité en faisant des sacrifices sur les qualités de la lumière, fixité ou coloration.

Pour maintenir l'arc à l'extrémité des charbons, M. Jamin emploie toujours son cadre directeur. Ce cadre directeur HH formé de quarante spires introduit dans le circuit une résistance qui est loin d'être négligeable ; il produit un effet assez disgracieux, ce qui atténue dans une très grande proportion l'avantage qui résulte du fonctionnement tète en bas.

Bougie électrique de M. Solignac. — M. Solignac a combiné des bougies à quatre charbons ; les deux extrêmes ont

quatre millimètres de diamètre et les deux charbons intermédiaires deux millimètres et demi ; les quatre charbons, placés dans le même plan, sont séparés par trois intervalles de un demimillimètre, sans matière isolante intermédiaire. Le courant arrive à la bougie par les deux charbons extérieurs qui servent d'électrodes. Ces bougies trop délicates et trop coûteuses ne sont pas passées dans la pratique.

Bougie Debnin. — La bougie de M. Debrun^ à rallumage automatique, se compose de deux crayons de charbon Carré de 6 millimètres de diamètre et de 20 à 30 centimètres de longueur, disposés parallèlement à une distance de 2 à 3 millimètres et dont le parallélisme est assuré par une petite plaque de verre placée à la base entre les deux charbons. L'ensemble est assujetti par du papier verni isolant et deux ligatures en fil de fer. Voilà la bougie constituée très simplement, comme on le voit, et le parallélisme des charbons très suffisamment maintenu.

La bougie se plante dans un chandelier spécial qui, pour les éclairages de durée, peut en recevoir deux, qui s'allument successivement et automatiquement. Voici maintenant comment se produisent l'allumage et le rallumage automatiques.

A la base de la bougie est fixé un petit électro-aimant dont l'armature porte un petit morceau de charbon qui, lorsque le courant le traverse, attire l'armature et vient appliquer le pelit morceau de charbon près de la base de la bougie. Grâce au contact ainsi établi, l'arc se forme à la base de la bougie. Dès que le courant traverse la bougie, un petit électro-aimant placé dans le même circuit que la bougie elle-même et placé à part, comme un relais, agit sur une armature reliée à un commutateur à mercure, et coupe le circuit de Télectro-aimant d'amorçage qui était placé en dérivation..

Le courant traverse donc la bougie seulement et le courant d'air chaud qui s'établit à la base l'amène promptement à l'extrémité supérieure. Tant que la bougie brûle, l'électro-aimant du relais maintient le circuit d'allumage ouvert et le petit morceau de charbon éloigné de la bougie. Si elle vient à s'étein-

dre, le commutateur du relais retombe, ferme le circuit de Télectro d'allumage et la même série de phénomènes se reproduit.

Lorsque la première bougie est usée, l'arc vient brûler un petit fil de laiton placé à la partie inférieure ; un gros fil de laiton tordu en forme de ressort se trouve lâché et quitte le contact qui amenait le courant sur la bougie n*" 1 pour l'amener aussitôt sur la bougie n* 2 dont l'allumage se produit dans les mêmes conditions.

Toutes les bougies électriques présentent deux inconvénient très graves qui les rendent inférieures aux régulateurs. Le premier est le bruit produit par les courants alternatifs qu'on est obligé d'employer pour user également les deux charbons; le second résulte de la position même des charbons et de leur écart fixe. L'arc jaillit entre les pointes, une partie de la lumière se trouve ainsi noyée ; l'absence de tout réglage dans la distance des charbons empêche de proportionner à chaque instant leur écart à l'intensité du courant qui les traverse, ce qui explique le peu de fixité de la lumière de toutes les bougies.

Pour ne pas les user trop vite, on les alimente par des courants de faible intensité, 8 à 9 ampères pour les bougies de 4 millimètres; aussi brûlent-elles en quelque sorte à la limite, en équilibre instable. A mesure que les régulateurs se perfectionnent et se simplifient, les bougies électriques perdent de leur importance pratique, sous réserve, bien entendu, de la bougie JablochkoiT dont on n'égalera jamais l'extrême simplicité.

Lampe-soleil. — La lampe-soleil imaginée par MM. Clerc ol Bineau est un appareil intermédiaire entre la bougie Jablochkoff elles lampes à incandescence que nous examinerons dans le chapitre suivant. Aussi, bien que sa forme ne rappelle que très vaguement une bougie, est-il logique de l'examiner ici, pour ne pas ouvrir un chapitre spécial à une classe dont on ne compte encore qu'un seul représentant.

Les figures 69 et 70 font comprendre ses dispositions.

Deux charbons G, G légèrement inclinés sur la verticale sont logés entre une pièce centrale B de marbre blanc ou de magnésie

agglomérée et des pièces extérieures de pierre quelconque ; ils descendent par leur propre poids à mesure de l'usure de leur partie inférieure, et ils sont retenus par une petite saillie ou épaulement qu'on voit sur la pierre extérieure. Tout cet ensemble est maintenu par une boîte de fonte AA, très largement ouverte à la partie inférieure. Cette boîte est suspendue par un grand étrier auquel aboutissent les fils conducteurs.

Le courant est amené à la partie supérieure de Tun et de Vautre par des fils. Avant Tallumage, les deux charbons appuient sur une petite baguette fine de charbon D, qui, par le passage du courant, s'échauffe, se consume rapidement et prépare la production de Tare Toltaïque , comme le fait Tamorce des bougies Jablochkoff.

Une fois Tare établi, il se maintient malgré la grande distance entre les bouts des charbons , parce que la surface du marbre ou de la magnésie, qui est entre les deux, a eu le temps de devenir conductrice par échauffement , pendant la période préparatoire de Tallumage.

Cet arc de grande longueur,léchant le marbre, produit une lumière intense, de couleur jaune, ce qui lui a fait donner son nom.

La lampe-soleil dirige toute sa lumière vers le bas, c'est-à-dire du côté qu'on veut généralement éclairer ; mais la suppression totale de lumière dirigée vers le haut laisse les plafonds dans une obscurité qui, parfois, est d'un effet peu agréable. D'autre part, les diverses pièces qui entourent le marbre dans sa partie lumineuse portent ombre et ne donnent au faisceau éclairant qu'un développement assez limité, moins limité cependant que ne l'indique la figure 70.

Hospitalier. — Électricité. 2* édition. 11

Fig. 69. — Diagramme explicatif de la lampe-soleil.

La lumière mesurée dans la verticale, c'est-à-dire dans la direction d'intensité maxima, a été, dans un cas particulier, de 120 becs Carcel par lampe correspondant à H/4 cheval-vapeur, c'est- «Vdire à peu près 100 becs par cheval.

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Fig. 70. — Vue d'ensemble de la lampe-soleil.

Dans une autre série d'expériences, on a trouvé que le rendement varie de 50 Carcels par cheval avec une intensité de 5 ampères à HO et 123 avec 15 à 20 ampères. D'ailleurs rintensiié lumineuse peut varier de 50 à 1000 Carcels, suivant la distance des charbons, la longueur du marbre, et l'intensité du courant.

Un défaut sensible des éclairages à courants alternatifs s'est retrouvé dans ce système ; nous voulons parler du bruit ou ronflement que fait entendre la lampe. On est parvenu à étouffer à peu près ce bruit au moyen de lanternes absolument closes.

Le point lumineux dans la lampe de M. Clerc est absolument flxe, ce qui est bien un avantage ; mais une autre qualité beaucoup plus importante est la fixité absolue de la lumière.

Enfin, le mérite principal delà lampe-soleil est dans sa longue durée, c'est-à-dire dans le temps considérable pendant lequel elle peut fonctionner sans arrêt, sans renouvellement de charbon et sans soin, car Tusure des charbons varie de 8 à 15 millimètres par heure suivant l'intensité du courant, qui peut varier de 3 à 25 ampères. La longueur des charbons elle-même peut être variée de 5 à 30 centimètres, et la lampe peut fonctionner quinze ou seize heures consécutives, si cela est nécessaire.

Le bloc de marbre entre les deux charbons s'use également ; la température très élevée à laquelle sa partie inférieure est exposée entraine une décomposition du carbonate du chaux, et c'est la chaux qui est incandescente.

Un bloc de marbre peut durer jusqu'à vingt heures de suite ou fournir deux éclairages de dix heures ; la durée totale est moindre s'il sert à des éclairages de deux ou trois heures.

La longueur de l'arc peut varier de 10 à 60 millimètres, suivant la résistance qu'on veut lui donner. Dans un court circuit on emploie une plus grande intensité et un marbre peu épais. Dans un long circuit, on emploiera plus de tension, une moindre intensité et un marbre plus épais. Les lampes les plus employées dans la pratique ont de 10 à 20 millimètres d'épaisseur de marbre ou de magnésie.

Depuis quelque temps, on substitue au marbre de la magnésie agglomérée. Sa durée, beaucoup plus grande, a été jusqu'à cent heures.