LAMPES ÉLECTRIQUES A INCANDESCENCE AVEC COMBUSTION

Ijampe Reynier. — La première lampe à incandescence pure remonte à 1841 et est due à de Moleyns^ mais c'est M. Emile Reynier qui a, en 1877, construit la première lampe électrique à combustion fondée sur Tincandescence d'un crayon de charbon traversé par un courant électrique. M. Reynier fut amené à

Fig. 71. — Image agrandie du crayon d'une lampe électrique à incandescence. (Système Reynier.)

combiner sa lampe en faisant des expériences avec les lampes russes dont nous parlerons plus loin, à propos de Tincandescence pure. Ces lampes présentaient toutes un défaut capital : l'amincissement du charbon en son milieu, amincissement produisant la rupture et obligeant à substituer un charbon neuf au charbon cassé.

M. Reynier fut conduit à penser que si le crayon touchait par son extrémité un charbon massif, l'usure se produirait au point de contact imparfait, là où la température est la plus élevée à cause de la résistance électrique due à ce contact imparfait.

En faisant l'usure du charbon par son extrémité, on pouvait laisser brûler le charbon à la condition de le pousser, comme on pousse les bougies dans les lanternes de voiture ; la combustion du charbon augmentait même la lumière, en contribuant, par la chaleur qu'il produit, au maintien d'une température élevée.

L'appareil de M. Reynier est donc caractérisé dans son principe par un crayon de charbon poussé contre un contact flxe (fig. 71), et rendu incandescent, entre ce butoir et un point de contact placé à quelque distance du premier. La première lampe marchait avec le courant de quatre éléments Bunsen, modèle Ruhmkorff, une machine de Gramme modèle de laboratoire, et même avec une batterie de trois éléments Planté.

Dans ses premières expériences, M. Reynier trouva que le charbon fixe immobile servant de butoir au crayon incandescent présentait des inconvénients ; il imagina de donner un mouvement lent à ce butoir en le composant d'un disque de charbon tournant autour d'un axe horizontal. Cette lampe fut ensuite simplifiée par l'inventeur de la façon suivante :

Le crayon de charbon est poussé vers le bas par son poids et celui du porte-charbon guidé par des galets. Ce crayon vient appuyer sur un disque de charbon un peu en avant de la verticale du centre du disque ; il en résulte que la descente du crayon, provenant de son usure, fait tourner le disque sans aucun mécanisme. Le crayon est maintenu à une petite distance par un manchon, et en dessous vient s'appuyer un autre contact de charbon qui détermine la longueur incandescente. Par une disposition, très simple, la pression exercée par le crayon sur le disque produit une action automatique de frein sur le portecharbon moteur ; d'où il résulte que son poids est retenu efficacement tant que le crayon a toute sa longueur et appuie sur le disque, et que ce poids est au contraire dégagé quand le soutien inférieur vient à manquer par suite de l'usure de la pointe. Il est intéressant d'observer que la température la plus élevée est au point de contact inférieur ; il en résulte que le charbon aminci par la combustion lente dans l'air est plus aminci vers le bas et

que la taille et la progression du crayon sont encore facilitées par cette circonstance accessoire qui, d'obstacle qu'elle était pour les lampes anciennes, est deyenue une aide pour le système de M. Reynier. A cause de ce fait, on nomme aussi quelquefois les lampes à incandescence avec combustion, lampes à contact imparfait.

Les lampes Reynier présentent une certaine élasticité au point de vue de l'intensité lumineuse, car suivant la puissance du courant qui les traverse et la grosseur des charbons, elles peuvent fournir une lumière variant de quatre à quarante becs Carcel.

Liampe Reynier, modèle 1879. — Dans cette dernière disposition de la lampe à incandescence de M. Reynier, le charbon C (fig. 72), poussé dans le sens de la flèche par un mécanisme quelconque, bute sur le contact en bout B, le contact latéral L, monté à l'extrémité d'un levier, s'appuie sur le charbon par le tirage d'un ressort r et limite entre i et j l'incandescence de la baguette.

Le contact en bout B est monté dans un porte-contact fixé à baïonnette dans la douille inférieure du bec. Pour introduire le charbon dans la lampe, on retire ce porte-contact, qui laisse libre l'orifice du tube ; on pousse le charbon dans ce tube, puis on remet en place le contact en bout, et l'appareil est prêt à fonctionner.

L'incandescence, avons-nous dit, se manifeste en i et j sur une longueur qu'on peut faire varier entre 4 et 8 millimètres. La lumière obtenue est de cinq à vingt becs Carcel par foyer, selon rintensité du courant électrique et la longueur d'incandescence qu'on s'est donnée. Avec une pile de huit éléments Bunsen plats (modèle Ruhmkorff), on produit une lumière équivalente à douze becs Carcel environ. Quand on fonctionne avec des machines magnéto-électriques, on peut produire, par cheval-vapeur, de trois à cinq foyers valant chacun huit à quatorze becs, ce qui fait un rendement de trente à quarante becs Carcel par force de cheval.

Étant donné le bec, il était aisé de Tadapter à des lampes de

formes diverses. M. Reynier a fait des appareils marchant de haut en bas par Faction d'un contre-poids ou d'une poussée hydrostatique, un modèle à barillet fonctionnant dans toutes les positions et un appareil suspendu, le plus simple de tous : c'est celui que nous représentons figure 72.

Fig. 72. — Lampe Reynier (modèle 1879).

Ici la progression du charbon est obtenue par la descente du cylindre/?, qui pèse directement sur la tête du charbon.

Allumeur automatique de M. Reynier. — Lorsqu ou met de huit à douze lampes, en tension, sur une machine Gramme ordinaire, comme dans les applications de la lampe à incandescence Reynier, la suppression accidentelle d'un seul foyer cause l'extinction de tous les autres. On est alors plongé dans l'obscurité, sans savoir, le plus souvent, quel foyer est en défaut. 11 est inutile d'insister sur la gravité d'un pareil accident

dont la fréquence sera proportionnelle au nombre des foyers.

Voici la solution imaginée par M. Reynier pour parer aux inconvénients d'une extinction partielle. Elle repose sur l'emploi d'un relais automatique appelé allumeur^ dont on comprendra aisément le principe en s'aidant de la figure 73.

Le conducteur principal C, C, au lieu de se rattacher directement aux deux bornes de la lampe, vient se fixer sur l'allumeur, où il se dérive en deux circuits d'égale résistance, savoir : la lampe M et une spirale de maillechort R. La dérivation qui passe

Fig. 73. — Diagramme de lallumeur automatique de M. Reynier.

Fig. 74.— Forme pratique de rallumeur automatique de M. Reynier.

par la lampe magnétise un électro-aimant dont la fonction est de rompre, au moyen d'un levier, la dérivation de maillechort, laquelle est refermée automatiquement par le même levier quand l'électro est démagnétisé.

La figure 74 représente l'allumeur sous sa forme pratique. 11 est disposé sur un socle, et se trouve ainsi complètement séparé de la lampe elle-même.

Voici comment fonctionne le système, dans tous les cas qui peuvent se présenter.

l** Les lampes étant toutes garnies de charbon^ on ferme le circuit : le courant se partage pendant un instant entre les résistan-

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ces de maillechort et les lampes ; mais aussitôt les électros sont magnétisés et ouvrent toutes les dériTations des résistances, et les lampes seules restent dans le circuit.

2** Au moment où l'on allume^ une ou plusieurs lampes mmxquent de charbon: les allumeurs des lampes garnies fonctionnent, ceux des lampes non garnies restent fermés sur les résistances, lesquelles remplacent les lampes éteintes sans modifier rintensité du courant, ni le pouvoir éclairant des lampes allumées.

3* Une lampe qui fonctionnait a' arrête parce qu'elle manque de charbon ou par suite dun accident quelconque : Tallumeur qui la commande ferme le circuit de la résistance, et les autres foyers ne sont pas impressionnés.

4* Pendant la marche des autres foyers on regarnit une lampe qui manquait de charbon: le courant se partage, pendant un instant, entre la lampe regarnie et la résistance de son allumeur, dont Télectro, aussitôt magnétisé, ouvre la dérivation de la résistance, laissant la lampe seule dans le circuit.

L'allumeur, on le voit, répond à tous les cas. Il rend les lampes pratiquement indépendantes les unes des autres, et fonctionne sans aucune intervention du lampiste.

Dans une disposition récente, M. Reynier a mis à profit les propriétés des accumulateurs. Il établit en dérivation sur chaque lampe un nombre déterminé d'accumulateurs, trois par exemple. En marche normale, en vertu de la force contre électro-motrice des accumulateurs, il ne passe pas de courant dans leur circuit. Si la lampe s'éteint, le courant traverse la dérivation tout naturellement, sans aucun mécanisme, les accumulateurs fonctionnent comme une résistance équivalente et ne troublent pas le régime général de la circulation électrique.

Lampe de M. ^Werdermann. — La lampe de M. Werderniann reproduit certaines dispositions de la lampe Reynier, mais le point le plus caractéristique consiste dans le renvei*sement de l'appareil.

Dans le premier modèle de M. Richard Werdermann, breveté

quelques mois après le système Reynier, le charbon négatif, placé à la partie supérieure, est constitué par un disque de charbon de grande section, le charbon positif étant un crayon de quelques millimètres de diamètre (quatre millimètres et demi dans le dernier modèle).

Fig. 75. — Lampe Werdermann. Élévation et coupe.

Un simple ressort assure la permanence du contact du crayon avec rélectrode positive : le charbon est poussé par un poids au fur et à mesure de son usure.

La lampe Werdermann produit-elle ou ne produit-elle pas un arc voltaïque ? Telle est la question que Ton pose souvent et qui se réduit à une question de définition. Si Ton entend par arc

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voltaîque un intervalle matériel entre les deux électrodes, intervalle rempli par des molécules gazeuses et des particules de charbon portées à une très haute température, on peut affirmer que la lampe Werdermann ne produit pas d'arc voltaîque. A cause •de la poussée même du charbon, il est impossible qu'il n'y ait pas contact entre le disque et le crayon de charbon, contact que Ton peut rendre d'ailleurs très léger à l'aide du frein employé dans le dernier modèle.

Mais dans les lampes à incandescence avec combustion, la haute température développée par le courant électrique échauffe fortement l'atmosphère qui entoure le point incandescent, en même temps que des particules de charbon détachées de l'électrode positive viennent s'y consumer. Il se produit donc dans €ette partie de la lampe une auréole d'air très chaud, très conducteur, rempli de particules de charbon, en un mot se trouvant exactement dans les mêmes conditions que Marc voltaîque proprement dit.

La réponse du Normand convient donc bien en cette matière, pour couper court à des discussions aussi longues qu'inutiles.

Dans ses nouvelles lampes (fig. 75) l'inventeur s'est attaché à régler la pression du contact latéral sur la tige de charbon d'après la pression que cette tige exerce sur le disque supérieur.

Pour cela, le disque est placé sur un fléau équilibré par un €ontre-poids glissant sur une tige horizontale placée sur la gauche du point de suspension, et fixé en place par une vis. Ce fléau porte un petit bras, placé à l'intérieur du globe, qui vient exercer sur le contact latéral une pression d'autant plus grande que la pression de ce charbon vertical est elle-même plus grande ; cette pression s'oppose au mouvement ascensionnel de la tige de charbon en la coinçant entre deux mâchoires, l'une fixe 6t l'autre mobile.

Ce système forme donc un frein dont l'équilibre dépend du réglage primitif du contre-poids. A mesure que le charbon s'use, la pression sur le disque diminue, le contact latéral se desserre un peu et permet le mouvement ascendant de la tige de charbon.

Cette disposition permet d'obtenir de très légers contacts entre le disque et le crayon de charbon ; la pression n'est jamais assez forte pour produire une rupture de la pointe, l'usure du charbon se produit très régulièrement et la lumière possède une grande fixité.

Ces lampes fonctionnant en tension sur le même circuit, il faut que si Tune d'elles s'éteint, pour une cause quelconque^ elle soit aussitôt mise hors du circuit et établisse une communication directe entre les deux bornes d'entrée et de sortie du courant, pour ne pas provoquer l'extinction de toutes les autres lampes placées dans le même circuit qu'elle.

Ce résultat est obtenu par le levier même qui sert à presser sur le contact latéral. Lorsque le crayon de charbon n'appuie plus sur le disque, ce disque bascule et le levier vient buter contre un arrêt métallique qui établit une communication directe et met la lampe hors du circuit.

Lampe ^Werdermann-Napoli . — Dans le dispositif que nous venons de décrire, les deux mâchoires de Tétau qui constitue le frein s'usent avec le temps à cause du frottement perpétuel du charbon et surtout de la température à laquelle elles se trouvent soumises. Ses bords extérieurs finissent alors par se rejoindre, le charbon ne se trouve plus en contact direct avec les mâchoires, le frein n'agit plus et il peut s'établir un arc voltaïque I entre un point du charbon et l'une des mâchoires, ce qui mettrait bientôt l'appareil hors de service.

Cet inconvénient a été écarté par plusieurs dispositions ingénieuses dues à M. Napoli. Dans l'une d'elles, les mâchoires sont remplacées par deux galets métalliques dont la tranche est moins épaisse que le diamètre du charbon.

Quelle que soit leur usure, ils ne pourront donc jamais se trouver en contact. Le serrage opéré parles galets est encore réglé par la butée du charbon. Dans une autre disposition, où le charbon est descendant, — comme dans la lampe Reynier, — le serrage des mâchoires, formées par deux minces secteurs, est indépendant de la pression du crayon contre la butée. Le poids

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qui provoque la descente des charbons n'agit que par rintermédiaire d*un ressort. Il est aussi garni d'une série de rainures circulaires qui l'empêchent de descendre trop rapidement et forment piston d'air, comme dans la machine pneumatique de M. Deleuil. Le butoir du crayon de charbon est en cuivre rouge.

Lampes diverses. — M. Trouvé a construit un modèle de lampe dans lequel on retrouve le charbon ascendant, le butoir tournant en charbon et la baguette s'usant en bout du système Reynier. En employant des crayons de charbon très fins, on peut produire une lumière de quelques becs Carcel avec dix éléments Bunsen.

Dans la lampe de M. Ducretet, la poussée du charbon s'effectue par une colonne de mercure dans lequel il plonge.

Ce dispositif, assez simple en apparence, présente l'inconvénient de dégager des vapeurs de mercure, malgré toutes les précautions prises pour empêcher la chaleur du charbon incandescent d'arriver jusqu'à sa surface.

Enfin M. Tommasi, en 1879, a combiné, sous le nom de lampe revolver, une lampe Reynier dans laquelle un certain nombre de charbons, de faible longueur, sont disposés en cercle autour d'un tube de fer de 3 centimètres de diamètre et tournant sur un pivot. Un mouvement d'horlogerie met successivement chacun des charbons dans le circuit, ce qui donne à la lampe une certaine durée. Nous devons signaler aussi la lampe de M. Joël qui présente de grandes analogies avec la lampe Werdermann, sans perfectionnements bien importants.

Les lampes Reynier, Werdermann-Napoli et Joël sont les seules lampes à incandescence avec combustion qui ont fonctionné à l'Exposition d'électricité.