LA DISTRIBUTION DE L'ÉLECTRICITÉ

La physique moderne a établi sur des bases désormais indiscutables Yunité des forces physiques et la conservation de fénergie. Les phénomènes électriques et les transformations des effets électriques en effets calorifiques, mécaniques ou chimiques sont une preuve nouvelle de l'exactitude de ce principe.

Pour être complète, la quatrième partie de cet ouvrage, consacrée aux applications mécaniques de Télectricité, devrait aussi englober la télégraphie.

Il y a en effet une liaison beaucoup plus grande qu'on ne pourrait le croire tout d'abord entre la télégraphie et les effets mécaniques électriques. Un télégraphe Morse, par exemple, n'est autre chose qu'un moteur électrique mis en mouvement par une source placée souvent à une très grande distance et produisant, dans la plupart des cas, des mouvements mécaniques.

Dans le télégraphe à cadran^ ce mouvement est un mouvement de rotation^ mais discontinu. Il va sans dire que l'énergie mise en jeu est très faible et n'est utilisée qu'à la production de signaux et à la mise en mouvement d'appareils relativement délicats et très légers. Nous devrions donc commencer l'étude des

moteurs électriques par celle des télégraphes, mais comme un volume spécial de la Bibliothèque de la Nature sera prochainement consacré à cette étude spéciale, nous y renvoyons le lecteur ; la place nous aurait d'ailleurs fait défaut pour traiter la question, même d'une façon succincte. Nous ne nous occuperons donc ici que des moteurs électriques et des transmissions de forces à distance dans lesquelles on cherche à produire non plus des signaux et des actions discontinues, mais un travail continu et d'une certaine importance.

Lorsqu'on veut produire de la force motrice à l'aide d'un moteur électrique, il faut d'abord s'occuper de produire rélectricilé, et en second lieu envoyer cette électricité dans un récepteur qui la transforme en force motrice. Ce sont donc deux questions qu'il faut examiner séparément.

Les sources d'électricité. — On n'a pas pu songer à la création d'un moteur électrique pouvant produire un travail appréciable avant l'invention de la pile de Grove^ sous réserve de quelques tentatives antérieures dont nous parlerons tout à l'heure. La mémorable expérience de Jacobi faite sur la Neva, en 1839, avec une pile Grove de 120 éléments, montra qu'on pouvait produire électriquement une certaine quantité de travail. A cette époque on connaissait mal le rendement des piles et encore plus mal le mode d'utilisation et de transformation de l'énergie électrique en travail mécanique.

Aujourd'hui les nombreux travaux qui ont été faits sur les piles voltaïques permettent de déterminer exactement le travail maximum disponible d'un élément donné, et la fraction de ce travail utilisable, suivant les conditions relatives de la pile, du circuit et du moteur.

Une pile donnée peut être comparée à une chûle d'eau : elle fournit, comme cette dernière, un certain volume débité à une certaine pression pendant l'unité de temps. Le volume c'est la

quantité d'électricité que la pile peut fournir, la pression c'est sa force électro-motrice. Le travail maximum que peut fournir une chute d'eau pendant Tunité de temps est égal au produit du volume d'eau débité par la hauteur de chute. De même, le travail maximum que peut fournir une pile est égal au produit de la quantité d'électricité par la force électro-motrice.

Il y a donc déjà une limite théorique qu'on ne saurait dépasser, et encore bien moins atteindre, car il faut tenir compte des pertes de courant dans les conducteurs, de réchauffement des fils, et du rendement du moteur, rendement qui varie avec sa vitesse, et qui modifie dans de très grandes proportions le rapport entre l'énergie électrique dépensée par la source et le travail mécanique produit. Ajoutons encore que la pile consomme un combustible très cher, le zinc, et qu'elle ne le consomme que très lentement.

Il en résulte que la pile considérée au point de vue de l'énergie électrique mise en jeu est très dispendieuse, très lourde et très encombrante. On s'explique maintenant pourquoi les moteurs électriques mis en mouvement par des piles, — quel qu'en soit le système, — n'ont pas donné jusqu'ici les résultats qu'on en attendait au début. Aussi les moteurs électriques alimentes par des piles n'ont-ils reçu jusqu'ici qu'un petit nombre d'applications, pour produire des forces ne dépassant pas quelques kilogrammètres.

Nous en citerons quelques cas.

Si l'on se sert des accumulateurs électriques comme source d'électricité, le problème se pose d'une manière différente.

Lorsqu'il s'agit de très petites forces fonctionnant à des intervalles irréguliers, avec de longs repos, et ne représentant, en somme , qu'une somme minime d'énergie , une machine à coudre, par exemple, il est possible d'employer les accumulateurs. Cent kilogrammes d'accumulateurs alimenteront une machine à coudre pendant une semaine, avec un travail moyen de deux à trois heures par jour. En chargeant ces accumulateurs avec des machines dynamo-électriques, et en les portant tout

chargés à domicile, on entrevoîl un mode de fonctionnement, sinon économique, du moins acceptable, en attendant la distribution de Télectricité à domicile, dont nous parlerons plus loin. Les accumulateurs pourront aussi servir pour utiliser à volonté des forces naturelles variables à chaque instant comme le vent et les marées, ils joueront à la fois le rôle de réservoir et de régulateur. Mais il s'agit alors de transport et de distribution de force à distance, et non plus d'un moteur alimenté par une source électrique, et nous renvoyons Texamen de ce cas à la distribution de rélectricité.

Les moteurs électriques. — Si Ton en croit M. Figuier, la première tentative faite pour créer un moteur électrique remonte à Tannée 1831 et est due à Tabbé Salvator del Negro^ de Padoue. On ne connaissait à cette époque que les piles à un seul liquide, et le moteur de l'abbé del Negro n'a pas dû donner de bien grands résultats, ne fût-ce qu'à cause de l'inconstance de la source. L'invention de la pile de Grove, en 1839, en mettant entre les mains des chercheurs une source électrique relativement puissante, fut Torigine de nouvelles tentatives. L'expérience de Jacobi sur la Neva est la première en date. En 1840, MM. Patterson présentèrent à l'Académie des sciences un moteur électrique qui devait servir à l'impression d'un journal hebdomadaire, et qui ne servit en réalité à rien du tout. En 1842, un Anglais, Davidson^ aurait, dit-on, fait marcher une locomotive de huit tonnes à une vitesse de huit kilomètres à l'heure sur la ligne d'Edimbourg à Glascow, mais la réalité de ce fait est aussi peu prouvée que l'annonce faite par Page^ en 1850, d'un moteur pouvant produire cinq chevaux.

Un très grand nombre de moteurs imaginés depuis l'expérience de Page ont été décrits dans VExposé des appliccttiom de C électricité, de M. du Moncel. Ces moteurs ne présentent d'ailleurs qu'un intérêt purement rétrospectif. En réalité, aucun d'eux n'a fourni un travail supérieur à quatre kilogrammètres ; on peut les considérer seulement comme des jouets électriques.

Aujourd'hui, grâce à une étude plus complète des phénomènes

qui se produisent dans le fonctionnement des moteurs, on est arrivé à les perfectionner, à les simplifier et à augmenter beaucoup leur rendement.

Ainsi, par exemple, on a fait disparaître les moteurs à mouvements de va-et-vient qui se prêtaient assez mal aux grandes vitesses. Les moteurs électriques modernes sont tous rotatifs.

Pour les petites puissances, la partie mobile est une bobine Siemens en double T ; dès qu'il s'agit de produire plus de dix kilogrammètres, on emploie avec plus d'avantages les machines dynamo-électriques à courants continus.

Moteur électrique de M. Marcel Deprez. — L'appareil

Fig. 123. — Moteur maguéto-électrique de M. Marcel Deprez.

représenté figure 123 n'est autre chose qu'une bobine de Siemens se mouvant entre les branches d'un aimant. En disposant la bobine longitudinalement entre les branches de l'aimant au lieu de la placer transversalement, comme le faisait M. Siemens dans ses machines, M. Deprez utilise toute la puissance de l'aimant et rend le moteur plus léger et moins coûteux à puissance égale. Le courant de la source arrive aux coquilles du commutateur par deux balais formés de fils de laiton très fins comme dans la machine Gramme. Le courant qui traverse la bobine change à

chaque demi-tour, au moment où les pôles qu'il détermine passent devant ceux de Taimant. Les pôles de même nom se repoussent, ceux de nom contraire s'attirent et la bobine prend un mouvement de rotation dépendant du sens du courant qui la traverse. Les balais sont montés sur un support pourvanl tourner autour de Taxe de la bobine. On peut changer ainsi le calage du commutateur et la vitesse du moteur suivant l'efifort qu'il doit produire. Le modèle de la figure 123 porte un aimant de 1700 grammes, la bobine pèse 400 grammes et le poids du moteur complet n'atteint pas quatre kilogrammes. A la vitesse de trois mille tours par minute, il développe 2, 5 kilogrammètres avec huit éléments Bunsen plats, modèle Ruhmkorff. Lorsque la vitesse tend à devenir trop grande, un petit ressort, en communication fixe par une de ses extrémités avec un des bouts du fil de la bobine et venant s'appuyer par son autre extrémité sur une des coquilles du commutateur, s'écarte par l'effet de la force centrifuge. Le circuit est rompu et reste ouvert jusqu'à ce que la vitesse redevienne normale. En pratique, les ruptures et les fermetures de circuit se produisent assez rapidement pour que les variations de vitesse ne dépassent pas i^ de la vitesse normale.

Moteur de M. Trouvé. — Le moteur de M. Deprez est magnéto-électrique, celui de M. Trouvé est dynamo-électrique. La bobine Siemens se meut entre les branches d'un électro-aimant plat en U ; les faces extérieures de la bobine sont un peu excentrées, ce qui a fait disparaître le point mort. M. Trouvé a disposé son moteur sur le gouvernail d'un petit canot: les cordes qui dirigent le gouvernail servent en même temps de conducteurs, le courant est fourni par une pile à treuil au bichromate de potasse placée au milieu du canot. L'hélice actionnée par le moteur est placée sur le gouvernail, et tourne avec lui, aussi le canot évolue-t-il avec la plus grande facilité.

Le moteur de M. Trouvé a été aussi appliqué par M. Journaux à une machine à coudre ; il est alimenté par trois accumulateurs Faure.

Le moteur (fig. 124) est placé verticalement; son arbre porte

LES MOTEURS ELECTRIQUES. 303

une poulie garnie de caoutchouc qui s'applique contre le volant de la machine et Tentratne. On règle la pression de la poulie contre le volant à l'aide d'un ressort. Pour rendre à la machine son indépendance, il suffit de manœuvrer un petit levier en

Fig. 134. — Moteur de M. Trouvé appliqué à une machine à coudre.

équerre qui éloigne le moteur, il n'y a plus alors contact entre la poulie et le volant, la machine peut marcher à la pédale, ce qui est fort utile si les accumulateurs ne sont plus chargés, pour une cause quelconque. Le commutateur pour la mise en marche et l'arrêt se manœuvre avec la pédale.

On règle la vitesse en exerçant une pression plus ou moins grande sur la même pédale. Cette pression a pour effet d'exercer une tension graduée sur une chaîne composée d'un certain nombre de maillons en argent, intercalée dans le circuit du moteur et de la source électrique. On obtient ainsi une série de contacts microphoniques (fbntla résistance plus ou moins grande influe sur l'intensité du courant et par suite sur la vitesse de la machine. Cette disposition ingénieuse est due à M. E. Reynier.

Moteur de M. Griscom. — Il a été spécialement combiné pour actionner des machines à coudre. Sa longueur ne dépasse pas 10 centimètres et son poids 1150 grammes.

Il se compose (fig. 125), en principe, d'une bobine de Siemens tournant entre les deux pôles d'uYi électro-aimant annulaire à points conséquents ; elle est ainsi entièrement renfermée dans l'inducteur qui la protège. Toutes les pièces sont en fonte malléable dont la force coercitive est aussi faible que celle du fer doux. Ce moteur se fixe très simplement sur toutes les machines déjà existantes à l'aide d'un petit support droit ou en équerre et un petit écrou à oreille placé à la partie inférieure.

Le générateur électrique employé par M. Griscom est une pile au bichromate de six éléments. La vitesse du moteur se règle en plongeant plus ou moins les éléments dans le liquide à l'aide d'une pédale placée sur le côté de la boîte qui contient les éléments : une seule charge suffit, d'après M. Griscom, pour cffectuer de 300 à iOOO mètres de couture, soit en quinze jours, soit en six mois, à intervalles irréguliers.

Il serait trop long d'examiner tous les modèles de petits moteurs qui ont figuré à l'Exposition d'électricité. Jusqu'à nouvel ordre, le développement de leurs applications nous parait entièrement subordonné à la distribution de l'électricité.

Les moteurs à bobines de Siemens et leurs modifications multiples peuvent rendre des services, lorsqu'il s'agit de produire des moteurs de faible puissance et d'une construction économique. Us présentent cependant un inconvénient de nature à limiter leur emploi aux petites forces. Dans ces moteurs, le courant fourni parla source électrique n'est pas continu, il est interrompu au moment où le courant change de sens dans la bobine, ou bien, si les coquilles du commutateur sont très rapprochées, il s'établit une communication directe par les balais à chaque demitour plaçant ainsi la source électrique en court circuit ei augmentant la dépense à l'instant même ou elle ne produit pas de travail. Dans l'un et l'autre cas, la discontinuité d'action est défavorable au rendement, aussi tous les moteurs que nous avons signalés jusqu'ici sont-ils inférieurs, au point de vue du rendement, aux machines électro-dynamiques fonctionnant comme électro-moteurs.

L'avantage des machines dynamos ou continues sur les moteurs à bobine Siemens est d'ailleurs reconnu par tous à l'heure actuelle, et M. Gramme étudie des petits modèles de ses machines dynamo-électriques disposées spécialement pour la production de petites forces motrices.

Fig. 125. — Moteur électrique de M. W. Griscom.

Réversibilité des machines électro-dynamiques. —

Nous savons qu'en mettant en mouvement une machine électrodynamique, elle produit un courant électrique. Inversement, si on fournit un courant électrique à une machine électro-dynamique, elle se mettra en mouvement.

Dans le premier cas, le travail se transforme en électricité, dans le second, c'est l'électricité qui se transforme en travail. On exprime ce fait en disant que les machines électro-dynamiques sont réversibles. Il en résulte que, puisque les machines dynamoélectriques à anneau de Gramme engendrent un courant continu,

Hospitalier. — Electricité. 2* édition. 20

elles dépenseront aussi un courant continu et se trouveront dans les meilleures conditions pour bien utiliser le courant fourni d'une façon continue par la source électrique.

Le principe de réversibilité, introduit par Garnot dans la science, a permis de réaliser la transmission de la force à distance par l'électricité dans des conditions de simplicité et d'économie dont on apprécie encore à peine les avantages.