LA. TRANSMISSION DE LA FORGE A DISTANCE

On a souvent intérêt à transmettre à distance une force produite en un point donné, soit pour l'apporter du point de production au point de consommation, soit pour la répartir en un certain nombre de points par portions égales ou inégales, soit enfin pour la distribuer d'une façon générale et l'utiliser à un grand nombre d'applications.

L'air comprimé, les canalisations de vapeur ou de gaz d'éclairage, les distributions d'eau, les câbles télédynaniques, les arbres de transmission dans les grands ateliers, résolvent en partie le problème dans des cas particuliers ou spéciaux ; aucun de ces modes de transport n'apporte une solution aussi générale que l'électricité qui, à l'aide d'organes d'une extrême simplicité, peut produire, suivant les besoins, de la chaleur, de la lumière, de la force motrice ou des actions chimiques.

Nous examinerons seulement ici le cas d'une transmission de force à distance et les applications dont la solution est susceptible. Les autres cas font partie de la distribution de l'électricité.

La transmission de la force à distance est fondée sur le principe de la réversibilité des machines magnéto et dynamo-électriques. Ce principe peut s'exprimer ainsi d'une façon simple :

Toute machine qui produit de F électricité en dépensant du travail petite inversement^ produire du travail en dépensant de télec-tricité.

Lés applications du transport électrique de la force à distance

LR TRANSPORT DE hk FORCE. 307

au labourage, à la traction des véhicules, à Télévatioa des eaux, au percement des roches, à tamise en action des machines-outils dans les ateliers, etc., sont toutes fondées sur ce principe général. Toutes les machines à courants continus permettent d'effectuer ce transport, dans des conditions économiques qui dépendent des éléments de fonctionnement des machines, de la quantité de travail transmise, delà vitesse des machines, etc.

Pour fixer les idées, prenons le cas le plus simple, une machine magnéto-électrique génératrice, mise en mouvement à une vitesse constante^ par un moteur hydraulique ou à vapeur, reliée par un conducteur à une seconde machine réceptrice fonctionnant comme moteur.

Supposons d'abord que la résistance du conducteur interposé soit négligeable, et augmentons-la par la pensée en éloignant le moteur. Le générateur développe une certaine force électro-motrice E. Le récepteur développe par sa rotation une force contre-électro-motrice E', en sens inverse de celle du générateur. Ceci admis, on démontre que si on éloigne les deux machines, le rendement, c'est-à-dire le rapport entre le travail dépensé et le travail produit, est constant, quelle que soit la résistance du conducteur interposé. L'allongement du conducteur influe seulement sur la quantité de travail dépensée et la quantité de travail produite, sans changer leur rapport.

Pour transmettre à une distance plus grande la même somme de travail, il faut augmenter les forces électro-motrices des deux machines. En pratique on n'est limité que par l'isolement des fils sur les lignes et dans les machines.

M. Marcel Deprez a démontré qu'avec deux machines dynamoélectriques identiques, à fil fin, la première produisant une force électro-motrice de 7000 volts et dépensant une force de 16 chevaux, il serait possible de recueillir sur la seconde, à 50 kilomètres de distance, en employant comme conducteur un fil de fer de 4 millimètres de diamètre, une force de dix chevaux. Le rendement serait alors de 65 p. 100.

Plus récemment, M. Maurice Lévy^ en étudiant les résistances relatives qu'il convient de donner aux deux machines est arrivé à un rendement de 75 p. 100 pour la même distance et la même force électro-motrice initiale du générateur.

Il résulte de ces calculs que le transport électrique de la force a distance est réalisable aujourd'hui dans des conditions aussi économiques qu'on peut le désirer, et l'on ne tardera pas certainement à s'en servir pour l'utilisation des sources naturelles de travail inutilisées jusqu'ici.

11 ne s'agit pas encore, à notre avis, d'utiliser les chutes du Niagara, et de répandre le formidable travail qu'elles représentent sur une partie de l'Amérique ; mais réalisé dans des proportions plus modestes, le système de transmission des forces naturelles à distance par l'électricité rendra de sérieux services aux industries voisines des grandes chutes d'eau, des fleuves, des rivières, etc.

Les applications de l'électricité comme mode de transport de la force à distance ont précédé d'ailleurs de beaucoup Fidée de leur emploi à l'utilisation des forces naturelles. On s'en est servi déjà pour transporter à distance des forces produites en un point donné par un moteur à gaz ou à vapeur. Nous parlerons des plus importantes de ces applications.

Sans vouloir examiner ici à qui revient l'idée d'appliquer le principe de la réversibilité des générateurs électriques au transport de la force à distance, on peut certifier que la première application en a été faite par M. H. Fontaine^ en 1873, à l'Exposition de Vienne, à Taide de deux machines de Gramme dont l'une, le générateur, était actionnée par la transmission générale de l'Exposition, et dont l'autre, recevant le courant produit par la première, mettait en mouvement une pompe rotative placée dans l'annexe. D'autres applications furent ensuite faites dans l'atelier d'artillerie de Saint-Thomas d'Aquin, chez M. Cadiat^ etc.

MM. Chrétien et Félix^ se servirent en 1878 de machines Gramme pour décharger àt& bateaux et charger des wagons, la

K. Ilo

l'L IV. |Mf.r :]m.

source électrique étant placée à 100 mètres de Fappareil de déchargement, etc.

Labourage électrique. — Cette application faite par MM. Chrétien et Félix a été expérimentée publiquement à Sermaize le 22 mai 1879; la planche IV représente les dispositions principales de cette intéressante expérience.

Deux treuils à quatre roues placés de chaque côté du champ à labourer reçoiyent l'électricité de Fusine, fournie par des machines Gramme à l'aide de fils, conducteurs.

Un commutateur envoie Télectricité tantôt à un treuil, tantôt à l'autre. Ces treuils sont mus chacun par deux machines Gramme ; chacune d'elles présente une poulie enveloppée d'un anneau de caoutchouc qui presse contre un volant à surface polie et l'entraîne, la pression entre le volant et l'anneau est réglée par un ressort relié aux supports mobiles de la machine Gramme. Les treuils commandent tour à tour une charrue à quatre socs dont deux travaillent dans chaque sens, le câble de fils d'acier qui la tire s'enroulant d'un côlé lorsqu'il se déroule de l'autre et inversement.

Lorsque le double sillon est tracé, les deux treuils sont déplacés en changeant, par un embrayage, la commande des machines Gramme qui agissent alors sur le train d'arrière du chariot.

On aura intérêt à appliquer ce procédé lorsque, comme dans l'usine électrique de M. Menier, à Noisiel, une chute d'eau fournira économiquement la force motrice, et qu'on voudra utiliser le travail mécanique disponible dans ces conditions au labourage et à tous les autres travaux d'agriculture. Aux environs de certaines usines, les sucreries par exemple, dans lesquelles les moteurs à vapeur chôment une grande partie de l'année, on aura aussi intérêt à employer le labourage électrique pour utiliser les moteurs. Dans le cas où l'installation des machines serait spéciale à ces applications, l'avantage, possible dans certains cas exceptionnels, nous parait très problématique en général.

La traction électrique des chemins de fer aériens et souterrains dans les grandes villes. — La traction élec-

3iO

trique des chemins de fer dans lesyilles est étroitement liée à celle de la distribution de Télectricité à l'aide d'usines centrales convenablement réparties en certains points. Les premières expériences faites à Berlin, en 1879, par M. Werner Siemens montrent que la question est pratiquement résolue. Un projet d'établir un chemin de fer électrique traversant la ville de Berlin a été soumis à l'administration; les raisons qui l'ont fait rejeter sont étrangères à la science. Le premier chemin de fer de démonstration a été construit à Berlin en 1879. La locomotive (fig. 126) remorquait trois petits wagons chargés de six personnes chacun. La

Fig. 12C. — Coupe longitudinale de la locomotiTe du premier chemin de fer électrique ayant fonctionné à Berlin en 1879.

locomotive recevait le courant par un rail centrai isolé sur des traverses de bois et des balais composés de petits fils de cuivre placés sur le remorqueur et venant s'appliquer contre le rail central sur ses deux faces latérales. Ce rail est relié au pôle positif du générateur mis en mouvement par un moteur à vapeur, les rails ordinaires étant reliés au pôle positif.

La locomotive se compose d'une machine dynamo-électrique de Siemens transmettant le mouvement aux roues par une série d^engrenages (fig. 126) ; un commutateur à la portée de la main du conducteur assis sur la machine sert à la mise en marche et

LE TRANSPORT DE LA FORCE. 3ii

à l'arrêt. A une vitesse de 3, 5 mètres par seconde, la locomotive produisait un travail effectif de trois chevaux.

Le premier petit chemin de fer établi à Berlin, a fonctionné ensuite en 1880, à l'Exposition de Bruxelles, puis à celle de Milan : il est installé actuellement au Palais de Cristal, à Londres.

Depuis le mois de mai 1881, il existe à Berlin un chemin de fer électrique plus important qui fait un service public entre Lichterfelde et l'école des Cadets, sur une longueur de plus de deux kilomètres. Le véhicule est une voiture automobile présentant l'aspect d'un tramway sans impériale et pouvant transporter 20 voyageurs.

La transmission du mouvement aux roues se fait à l'aide de poulies et de cordes en acier, le courant arrive à la machine par les rails et les roues, le véhicule se meut en avant ou en arrière indistinctement. La manœuvre se fait par un simple commutateur placé sous la main du conducteur avec le frein et le timbre à signaux. Une seule personne suffit pour percevoir le prix des places et manœuvrer l'appareil. La vitesse moyenne est de 15 kilomètres à l'heure, la vitesse maximum 20, mais il est possible de dépasser beaucoup nette vitesse.

On devine les avantages que présente la traction électrique sur la traction par machines à vapeur dans les grandes villes. La force étant produite par des machines fixes et puissantes coûtera moins cher qu'avec les locomotives, malgré les pertes inévitables causées par les conducteurs et les transformations.

La traction électrique se prête merveilleusement aux installations souterraines ou suspendues, car elle supprime radicalement la fumée, la vapeur, les escarbilles, la mauvaise odeur, l'insalubrité des tunnels si l'on est en souterrain, les dangers d'incendie si l'on est en chemin aérien.

L'électricité se prête ainsi à la traction des tramways, et l'Exposition d'électricité nous en a montré la première application.

Le frontispice de cet ouvrage représente le premier tramway électrique établi entre la place de la Concorde et le Palais de l'Industrie.

Les rails d'un tramway devant être disposés à fleur du sol ne peuvent servir de conducteurs. On ne peut même pas employer les rails comme fils de retour, car la boue en se collant aux rails et aux jantes des roues, isole électriquement le véhicule du conducteur. On a donc disposé sur le côté de la voie deux tubes en laiton de 22 millimètres de diamètre, suspendus à une certaine hauteur et soutenus par une série de poteaux. Ces deux tubes isolés entre eux communiquent avec les deux pôles de la machine génératrice. Ils sont fendus à la partie inférieure sur une largeur d'environ un centimètre.

Fjg. 127. — Chariot amenant le courant au tramway.

Dans ces tubes, glissent deux chariots identiques en communication avec la voiture à Taide de conducteurs souples.

La figure 127 représente l'un de ces chariots. 11 se compose d'un châssis rectangulaire portant en son milieu une roulette dont la gorge R est demi-cylindrique et vient s'appliquer contre la partie extérieure du tube conducteur C. Dans ce tube glisse un noyau cylindrique de 13 centimètres de longueur sur lequel sont fixées, à ses extrémités, deux tiges verticales A, B qui supportent la roulette ou galet. Deux ressorts poussent le galet contre le tube en s' appuyant sur ces tiges verticales et maintiennent un contact élastique entre le tube et le galet. Le chariot peut donc se déplacer; le galet roule contre le tube, le noyau glisse dans l'intérieur,

sans que la communication cesse d'être, sinon parfaite, du moins très suffisante pour la pratique. On aperçoit seulement de temps en temps c(uelques étincelles au moment où les chariots passent aux points d'assemblage des tuyaux ; ces étincelles sont dues à des

Fig. 128. — Machine Gramme pour lumière électrique et transport de force motrice

à distance.

ressauts qui produisent des petites ruptures de courant instantanées sans importance pour le fonctionnement régulier du système. L'expérience montre que l'usure n'affecte presque pas les tubes et se reporte à peu près sur le noyau placé dans le tube, mais rien n'est plus facile que de remplacer ce noyau. Le courant

3i4 LA PHYSIQUE MODERNE.

arrive à la machine de la voiture par le conducteur en cuivre F. La traction du chariot s'exerce par les cordes D ou D', suivant le sens de translation du véhicule.

Au point de vue des applications de la traction électrique dans les villes, les tramways électriques ne seront employés que dans

Fig. 129. — Machine Gramme pour le transport delà force à distance.

des cas très particuliers. On leur préférera presque toujours les chemins de fer suspendus qui ont l'avantage de dégager les voies et de diminuer leur encombrement partout où on les rétablira. Plusieurs projets sont étudiés dans ce but. Celui de M. Siemens, de Berlin, qui propose de placer les voies en bordure sur les trotloirs, et celui de M. Chrétien, qui propose de placer une voie double au milieu de la chaussée en la supportant de distance en

distance par des piliers, sont ceux qui présentent le plus de chance de succès dans les grandes villes où le développement du réseau des égouts, des tuyaux d'eau et de gaz, s'opposent à la création de chemins de fer souterrains.

Applications diverses. — Nous venons d'examiner rapidement deux applications importantes du transport de la force à distance: le labourage et la traction des chemins de fer dans les villes. L'Exposition nous en a montré plusieurs autres. Nous citerons le percement des roches, soit par percussion, soit par rotation, le havage pour l'exploitation des minerais et des carrières, l'élévation des eaux, à l'aide de pompes rotatives Greindl et Dumont, les ascenseurs électriques, la manœuvre à distance des ventilateurs installés pour l'aération des salles de téléphones, etc., etc.

Suivant la puissance à transmettre et la nature des travaux à effectuer, on modifie les formes et les dimensions des machines.

Les figures 128 et 129 représentent deux nouveaux types construits par M. Gramme pour répondre à des besoins divers. Le premier type (fig. 128), qui se prête aussi bien à l'éclairage qu'à la force motrice, est à inducteurs plats. Ses dispositions de détail ont été étudiées pour en faire une machine simple, rustique, facile à manœuvrer, à entretenir ou à remplacer.

Le second type (6g. 129), plus puissant, et qui est celui installé sur le treuil à labourage de M. Félix, se compose d'un cadre en fonte très solide servant de bâti et protégeant tous les organes contre les chocs extérieurs et les dislocations intérieures. La machine est à quatre pôles et à quatre balais. Elle pèse 500 kilogrammes et permet de transporter à distance une force utilisable de 5 à 8 chevaux.

En disposant deux ou quatre machines, on peut transporter ainsi quinze ou trente chevaux à plusieurs kilomètres de distance avec un rendement qui dépasse pratiquement 50 p. 100.

On peut donc dire dès aujourd'hui qu'il n'y a pas d'autre limite au transport de la force motrice à distance par l'électricité

3i6 LA PHYSIQUE MODERNE.

que celle même des applications dont ce transport est susceptible. La question se réduira dans chaque cas à un simple calcul pour déterminer s'il est plus économique d'aller recueillir une force motrice à distance produite à bon marché et l'amener au point de consommation, ou s'il vaut mieux, au contraire, la produire sur place à l'aide des moteurs connus.

LA DISTRIBUTION DE L'ËLECTRICITâ.

La variété infinie des applications auxquelles se prête si facilement le courant électrique donne chaque jour une importance plus grande à la question relativement nouvelle dont nous voulons présenter en quelques pages l'état actuel et l'avenir qui lui est réservé.

On sait avec quelle facilité l'énergie électrique produit, suivant les besoins, de la lumière, du travail, des efiTets chimiques et même de la chaleur, surtout les hautes températures.

S'il était possible de distribuer facilement à chacun cette énergie en quantités quelconques, utilisable à chaque instant et à volonté, comme on distribue aujourd'hui l'eau et le gaz, on verrait bientôt s'accroître avec une rapidité sans précédent dans l'histoire le nombre de ses applications. Le problème est cependant soluble, il est même résolu. On a d'abord formulé des ébauches de solution, puis des solutions plus parfaites, et enfin des solutions complètes, à la veille de recevoir une réalisation pratique sur une certaine échelle.

Qu'il nous soit permis de rappeler ici avec quelle incrédulité fut accueillie une conférence faite par l'auteur de ce livre sur La distribution de P électricité à domicile, à la salle Pierre-Petit, le 23 mars 1879, à une époque où bien peu de physiciens croyaient à la réalisation d'idées aussi chimériques en apparence. Ce sera une preuve nouvelle de la marche rapide des progrès de la science électrique.

Dans le cas le plus général, le problème se résume à établir