CHAPITRE WIII

FAlUilCATTON DE l’iIYDROGÈAE ^

§ I . Considérations générales. — État de rindustrie pour le gaz d’éclairage et pour l’hydrogène. — § 2. De la classification des méthodes de production. — § 3. Procédés acide-métal. — Action de l’acide sulfurique et du fer. — Méthode des tonneaux. — Méthode par circulation; appareil Renard. — Épuration chimique. — Épuration par le froid. — Fin de l’opération. — Volume du générateur. — § 4. Méthodes par voie sèche. — Décomposition de Veau par le fer rouge. — Appareil de Goutelle et Conté. — Procédé Giffard. — , Procédé Strache au charbon de bois. — Appareils Howard Lane et Dellwick- Ileischer. — 5. Décomposition de la vapeur par le charbon.

— Procédé Hembert et Henry. ' — Procédé Strache au coke. Société du carbonium. — § 6. Décomposition des hydrocarbures. — Procédé Rincker-Wolter. — .§ 7. Décomposition de Veau par les métaux. — Zinc antimonié ou cuivré. — Chaux et zinc. — Métaux alcalins. — Aluminium et soude caustique-

— Aluminium et sel de mercure. — Silicium. — § 8. Emmagasmement de l’hydrogène par absorption dans une substance appropriée. — Gazéine , salin (Renard); hydrure de calcium.

— § 9. Traitement des hydrocarbures par les grands froids^

— 10. Procédés électrolytiques. — Leurs avantages. — État

industriel de la question. — Aperçu théorique. — Inconvénients du voltamètre de laboratoire. — Conditions industrielles. — Voltamètre de Renard. — Appareils Garuti, Schmidt, etc. — Prix d’établissement d’une usine. — Prix de revient. — 11. Transport de l’hydrogène comprimé.

§ I. — Considérations générales.

Etat de l’industrie pour le gaz d’éclairage et pour l’hydrogène. — Tandis que la fabrication

^ G. Espitallier, 4. — Moedebeck , 1.

du gaz d’éclairage est depuis longtemps l’objet d’une industrie régulière et à peu près partout répandue, de telle sorte qu^il semble inutile ici de décrire ses procédés, la production de l’hydrogène peut encore être considérée comme exceptionnelle, au contraire. Elle n’a j)oint donné lieu à une industrie bien assise et en possession de méthodes absolument consacrées par une longue expérience. Il en résulte que les procédés usités à ce jour sont encore susceptibles de perfectionnements et qu’on ne saurait en examiner un, à l’exception de tous les autres, sous prétexte qu’il serait le plus avantageux à J'beure actuelle, parce cjue d’heureux progrès réalisés dans une autre voie peuvent du jour au lendemain faire pencher la balance d’un autre côté.

D’autre part, il est inutile de rappeler l’importance de l’hydrogène dans la praticpie aéronautic|ue. Employé concurremment avec le gaz d’éclairage pour le gonflement des ballons, ses avantages sont tels, qu’on ni accorderait une préférence exclusive s’il ne coûtait jias plus du double, les forces ascensionnelles des deux gaz étant elles-mêmes sensiblement dans le rapport de I à 2 , et si l’on était assuré de pouvoir s’en procurer partout, comme il arrive pour le gaz d’éclairage, dont les villes de moyenne importance sont elles -mêmes pourvues.

Malheureusement les applications aéronautiques a elles seules ne suffiraient pas à justifier la création de nombreuses usines, convenablement disséminées. Si ces applications exigent à un moment donné et sur un point déterminé de très grandes quantités de gaz, les occasions de gonflement sont encore rares et intermittentes, et il serait nécessaire d’assurer a riiydrogène, en

FABRICATION DE L’HYDROGENE

fabrication régulière, des débouchés industriels qu’il n’est pas téméraire de prévoir assurément, dans la métallurgie, par exemple, mais qui pourtant font à peu près totalement défaut jusqu’ici.

Néanmoins certaines fabrications qui donneraient l’hydrogène comme sous -produit seraient particulièrement avantageuses, si l’on possède un moyen commode de transport. La production de l’oxygène par électrolyse de l’eau est dans ce cas. Toutefois les applications industrielles de l’oxygène même ne sont pas à ce point généralisées , que l’on trouve un grand nombre d’usines susceptibles de fournir ce gaz , et par conséquent l’hydrogène. Depuis quelque temps , d’autres industries chimiques semblent devoir constituer une véritable source d’hydrogène à bon marché. Ce gaz s’y trouve à l’état de sous -produit notamment dans le traitement électrolyticjue du chlorure de sodium, pour en extraire l’hydrate de soude, ou dans la préparation des chlorates.

C’est ainsi que l’usine de Griesheim, près de Francfort-sur-Mein , où l’hydrogène de la production journalière est emmagasiné sous pression dans des bouteilles d’acier, tient en permanence à la disposition des services aéronautiques une réserve considérable.

En France, une usine analogue s’est établie à la Motte-Breuil , près de Compiègne, et peut livrer l’hydrogène à o fr. 20 le mb II convient toutefois d’y ajouter les frais de compression dans des réservoirs d’acier, quand l’hydrogène n’est pas utilisé sur place.

§ 2. — De la clas S iji cation des méthodes de production.

On peut dire que les principaux procédés qui ont pour but la production de Fhydrogène reposent, directement ou indirectement, sur la décomposition de l’eau en ses deux éléments, — oxygène et hydrogène, — soit que l’oxygène mis en liberté se trouve recueilli et utilisé, soit que ce gaz se trouve fixé à l’état d’oxyde et perdu pour le rendement industriel.

Les méthodes actuellement connues peuvent être rangées sous les rubriques siiivantes :

i"" Décomposition de Veau, concomitante à h action réciproque d'un acide et d'un métal. — Point de départ : la méthode des tonneaux du physicien Charles, en 1784- Transformation et perfectionnements : les appareils à circulation actuellement usités et qui sont dus au colonel Renard ;

2"" Décomposition de l'eau passant à l’état de vapeur sur un corps oxydable chauffé au roiuje. — Point de départ : appareil de Coutelle et Conté a rognures de fer, en 179L Modification de IL Giflard, en 1872; procédés au charbon ;

3° Décomposition des hydrocarbures ;

4*" Décomposition de Veau par les métaux, en particulier l’aluminium et le silicium ;

S'" Décomposition électrolytique de l'eau. — Procédés industriels du colonel Renard et de M. Ijatchinow, bientôt suivis par la création d’un assez grand nombre d’appareils de plusieurs inventeurs, appareils aujourd’hui très répandus.

Enfin, et quel que soit le procédé de fabrication de riiydrogène, il y a lieu de s’occuper du mode de transport, qui peut être réalisé de deux façons :

Soit en comprimant le gaz dans des réservoirs métalliques ;

2"" Soit en le condensant dans un corps possédant pour l’hydrogène un grand pouvoir absorbant, et susceptible de le restituer en présence de l’eau ou sous l’action de la chaleur.

Parmi tous ces procédés, les uns n’ont, pour le moment du moins, qu’une valeur historique. Il est bon de les rappeler cependant, car rien ne permet de prévoir que, dans l’avenir, de nouvelles recherches ne parviendront pas à les rendre tout à fait pratiques. D’autres, — la décomposition de l’eau par réaction d’un acide et d’un métal, dans les appareils à circulation, notamment, — sont arrivés à être absolument usuels. Ils sont si connus, que nous pourrons être bref à leur endroit. Mais d’autres enfin, plus nouveaux, sont encore dans la période des perfectionnements, et ce traAail sera nécessairement incomplet en ce qui les concerne, précisément parce que leur fabrication se trouve encore dans la période d’évolution.

S 3. — Procédés de décomposition de Veau par la réaction acide et métal.

Action de l’acide yilfurique et du fer. —

L’eau contient, comme on le sait, i gramme d’hydrogène pour 8 grammes d’oxygène, ou, en volumes,

2 d’hydrogène et i d’oxygène, ce qu’on exprime par le symbole ffO.

Un métal est susceptible de s'emparer de l’oxygène qui entre dans cette composition, sous l’action déterminante d’un acide. C’est l’acide sulfurique qui donne les meilleurs résultats b Le métal choisi est le fer lorsque l’on veut réaliser une fabrication économique, ou le zinc lorsque la question de la rapidité intervient, par exemple dans la fabrication à la suite des armées.

L’oxygène de l’eau se porte sur le métal qu’il oXyde , et lui permet de s’unir à l’acide pour former du sulfate de fer ou de zinc, suivant le métal employé, tandis que l’hydrogène se dégage librement.

La réaction est la suivante :

SO^H^ + Fe = 2II + SOHm .

ou SO^bP + Zn = 2II + SOZn.

Toutefois, en production normale, la réaction exige une certaine quantité d’eau. En eflèt, le sulfate de fer, par exemple , pour se former, commence par absorber 7 équivalents d’eau de cristallisation^ et, afin qu’il ne cristallise pas immédiatement en obstruant les conduites , il convient encore d’ajouter au moins la quantité d’eau strictement nécessaire à sa dissolution. Cette quantité varie d’ailleurs avec la température de la réaction.

A la température T, 100 parties d’eau dissolvent une quantité x de sulfate représentée par la formule :

Or la température moyenne de la réaction est : / = Go*'.

^ L’emploi de l’acide chlorhydrique , essayé j)ar Liasse, serait assurément économique; mais il est à peu près impossible de se débarrasser de toutes traces de clilore, et ce gaz attaque les étolYes et les vernis.

et, à celle température, loo parties d’eau dissolvent 2 33 parties de sulfate de fer.

En résumé, et en tenant compte de toutes les circonstances, la réaction nécessitera les proportions suivantes :

Fer 28'^

Acide sulfurique monohydraté 49

Eau de cristallisation 63^ J

Eau de dissolution 60 S

Poids total 200k

On obtiendra ainsi , comme résultat de l’opération :

Eau sulfatée à saturation 199k

Hydrogène 1 (12“i3^5oo)

Dans la pratique, on est conduit à augmenter encore la proportion d’eau.

Méthode des tonneaux. — L’appareil le plus simple , pour réaliser la fabrication de l’hydrogène par la réaction fer- acide sulfurique, peut être improvisé à l’aide de tonneaux. C’est ainsi qu’opérèrent le physicien Charles, le premier, en 1784; GilTard, pour son grand captif de l’Exposition en 1867, et Dupuy de Lomé, en 1872, pour le gonflement de son ballon allongé.

Cette méthode est susceptible encore de rendre des services pour une installation rapide et momentanée. A ce titre, il est bon de donner quelques indications essentielles sur son emploi.

Dupuy de Lomé employait de grands tonneaux de 700 litres et mettait dans chacun de ses tonneaux :

Un lit permanent de tournure de fer 200k

Pour chaque 3^^ 250

opéra ion ^ acide suif, du commerce (660 Baume). 62k, 500

Le tout occupait les trois quarts du tonneau , un vide étant nécessaire à cause de l’effervescence qui se produit en abondance pendant la réaction et surtout au moment où l’on verse, au moyen d’un entonnoir doublé de plomb, l’eau acidulée, préparée à l’avance.

Cette effervescence se ralentit peu à peu, à mesure que le liquide acide s’appauvrit et se sature de sulfate. C’est même là l’inconvénient principal du procédé : l’opération traîne en longueur et s’arrête pratiquement avant que tout l’acide soit neutralisé.

Dans ces conditions , chaque tonneau donne 1 2 m^ 5oo de gaz, et la réaction dure trois heures. Pour gonfler un ballon de capacité C en une seide opération de trois

heures, le nombre des tonneaux doit être : n = ,

et ce nombre est nécessairement trop considérable.

On est ainsi forcé d’opérer le gonflement par une

série d’opérations successives, et, pour ne pas ])erdi-e de teni])S, on dispose deux batteries de tonneaux qui entrent en action l’une apres l’autre, l’une étant enpréparation pendant que l’autre se décharge, par une cuve de lavage, où le gaz barbote. Le refroidissement suffit à

Cette installation est complété

ce

FABRICATION DE LTIYDROGENE

déterminer la condensation de la vapeur d’eau entraînée , en même temps que les gaz solubles

(SO^ et H^S)

sont arrêtés par l’eau. On peut compléter l’épuration par un séchage sur du chlorure de calcium.

Cette méthode offre de .nombreux défauts : matériel encombrant ; marche de l’opération tumultueuse au début, traînante à la fin; perte d’une partie de l’acide, qui finit par être trop dilué pour avoir une action efficace. On ne l’emploiera donc que faute de mieux.

Méthode par circulation. — Ces inconvénients disparaissent au contraire lorsqu’on applique la circulation méthodique du liquide acide à travers la masse métallique, suivant un principe déjà appliqué depuis longtemps dans d’autres industries.

Le premier appareil , dû au colonel Charles Renard , alors capitaine, a été organisé en 1875. Giffard s’est également servi d’un appareil à circulation, en 1878, pour le gonflement de son grand ballon captif. L’usine de production d’hydrogène installée par Gaston Tissandier, en i883, pour le gonflement de son dirigeable, était basée sur le même principe.

Appareil à circulation du colonel Renard.

— Cet appareil se compose essentiellement d’un générateur A de forme cylindrique dans sa partie supérieure , s’évasant vers la base pour faciliter la descente progressive de la tournure de fer, jusqu’au fond qui affecte la forme d’un cône renversé. Ce générateur est entièrement doublé de plomb.

La Technique du Ballon. 2* édit.

On le remplit aux trois quarts de tournure de fer, et

Fig. 99. — Appareil à circulation.' (Système Renard.)

rorifîce supérieur de remplissage reçoit un couvercle a, à joint hydraulique, avec une hauteur de o m, 3o d’eau dans la partie annulaire 6, la pression intérieure ne devant pas dépasser normalement celle d’une colonne d’eau de O m. i5 à o m. 20.

L’acide sulfurique du commerce, marquant 66"* à l’aréomètre Baumé, et livré en bonbonnes de verre ou en touries de grès contenant 100 k. d’acide environ, est versé dans un bac à acide B en tôle plombée ; il est mieux, pour éviter les accidents provenant de la rupture d’une bonbonne, d’opérer par transvasement au moyen de siphons spéciaux à acide.

L’eau nécessaire à la fabrication est amenée directement dans un bac à eau C , et des tuyaux de plomb conduisent l’eau et l’acide à un vase de mélange D, cylindrique, également doublé de plomb. Ce vase de mélange est, en réalité, composé de deux récipients concentriques, laissant entre eux un espace annulaire. Les deux liquides arrivant au fond du tambour intérieur remontent en se mélangeant intimement , se déversent en nappe régulière par-dessus le bord de la paroi, dans l’espace annulaire , où ils achèvent de se mélanger, jusqu’à la crépine du tuyau de distribution. Deux robinets c et / permettent de régler le mélange , de manière à ce qu’il marque de 10'’ à Baumé.

En sortant du bac de mélange, l’eau acidulée se rend à la partie inférieure du- générateur par un tuyau de plomb mm dont l’orifice, dans le générateur, est protégé par une crépine.

L’eau acidulée s’élève à travers la limaille jusqu’au niveau d’un trop -plein g^ disposé en siphon, de manière à empêcher tout entraînement de gaz. Si l’opé-

ration est bien conduite, l’acide réagissant sur le fer pendant l’ascension du liquide, l’eau qui s’échappe par le trop -plein n’en doit plus contenir que des traces à l’état libre ; elle est uniquement chargée de sulfate de fer.

L’espace libre au-dessus de la tournure de fer permet à la mousse de se détendre sans aller obstruer la conduite nn par où le gaz s’échappe. Néanmoins on interpose, dès la sortie du générateur, un tambour E où s’arrête ce que le gaz aurait pu entraîner.

Lavage et épuration. — L’épuration est une des opérations des plus nécessaires et les plus délicates. Elle comprend un lavage et une épuration chimique. Le lavage en est la partie la plus essentielle ; non seulement il arrête les impuretés et dissout les gaz étrangers solubles, mais il débarrasse l’hydrogène, par refroidissement, de la vapeur d’eau qu’il contient en excès.

Le laveur Renard, F, est une cuve cylindrique en tôle dans laquelle l’eau de lavage, sans cesse renouvelée, pénètre latéralement.^t circule en tournoyant pour aller s’engouffrer dans un trop-plein central k, qui assure le niveau constant du liquide. Une cloison cylindrique H ménage, sur la périphérie, un espace annulaire où débouche le tuyau d’amenée nn du gaz. Celui-ci déprime le liquide dans l’espace annulaire et, rencontrant une multitude de petits trous percés dans la cloison, passe dans le compartiment central du laveur en traversant la nappe d’eau. Ce moyen très simple de lavage est extrêmement efficace, si l’on a soin de faire circuler l’eau avec une suffisante rapidité. Il suffit, pour s’assurer

des bonnes conditions du lavage, de constater, en posant la main extérieurement sur la tôle elle-même, la différence de température de l’espace annulaire et du tambour central. Le gaz, en effet, arrive du générateur à une température assez élevée ; il doit être refroidi complètement, après lavage, à la température de l’eau, qui ne devrait pas dépasser 12'’ à ib"". On peut admettre en tout cas que, quelle que soit la provenance de l’eau, la température du gaz, au sortir du laveur, n’est jamais supérieure à 3o''. Or la tension correspondante de la vapeur d’eau est de 3i”'“,5 de mercure, ou 0,0428 atmosphères. L’alourdissement de i m^ d’hydrogène n’est ainsi que de 3i grammes, soit 17 k. pour un ballon de 55o m^ Cet alourdissement, qui est une limite maximum, est, on le voit, assez minime.

On s’est contenté d’abord de sécher le gaz, en le faisant passer dans une simple caisse S contenant de la chaux vive qui ahsorhe l’acide carbonique et la vapeur d'eau, ce que l’on constate en faisant passer ensuite l’hydrogène dans une cloche d’épreuve G en verre, avant de l’envoyer au gazomètre ou au hallon; il ne s’y doit manifester aucune buée. Cette cloche repose sur un joint de mercure pour assurer l’étanchéité. On y place des témoins de papier au tournesol hleu, révélateur des moindres traces d’acide.

Toutefois ce simple séchage est complètement insuffisant pour débarrasser l’hydrogène des composés phosphorés, arséniés et séléniés, qui sont extrêmement dangereux pour le personnel, comme plusieurs accidents Font démontré. En outre, ces composés altèrent le caoutchouc, même vulcanisé, ce qui rend indispensable une épuration d’autant plus complète que l’usage des

étoffes caoutchoutées devient de jour en jour plus fréquent.

Or les impuretés dont il s’agit proviennent avant tout des acides du commerce, fabriqués avec des pyrites arsenicales, dont certains échantillons contiennent, par kilogramme, jusqu’à 6,22 gr. d’arsenic et o,45 gr. de sélénium.

La première précaution préconisée par la commission instituée par le ministère de la Guerre, après un accident mortel survenu à Chalais, consiste dans l’obligation de refuser tout acide contenant, par litre à 66'', plus de 10 centigrammes d’arsenic et i gramme d’antimoine.

Il n’en est pas moins urgent de procéder à une épuration complète au cours de la fabrication, et, après un premier lavage, on fait passer le gaz à travers un mélange Lameng ^ constitué par de la sciure de bois imbibée de sulfate de fer, qui en quelque sorte a un rôle de dégrossissage et retient une partie importante d’impuretés. Le reste est retenu par des couches de permanganate de potasse, dissous à raison de 5o k. pour 120 litres d’eau, et absorbé dans ii5 k. de farine fossile ou Kiesselguhr, terre d’infusoires extrêmement poreuse. Ces quantités permettent d’épurer 1 000 m^ de gaz.

La réaction étant exothermique, le gaz s’échauffe et se sature à nouveau de vapeur d’eau, dont on le débarrasse par un second lavage^ et l’on complète l’épuration en faisant passer l’hydrogène dans une colonne à la soude, qui le débarrasse de l’acide carbonique, provenant du générateur.

Lorsque l’épuration est bien complète , la force

ascensionnelle du gaz atteint couramment 1 1 76 grammes.

Le prix de l’épuration est d’environ ofr. 235 par mètre cube.

Épuration par le froid. — On pourrait également traiter l’hydrogène par le froid, en utilisant l’air liquide, les impuretés gazeuses se liquéfiant à une température beaucoup moins basse que l’hydrogène.

Résumé. — Le trajet total de l’hydrogène, comme on le voit par cette description, est divisé en trois biefs par les organes divers de l’appareil ; chacun de ces organes oppose une certaine résistance au passage du gaz, dont la pression, qui est de i5 centimètres d’eau environ dans le générateur, s’abaisse successivement et n’est plus que de quelques millimètres en arrivant au ballon. Il est intéressant, pour la surveillance même de l’opération, de connaître constamment les variations de pression dans les trois biefs, que Ton met à cet effet, par le moyen de petits tubes de cuivre, en communication avec trois manomètres à eau placés côte à côte sur un même tableau, près de la cloche d’épreuve. La moindre perturbation dans la fabrication se traduit immédiatement sur l’un des manomètres, ce qui permet d’en déterminer le siège.

S’il s’agissait de produire d’une manière continue de très grandes quantités de gaz, sans donner de trop grandes dimensions au générateur, il conviendrait d’assurer l’alimentation régulière en tournure de fer, ce qui peut se faire en disposant sur le générateur des trémies en forme d’éclusettes, par où la tournure peut être introduite sans interrompre la fabrication et sans laisser échapper de gaz. Mais, généralement, l’appareil

à circulation n’est installé que pour permettre le gonflement d’un ballon en une seule opération.

Fin de l’opération. — Dans ce cas, il doit contenir le double de la limaille nécessaire, et l’on interrompt l’opération quand la moitié du fer est transformée en sulfate. A ce moment la colonne métallique a diminué de hauteur, et il n’y en aurait plus assez pour neutraliser l’acide avant l’arrivée du liquide au trop -plein.

On conserve ce qui reste de tournure pour servir de fond permanent de fabrication ; mais il faut avoir soin de vider l’eau chargée de sulfate qui la baigne encore et cristalliserait sur la limaille. Il convient de la remplacer par de l’eau claire; car, si on laissait la limaille à sec, on s’exposerait, à cause de l’état spongieux et pyrophorique où elle se trouve, à la voir s’échauffer, en absorbant l’oxygène de l’air, jusqu’à Tinflammation.

Volume du générateur. — Le volume du générateur dépend évidemment de la quantité de gaz que l’on veut produire à l’heure, ou sans rechargement. Le poids spécifique de la limaille, à cause des vides, est le même que celui de l’eau. Le récipient doit contenir autant de litres qu’on veut y enfermer de limaille (en kilos), et l’on y ajoute un quart en sus pour le vide supérieur où se détendent les mousses.

Tandis qu’un tonneau de Dupuy de Lomé (700 litres) donnait i2“^,5oo d’hydrogène en 3 heures, soit 18 fois son volume, un générateur de 5 m^, à circulation, peut fournir 6 à 800 m^ de gaz, soit 120 à 160 fois son volume, et son débit atteint 260 m^ à l’heure.

Ce grand débit est un avantage capital des appareils à circulation, qui bénéficient en outre de la régularité parfaite de l’opération, la composition du liquide restant constamment la même en un même point du parcours, quand le régime est atteint.

Enfin la manœuvre est très facile : on peut arrêter l’opération en cinq minutes. Il suffit pour cela d’intercepter l’arrivée de l’acide ; tout l’acide qui est déjà dans le générateur se neutralise alors rapidement, et la réaction est pratiquement interrompue.

Prix de revient. — Par le procédé de la circulation, le prix de revient de l’hydrogèn^ est de i franc le mètre cube environ. On pourrait l’abaisser légèrement en recueillant le sulfate de fer, ou couperose ; mais cette substance se trouve, comme sous-produit, dans un grand nombre d’industries chimiques qui en sont réduites à s’en débarrasser à vil prix ; on n’aurait intérêt à le recueillir que s’il était possible de l’écouler sur le marché à au moins 5 francs les loo k. en baril.

Pour recueillir la couperose , le plus simple est de déverser l’eau sulfatée dans de vastes bassins où elle s’évapore et où le sulfate cristallise. Toutefois la grande dimension de ces bassins est une gêne, et l’on pourrait sans doute aménager l’opération d’une façon plus commode en utilisant convenablement la différence de solubilité aux différentes températures.

Pour se dissoudre, loo parties de couperose

(SO^Fe-|- 7H^0) exigent :

à 10» cent., 15o, 24°, 43», 60», 100»

parties d’eau : 164 143, 87, 66, 38, 27, 30.

Comme on le voit, la température la plus convenable sera 90° centigrades. Mais, pratiquement, elle est trop élevée ; un liquide saturé à cette température cristalliserait trop vite^

De plus, le sel ne pourrait pas incorporer avec assez de facilité les sept molécules d’eau qui entrent dans sa constitution. La température la plus convenable est de 60®; c’est celle de la réaction dans le générateur, et Ton peut aisément la maintenir au besoin dans les cuves de cristallisation au moyen d’un chauffage à la vapeur.

Or, écrit le lieutenant-colonel Van den Borren, de Farmée belge, qui a étudié ce procédé avec beaucoup de soin, 100 parties de sulfate de fer cristallisé contiennent 45 parties d’eau, et il faut compter en outre, comme on vient de le voir, 38 parties d’eau pour le dissoudre. La réaction de fabrication peut s’écrire :

SO^H^ | Fe 4- Aq = (SO'Fe + 7H^o) + Aq+

En poids :

On a ainsi formé 278 k. de sulfate de fer dissous mais cristallisable , et 2 k. d’hydrogène, c’est-à-dire 22 m^ de ce gaz.

Le liquide étant saturé à 60'', si on le laisse se refroidir jusqu’à lo^", par exemple, il ne reste dissous, après cristallisation, que ce que peuvent contenir 106 parties d’eau à 10°, c’est-à-dire 64, 66 parties, soit 23 0/0 seulement de la quantité totale du sulfate.

* Lieutenant-colonel Van den Borren.

Appareil mobile Renard. — Pour les besoins d’une armée en campagne, le colonel Renard a organisé une véritable usine sur roues, constituant une seule voiture dont l’ensemble ne dépasse pas un poids de 2800 k., limite admise pour les véhicules militaires.

Cet appareil est une réduction, sous une forme ramassée, des appareils de place ; mais son organisation et son aménagement ont exigé des études nouvelles où se retrouve, dans les détails, toute l’ingéniosité de leur inventeur.

Le zinc y a été substitué au fer, tant parce qu’il en faut un poids plus réduit que parce que la production est plus rapide avec ce métal, en sorte que l’appareil suffit à une production de 3oo m^ à l’heure. Il suffit, pour le mettre en action, de se placer à proximité d’une provision d’eau suffisante, — au bord d’un ruisseau , par exemple , — où l’on puise au moyen d’une pompe à vapeur, la force motrice étant fournie par le moteur de la voiture -treuil qui fait partie des parcs d’aérostats captifs militaires.

A l’exemple du service militaire français, toutes les armées étrangères ont été pourvues au début de voitures-usines d’hydrogène, organisées sur le même principe. Toutefois, les nouveaux procédés de fabrication, et surtout le mode de transport de l’hydrogène comprimé dans les réservoirs d’acier, ont enlevé beaucoup de leur intérêt aux appareils de ce genre, l’hydrogène pouvant être fabriqué à loisir dans les usines fixes de l’intérieur. Cette raison nous dispensera de décrire en détail les générateurs mobiles, parmi lesquels l’appareil Renard était certainement le plus parfait.

§ 4. — Méthodes par voie sèche.

Décomposition de Veau par le fer, au rouge.

En tête des procédés par voie sèche figure chronologiquement le procédé imaginé par Coutelle et Conté, et employé, en 1794? par les premiers aérostiers militaires en France.

Cette méthode n’est plus usitée de nos jours, malgré quelques tentatives plus récentes, sauf peut-être en appliquant le procédé Strache ; et cette tentative montre précisément qu’il ne faut pas absolument renoncer à diriger les recherches de ce côté, étant donnés les avantages spéciaux qu’on y peut rencontrer, au point de Vue économique notamment.

a) Procédé de Coutelle et Conté (1794). — Le procédé dérive de l’expérience de laboratoire où Lavoisier, en 1771, décomposait la vapeur d’eau en la faisant passer sur du fer chauffé au rouge. La formule de décomposition est la suivante :

4H^O + 3Fe = Fe^O^ + 8H.

Les aérostiers de la première République effectuaient industriellement cette opération dans un fourneau fixe, construit en briques et pourvu de deux foyers au bois, dont la flamme chauffait directement sept cylindres ou cornues en fonte, remplis de limaille de fer soigneusement débarrassée de toute trace d’oxyde. Les cylindres étaient hermétiquement clos et lutés avec soin ; mais des regards permettaient cependant de surveiller la marche de l’opération, en vérifiant constamment que la

couleur du métal contenu dans les cornues restait toujours la même. Il fallait s’assurer, en outre, qu’aucune fissure ne se produisait dans les cylindres : aussitôt qu’une petite flamme bleue décelait une de ces fissures, on s’efforçait de l’aveugler et d’arrêter la fuite du gaz, par un lutage d’ailleurs difficile à pratiquer sur du métal à si haute température.

Sur le côté du fourneau, se trouvait une chaudière fournissant la vapeur nécessaire, qui était lancée dans les cylindres, où elle se décomposait au contact du métal sur lequel l’oxygène se fixait, tandis que l’Jiydrogène se dégageait.

On faisait passer le gaz produit sur un lait de chaux destiné à le débarrasser de l’acide carbonique et des autres impuretés qu’il pouvait contenir, et il se rendait ensuite directement au ballon.

Le gonflement du ballon de Coutelle de 45o m^ était une opération des plus laborieuses, et qui n’exigeait pas moins de trente -six à quarante heures. On peut donc dire que le procédé est lent, irrégulier, nécessitant des appareils fixes qui se détériorent vite et sont d’une manœuvre délicate et pénible.

On a également essayé de remplacer le fer par du zinc, dont l’oxyde a une valeur marchande assez élevée; ce qui donnerait un résultat favorable à l’économie; mais l’opération n’en reste pas moins extrêmement pénible, et l’oxydation du zinc amène en outre un engorgement rapide des appareils.

Ce procédé de Coutelle a été essayé de nouveau par l’armée anglaise, en 1872 et 1878; mais si cet essai a montré qu’on peut certainement tirer bon parti de cette méthode, il a mis en évidence aussi ses graves défauts.

b) Procédé Giffard (1872). — Henri Giffard, pour gonfler le ballon captif de 1872, a perfectionné la méthode précédente, en substituant à la limaille de fer du minerai de fer oligiste], à base de sesquioxyde de fer (Fe^O^); mais l’idée maîtresse du procédé est dans la régénération du fer métallique après chaque opération, de manière à le faire resservir indéfiniment, du moins en principe.

Le minerai est placé dans un four vertical, où il est soumis tout d’abord à un courant réducteur d’oxyde de carbone, produit par la combustion incomplète du coke dans un four spécial. Cet oxyde de carbone se transforme en acide carbonique, en s’emparant de l’oxygène du minerai, qui se réduit en fer métallique :

Fe^O^ + SCO = 2Fe + SCO^

A partir de cette première opération, dite de formation, la fabrication comporte deux phases distinctes.

Première phase : oxydation du fer. — Le fer ainsi produit à l’état naissant et pulvérulent, est éminemment apte à décomposer la vapeur d’eau qu’on projette alors à travers sa masse. Le métal se réoxyde immédiatement, en donnant de l’oxyde magnétique (Fe^O^), tandis que l’hydrogène se dégage en liberté :

SFe + 4H^O = 8H + Fe^O^ ; calories : 272 — 266 = 6 calories.

Comme on le voit d’après cette formule, la réaction est endothermique, c’est-à-dire qu’elle exige 6 calories à fournir par le foyer, pour produire 8 gr. d’hydrogène en décomposant 72 gr. de vapeur d’eau, ou environ 60 calories par mètre cube de gaz.

Deuxième phase : rédaction de Voxyde magnétique. — En faisant agir alors de Toxyde de carbone sur l'oxyde de fer, on opère la réduction de celui-ci et la régénération du fer métallique, d’après la formule :

Fe^O^ + SCO = SCO^ + SFe ; calories : 266 — 268= — 2 calories.

La réaction est donc exothermique et ne nécessite aucune chaleur supplémentaire L

L’hydrogène produit par le procédé G iffard serait très bon marché. Malheureusement, on ne parvient pas à le débarrasser entièrement de l’oxyde de carbone qui l’alourdit. En outre, le dégagement est lent et irrégulier.

En outre, le fer qui, en principe, devrait servir indéfiniment, puisqu’il se régénère par réduction de l’oxyde, est au contraire assez rapidement mis hors d’usage, à cause du soufre que contient toujours le coke et qui forme du sulfure de fer. Ce sulfure recouvre le fer métallique d’une couche protectrice qui, en fondant à la haute température du four, prend une texture vitreuse et forme une pellicule compacte, sur laquelle l’oxyde de carbone n’a plus d’action.

Enfin, l’intervention du carbone, qui donne nécessairement naissance à de l’oxyde de carbone, sera toujours un des gros aléas du procédé.

c) Procédé Strache. — On peut cependant éviter certains de ces inconvénients en renonçant à employer le coke pour produire le gaz réducteur, et en lui sub-

1 Van den Borren.

stitiiant du charbon de bois, qui est beaucoup plus pur.

M. Strache a combiné, sur ce principe, un appareil qui a été utilisé en Allemagne, et qui comprend trois fours cylindriques verticaux b

Le premier contient le combustible , — ici le charbon

Fig. 100. — Appareil Strache au charbon de bois.

de bois, — dont la combustion incomplète, sous l’action d’un courant d’air entrant par le bas , donne naissance à de l’oxyde de carbone. Celui-ci passe immédiatement dans le second four, où il a accès par la partie supérieure , sur une colonne de copeaux de fer qui sont réduits en fer métallique.

Les gaz réducteurs, dont une partie s’est ainsi transformée en acide carbonique , contiennent encore cependant une quantité notable d’oxyde de carbone. Pour ne point rejeter en pure perte cet oxyde de carbone en

^ H. Moedebeck.

excès dans l’atmosphère , on fait passer tout le courant gazeux dans le troisième four, qui constitue un récupérateur de chaleur. La combustion de l’oxyde de carbone sous l’action d’un courant d’air, porte à haute température les cloisons réfractaires du récupérateur, tandis que les gaz brûlés s’échappent par la cheminée.

Si alors on renverse le sens du courant gazeux, en fermant la cheminée et en isolant le premier four à combustible, il suffit de projeter de la vapeur d’eau, qui s’échauffe dans le récupérateur et va se décomposer dans le four intermédiaire au contact du fer; celui-ci s’oxyde aux dépens de la vapeur, en mettant en liberté l’hydrogène de cette vapeur.

On lave l’hydrogène produit dans un scrubber, où il se débarrasse, en se refroidissant^ de la vapeur dont il est saturé.

Procédés modernes. — D’intéressants perfectionnements ont récemment rendu industrielle la méthode générale dont Giffard avait jeté les bases. Le principal de ces perfectionnements a consisté dans la substitution à l’oxyde de carbone , dont nous avons vu les inconvénients , d’un gaz réducteur plus maniable, facile à produire industriellement, tel que le gaz à l’eau ou le gaz pauvre.

a) Procédé Howard Lane. — Dans le premier de ces procédés, l’inventeur, M. Howard Lane, faisait usage de deux gaz hydrocarburés différents , lun servant simplement au chauffage des cornues (c’est un gaz pauvre), et l’autre servant au contraire à la réduction (c’est un gaz riche ou high- grade).

La nécessité d’avoir deux gén^ateurs de gaz consti-

tuait une complication coûteuse dont on s’est affranchi dans les nouvelles installations, où le même gaz sert aux deux opérations.

La période de réduction étant deux fois plus longue que la période d’oxydation, on dispose trois cornues, l’une d’elles produisant de l’hydrogène, tandis que les deux autres sont à deux stades différents de régénération du fer métallique.

Dans le début, les cornues sont chargées de briquettes dont la composition est tenue secrète et qui, traitées par le gaz, donnent du fer métallique à l’état de division convenable.

L’installation comprend en outre : un générateur de vapeur, un récupérateur de chaleur et, enfîn^ un épurateur.

h) Procédé Dellwick-Heischer (à Hanau). — Très analogue à celui que nous venons de décrire, le procédé Dellwick-Heischer en diffère cependant sur plusieurs points. Tout d’abord la matière première est un minerai naturel à base de sesquioxyde de Fe^O^ qui est introduit concassé. La formation première est produite par la réduction de l’oxyde au moyen du gaz à l’eau, après quoi le fer métallique est dans l’état spongieux le plus propre aux opérations ultérieures.

La phase d’oxydation par la vapeur d’eau dure un quart d’heure, pendant laquelle on recueille l’hydrogène. Une fois terminée, on peut, si c’est nécessaire, ouvrir la cornue et la balayer par un courant d’air chaud, à l’effet de brûler le carbone qui se dépose parfois ; mais ce n’est là qu’une opération éventuelle, inutile la plupart du temps.

La phase de rédaction comporte le traitement de l'oxyde de fer qui vient de se produire, par le gaz à l’eau, qui régénère le fer métallique. Cette phase dure trois quarts d’heure.

Le gaz produit a une force ascensionnelle de 1170 à 1180 gr. communément.

La durée des cornues en service est de quatre à six semaines en pleine marche. Chacune d’elles coûte 60 francs environ, ce qui ne grève pas d’une façon considérable le prix de revient, qu’on peut évaluer à 25 ou 3o centimes par mètre cube.

Les inventeurs ont prévu le cas où le carbone se déposerait pendant la phase de réduction et donnerait dans la phase suivante de l’oxyde de carbone qui se mélangerait à l’hydrogène. Il est toujours possible de s’en débarrasser alors par des projections convenables d’air chaud et de vapeur d’eau.

§5. — Décomposition de la vapeur d'eau par le charbon.

On sait que la décomposition de la vapeur d’eau passant sur du coke incandescent donne naissance à un gaz combustible qui, en raison de sa faible teneur en hydrocarbure, n’est pas éclairant. A cause de son origine, on le désigne sous le nom de gaz d'eau.

Sa composition est sensiblement la suivante :

Hydrogène (H) 55 en vol.

Oxyde de carbone (CO). 44 —

Acide carbonique (CO^) 4 —

Azote (Az) 1 —

Or, tandis qu’il est facile de se débarrasser de l’acide carbonique en faisant barboter le gaz dans un lait de

chaux, aucun réactif usuel ne permet d’éliminer l’oxyde de carbone.

a) Procédé Hembert et Henry. — MM. Hembert et Henry ont imaginé de le suroxyder et de le transformer en acide carbonique , en le soumettant une seconde fois à l’action de la vapeur d’eau.

La réaction est représentée par la formule :

CO + H^O = GO^-f 2H.

Un poids de i k. de charbon suffit à donner i“%4i6 d’hydrogène , et le prix de revient de ce gaz , y compris l’amortissement des appareils , ne dépasserait pas 2 centimes par mètre cube.

En réalité , il est presque impossible d’arriver à l’élimination complète de l’oxyde de carbone et d’obtenir un gaz possédant une force ascensionnelle supérieure à 800 grammes.

b) Procédé Strache {au coke). — Nous nous contenterons également de mentionner le procédé du même genre imaginé par le docteur Strache, dont notre figure permet de se rendre compte.

Le générateur est rempli de coke que l’on porte à l’incandescence, en faisant traA^erser la colonne par un courant d’air dirigé de bas en haut. Lorsqu’on a atteint la température convenable, un clapet ferme la cheminée, ainsi que la conduite d’air, et l’on projette de la vapeur d’eau en D à la partie supérieure du générateur. Les produits de la décomposition sont appelés vers l’appareil d’épuration, et le gaz d’eau se rend enfin au gazomètre. Il faut 12 k. de charbon et 18 k. de vapeur pour produire 3o k. de gaz. Un générateur

contenant 600 k, de coke peut donner 80 à l’heure ^ Le gaz produit étant beaucoup plus lourd que l’hy-

drogène fabriqué par d’autres procédés , il ne semble pas nécessaire d’y insister.

1 Straghe. — Mœdebeck, 1.

c) Procédé de la Société du Carbonium. —

Le professeur Dieffenbach, de Darmstadt, a imaginé plus récemment une méthode, exploitée par la Société du Carbonium, à Offenbach, près Francfort-sur-le-Mein, et cette méthode donne de bons résultats. Elle consiste : à soumettre le charbon à un traitement chimique préalable ; 2*" à le mélanger à de la chaux dans le gazogène ; enfin la réussite de l’opération dépend en grande partie d’un bon réglage de la température de la réaction.

On concasse du charbon de bois (ou même du coke) , et on l’immerge dans une solution alcaline à base de silicate et de carbonate de potasse. On peut d’ailleurs récupérer une partie de ces sels alcalins , par la suite , en reprenant les eaux boueuses résiduaires qui s’échappent du gazogène et en les faisant servir au bain préalable du charbon.

Le charbon ainsi traité et séché est mélangé à de la chaux, également concassée, et le mélange est versé dans une cornue verticale placée dans un four en tôle doublée de terre réfractaire. La cornue, ouverte par sa base, plonge dans une cuvette où l’on maintient de l’eau formant joint hydraulique.

Le chauffage se fait par l’espace annulaire qui entoure la cornue où circulent les gaz chauds d’un foyer spécial. Des chicanes et des registres permettent de régler la température, qui, ne dépassant pas Gbo"" Celsius à la base, va en décroissant jusqu’à 45o'' au sommet, température inférieure à celle de la formation de l’oxyde de carbone.

La vapeur est surchauffée à 400"" celsius avant d’être projetée, à travers la colonne de charbon , à la base de la cornue.

A mesure que le charbon se consomme, la chaux descend avec l’eau de condensation, qui entraîne également la potasse, jusque dans la cuvette inférieure, d’où on retire le liquide boueux de temps en temps. On peut d’ailleurs recharger en cours d’opération , en versant de nouvelles quantités de charbon dans une trémie supérieure munie d’une sorte de gros boisseau-éclusette.

Le gaz produit est un mélange d’hydrogène et d’acide carbonique ; on le lave immédiatement dans deux laveurs successifs, puis il passe dans une colonne à la soude, pour le débarrasser de l’acide carbonique.

Analyse: H 99,5