CUBE II

DAXS UXE IXSTALLATIOX

fixe

mobile

C(‘ntinu'S.

(.•entinies.

u) Gaz cTéclairage ou ^az creau. . .

J), Vapeur d’eau et eliarbon. . . .

e] A^apeur d'eau et hydrocarbure. .

Une installation fixe capable de produire environ 5o m^ d’hydrogène pur par heure, avec moyens d’emmagasinement pour i ooo m^ coûterait approximativement 45ooo fr. (3oooo fr. seulement pour le traitement du gaz d’éclairage).

Pour un débit de hoooo par an, les frais de

^ Vax dex lk)RREx.

FABRICATION DE L’HYDROGENE

main-d’œuvre, entretien, intérêts et amortissement, s’élèvent ensemble à 9600 fr. dans le cas général, et 6000 fr. pour le seul traitement du gaz d’éclairage. En comptant ce dernier à 10 centimes, on arrive à fixer en définitive le prix du mètre cube d’hydrogène à 32 centimes, prix qui s’abaisserait lorsque la consommation augmenterait.

§ 10. — Procédés électrolytujacs.

Avantages des procédés électrolytiques. —

Pour la fabrication directe de l’hydrogène, lorsque toutefois il n’est pas nécessaire d’opérer avec une grande rapidité, ce qui exigerait des appareils considérables, mais lorsqu’il s’agit au contraire d’une production régulière et continue , les procédés électrolyticjues de décomposition de l’eau sont certainement les plus parfaits. Ils permettent, en effet, d’obtenir le gaz dans un état de pureté complète et de bénéficier ainsi d'une force ascensionnelle aussi gran4e que possible.

En outre, si l’on admet que l’oxygène recueilli en même temps a une valeur marchande élevée , le prix de revient de l’hydrogène se trouve notablement réduit.

État de la question au point de vue industriel. — Il existe, dès aujourd’hui, des appareils électrolyseurs nombreux et d’un bon rendement. D’autre part, la technique de l’opération est suffisamment établie pour qu’on puisse considérer cette méthode comme industrielle. * /

Ce mode de préparation, relativement lent, mais

régulier, se lie aux procédés de transport, aujourd’hui universellement admis, pour les applications militaires, tout au moins, de l’hydrogène comprimé dans les tubes d’acier. Toutefois le matériel de ces tubes qu’une usine peut posséder est chautant plus restreint qu’il est fort coûteux ; il convient donc de prévoir l’emmagasinement préalable dans des gazomètres dont le prix doit entrer en ligne de compte, lorsqu’il s’agit d’établir les frais de premier établissement d’une usine.

Aperçu théorique. — Théoriquement, l’eau se décompose sous un courant de i,5 volt; mais il faut tenir compte des résistances, et, d’autre part, jusqu’à 2,5 volts, la production horaire est faible. On se résout donc, pour augmenter légèrement la rapidité de l’opération , à perdre un peu de l’énergie électrique , ce qui conduit à maintenir la différence de potentiel entre 2,7 et 3 volts, sans toutefois dépasser ce dernier chiffre. L’eau doit être rendue conductrice par l’adjonction d’acide sulfurique (27 pour 100) ou d’une autre substance.

Voltamètre de laboratoire. — Ses inconvénients. — Les voltamètres de laboratoire sont à électrodes de platine, aussi rapprochées que possible. On coille ces électrodes de deux petites éprouvettes remplies d’eau au préalable, dans lesquelles se dégagent les gaz de la décomposition, l’oxygène d’un coté, l’hydrogène de l’autre.

Cet appareil ne saurait servir de type |)our un générateur industriel. Ses deux principaux inconvénients proviennent de ce que : les électrodes eu platine sont

fort coûteuses; 2" l’interposition, pour la sé[)aration

FABRICATION DE L’HYDROGENE

des gaz, de parois en verre entre les électrodes crée une résistance considérable qu’il faut vaincre en dépensant de l’énergie électrique en pure perte.

Conditions de la production industrielle.

— Pour résoudre le problème industriel , il est donc nécessaire, tout d’abord, de substituer au platine des matériaux moins coûteux, quoique durables, et ensuite de trouver un diaphragme de séparation, à la fois perméable aux liquides de l’électrolyte, assez étanche néanmoins aux gaz, et n’opposant qu’une résistance minime à l’électricité.

Voltamètre Renard ^ — Ces questions, étudiées dès i885 par M. d’Arsonval , ont été résolues à peu près simultanément par ringénieur russe Latcbinov et le colonel Renard. Le voltamètre de ce dernier est monté à Chalais depuis.^ 1888 ; mais les recherches et le modèle d’expérience sont antérieurs à cette date. Les études du colonel Renard ont porté en particulier sur la membrane poreuse à l’eau le mieux capable de servir de diaphragme pour la séparation des gaz. Les vases en terre poreuse sont, d’une manière générale, d’une trop grande résistance électrique. Le savant directeur de l’aérostation militaire s’est arrêté à la toile d’amiante.

Il a reconnu en meme temps qu’on peut se servir de fonte ou de tôle pour constituer les électrodes, mais à la condition de remplacer, dans l’électrolyte, l’acide sulfurique, qui détruit rapidement les métaux communs, le charbon et l’argent platiné lui-même, par de la soude aussi pure que possible, — la soude à

1 Espitallier , 5, p. 79.

la cliaux, par exemple,

Fig. 104. — Élément du voltamètre Renard modèle).

telle de pression n’amene dans les deux parties intéi

à la teneur de i5 pour loo.

Dans ces conditions , chaque élément du Voltamètre Renard comprend une anode cylindrique en tôle de 3 m. 8o de haut, percée de trous pour le passage de l’eau sodique; ce cylindre est recouvert d’un fourreau de toile d’amiante formant diaphragme ; le tout est centré dans un cylindre plus grand en fonte, constituant à la fois la cathode et la paroi extérieure du voltamètre ; des bagues en ébonite maintiennent le centrage tout en isolant les deux électrodes.

Les gaz produits par l’clectrolyse sont recueillis à la partie supérieure de la capacité centrale et de l’anneau périphérique, au moyen de tubulures qui les conduisent aux gazomètres correspondants.

Un appareil spécial , appelé compensateur, évite qu’une variation accidenine dénivellation du liquide i eu res du voltamèlrc, et ne

FABRICATION DE LTIYDROGENE

provoque rechange des gaz à travers ]a paroi séparatrice.

Le modèle ainsi décrit peut fournir, à l’heure, i58 litres d’hydrogène avec un courant de 305 ampères et sous 2,7 volts. La surface des deuv faces de l’anode est égale à la surface intérieure, la seule active, de la

Fig. 105. — Compensateur de l’appareil Renard.

cathode, qui est de 36o décimètres carrés. La densité du courant aux électrodes est ainsi de j” ampère environ. La dépense d’électricité atteint donc 30 5X2,7 X I heure = 0,98 kilowatts -heure pour obtenir O m‘^ i58 d’hydrogène, ce qui correspond ■ à une dépense de 6 kilowatts- heure par mètre cube.

Une usine de 36 éléments semblables permet de produire 5 3oo litres d’hydrogène et 2750 litres d’oxygène à l’heure, soit en tout 8260 litres de gaz, et annuellement la production pourrait atteindre 39600 m^ cubes d’hydrogène et i98oo m^ d’oxygène, c’est-à-dire au total 594oo m^ de ces deux gaz, que

l’on doit comprimer en outre dans des récipients métalliques, seul moyen pratique pour livrer des produits gazeux à la consommation.

n y aurait lieu de rechercher d’ailleurs s’il ne serait pas avantageux et économique de fabriquer ces gaz directement sous la pression voulue, la décomposition électrolytique pouvant se faire sans plus grande dépense d’énergie électrique dans ces conditions. On éviterait ainsi les frais assez considérables que nécessite la compression mécanique. Toutefois on serait alors conduH à donner à la paroi extérieure du voltamètre une épaisseur considérable pour résister à la pression, et la réalisation d’un semblable appareil serait ainsi difficile et coûteuse.

Appareils divers. — De nombreux industriels, à la suite des savants que nous avons cités, ont créé des appareils présentant chacun des avantages particuliers, et l’on peut dire qu’aujourd’bui toutes les questions pratiques ont été étudiées et résolues.

Au point de vue de l’électrolyte, les uns emploient (dans le procédé Schmidt, de Zurich, notamment) du

carbonate de potassium titré au , et exempt de

sulfate ; les autres utilisent la soude ou la potasse caustique (Garuti-Schuckert-Scboop-Lascbinov).

En général, l’intensité du courant ne dépasse pas 2 à 4 ampères par décimètre carré d’électrodes. 11 faut une dépense de 6 kiloAvatts-beure j)our i m^ d’hydrogène et 1/2 m^ d’oxygène; soit une force motrice de lo chevaux pour la meme ])roductiort.

Les appareils présentent une forme plus ramassée

FABRICATION DE LTIYDROGÈNE

que dans le voltamètre Renard, grâce au groupement des éléments dans une cuve rectangulaire

Fig. 106. — Montage d'une usine Schmidt.

Ces cléments sont des plaques planes perforées, disposées parallèlement. On adopte généralement, pour ce groupement, la disposition connue sous le nom cV appareillage électrolyiiqae bipolaire, où chaque plaque sert de cathode sur une face et d’anode sur l’autre.

Dans l’appareil Schmidt, cet arrangement est transversal. Les plaques en fonte, séparées par un diaphragme en amiante, sont serrées les unes contre les autres, comme dans un fdtre-presse , ce qui supprime toute cuve d’ensemble. On isole en coulant une pâte spéciale autour des baguettes.

Les gaz produits sont conduits séparément, par de petits canaux, chacun à un collecteur. Ils entraînent le liquide jusqu’à un séparateur, d’où l’eau est ramenée à l’appareil. Il y a donc une circulation automatique du liquide, favorable à la régularité de l’opération.

Dans le premier modèle Garaii , il n’existait que d plaques disposées longitudinalement dans une cuve. Dans les nouveaux appareils du même constructeur, on est revenu au dispositif transversal ; mais le principe est le même.

Ce qui le caractérise, c’est la supjiression du diaphragme, une des plaques jouant le rôle de séparateur actif.

Si l’on considère trois plaques parallèles (fig. 107), les deux extrêmes servant d’électrodes unipolaires, au lieu de descendre la plaque intermédiaire jusqu’au fond de manière à séparer la cuve en deux compartiments distincts (A), soulevons cette plaifue en établissant une communication directe en dessous (B).

Si E est la force électromotrice nécessaire pour effectuer l’électrolyse entre M et C, il suffit de régler

FABRICATION DE I/HYDROGENE

la marche pour un potentiel un ])eu plus élevé, — trèS' peu; immédiatement on voit disparaître tout dégagement sur les faces de la plaque intermédiaire, qui n’est A

Fig. 107. — Montage Garuti.

plus, pour ainsi dire, qu’un relais, et les gaz se dégagent sur M et sur N. C est en quelque sorte un diaphragme métallique, mais actif, et qui n’introduit pas, dans le phénomène, de résistance parasite h

Dans un appareil Schmidt en marche normale, un modèle de 47 cellules donne un débit de 3 m-^ 5 (à o"", 760 m/m) avec un courant de 200,8 ampères et ii4,8 volts. Ce nombre correspond à o,359 litre par cellure et par ampère-heure.

D’après la loi de Faraday, le maximum théorique serait 0,4176 litre. On a donc un rendement de 86,9 Yo» une tension de 2,44 volts par cellule et une température de 32‘* de l’électrolyte.

Pour une production intensive, l’appareil peut d’ailleurs supporter une surcharge de courant de 3o Yo sans détérioration.

Prix d’une usine et prix de revient. —

M. Schmidt a donné, d’une exploitation industrielle,

1 Cherubim (Claudio). — Ganovetti, 3. — Moedebeck, 1

4'i6 I.A TECHNIQUE DU BALLON

un devis assez complet qui peut servir de base à une installation de ce genre.

Pour produire à l’heure loo d’hydrogène et 5o d’oxygène, et pour comprimer ces gaz dans des bouteilles en acier, la construction de l’usine, l’aménagement mécanicfue et électrique, les gazomètres et le stock nécessaire de i ooo bouteilles, exigent une dépense de 187 5oo francs.

Les frais annuels, y compris l’intérêt et l’amortissement du capital, s’élèvent à 45 625 francs.

La production annuelle vaut (au cours moyen actuel) :

Pour 9000^3 O à 5 francs 45000

Pour 18 0001113 n à 1 fr. 55 27 900

Soit 72 900

En tenant compte des frais de représentant, on peut estimer à 2i65o francs la somme à distribuer sous forme de dividende. L’entreprise serait donc rémunératrice ; mais on voit que c’est la vente de l’oxygène qui permet de réaliser un bénéfice. Or la force des choses et le développement de cette industrie amèneront nécessairement un abaissement du prix de ce gaz.

D’autre part, si l’on pouvait consommer l’hydrogène sur place, une usine étant établie pour la seule production de ce gaz, le capital d’installation se trouverait réduit de tout ce qui concerne l’emmagasinage de l’oxygène, et, en utilisant enfin une force hydraulique peu coûteuse, on réussirait sans doute à livrer l’hydrogène, — non comprimé, il est vrai, — à un prix variant de o,5G et o,96.

Résumé. — En résumé, la technique de la fabricalion de l’hydrogène semble aujourd’hui bien établie. Les procédés se répartissent en deux grandes classes : les procédés lents et les procédés rapides. Les premiers, dont l’électrolyse est le prototype, ne se prêtent pas au gonflement direct des ballons, opération qui doit s’effectuer en aussi peu de temps que possible. Les seconds comprennent les méthodes très variées basées sur une réaction chimique, aidée ou non par la chaleur.

L’électrolyse de l’eau paraît être réalisée dans de bonnes conditions industrielles par les divers appareils actuellement en usage. Tout ce que l’on peut demander, c’est que des débouchés nouveaux des deux gaz produits se créent, et que les anciens se développent. Ce mode de fabrication comporte l’emmagasinage dans un gazomètre, ce qui nécessite un matériel coûteux; il se complète, d’autre part, par la compression dans des bouteilles d’acier, ce qui constitue un moyen de transport commode, mais entraîne un approvisionnement de nombreux récipients également très coûteux.

D’autre part, les méthodes chimiques permettent dès aujourd’hui d’avoir de l’hydrogène à un prix modéré.

§ 8. — Transport de l’hydrogène comprimé.

Ce que nous venons de dire sur les procédés de fabrication appelle comme complément quelques indications rapides sur le transport de l’hydrogène à l’état comprimé dans des réservoirs d’acier, méthode à laquelle nous avons dû nécessairement faire allusion

dans les paragraphes précédents, sans donner d’éclaircissements à ce snjet.

L’avantage de ce moyen d’approvisionnement pour les ballons militaires est évident, car il dispense de traîner à la suite de l’armée non seulement une usine roulante, mais les convois de réactifs cpie nécessite la fabrication sur place. En outre, le gonflement n’est plus à la merci d’une opération qui exige une certaine durée, — si courte qu’elle soit, — et qui ne peut se faire en tout lieu, puisqu’il faut avant tout avoir une grande quantité d’eau.

Au point de vue du poids des réactifs, on sait qu’on ne saurait compter sur moins de 8 à 9 k. par mètre cube de gaz à produire. Il conviendrait d’y ajouter le poids des véhicules, qui serait considérable.

Les réservoirs en acier pèsent, il est vrai, 9 k. par mètre cube emmagasiné ; mais, sous ce poids, on en peut transporter, sur deux voitures, suffisamment pour assurer le gonllement d’un ballon normal de à 600 m^. Le gain est donc considérable.

Si l’on ajoute que rapprovisionnement est toujours prêt, que le gonflement peut avoir lieu sur un point quelconque dépourvu deau, que sa durée ne dépasse pas un quart d’heure, on voit qu’on y gagne une mobilité extrême, et que l’on est toujours assuré de parer à un accident fortuit, puisque l’on a sous la main une réserve de gaz qu’il est possible d’insuffler dans l’enveloppe pour donner une vie nouvelle à l’aérostat.

L’armée anglaise est la première qui ait fait usage de ce mode d’approvisionnement en hydrogène, pour le service aérostatique, au cours de ses campagnes exotiques du Soudan et du Becbuanaland.

FABRICATION DE l/lIYDROGÈNE

Encouragés par ce succès, les Italiens se sont empressés d’acquérir en Angleterre tout le matériel nécessaire à une expérience analogue, pour laquelle l’Abyssinie leur offrait un champ convenable.

C’est certainement dans ces expéditions lointaines, à travers des contrées dépourvues de routes et de moyens de transport, qu'il y a le plus d’intérêt à réduire les services d’approvisionnements à leur plus simple expression.

Dans le service anglais, les tubes- réservoirs étaient d’ailleurs assez petits et assez légers pour pouvoir être transportés par des hommes. Cette extrême division ne comporte pas une augmentation sensible du poids des réservoirs métalliques. On établit, en effet, facilement ce théorème qu’en faisant travailler le métal au même taux par millimètre carré de section, il en faut un poids constant pour emmagasiner une quantité de gaz occupafit I rn-^ à la pression ordinaire de l’atmosphère, et ce poids est même indépendant de la pression.

Le seul inconvénient de la grande division, c’est d’exiger autant de robinets spéciaux que de réservoirs. Or ces appareils accessoires, pendant longtemps, ont coûté fort cher. Toutefois, il convient de dire qu’aujourd’hui on peut s’en procurer au prix de 5 francs.

Notre ligure indique une coupe d’un robinet dans sa forme générale.

La bouteille est constituée par un cylindre termine par deux calottes hémisphériques. On y emploie un acier doux de très bonne qualité , les éclatements pouvant donner lieu à des accidents extrêmement graves, comme l’expérience l’a prouvé.

Ces éclatements se sont produits, en général, lorsque

ioO

la compression du gaz atteignait 200 atmosphères, le poids de métal se réduisant à 6 à 7 k. par mètre cube de gaz. Le réservoir se fendait alors suivant une génératrice, comme il est naturel dans un cylindre; mais il s’en détachait en outre assez souvent de gros frag-

Fig. 108. — Robinet de réservoir à hydrogène comprimé.

ments qui, projetés avec une grande violence, étaient susceptibles de blesser le personnel. On a été conduit, en France notamment, à réduire la jiression à 120 ou i3o atmosphères, ce qui fait ressortir le poids par mètre cube à 9 ou 8 k., et, dans ces conditions, les éclatements sont évités.

Fn Italie, on a appliqué un procédé de labrication qui donne plus de sécurité encore, et qui consiste à entourer une assez mince enveloppe d acier par un frettage en fils d’acier, suivant une méthode proposée

4ül

jadis pour la fabrication des canons. Ce procède olTre à la fois des avantages de poids et de sécurité. Les fds d’acier sont, en effet, d’une régularité et d’une résistance remarquables; la disposition adoptée les soumet uniquement à des effoits d’extension auxquels ils résistent très bien , et il en résulte une économie notable du poids de métal.

En outre, les ruptures se font transversalement, en écartant les frettes, sans qu’il y ait projection d’éclats, ce qui réduit la gravité des accidents.

Il nous sera sans doute permis de mentionner ici que nous avions nous -même proposé, il y a quelque vingt ans, à la suite des études sur les canons en fils d’acier, un réservoir de ce genre, et, en face des bons résultats obtenus en Italie, de regretter que l’on n’ait pas cru devoir alors donner suite, en France, à cette proposition.

Les parcs militaires de ballons captifs sont tous, aujourd’hui, pourvus de voitures à hydrogène; mais leur organisation varie dans chaque armée. Chez nous, le principe a prévalu de réduire le nombre des réservoirs, ce qui réduit en même temps le nombre des organes de connection et, par suite, les chances de fuite. Les tubes d’assez gros diamètre sont disposé^ parallèlement sur un chariot, chaque voiture pouvant fournir 3oo mètres cubes de gaz. A l’une des extrémités, le robinet de chaque réservoir donne accès dans un petit tube de cuivre conduisant à un collecteur fermé par un robinet général, qu’il suffit d’ouvrir pour lancer le gaz dans la manche en étoile vernie servant au gonflement. Le rechargement des réservoirs se fait à l’ùsine, sans qu’on les déplace.

En Allemagne, les réservoirs sont plus petits et, par conséquent, en plus grand nombre, de telle sorte qu’on peut les arrimer sur une voiture plus courte ^

Les deux dispositions ont leurs avantages et leurs inconvénients, qui se compensent sans doute, en sorte que l’on peut dire que toutes les grandes armées sont actuellement outillées d’une manière équivalente à cet égard.

^ Les voitures allemandes sont composées de deux trains indépendants.