I. — Traction par accumulateurs

Généralités. — En pratique, pour les motifs indiqués plus haut (t. I, p. 502, et t. II, p. 511), le mode de traction par accumulateurs ne s'applique qu'aux tramways. On sait que la charge peut se faire soit à l'usine génératrice, soit en des postes fixes plus ou moins éloignés alimentés par des feeders, soit enfin en cours de route à l'aide de conducteurs qui alimentent en même temps directement les moteurs sur une partie du parcours. Dans ces deux derniers cas les batteries restent à poste fixe sur les voitures, tandis que dans le premier on les échange à chaque charge.

Le calcul comprend deux parties : la détermination de la batterie à placer sur chaque automobile, et la détermination des machines génératrices de l'usine.

Considérations qui déterminent le choix de la batterie. — Le choix de la batterie dépend d'une part des efforts de traction à réaliser et de l'autre de Tintervalle de temps admis pour les rechargements; ces deux facteurs influent sur la solution d'une façon assez complexe, par suite des exigences de l'entretien des accumulateurs.

La batterie doit, par suite des propriétés connues des accumulateurs, satisfaire à deux conditions distinctes :

' Le cas où la source mobile est une machine à vapeur ou à pétrole est assez peu pratique et a clé sullQsarnment étudié à propos de la locomotive Heilmann pour que nous n'ayons pas à y revenir ici.

1® Condition de débit, — Elle doit d'abord pouvoir supporter sans danger de détérioration le courant maximum calculé comme précédemment (p. 6io) dans le cas où la voiture aurait à démarrer sur la rampe la plus forte de la ligne à exploiter S en tenant compte de la vitesse fixée et du mode de groupement de la batterie réalisé par le régulateur au départ.

2^ Condition de capacité. — En second lieu, la batterie doit pouvoir fournir sans décharge exagérée le parcours jugé nécessaire pour Texploitation. Pour laisser une marge àTimprévu, il est bon de supposer que la décharge sera arrêtée aux 3/4 de la capacité.

On remarquera, à cette occasion, que pour réaliser une capacité déterminée il faut une batterie de poids différent suivant que la décharge est plus ou

Fig. 878. — Courbe de capacité utilisable et de débit en fonction de la durée de la

décharge d'une batterie.

Trails forts, capacités. — TraiU Cas, débits.

moins rapide, par suite de la notable diminution de rendement qu'occasionne remploi de régimes de plus en plus forcés.

La figure 878 représente, par exemple, pour un accumulateur Tudor ' utilisé à courant constant après une charge complète toujours la même, l'intensité du courant 1 débité et la quantité d'électricité rendue Q, en fonction du temps de la décharge. Réciproquement, à chaque capacité en ampères-heures donnée par la courbe supérieure correspondent une durée de décharge indiquée en heures par Tabscisse et un débit moyen indiqué en ampères par la courbe inférieure. On voit que la capacité varie assez peu entre la décharge en 10 heures et la décharge en 5 heures, qu elle s'abaisse à G5 p. 100 pour la

> On doit en pratique éviter d'arrêter la voiture sur une rampé de ce genre ; mai.s on est bien obligé de supposer qu'un pareil arrêt puisse se produire et de mettre la batterie en état d'assurer le démarrage dans ce cas.

* D'après une intéressante communication de M. Blanchon, Bulletin de la Société internaiionale des Électriciens, mars 1897.

décharge en 2 heures, à 45 p. 100 pour une heure et à 30 p. 100 pour une demi-heure.

Pour un élément du genre Faure, la courbe des capacités a une forme un peu différente, donnant des capacités un peu plus grandes aux régimes de décharge très lents, mais plutôt inférieures dans les décharges rapides '.

L'élément qui présente pour une capacité donnée le poids le plus faible est celui qui réalise celte capacité sous le débit moyen fixé. L'accumulateur idéal devrait donner à la fois un débit élevé, un bon rendement et par suite une capacité élevée sous le plus faible poids possible ; mais ces desiderata sont jusqu'ici malheureusement incompatibles.

Sur un parcours 1res étendu en palier c'est la capacité qui fixe les dimensions des éléments, tandis que sur un parcours restreint ou très accidenté c'est la puissance qui intervient seule.

On a vu au chapitre précédent (p. 512) comment le poids mort des batteries limite l'emploi de la traction par accumulateurs aux lignes très peu accidentées (rampes ne dépassant pas 1 à2 p. 100) ; lorsque des rampes plus fortes (2 à 4 p. 100) se présentent sur une faible longueur, on ne peut employer ce mode de traction qu'en réduisant suffisamment la vitesse sur ces rampes pour ne pas dépasser un certain débit.

Il y a le plus souvent dans la détermination du parcours et par suite de la capacité à imposer aux batteries un élément arbitraire ; en effet, les lignes desservies par accumulateurs sont généralement des voies urbaines assez courtes, où Ton est libre de recharger les batteries après un nombre plus ou moins grand d'allers et retours. Pour lever cette indétermination, il suffit de faire intervenir la durée de charge.

Autrefois la charge se faisait à intensité constante et à un régime de débit inférieur au régime moyen de décharge ; la charge devait donc durer un peu

* Ces courbes de capacité en quantité peuvent s'exprimer assez bien en général pour chaque type par une formule à trois coefficients de la forme

Pendant la décharge, la f. é. m. E de la batterie s'abaisse arec le temps; la capacité en énet'ffie W définie par l'équation W = J'eiilt semble être, d'après un» remarque faite pour la première l'ois par M. Cari Hering, une simple fonction linéaire du temps, de la forme

S'il en est bien ainsi, ce sont ces courbes d'énergie qu'on devrait tracer de préférence à celles des décharges en quantité.

plus longtemps que la décharge ; mais, par suile des arrêts, ou pouvait charger à Tusine une batterie de rechange pour chaque voiture pendant le parcours de celle-ci.

Aujourd'hui on emploie exclusivement la charge à potentiel constant, infiniment plus commode et plus rapide : dans ce système, préconisé dès 1891 par M. PicoUy le courant de charge atteint au début sans inconvénient des intensités 7 ou 8 fois plus grandes que le courant constant admis précédemment, tandis qu'à la fin de la charge les intensités deviennent plus faibles; gr&ce à la plus grande quantité de matières actives transformables au début qu*à la fin de la charge, ces régimes sont rationnels et sans inconvénient pratique.

MM. Tudor et MuUer ont perfectionné plus récemment celte méthode, en remarquant que le temps le plus utilement employé pendant la charge, c'est le commencement de celle-ci, et qu'on peut par conséquent obtenir pour n'importe quel accumulateur une charge rapide en arrêtant celle-ci systématiquement aux deux tiers, par exemple, de la capacité normale ; la rapidité de cette charge partielle est limitée seulement par la densité de courant admissible, c'est-à-dire par le rapport de l'intensité à la surface active des électrodes.

Les appareils à pastilles ou du genre Faure ne se pré lent qu'à la charge lente, tandis que les appareils du type Planté peuvent être établis aujourd'hui en vue d'une rapidité quelconque, depuis plusieurs heures jusqu'à 5 minutes.

Divers modes d exploitation possibles. — Diaprés ce qui précède, on a le choix entre deux modes d* exploitation très différents :

1" Exploitation avec une batterie de rechange pour chaque voiture, — On dispose pour charger les batteries d'un temps égal à celui des parcours, c'est-à-dire en général au moins 2 heures ; on peut donc employer le procédé de la charge lente à potentiel constant, qui donne le meilleur rendement et le poids minimum, que cette charge soit complète ou partielle.

2® Exploitation avec des battei^ies à demeure sur les voitures. — On est obligé de faire une charge rapide en 10 à 20 minutes aux stations d'arrêt, ce qui nécessite des batteries à grande surface, plus lourdes en général que les précédentes. Ces batteries peuvent servir aussi pour la traction mixte avec trôlet et batterie en parallèle sur les voitures, suivaut le mode d'exploitation qui sera examiné plus loin.

Dans le premier type d'exploitation on sacriGe le débit à la capacité et à la légèreté ; on fait l'inverse dans le second.

Donnéee d'expériences. — Nous allons donner quelques renseignements plus précis et quelques chiffres relatifs à ces deux systèmes.

PROJETS DE TnACTION

1° Accumulaleurt à charge lente. — On a employé successive ment avec la première méthode le type à pastilles (Laurent-Cély, ou Chloride, etc.), le type à p&te rapportée [Faure, Sarcia, etc.) et entln le type Plaalé moderoisé {Tudor, Dujardin, Blot, elc). Pour les premiers le régime moyen de décharge ne doit pas dépasser en général 2 amp. par kR. d'électrodes, ni le régime maximum i amp. eiceptionaellemenl; la capacité correspondant au régime de S amp. par kg. d'élecirodes est de 10 à 13 amp.-h. par kg. Dans le type Sarcia, beaucoup plus léger, on admet 4 amp. en régime moyen et 13 en régime forcé; ces régimes élevés ont permis de réduire sur les lignes de Paris-Sainl-Denis le poids des batteries de 3 000 à 3 200 kg. (soit 0,(.j au lieu de 0,SO du poids des voitures), mais ils nécessitent de fréquents réempAtages de plaques et l'on semble avoir éprouvé de ce côté quelques mécomptes. On préfère dans un type de voiture plus récent (système Jobanoet) prendre des bat-

Fig. 879. — Courbes de charge

n élément Tudor k charge rapide de IS kg.

leries deux fois plus lourdes qui restent h. demeure sur les voitures et demandent beaucoup moins d'entrclieti . Le type Gàlcher, également très léger, ne permet pas les visites ni les réparations et ne doit pas être plus résistant à

Avec les accumulateurs genre Plante on ne peut guère dépasser une capacité de 8 à 10 amp. -heures par kg. d'électrodes avec décharge en 3 heures; mais le débit peut atteindre momentanément 10 amp. par kg. d'électrodes.

Si l'on utilise toute la capacité, il faut i ou 5 heures pour charger ces batteries; on ne l'ait alors que 3 ou 4 charges par jour. C'est ainsi qu'on opérait Jusqu'en 1S97 sur les lignes de Saint-Denis à la Madeleine et k l'Opéra (rampe maxima3,8p. 100). Les voitures anciennes à 52 places pèsent 14 t., dont 7,0 pour la voiture, 3,5 pour les voyageurs et 3 pour les batteries; elles marchent à la vitesse de 16 km : h. hors Paris et 13 km : h. dans Paris. Les batteries de ID8 élémenla à 22 kg. d'électrodes, rechargées en 5 heures, suffisaient à 3 voyages aller et retour, soit 55 km. sans rechargement. Aujourd'hui on préfère les recharger toutes les 2 heures, après un seul parcours de 18,5 km., enn'ulilisantquelc tiers de leur capacité. On emploie de même les nouvelles bat-

teries de 2200 kg., formées de 108 éléments à 17,5 kg. d'électrodes, dont on utilise seulement la demi-capacité. Ce changement de mode d'exploitation est une des meilleures preuves qu'en général on ne doit pas chercher à utiliser la capacité entière des batteries à charge lente et que leurs dimensions sont fixées surtout par le débit.

2^ Accumulateurs à charge partielle rapide. — La courbe de la Ûgure 879, qui donne les courbes de rechargement d'un élément Tudor 2002 des voitures à accumulateurs de la Compagnie des tramways de Paris et du département de la Seine (lignes de la Madeleine à Courbevoie et à Levallois), montre les résultats obtenus par la charge partielle rapide. Cet élément, qui pèse complet 18,1 kg. en ordre démarche, aune capacité normale de 60 am p. -heures, pour décharge en 1 heure (avec la charge en 10 heures, cette capacité serait à peu près double).

Chargé au potentiel constant d'environ 2,6 volts, il est soumis à un courant qui décroit de 180 amp. à 80 amp. au bout de 21 minutes; comme l'indiquent les chiffres ajoutés sur la courbe, il reçoit la fraction de charge suivante (rapportée aux 60 amp.-h.] :

En 5 min., 15 amp.-h. ou par rapport à la décharge en 1 heure 25 p. 100.

Suivant les conditions d'exploitation, on admet une durée de charge de 10 à 20 minutes; dans ces conditions, le débit de décharge est facilement maintenu au-dessous du débit de charge. Le poids de la batterie dépend donc seulement de la capacité nécessaire pour effectuer le parcours minimum.

Pour ne pas trop réduire le rendement des accumulateurs, qui croit avec la durée de la décharge, ni la durée journalière d'utilisation des voitures, qui diminue quand le nombre des rechargements augmente, il convient en général de ne pas réduire la durée du parcours normal au-dessous de 1 à 1,5 heure.

Comme les régimes maxima de charge admis sont proportionnels aux surfaces actives des plaques, ces accumulateurs ne peuvent présenter un poids acceptable qu'à condition d'être à grande surface. Les éléments Tudor^ par exemple, admettent des régimes de 10 à 12 amp. par kg. d'électrodes avec 20 à 24 dm', soit 0,5 amp. par dm'. Les accumulateurs Blol^ qui présentent 30 à 35 dm' par kg. d'électrodes et ont des capacités de 10 amp.-h. par kg. au régime de 1 amp., pourraient supporter au même taux des régimes temporaires de 15 à 17 amp. par kg. de plaques; à la décharge, ils supportent des régimes prolongés de 5 à 6 amp. par kg. qui peuvent être momentanément portés à 10 ou 12 amp. et même au delà, tout en donnant des rendements satisfaisants.

Par exemple, M. Picou ^ a trouvé, en opérant la charge à 14-18 amp. par kg.

> Notice de la Société des Accumulateurs Blot.

de plaques et la décharge à 3,5 amp. par kg., un rendemeDt de 0,97 en quantilé et de 0,70 en énergie; dans une autre expérience, que représente la figure 880 et où le débit de charge était de 300 amp. pour 8,5 kg. d*clectrodes et le débit de décharge de 20 amp., une charge de 5 minutes a permis une décharge de près d'une heure avec un rendement de 0,89 en quantité et de 0,61 en énergie. Avec une charge eu 15 minutes, le rendement en énergie est de 0,66 et la capacité utilisable en 2 heures de 4 à 5 amp. -h. par kg. On remarquera la constance du voltage à la décharge, provenant de la grande surface des électrodes (0,33 m^ par kg. de plaques) et de la bonne circulation de Télectrolyte ; la valeur élevée de ce voltage est due probablement à Télectrolyse de Facide sullurique, employé à un titre élevé (densité, 1,285) dans ce genre d*applicatiou. Gr&ce à ces conditions favorables, on voit que dans remploi des accumulateurs Planté à grande surface, chargés en 15 ou 20 minutes, on peut compter

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Fig. 880. — Courbe de décharge d*un accumulateur Biot après une charge rapide.

sur une charge utilisable de 4 à 5 amp.-h. au kg. d'électrodes avec un rendement moyen de 0,90 en quantité et de 0,65 en énergie. C'est là un résultat remarquable. Mais il ne faut pas perdre de vue que le même type d'accumulateur pourrait fournir au moins 10 amp.-h. * pour une décharge en 10 heures et 6 à 8 amp.-h. pour une décharge en 3 heures. L'accumulateur à charge rapide présente donc, à charge utile égale, un poids d'environ 5U p. 100 supérieur à l'accumulateur à charge lente. Mais, comme le parcours est plus réduit, les batteries ne sont pas nécessairement plus lourdes.

Chiffres pratiques. — On trouvera les données pratiques relatives aux accumulateurs de traction, en vue du calcul des batteries, résumées dans le tableau suivant, dont nous avons cherché à rendre

' Certains modèles spéciaux de M. filot pour installations fixes atteignent même 14 à 15 amp. -heures.

les chiffres exempts de l'exagération qui a nui trop souvent aux partisans de ce genre de traction ; nous supposons un voltage de 1,9 volts à la décharge.