CHAPITRE IV

Détermination de la température des fours de fusion. Analyse des gaz des fours. Détermination des températures. — Lorsqu'un verrier a à sa disposition un four bien conçu, bien construit, on est en droit de lui demander de beau verre.

Pour bien conduire un four, pour en tirer le meilleur parti possible, il est certaines conditions que l'on ne doit pas négliger, qu'il importe de connaître.

Les différentes phases du travail du verre n'exigent pas la même température, et au moment de l'affinage du verre, lorsque la température, qui est allée en croissant jusque-là, a atteint un certain degré, il y a une limite que l'on ne doit pas dépasser dans la crainte de briser les creusets, de détériorer la voûte du four, etc. On doit donc avoir, en même temps qu'une grande habitude de la conduite du four, certains moyens qui, à défaut d'indications mathématiquement exactes, permettent au moins des comparaisons entre les mêmes phases d'un travail dans des fours différents, ou bien, en opérant au même four, permettent de comparer deux phases successives.

Pour la bonne marche des fours, il convient également de connaître la température des gaz de combustion, celle du gaz brûlé, des résidus de la combustion, leur pouvoir calorifique, etc. Nous allons donc examiner ces deux sujets dans ce chapitre.

M. le baron Del' Marmoll, ingénieur et ancien directeur de la glacerie de Courcelles, auteur d'un travail sur la fabrication des glaces, auquel nous avons fait quelques emprunts, a construit un photomètre qui sert en même temps de pyromètre. Cet appareil se compose d'une boîte portative contenant une quaran-

HENRIVAUX. — LE VERRE. 199

taine de verres bleus mooiles autour d'un axe. En fixant un point lumineux quelconque, on arrive à en éteindre la lumière par l'interposition suffisante des verres. Le nombre de verres interposés exprime l'intensité de la lumière et également le degré de la chaleur, quand surtout l'observation s'applique aux mêmes substances soumises à des températures lumineuses. On peut ainsi juger immédiatement, dit M. Del' Marmoll, de l'éclat d'un gaz éclairant, du degré de chaleur de chaque partie d'un four, mais ce ne sont là que des indications comparatives.

M. C. W. Siemens a imaginé un pyromètre électrique dont voici le principe, la description et l'usage :

La résistance électrique du conducteur métallique dépend de ses dimensions, de sa nature et de la température à laquelle il est soumis, tout accroissement de sa température entraînant un accroissement de résistance. La loi qui régit cet accroissement est connue. Il en résulte que, étant donnée la résistance d'un conducteur à zéro, on peut calculer sa résistance à tel degré de température que l'on voudra, et, vice versa, si l'on peut mesurer exactement la résistance d'un conducteur, on peut calculer sa température. C'est sur ce principe qu'est basé le pyromètre électrique de M. G. W. Siemens.

Une spirale de platine d'une résistance connue à zéro, enroulée sur un cylindre d'argile réfractaire protégé par un tube de fer forgé ou de platine, est exposée à la température qu'il s'agit de déterminer. Des fils sont ménagés pour mettre la spirale en communication avec un instrument propre à mesurer sa résistance, et, cette résistance une fois connue, on peut calculer sa température.

L'instrument employé pour mesurer la résistance électrique de la spirale de platine est un voltamètre différentiel.

Le voltamètre différentiel se compose de deux tubes en verre dans lesquels an mélange d'acide sulfurique et d'eau est décomposé par un courant électrique passant entre deux électrodes de platine. Le gaz développé est reçu dans la partie supérieure des tubes soigneusement calibrée et on en peut lire la quantité au moyen d'échelles graduées placées derrière les tubes. Le niveau du liquide est ajusté au moyen de réservoirs mobiles communiquant avec les tubes. On divise au moyen d'un commutateur le courant de la pile en deux circuits, dont l'un est représenté par une résistance artificielle adaptée à l'instrument et les électrodes de platine de l'un des tubes et l'autre par la résistance à mesurer et les électrodes de l'autre tube. Les quantités de gaz développées dans les deux tubes sont en proportion inverse des résistances de leurs circuits respectifs: il en résulte que l'une des résistances, à savoir celle de l'instrument, étant connue, l'autre peut être calculée.

INSTRUCTIONS POUR l'EMPLOI DE l'aPPAREIL

« Emplissez les éléments avec de l'eau pure, et, au cas où la puissance de la pile tendrait à décroître, avec une solution de sel ammoniac et d'eau; mettez en communication les pôles de la pile avec B et B' sur le commutateur; exposez

la petite extrémité du tube jusqu'au cône, à la chaleur qu'il s'agit de mesurer,

FiG. 110.

et mettez les bornes serre-fils X, X', et C en communication avec les extrémités

du câble conducteur marquées des mêmes lettres. Mettez en communication les autres extrémités du câble conducteur avec les bornes serre-fils X, X', et C sur le voltamètre.

» On emplit le voltamètre avec de l'acide sulfurique étendu d'eau en versant le liquide par les réservoirs et en ayant soin de tenir soulevés les coussins de caoutchouc qui ferment le sommet des tubes. Le commutateur devra être orienté de telle sorte que les ressorts de contact des deux côtés touchent Tébonite. Le liquide dans les deux tubes devra être ajusté au même niveau, soit zéro des échelles, et on laissera retomber les coussins de caoutchouc. Faites décrire un quart de cercle au commutateur : le dégagement du gaz se produira presque immédiatement. Faites décrire toutes les dix secondes un demi-cercle au commutateur pour renverser le courant. Maintenez le courant jusqu'à ce que le niveau du liquide soit descendu jusqu'à 50 degrés au moins à l'échelle des tubes; remettez le commutateur dans la première position, c'est-à-dire de manière que les ressorts de contact touchent l'ébonite, laissez le niveau des liquides aux échelles marquées V et V; trouvez les mêmes nombres sur la table du pyromètre, sur chacun des côtés marqués V et V, et, au point d'intersection des deux lignes partant de ces nombres, on trouve la résistance de la spirale exposée à la chaleur marquée en chiffres noirs et sa température en chiffres rouges. »

Pour faire une nouvelle expérience il suffit d'ajuster les niveaux des liquides dans les tubes comme il a été dit plus haut.

MM. Siemens ont encore imaginé un'autre pyromètre, ou plutôt un pyromètre calorimétrique, basé sur le principe du calorimètre. Kn France, M. Salleron, riicibile constructeur d'appareils de précision, construit ces appareils dont voici la description :

INSTRUCTION POUR l'eMPLOI DU PYROMÈTRE SIEMENS (PYROMÉTRE CALORIMÉTRIQUE)

Les figures 111 et 11:2 montrent le pyromètre; la figure 111 est une section verticale, la figure 112 une section horizontale de l'appareil. Il se compose d'un vase cylindrique en cuivre a qui peut contenir environ 500 centimètres cubes d'eau, efficacement protégé contre la radiation au moyen d'un double compartiment, dont l'un, le compartiment interne, est rempli de feutre. Un bon thermomètre à mercure h y est fixé et est pourvu, outre l'échelle usuelle, d'une petite échelle mobile c, graduée et numérotée par divisions de 50 degrés pour chaque degré de l'échelle du thermomètre. Avec chaque pyromètre on fournit en outre un certain nombre de petits cylindres de cuivre dont les dimensions sont calculées de telle sorte que la capacité calorifique de chacun soit égale à 1/50 de celle d'une pinte d'eau.

Pour faire usage du pyromètre, versez d'abord environ 500 centimètres cubes (pinte anglaise ^O"", 568) d'eau dans le vase de cuivre ff; faites glisser l'échelle

mobile de façon que son zéro corresponde au degré de la température de l'eau

FlG.

indiqué par le thermomètre 6; prenez ensuite un petit cylindre de cuivre d et exposez-le pendant environ deux minutes au courant d'air chaud dont vous voulez mesurer la température ; retirez vivement le cylindre lorsqu'il est suffisamment

FiG. 11-2.

chauffé et jetez-le immédiatement dans l'eau contenue dans le vase en cuivre: il élèvera la température de l'eau d'autant de fois 1 degré que sa température contient de fois 50 degrés. On peut voir, au moyen de la petite échelle mobile,

HENRIVAUX. — LE VERRE. 203

quelle est la température du cylindre, et si, à ce chiffre, on ajoute la température de Teau avant l'expérience, on obtient la température exacte que Ton a cherchée.

Lorsqu'il s'agit de températures très élevées, on peut employer des cylindres de platine au lieu de cuivre.

Ces résultats n'ont encore rien d'absolu.

Ce sont des renseignements approximatifs qui cependant dans certains cas peuvent rendre des services.

M. Hirn a construit un thermomètre différentiel à air et l'a appliqué à la physique expérimentale industrielle. M. Hirn a, du reste, donné lui-même la description de cet instrument dans un Mémoire sur les propriétés optiques de la flamme des corps en combustion et sur la température du soleil (1).

Celte description a été donnée dans les Annales de chimie et de physique, t. XXX, 1873 ; elle établit la relation entre la température et la hauteur lue directement sur l'instrument décrit. Ces indications ont un certain intérêt scien- ^ tifique, mais elles ne répondent pas encore à ce que demande l'industrie qui nous occupe.

Spectro-pyromètre de M. Crova. — L'étude spectrométrique des radiations lumineuses émises par les corps incandescents a conduit M. A. Crova à un nouveau mode de détermination des hautes températures, par l'analyse de la lumière qu'ils émettent.

Les considérations théoriques exposées dans des travaux récemment publiés ont déjà permis de classer par ordre de températures croissantes, les diverses sources lumineuses soumises à l'analyse spectrométrique. Il est facile d'en déduire une méthode purement optique, pour la détermination des hautes températures.

« Prenant, en effet, dans les spectres continus de la lumière émise par deu>: sources incandescentes, l'une de température connue T, l'autre de température inconnue x, deux radiations simples, de longueurs d'onde très différentes ). et X', auxquelles nous rapporterons toutes nos mesures; déterminons, au moyen d'un

spectrophotomètre, les rapports ~ et Ij des intensités des deux radiations / et )/

dans les deux spectres.

» Le quotient de ces deux rapports représente le rapport des intensités de la radiation V dans les deux spectres, lorsque le plus intense a été affaibli de manière à donner la même intensité à la radiation X dans les deux spectres considérés.

» Deux corps incandescents, ayant même pouvoir d'irradiation, ont même température, lorsque les intensités de toutes les radiations simples de leurs spectres continus sont entre elles dans un rapport constant, c'est-à-dire sont rigoureusement égales entre elles, lorsqu'on a affaibli le plus intense (au moyen de deux niçois), de manière à rendre égales les inlensités de deux radiations quelconques, de même longueur d'onde, dans les deux spectres considérés.

(1) Voy. aussi Comptes rendus de V Académie des sciences, 21 mars 1870 ; Bulletin de ' la Société industrielle de Mulhouse, septembre 1874.

m KiNCYCLOPÉDIE CHIMIQUE.

)) Prenant comme terme de comparaison la lumière d'une lampe modérateur, et soit 1000 sa température dans l'échelle optique, nécessairement arbitraire, des températures. Mesurant, au moyen d'un spectrophotomèlre, le rapport des intensités de deux radiations, 1' dans le vert et ). dans le rouge, prises dans la source de température inconnue et dans la flamme de la lampe. Le quotient de ces deux rapports sera un nombre supérieur ou inférieur à 1000, selon que la température de la source considérée sera supérieure ou inférieure à celle de la flamme de la lampe. Si la température de la source lumineuse varie d'une manière continue, les nombres obtenus constitueront une échelle optique arbitraire, dont le degré dépendra de la température de la flamme de la lampe et d'une certaine fonction des longueurs d'onde ). et X'.

» On a établi la correspondance de cette échelle avec celle des températures d'un thermomètre à air dont le réservoir en porcelaine, porté à divers degrés d'incandescence, est pris comme source de radiations.

» La température de la flamme de la lampe s'obtient en élevant celle du « thermomètre à air au degré où les deux spectres sont identiques dans toute leur étendue.

» La table étant ainsi dressée, il suffira d'une simple mesure spectrométrique pour mesurer exactement la température d'un corps incandescent ; je m'occupe de dresser une table de ce genre, en prenant comme radiations fixes celles dont les longueurs d'onde sont 676 et 5^3. Yoici quelques nombres qui représentent, dans cette échelle arbitraire, les degrés optiques de diverses sources lumineuses :

Lame de platine chauffée au rouge dans

une lampe à gaz , 524

Lame de platine chauffée au rouge blanc

par un chalumeau à gaz 810

Lampe modérateur alimentée par l'huile de

colza 1000

Bougie stéarique 1162

Gaz cle l'éclairage (bec d'Argand) 1373

Lumière oxyhydrique (oxygène et gaz de

l'éclairage sur la chaux) 1806

Lumière élecirique (60 éléments Bunsen). 3060

Lumière solaire 4049

)) Le carbone, la chaux et le platine incandescents ont même pouvoir d'irradiation ; M. E. Becquerel a démontré, en effet, cette identité pour la porcelaine, le platine, le carbone et la magnésie.

» Celte nouvelle méthode permettra d'étendre l'échelle des températures au delà de celles que peut mesurer le thermomètre à air, et qui ne peuvent dépasser celle où la porcelaine commence à se ramollir. Au delà de cette limite, elle sera arbitraire, mais toujours comparable à elle-même et fournira des points de repère rigoureux ; on pourra l'étendre aux limites où la chaleur est assez forte pour vaporiser les corps les plus réfractaires ; on peut même espérer l'étendre au delà de ce point, en appliquant la méthode à la comparaison des intensités des radiations simples émises par les vapeurs incandescentes, pourvu que leur spectre ait plus d'une raie lumineuse.

HENRIVAUX. — LE VERRE. 205

» Cette méthode permettra de régler et de surveiller l'allure de la température dans les foyers industriels, en disposant à poste fixe un spectrophotomètre en face d'un regard pratiqué dans le fourneau. On obtiendra sa température en degrés centigrades, au moyen d'une table, tant qu'elle sera inférieure à celle du ramollissement de la porcelaine. Au delà de ce point, il faudra se borner à la mesure des degrés optiques de température, jusqu'à ce que le développement de la thermodynamique permette d'établir une relation mathématique entre l'émission lumineuse, à une température donnée et la force vive du mouvement calorifique correspondant. »

MM. Tremeschini et Lion se servent de la chaleur rayonnante pour évaluer la température d'un fourneau; leur système est décrit dans les brevets anglais (1878, n" 2708). Un tube recourbé en argile réfractaire est placé dans le four et son extrémité ouverte laisse entrer l'air chaud, qui passe ensuite dans un appendice tubulaire en cuivre, placé contre un thermomètre métallique sensible, qu'on peut éloigner ou rapprocher à volonté ; quand le thermomètre se maintient à une température déterminée, Técartement est proportionnel au carré de la température.

M. Mac Donald relie un tube en métal ou en porcelaine rempli d'azote sec avec un manomètre de Bourdon, qui est muni d'un échelle indiquant les températures ; cet appareil est décrit dans les brevets anglais (1877, n'' 1716).

M. W. Maier,d'Ulm, a construit un pyromètre qui se compose d'un tube en fer dans l'axe duquel se meut aisément un arbre. Autour de cet arbre est enroulée une spirale métallique, dont une extrémité est fixée au tube et l'autre à l'arbre. En s'échauffant ou en se refroidissant, cette spirale s'enroule ou se déroule et détermine ainsi un mouvement de rotation de l'arbre qui est rendu visible sur un cadran au moyen d'une aiguille sans aucune transmission. Le métal employé dans le pyromètre Maier ne subit aucun allongement permanent jusqu'à 450 degrés ; mais, si même cet allongement se produisait, le pyromètre se réglerait encore très aisément. M. Fischer est cependant d'avis que les spirales métalliques ne donnent pas des résultats satisfaisants pour l'estimation des températures élevées.

Le pyromètre de MM. Zabel et C'«, à Quedlinburg, est basé sur la différence entre les dilatations de deux métaux. Dans une'enveloppe fermée a, vissée dans la tubulure 6, se trouve un tube c, qui est en laiton ou en cuivre pour les températures élevées, jusqu'à 900 degrés ; ce tube est fixé dans la tubulure et porle à son extrémité supérieure la plaque d'appui d'un système de levier. Dans le tube c se trouve un second tube de même métal, qui porte à son extrémité inférieure un tube en acier e et est relié à son extrémité supérieure avec le levier. Ce tube e est vissé à sa partie inférieure sur le tube de laiton c. Quand on plonge la partie inférieure de l'instrument dans le liquide ou dans le gaz du foyer dont on veut mesurer la température, les tubes c et d s'échauffent et se dilatent également, parce qu'ils sont formés du même métal; mais le tube d'acier e se dilate moins et cette différence de dilatation est transmise par le levier à l'aiguille, qui indique la température sur le cadran.

Afin que l'air chaud puisse circuler et sortir des tubes pour les échauffer uniformément, la tubulure h est munie de deux ouvertures à chacune desquelles

est fixé un appareil filtrant /*, formé de deux tamis en fil métallique avec une éponge entre les deux, afin que l'instrument puisse également être employé dans les endroits humides ou renfermant de la poussière. Le réglage du cadran a lieu au moyen du disque g, après avoir dévissé les pièces f. Un autre pyromètre a été imaginé par MM. Steinle et Hartung, à Quedlin-

FlG. 113. FiG. ll i.

burg. Une enveloppe a porte à son extrémité supérieure une boîte 6, contenant le cadran, et est reliée à son extrémité inférieure en u avec le tube perforé e; ce dernier supporte sur une partie supérieure, guidée en k dans l'enveloppe a, le mécanisme de Taiguille, qui est relié avec le barreau de graphite g par le tube perforé d. Dès que la longueur du tube / varie par suite de l'influence de la température extérieure, le barreau de graphite est mis en mouvement et en même temps aussi l'aiguille, par l'intermédiaire du tube d. La longueur de

HENRIVAUX. — LE VERRE.

l'enveloppe a peut varier à volonté sans exercer aucune influence sur l'aiguille, tandis que les tubes e et sont toujours à la même température et conservent aussi la même longueur, parce qu'ils sont perforés et entourés d'une couche d'air épaisse. Pour régler l'appareil, on desserre la vis s et on fait tourner l'aiguille au moyen d'une clef. M. P'ischer a comparé le pyromètre électrique au graphite avec le pyromètre électrique de Siemens et le calorimètre Fischer, et, pour les basses températures, avec un thermomètre normal à mercure de Geissler, rempli d'azote. Les appareils étaient placés côte à côte dans un fourneau spécialement disposé à cet effet. Il est résulté de ces expériences que les indications du pyromètre au graphite concordent avec celles fournies par le pyromètre Siemens, le calorimètre Fischer et le thermomètre à mercure jusqu'à 450 degrés; mais qu'au delà de ce point, le pyromètre au graphite indique des températures trop élevées.

Le pyromètre de MM. Steinle et Hartung est gradué par comparaison avec un thermomètre à mercure, sans égard à l'augmentation du coefficient de dilatation du fer et du graphite aux températures élevées ; de là provient sans doute que l'écart entre les indications des deux appareils est d'autant plus considérable que la température est plus forte. Ce défaut peut être évité en établissant la graduation avec soin et, comme on peut aisément la régler avant chaque observation, cet instrument se recommande pour beaucoup d'usages spéciaux, à cause de sa facilité de maniement. Le pyromètre Siemens l'emporte sur le précédent pour l'exactitude, mais il est très coûteux. Quant au calorimètre Fischer, il fournit des résultats exacts et est d'un prix modique ; seulement son maniement demande un peu plus d'habileté que celui du pyromètre au graphite (1).

L'emploi d'un cylindre en platine est préférable à celui d'un cylindre en fer, qui doit être souvent nettoyé et pesé, mais les avantages qu'on en retire ne correspondent pas tout à fait à l'augmentation qui en résulte dans le prix de l'appareil.