ACCUMULATEURS ÉLECTRIQUES

On sait que deux électrodes polarisées, étant réunies par un fil conjonctif, restituent l'électricité qui avait été employée à produire la polarisation; toute la théorie des accumulateurs est renfermée dans ces quelques mots. Gaston Planté mpntra qu'en employant des lames de plomb on obtenait les effets de polarisation les plus considérables; il eut ensuite l'idée d'utiliser cette propriété pour réaliser un accumulateur d'énergie électrique ; c'est de lui que vient le nom et la chose.

C'est en 1859 que Gaston Planté a cré » la pile secondaire au plomb, ou pile réversible qui a illustré son nom.

Le couple de Planté était composé de deux lames de plomb parallèles et très rapprochées, plongées dans l'eau acidulée ; le passage du courant de charge oxydait le métal au pôle positif et réduisait l'oxyde qui pouvait recouvrir le pôle négatif; la décharge tendait à remettre les lames dans leur état primitif. 11 fallait soumettre préalablement le plomb à une série de charges et de décharges, qui avaient pour effet de le rendre poreux et de faire intervenir une masse de métal plus considérable dans la réaction. Cette opération préliminaire s'appelle la formation de l'accumulateur ; elle était longue et dispendieuse. Planté trouva le moyen de l'abréger par une immersion des lames dans de l'eau acidulée par n.oitié de son volume d'acide azotique; mais le travail était encore trop coûteux.

C'est alors que M. Camille Faure eut l'idée ingénieuse de recouvrir les feuilles de plomb d'une pâte de minium retenue par un sac de feutre, fixé au métal par des rivets de plomb ; l'invention est de 1881 ; par cet artifice, la formation fut régulièrement abrégée et facilitée; il suffisait dès lors de charger l'accumulateur à refus deux fois et de le décharger pour que le minium donnât du peroxyde sur la lame positive et du plomb

ilO LES BATEAUX SOUS-MARINS

réduit sur la lame négative ; on obtient de la sorte une formation profonde d'une capacité considérable.

Les appareils Planté et Faure sont les deux types auxquels peuvent être ramenés tous les accumulateurs qui se disputent aujourd*hui la faveur des électriciens; nombreux sont les modèles qui ont été produits en vingt ans ; mais la classification que nous venons d'établir permet de les comprendr.e tous.

Par des artifices spéciaux, on a réussi à augmenter la surface des lames de Planté sans augmenter le volume et le poids des appareils; on a employé dans ce but les moyens les plus divers; le plomb a été strié, gondolé, gaufré, ajouré, feutré, grenaille, étiré, etc. En somme, le type de Planté n a été que modifié.

Le sac de feutre de M. Faure se détruisait facilement, et l'inventeur perfectionna lui-même son appareil en fixant mieux le minium sur le métal. En collaboration avec MM. Sellon, Volckmar il imagina de quadriller le plomb et d'y comprimer la pâte dans les creux; c'est l'origine des accumulateurs à cellules ; on fit mieux encore en adossant deux lames de grillage et en intercalant dans Tintervalle des pastilles qui ne pouvaient ni se briser ni se détacher. En définitive, c'est toujours le type de M. Faure qu'on reproduit sous des formes diverses.

Le grand ennemi des accumulateurs est le foisonnement djes plaques par la sulfatation du plomb; 1 volume de plomb peroxyde donne 2 volumes de sulfate de plomb; le plomb poreux réduit augmente lui-môme de volume. Cet inconvénient existe aussi bien avec les accumulateurs genre Planté, formés en plein plomb, qu'avec les accumulateurs à cellules. C'est ainsi que les plaques se désagrègent et se détruisent. Augmenter la durée des appareils est donc le premier objectif des inventeurs; tous y visent, et ils prétendent presque tous avoir réussi.

Un autre défaut à éviter c'est, la formation des courts-circuits; on supprime ce grave inconvénient par des dispositions ingénieuses des plaques permettant de rendre impossible tout contact direct ou indirect entre elles; il faut encore établir les

FORCF, MOTRICR F.T PROPUI.SrON 17)

prises dr; courant, de Udie sorte que l'câii acid iik'e ne puisse les atteindre ; enfin les plaques grillagées, qui servent de support aux pastilles, subissent une véritable formation en service, et elles perdent lotir solidité; on y obvie en alliant divers métaux au plomb; l'untimoine a donné de bons résultats.

Toutes ces questions ont été parfaitement étudiées dans ces derniers temps, et le pmblème approcbe de sa solution, sans qu'on puisse se flatter néanmoins de posséder un accumulateur sans roprocbo.

Pour se rendre compte de la valeur d'un accumulateur, il faut déterminer six éléments qui sont :

1° Conservation de la chaîne iï circuit ouvert;

2° Le débit des ampères par kilogramme de plaques;

3° Lerapportdu poids utile de plomb au poids brut ;

i" La puissance normale en watts ;

5° La capacité des wattsheure ;

6° Le prix par kilogramme de plomb utile ;

Les piles chlorochromiques furent remplacées, à bord du Gffinnnfe. par un accumulareur Commelin-Dcsmazures.

Cet accumulateur {fig. i)2, !):S et 94) est constitué par une s de cuivre isolées et plongées dans un liquide composé d'une dissolution de i caustique.

c et de potasse

172 LES BATEAl'X SOrS-MARINS

Les négatives sont faites d'une toile métiiUique en fer 6\améc et amalgamée.

Les plaques positives sont formi^es d'une toile métallique en cuivre, sur laquelle on a compressé du cuivre pulvérulent, à la pression de 1.000 kilogrammes au centimètre carrt^. Chaque plaque positive est logée dans un sac en parchemin qui forme

j et 3G. — Accumulateur Lntircnl Célj

cloison poreuse. Los plaques sont isolées les unes des autres pnr un grillage en ébonile.

Pendant la charfie le zinc se dépose sur les plaques négatives, etl'oxygène oxyde les plaques positives.

A la décharge, le zinc s'oxyde, et l'oxyde de cuivre se réduit pour reformer du cuivre pulvérulent.

A la charge il se forme un dépôt électroiytique de zinc sur les négatives, qui sont alors composées de quatre métaux, fer-

étain, mercure et zinc. Tant que le fer reste étanié et amalgamé, Taccumulateur fonctionne ; il devient inerte dès que le fer est à nu.

Ces accumulateurs ont été remplacés à bord du Gymnote par une batterie d'accumulateurs de la Société du travail électrique des métaux. Cette Société emploie les procédés de fabrication de M. Laurent Cély, qui permettent d'augmenter la capacité de Taccumulateur [fig, 95 et 96), tout en lui assurant une grande durée relative; la lame est faite dun alliage de plomb et d'antimoine, et elle est évidée ; on coule dans les trous du chlorure do plomb fondu, puis on plonge cette plaque dans Teau acidulée par l'acide sulfurique ; il se forme ainsi un couple voltaïque; si l'on introduit un cylindre de zinc dans le liquide excitateur, le chlorure est réduit en formant une masse spongieuse, dont la densité ne dépasse pas 5,7.

La formation de ces plaques est rapide et profonde ; on ne constate point de foisonnement, et les plaques positive et négative se conservent bien.

Les accumulateurs employés à bord des sous-marins ont des bacs spéciaux en bois doublés à l'intérieur; ils sont hermétiquement fermés ; les connexions se font à l'extérieur et à l'abri des sels grimpants ; chaque élément porte un tube relié à un collecteur pour éviter le dégagement de l'hydrogène à l'intérieur du bateau.

Les accumulateurs, comme les piles primaires, ont un meilleur rendement lorsqu'ils sont couplés en tension. H y a donc lieu d'éviter autant que possible les couplages en quantité ; il faut, en établissant les calculs de la batterie, choisir tout d'abord le régime de voltage en évitant les trop hautes tensions il sera facile ensuite de déterminer le nombre d'éléments nécessaires pour fournir la différence de potentiel prévue, en prenant comme différence de potentiel moyenne par élément à la décharge 1,9 volt ou 2 volts.

La première batterie du Gustave-Zedr était formée de 720 éléments. En présence d'un nombre aussi considérable d'éléments, l'on a été dans l'obligation de fractionner et de coupler les

l74r LES BATEAUX SOL'S-MÀHlNâ

batteries en quantité pour ramener la différence du potentiel à 200 ou 300 volts.

Cette première batterie a donné bien des mécomptes, dus à son couplage et à son arrimage à bord, qui étaient des plus défectueux ; Ion se rend compte de la difficulté de placer et de fixer 720 éléments dans une coque de section cylindrique ; les éléments placés à la partie inférieure se trouvaient couverts par les rangées supérieures et n'étaient jamais visités.

Cette batterie a été remplacée par une autre de môme système dont les éléments sont beaucoup plus grands, ce qui a permis d'en réduire le nombre et de modifier le couplage en (juantité, qui était défectueux. C'est avec ces derniers accumulateurs que le Gustnve-Zrdr a terminé ses essais et qu'il a effectué le parcours de Toulon à Marseille et retour.

Actuellement nous possédons le Gymnote^ le Zédé et le Morse ^ qui sont uniquement électriques, alimentés par des accumulateurs de la Société des Métaux, le Narval^ qui est actionné en immersion par des accumulateurs Fulmen.

Nous avons en construction six sous-marins électriques, le Français et T Algérien, qui recevront l'un une batterie de la Société des Métaux, l'autre une batterie d'accumulateurs Phénix; pour les quatre sous-marins type Farfadet, diversesSociétés ont fourni des devis de poids et de prix; mais nous ne sommes pas encore fixés sur l'attribution de ces dernières fournitures.

Nous croyons intéressant de donner une note sur les détails de construction des accumulateurs qui sont en service abord des sous-marins ou qui sont susceptibles d'être appliqués plus tard.

Nous avons constaté que les constructeurs abandonnent peu à peu les accumulateurs à oxydes de plomb à formation artificielle, pour revenir au type primitif genre Planté à formation autogène; quelques construcleurs cherchent à tirer parti des avantages des deux systèmes, en combinant des éléments mixtes, dont les plaques positives sont du genre Planté et les négatives de Faure, et môme les deux systèmes sur la môme plaque.

Force .motrice et t^HOPuLsioN \i^

La question du poids n'est pas étrangère à ce mouvement, si nous examinons le poids des accumulateurs existants et si nous comptons sur une capacité de 6 ampères-heures par kilogramme de plaques, la différence de potentiel entre les deux électrodes étant égale à 2 volts pendant la décharge.

Un kilogramme de plaques peut fournir 12 v^atts-heure. Un cheval-vapeur de 75 kilogrammèlres par seconde équivaut à 736 watts par seconde.

Un cheval-heure, ou 736 watts-heures, est fourni par

— -= 61'*'^, 250 de plaques. En prenant le coefficient 1,30, on

obtient le poids total, liquide, bacs et connexions compris, soit 61 ,250 X 1,30 = 79'^,625 ; ce poids d'accumulateur du chevalheure est considérable ; il y aurait un grand intérêt à le réduire.

On peut déterminer la quantité théorique de plomb nécessaire à la production d'un cheval-heure, sous une différence moyenne de potentiel de 2 volts, nécessitant un courant de 368 ampères-heures.

Un courant ayant une intensité de 1 ampère, traversant un bain pendant une heure, électrolyse 3*', 858 de plomb. La quantité de plomb intéressée sur chaque électrode par un courant de 1 ampère-heure sera de : 3^^858 X 2 = 7»^%716. Théoriquement, pour obtenir le travail d'un cheval-heure, il faut donc 7,716 X 368= 2^'^,839 de plomb, en tenant compte de l'oxydation de la plaque positive. Le poids peut ôtre évalué à 3 kilogrammes.

Au point de vue de l'utilisation des matériaux qui les composent, on voit que les accumulateurs ont un très mauvais rendement. En effet, pratiquement il faut 61*^^,250 de plaques pour produire 1 cheval-heure, tandis que, théoriquement, il

61 250 suffit de 3 kilogrammes : — - — = 20.416 ; on voit ainsi que

le vingtième du poids seulement est intéressé dans l'action chimique.

Nous verrons plus loin, en décrivant les accumulateurs a oxydes, que les plaques sont formées de quadrillages servant

de supports à la matière active, afin d'obtenir une certaine cohésion et une résistance suffisante, on donne aux plaques un minimum d'i^paisseur de 5 millimètres environ. D'après M. Faure, la couche rapportée, qui participeaux réactions électrolytiques, est seulement de 0°'",5 ; les calculs établis plus haut nous montrent que ce chilîro est encore exagéré. Théoriquementles plaques devraient avoir 0'°°',25 d'épaisseur; on voit l'impossibilité matérielle de fixer la matière active dans un support , d'une aussi faible épaisseur et de maintenir le parallélisme de plaques planes aussi minces, tandis qu'il est possible, par le procédé Planté, d'employer le plomb très mince et de chercher le meilleur moyen d'augmenter la surface.

AGCUMLLATELU PEYRUSSON

Voici la description somma ire de cet appareil : il se compose d'un vase étanche contenant une seule électrode positive et une électrode négative.

L'électrode positive est formée par une forte tige centrale A ifig. 97) servant de connexion, autour de laquelle sont soudes de nombreux feuillets rayonnani de 1/2 millimètre d'épaisseur. Ces feuillets sont encastrés dans des culots de plomb, B et G, à la partie supérieure et à la partie inférieure, de manière à former un tout rigide.

L'électrode négative est formée par une seule feuille de plomb de 1/2 millimètre d'épaisseur, plissée en éventail et roulée ensuite en cylindre. Des fentes sont ménagées Fio. 97 et 08 il chaque pli interne D, E, F, etc., de manière à permettre la circulation du liquide. Lesdeux bases du cylindre sont également englobées (sauf pour le plus petit modèle) dans les couronnes massives G, H, qui permettent d'obtenir un ensemble bien solide. La connexion I est venue de fonle avec la couronne supérieure.

Le tout plonge dans un vase en grès ou ea verre rempli d'eau acidulée par Tacide sulfurique. Doux petites coupelles en porcelaine, J, K, placées en haut et en bas de Télectrode positive, la maintiennent bien au centre de Télectrode négative, tout en assurant un bon isolement. La coupelle inférieure, reposant sur un support en porcelaine dégagé par dessous, empoche en outre les parcelles d'oxyde ou de sulfate de plomb, qui tombe au fond du vase, d'établir un court-circuit entre les deux électrodes. Des rondelles de caoutchouc sont placées sous les deux électrodes de manière à éviter les chocs. L'ensemble est complété par un couvercle où sont ménagés deux trous pour le passage des deux connexions.

Faible épaisseur des lames, — L'accumulateur Peyrusson se fait tout d'abord remarquer par la faible épaisseur des lames. Les considérations que nous avons développées en tôte de cette étude, et qui montrent qu'une fraction infime de plomb employé est utilisée par Faction chimique, ont conduit l'inventeur à réduire l'épaisseur des lames ii 1/2 millimètre, dimension qu'il considère comme un minimum dans les applications courantes pour obtenir une résistance mécanique suffisante.

Reprenons rapidement le calcul de la couche active dans ces conditions, en admettant avec l'inventeur, comme nous le verrons plus loin, une capacité de 40 ampères-heure par mètre carré de surface active. Un courant de 40 ampères-heure intéresse dans l'électrolyse 3«^858 x 40 X 2 X 2 = 6l7«^2<S de plomb pour les deux faces des deux électrodes. — l°,2de plomb de 1/2 millimètre d'épaisseur pèse 5.700 grammes.

Donc le rapport du plomb actif au plomb total est '^ >

comme les feuilles ont 1/2 millimètre d'épaisseur, l'épaisseur de la couche active, sur chaque face, est de :

0,5 X 6<7.28 . . .... ,, 2 X 5.700 = ^'^^^ millimètres,

c'est-à-dire moins de 1/30 millimètre d'épaisseur.

BATEAUX SUUS-MAHI>'S. — II. l-

178 LES BATEAUX 80[:â-)tAnl^S

Au point de vue chimique, celte épaisseur de 1/2 millimètre permet encore à l'oxyde de se renouveler intégralement environ sept fois avant complète «sure, c'esl-k-dire de fournir un service très long, comparativement aux accumulateurs à formation artificielle, dans lesquels la pâte se boursouftle et tombe bien avant l'usure chimique.

NOTE SUH LA COMPOSITION DES ÉLÉMENTS DACCtJMULATEUBS TB\NS- PORTABLES DE LA SOCIÉTÉ POUH LE TRAVAIL ÉLECTRIQUE DES MÉTAUX.

Les éléments d'accumulateurs de !a Société pour le Travail électrique dt-s Métaux se composent (fii/. W) de plaques positives du type à augets, et de plaques négatives d'un type différenl.

type à pastilles; les plaques posititives sont constituées par un quadrillage en plomb anlimonîcux moulé sous pression. Ce

tOkCË MOTRICK ET i>ROt>ULSiON 1*9

quadrillage comporte une âme pleine, sur les deux faces de laquelle se trouvent des saillies triangulaires parallèles aux côtés horizontaux de la plaque, qui forment avec cette âme des rainures ou « augets » remplis d'une pâte spéciale à base d'oxydes de plomb, qui est transformée par Télectrolyse en bioxyde de plomb formant la matière active de la plaque. La plaque se trouve consolidée par des nervures pleines, perpendiculaires aux saillies et par un cadre venu de fonte.

Elle est munie à sa partie supérieure d'un appendice servant de prise de courant.

Les plaques négatives se composent de plomb spongieux cristallin formant la matière active de la plaque et d'un quadrillage en plomb antimonieux, obtenu par coulée autour des pastilles de plomb spongieux qu'il réunit entre elles et qui sert de conducteur de courant. Les pastilles de plomb spongieux sont obtenues par la réduction avec des procédés spéciaux de pastilles à base de chlorure de plomb fondu.

Les plaques de même polarité sont réunies électriquement par des barrettes de plomb soudées aux prises de courant.

Chaque élément est fermé par un couvercle muni d'une ouverture qui sert aux dégagements des gaz pendant la charge.

Les électrodes sont montées dans des bacs en ébonitc, placés eux-mêmes dans des caisses en bois de chêne revêtues d'un vernis spécial, et consolidées par des ferrures qui servent aussi à enlever les éléments ; elles sont supportées par des tasseaux en ébonite, et elles sont isolées au moyen des dispositifs suivants ; chaque plaque positive est enveloppée d'un tissu inattaquable par Tacide étendu formant l'électrolyte et est séparée des plaques négatives voisines par deux quadrillages en ébonite permettant la libre circulation de l'électrolyte et le facile dégagement des gaz qui se forment pendant la charge des éléments; les enveloppes des plaques positives s'opposent h la chute de la matière active de ces plaques, en Tempêchant de venir former des courts circuits entre les plaques de polarité différente. Elles augmentent la durée des plaques positives et évitent les visites et les démontages des

éléments. De plus, elles permettent de réduire la distance

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