Pile à coloane construite par Volta en isoo

hydrogène, qui s'était dégagé en bulles au fil négatif, et l'oxygène, qui s'était porté sur le fil supérieur attaché au pôle positif et l'avait oxydé. Nicholson substitua bientôt aux fils de cuivre des fils de platine ou d'or : ces métaux n'étant pas oxydables, on put recueillir le gaz oxygène à l'état de liberté. On démontre aujourd'hui la composition de l'eau au moyen de l'appareil de Nicholson légèrement modifié. On prend un verre ((ig. 165) contenant de l'eau, et dont le fond renferme

une masse de cire traversée par deux fils de platine f, f. L'extrémité de ces fils s'engage dans deux étroites cloches de verre graduées et pleines d'eau; on les met en rapport avec les pôles d'une pile. L'eau se décompose, et l'on recueille dans une des cloches deux volumes de gaz hydrogène , tandis qu'un volume de gaz oxygène seulement s'est réuni dans l'autre cloche.

Les expériences de Nicholson furent reproduites partout, en Angleterre, en France et en Allemagne. A la même époque, William Gruikshank démontrait que le courant voltaïque qui décompose l'eau, peut aussi décomposer les oxydes métalliques eux-mêmes dans les sels dont ces composés font partie, en sorte que quelquefois le métal se dépose en petits cristaux sur le pôle négatif.

Appliquée à la chimie, la pile devait enrichir cette science de faits nouveaux et perfectionner d'une manière inattendue ses procédés d'expérimentation. L'illustre chimiste anglais Humphry Davy fit un faisceau de tous les faits épars sur l'action chimique de la pile, et par ses travaux et son génie leur donna l'unité qui leur mantiuait.

Davy montra que tous les corps composés peuvent se séparer en leurs éléments sous l'influence de la pile. Il découvrit

Fig. 165.

L'ELECTRICITE. 273

la véritable nature des terres, c'est-à-dire de la chaux, de la baryte, de la magnésie, et celle des alcalis, c'est-à-dire de la potasse et de la soude. Il sépara ces divers corps en deux éléments : un métal et de l'oxygène. A l'aide d'un appareil trèspuissant, c'est-à-dire composé de six cents couples voltaïques qu'il devait à une souscription nationale, Davy reconnut que, si l'on termine les deux fils conducteurs de la pile par deux pointes de charbon et que l'on approche ces charbons à une petite distance l'un de l'autre, on voit jaillir entre eux une étincelle resplendissante d'éclat. En éloignant peu à peu les charbons l'un de l'autre, le jet de lumière formait un arc lumineux de trois à quatre pouces de longueur et dont l'éclat était comparable à celui de la lumière solaire. Ce phénomène lumineux est purement physique ; l'oxygène de l'air n'y a point de part, car l'expérience réussit aussi bien dans le vide que dans l'air. Ces remarquables effets sont le résultat de la chaleur développée par le courant de la pile. De nos jours, cet arc lumineux a été appliqué à l'éclairage, comme nous le verrons dans le chapitre spécial de Véclairage.

Avec la pile à colonne due à Yolta, il était impossible d'obtenir des effets proportionnés au nombre des couples. La pression des disques supérieurs sur les rondelles de drap de la partie inférieure de la colonne en faisait écouler le liquide, et diminuait ainsi l'action chimique exercée entre le zinc et le li(|uido acide imprégnant les rondelles de drap. Les physiciens songèrent donc à modifier l'instrument de Volta, En 1802, Cruikshank le ht très-heureusement, en rendant cette pile horizontale. Il remplaça les couples circulaires par des plaques rectangulaires de cuivre et de zinc placées en contact l'une avec l'autre, scellées au fond d'une boîte, de manière à former de petites auges, dans lesquelles on plaça le liquide. Ce fut la pile dite à auges ([ue représente la figure 166. Au moyen d'instruments de ce genre, on put brûler des fils de fer et de platine, des tiges de plomb, d'argent, etc., produire enfin divers effets physiques et chin\iques très-intenses.

On vient de voir que la pile à colonne dont Volta avait fait usage fut bientôt remplacée par la pile à auges construite, en 1802, par Cruikshaniv. Cette forme de la pile demeura pendant

id

très-longtemps en usage dans les laboratoires, et c'est avec la pile à auges qu'ont été accomplies les découvertes les plus

Fig. 166. Pile à auges.

remarquables qui aient signalé la branche importante de la science qui nous occupe. Mais cette forme de la pile présentait divers inconvénients : elle fut d'abord remplacée par la pile de Wollaston^ qui rendit de grands services pour certains cas déterminés.

En 1836 et 1839, les physiciens anglais Daniell et Grove firent subir à l'instrument producteur de l'électricité de nouvelles et profondes modifications. Nous ne décrirons pas ici les appareils construits par ces savants. Nous parlerons seulement de la pile de Bunsen, qui est très-énergique, et qui est aujourd'hui presque exclusivement employée dans les ateliers pour la dorure, l'argenture ou le cuivrage des métaux, et dans les laljoratoires de physique.

Composition de la pile de Bunsen. — Chaque couple de la pile de Bunsen se compose de quatre pièces qui rentrent les unes dans les autres. Ces pièces sont Tig. 167): 1" un vase de faïence ou de verre v contenant de l'eau étendue de dix fois son poids d'acide sulfurique; 2° une lame de zinc z munie d'une tige de cuivre qui doit servir de conducteur pour le fluide négatif; 3" un vase de terre perméable p qui peut se laisser traverser par les gaz, et contient de l'acide azotique; 4° un cylindre de charbon c muni en haut d'un anneau de cuivre sur lequel est soudée une tige de cuivre, qui est le conducteur du fluide positif. Ces pièces sont placées les unes dans les autres, comme le montre la figure 168, qui représente d'une part la coupe et

L'ÉLECTRICITÉ

l'élévation d'un élément de la pile de Bunsen, et d'autre part l'appareil monté et prêt à agir.

ili,ili"Hiii;iirt?iil

Fig. 167. Composition d'un couple de la pile de Bunsen.

Dès que le zinc et le charbon communiquent par un con-

Fig. 168. Couple d'une pile de Bunsen moi, té.

ducteur, le couple devient actif, et si Ton réunit entre eux

Fig. 169. Quatre couples d'une pile de Bunsen.

un certain nombre de ces éléments, on obtient la pile de Bunsen.

La pile de Bunsen se compose donc de la réunion d'un certain nombre de couples qu'on fait communiquer l'un avec l'autre, en mettant en rapport la lame métallique fixée au cylindre de zinc avec la lame de cuivre du cylindre de charbon.

La figure 169 représente une pile de Bunsen formée de quatre éléments ou couples. Le pôle positif de cette pile se trouve au dernier cylindre de charbon G, et le pôle négatif au dernier cylindre de zinc Z.

La figure suivante montre une batterie prête à produire différents elfets.

Fiy. 170. Batterie de couples d'une pile de Bunsen.

Théorie de la pile de Voila. — Donnons maintenant quelques idées générales sur la théorie scientifique qui sert à expliquer les effets de la pile voltaïque.

L'idée théorique du développement de l'électricité par le contact, c'est-à-dire la théorie de Yolta, a été reconnue inexacte. La théorie qui admet, au contraire, que le développement de l'électricité par la pile est le résultat de l'action chimique qui s'exerce entre les acides et les métaux de la pile, est admise aujourd'hui presque sans contestation. On explique très-bien l'électricité produite par cet appareil par la seule considération des actions chimiques, c'est-à-dire en invoquant l'électricité qui prend naissance toutes les fois que s'accomplit une réaction chimique quelconque.

Voici comment on expliijue le dégagement de l'électricité dans l'appareil qui est aujourd hui exclusivement en usage

L'ÉLECTRICITÉ

dans l'industrie comme moyen de produire Télectricité, c'està-dire dans la pile de Bunsen.

Quand l'instrument est mis en action, c'est-à-dire quand on charge les couples en plaçant l'acide sulfurique dans le vase extérieur, l'acide azotique dans le vase intérieur, et dès que les fils conducteurs sont mis en contact de manière à donner l'écoulement au courant électrique qui va se produire, voici la réaction chimique qui se passe et qui a pour résultat de produire une masse considérable d'électricité qui prend alors la forme de courant.

L'acide sulfurique étendu d'eau, qui remplit le vase extérieur V, attaque la lame de zinc Z qui plonge dans ce liquide; sous l'influence de l'acide sulfurique, l'eau est décomposée en ses éléments, savoir hydrogène et oxygène: l'oxygène, se portant sur le zinc, forme de l'oxyde de zinc qui, se combinant avec l'acide sulfurique , produit du sulfate de zinc, sel soluble dans l'eau et qui demeure dissous dans l'eau du vase V. Cette première réaction, c'està-dire la décomposition de l'eau, produit un grand dégagement d'électricité, puisque toute réaction chimique s'accompagne nécessairement d'un dégagement d'électricité. De là une première source d'électricité dans l'instrument que nous considérons.

Mais il y a, dans le même appareil, une seconde source d'électricité qui vient s'ajouter à la première. Le gaz hydrogène provenant de la décomposition de l'eau par le zinc ne se dégage pas purement et simplement à l'extérieur; le vase intérieur D, qui est fait en porcelaine non vernie, est perméable aux gaz ; il peut donner passage, à travers la porosité de sa substance, au gaz hydrogène qui s'est formé dans le vase extérieur A'. Le gaz hydrogène passe donc à travers l'épaisseur du vase D, et, parvenu à l'intérieur de ce vase, il se trouve en contact avec l'acide azotique qui le remplit. Il s'établit alors une action chimique entre le gaz hydrogène et l'acide azotique: l'hydrogène, se combinant à une partie de l'oxygène de l'acide

azotique, forme de l'eau et ramène l'acide azotique à l'état d'acide hypo-azotique ou de bioxyde d'azote. Cette nouvelle action chimique entre l'hydrogène et l'acide azotique a pour résultat nécessaire de produire un nouveau développement d'électricité qui prend la forme de courant, et s'ajoute à l'électricité déjà produite par la première réaction qui s'est exercée entre l'acide sulfurique et le zinc dans le compartiment extérieur. Les deux courants électriques provenant de cette réaction ne s'annulent pas réciproquement, mais ajoutent leurs effets, parce qu'ils marchent dans le même sens, c'est-à-dire vont du vase intérieur au vase extérieur, à travers les liquides et la cloison poreuse. Le bloc de charbon C, substance inattaquable par l'acide azotique et très-conductrice de l'électricité, reçoit l'électricité positive, qui s'écoule par le fil métallique fixé sur cet élément; le zincZ reçoit l'électricité négative et lui donne l'écoulement par le fil métallique soudé à la lame de zinc et qui représente le pôle négatif.

Quand on réunit entre eux, au moyen d'un fil métallique conducteur, le pôle négatif et le pôle positif de l'instrument, la pile entre en action, et il se forme un courant électrique continu, parce que les deux électricités positive et négative, qui viennent se neutraliser et se détruire mutuellement au point de jonction des deux conducteurs interpolaires, se reforment sans cesse et constituent ainsi ce que l'on nomme un courant électrique.

Effets de la pile de Voila. — L'instrument découvert par Volta est un des plus merveilleux qui soient sortis des mains des hommes, en raison delà diversité et du nombre des effets auxquels il donne naissance. On peut les diviser en trois catégories : 1° effets physiques, 2» effets chimiques, S" e^ds physiologiques.

Si Ton réunit les deux pôles d'une pile en activité par un fil de métal de faibles dimensions, ce fil s'échaullé, rougit, fond et disparait. Aucune matière ne peut résister à la puissante action calorifique de la pile de Volta: les métaux les plus infusibles entrent en fusion et même se volatilisent quand on les place, sous la forme de fils fins, entre les deux pôles.

Cet instrument, qui est une source de chaleur, est aussi une

L'ELECTRICITE. 279

source de lumière. Si l'on termine les deux conducteurs d'une pile puissante par deux pointes de charbon, et qu'on les tienne éloignés seulement de quelques centimètres, on obtient une lumière d'un éclat prodigieux.

Comme nous le verrons plus loin (Èleclro-ma'jnéiisme, page 313 , la pile peut aussi devenir un instrument mécanique, c'est-à-dire servir à transformer les barres de fer en puissants aimants qui attirent des masses de fer d'un poids considérable, et produisent ainsi un véritable effet mécanique.

Production de chaleur et de lumière, force mécanique, tels sont donc les effets physiques principaux de cet instrument.

La pile de Volta est encore un agent extrêmement puissant de décompositions chimiques. Plongez dans la dissolution d'un sel, dans une dissolution de sulfate de soude, par exemple, les deux pôles d'une pile, et vous verrez les deux éléments du sel se séparer sous l'influence décomposante de l'électricité : l'acide sulfurique libre apparaîtra au pôle positif, et la soude, c'est-à-dire la base du sel, se portera au pôle négatif. Souvent même la base de ce sel sera décomposée à son tour, et elle se réduira en ses deux éléments, oxygène et métal. Faites plonger dans une dissolution de sulfate de cuivre les deux pôles d'une pile en activité, l'acide sulfurique sera mis en liberté et se portera au pôle positif, et l'oxyde de cuivre qui s'est porté au pôle négatif sera décomposé luimême en ses deux éléments, le cuivre et l'oxygène. L'oxygène se dégagera à létat de gaz au pôle positif avec l'acide sulfurique et le métal, le cuivre se déposera au pôle négatiL C'est sur ce fait, comme nous le verrons plus loin, que reposent les opérations de la galvanoplastie.

La pile est donc, au point de vue de ses efl'ets chimiques, un agent puissant de décomposition, puisque aucune substance composée ne peut résister à son action.

Quant à ses effets physiologiques, ils consistent dans les commotions que le courant de la pile fait éprouver aux divers organes des animaux'.

1. En 1793, Larrey, Dupuytren, Riclierand et autres chirurgiens excitèrent des contractions musculaires sur des membres nouvellement amputés, à l'aide d'armatures composées de deux métaux superposés. Aldini, neveu de Galvani,

Chaleur, lumière, force mécanique, décompositions chimiques, action puissante sur les organes des êtres vivants, tels sont donc les effets que produit la pile de Volta, et qui en font un instrument véritablement universel par la variété de ses attributs.

En 1820, OErsted, physicien danois, découvrit un fait remarquable, qui devint la source d'une nouvelle branche de la physique, yéleclro-magnèlisme. En réunissant par un fil métallique les deux pôles d'une pile et approchant ce fil dune aiguille aimantée, comme le montre la figure 172, OErsted reconnut que l'aiguille était écartée de sa direction primitive. L'électricité en mouvement agissait donc sur les corps magnétiques. La science allait dès lors marcher rapidement à des conquêtes nouvelles, car l'électro-magnétisme devint l'origine de la découverte d'une foule de faits qui ont considérablement étendu le cercle de nos connaissances sur l'électricité, et qui ont reçu de nos jours des applications aussi précieuses que variées.

poursuivit les mêmes expériences; avec une pile à colonnes d'une centaine de couples, il provoqua dans le corps de chevaux, de bœufs et de veaux récemment abattus, des mouvements vitaux d'une énergie surprenante. Bichat essaya le premier de galvaniser le corps de suppliciés. Vassoli-Eudi, Giulio de Rossi, physiciens piémontais, Nysten et Guillotin, médecins français, enfin Aldini, se livrèrent à de nombreuses expériences du même genre. Aldini conclut de ses expériences que le galvanisme pourrait être efficace pour rappeler à la vie des noyés et des asphyxiés.

Pour donner une idée des étranges effets produits par l'électricité sur les cadavres humains, nous citerons l'expérience que le docteur Andrew Ure fit à Glascow, en 1818, sur le corps de l'assassin Clysdale. Cet homme avait vendu son cadavre au docteur Ure, qui voulait le soumettre aux épreuves de la pile voltaïque. C'était un individu de trente ans, très-vigoureux. Après l'exécution, il resta près d'une heure au gibet, suspendu et immobile, et il fut apporté à l'amphithéâtre de l'Université dix minutes après qu'on l'eut détaché de la potence. Un des pôles de la pile fut mis en communication avec la moelle épinière, à la hauteur de la vertèbre atlas, l'autre pôle étant mis en contact avec le nerf sciatlque. Un frisson sembla tout aussitôt parcourir son corps. En disposant convenablement les conducteurs sur les muscles pectoraux du cadavre, on rétablit les mouvements respiratoires : la poitrine s'élevait et s'abaissait. Le poing du cadavre s'ouvrit en dépit des efforts des opérateurs, et son doigt sembla désigner les personnes qui l'entouraient. Les muscles de la face s'agitèrent horriblement et de manière à jeter l'épouvante parmi les assistants. Plus d'un spectateur de cette étrange expérience s'enfuit frappé de terreur. La face du supplicié exprimait tour à tour la rage, le désespoir ou l'angoisse.

Le docteur Ure a écrit qu'on aurait pu ramener ce pendu à la vie, si on eût commencé par rétablir chez lui les mouvements respiratoires, et si l'on n'avait pas blessé la moelle épinière pour y enfoncer l'un des pôles de la pile.

L'ELECTRICITE

Nous allons avoir l'occasion d'étudier, dans la suite de cet ouvrage, les applications les plus importantss qui ont été

j:fg^M/£ff-

Fig. 172. AcUoa du courant électrique sur l'aiguille aimantée.

faites de nos jours de l'électro-magnétisme, en parlant de la télégraphie électrique, de la galvanoplastie, de la dorure électrochimique et de l'éclairage électrique.

APPLICATIONS