CHAPITRE II
LES PILES DÉPOLARISANTES. — LA PILE DE BUNSEN, RAPPEL DU PRINCIPE DE SA CONSTRUCTION. — PILES DÉPOLARI- SABLE3 A ACIDE CIIROMIQUE.
On pourrait distinguer les piles voltaïques en piles hydro-électriques^ dans lesquelles l'action chimique est seule en jeu, et en piles thermo-électriques où la chaleur suffît pour produire un courant d'électricité. Mais ces dernières n'ayant eu encore que très peu d'applications ne peuvent servir de base à une classification.
Sans nous préoccuper davantage de la classification, encore fort difficile, de tous les appareils réunis sous le nom piles, et qui ont pour effet de produire un courant électrique, nous reprendrons la description de ce genre d'instruments au moment où nous l'avons laissé dans les Merveilles de la Science, c'est-à-dire après l'invention et l'emploi général de la pile de Bunsen.
Le physicien Becquerel père avait parfaitement établi, dès l'année 1829, le principe sur lequel repose la construction des piles actuelles. Il avait écrit, en effet :
« La pile porte avec elle la cause des diminutions qu'éprouve le courant électrique; car, dès l'instant qu'elle fonctionne, il s'opère des décompositions et des transports de substances, qui polarisent les plaques, de manière à produire un courant en sens inverse du premier. L'art consiste à dissoudre ces dépôts à mesure qu'ils se forment, avecdes liquidesconvenablement placés. »
On a vu, dans la Notice sur la Pile de Volta, des Merveilles de la science, comment le physicien Grove, pour produire la dépolarisation du zinc, le phénomène funeste qui arrête la continuation du courant, fit usage d'acide azotique, qui détruit l'agent polarisateur, c'est-à-dire le gaz hydrogène provenant de la décomposition de l'eau.
Nous avons dit aussi comment Bunsen, pro-
fitant d'une première tentative du physicien français Arcliereau, créa la pile à deux liquides (acides azotique et sulfurique) connue aujourd'hui sous le nom Ae pile de Bunsen.
Nous n'avons pas à reproduire ce que nous avons dit, dans les Merveilles de la science, sur la manière de monter et de faire agir la pile de Bunsen, dont nous avons donné la description et les dessins, avec tous les détails nécessaires. Nous n'avons à nous occuper que des travaux faits pour perfectionner cette pile, ou pour obtenir des résultats du même genre.
Quelques électriciens remplacent l'acide azotique des piles de Bunsen, par un mélange d'acides azotique et sulfurique. M. Leroux, qui a étudié cette question, dit qu'on peut économiser très notablement la dépense d'acide azotique, en lui substituant de l'acide sulfurique concentré, auquel on a ajouté un ou deux vingtièmes d'acide azotique.
L'acide sulfurique agit comme déshydratant, et amènel'acideazotiqueàun étatdans lequel sa décomposition est plus facile que lorsqu'il se trouve en présence d'une grande quantité d'eau. L'acide sulfurique pouvant déshydrater, d'une manière convenable, son volume environ d'acide azotique du commerce, qu'on y ajoute successivement, on peut, avec son aide, utiliser presque complètement une quantité donnée d'acide azotique, laquelle employée seule, à la manière ordinaire, devrait être rejetée longtemps avant d'être épuisée.
La pile Tommasi, à laquelle on a donné le nom de pile universelle, se compose, comme l'élément Bunsen, d'un vase poreux, verni dans sa partie inférieure, et d'une lame de charbon fixée à un couvercle qui ferme hermétiquement le vase. Cette électrode descend à la moitié environ du vase poreux. En face est suspendue une tige en aluminium, qui traverse le couvercle, et supporte
im demi-cylindre en porcelaine plongeant, avec le charbon, dans un vase poreux. Celuici est placé dans un récipient muni d'un tube. Enlace de la partie vernissée du vase poreux, le vase extérieur porte une rentrée, à la partie supérieure de laquelle se trouve un cylindre de zinc, pourvu d'une rainure, que l'on remplit de mercure.
Tous les vases extérieurs d'une batterie sont mis en communication, au moyen de tuyaux qui servent à les vider et à les remplir, avec une grande cuve renfermant de l'acide sulfurique. Lorsqu'on veut charger la batterie, on commence par verser la quantité voulue d'acide azotique dans les vases poreux; puis, ouvrant le robinet de la cuve, on remplit successivement tous les vases extérieurs, et finalement, on plonge les cylindres de porcelaine dans les vases poreux : la pile entre alors en action.
L'avantage de cette pile réside surtout dans la facilité avec laquelle on peut renouveler l'eau acidulée où jjlonge le zinc. Toutefois, la manipulation des acides, les propriétés toxiques des gaz provenant de la réaction, et la grande quantité de substances à mettre en œuvre, ont fait renoncer à cet appareil.
Au lieu de dépolariser le zinc en détruisant le gaz hydrogène, cause de la polarisation, par des acides concentrés, on a fait usage d'un mélange dépolarisant, c'est-àdire dont la réaction produise, soit de l'oxygène, soit du chlore.
La première pile de ce genre fut imaginée par Poggendorff. Le conducteur était dépolarisé par un mélange d'acide sulfurique et de bichromate de potasse. Seulement, l'oxyde vert de chrome, provenant de la réaction de l'acide chromique, étant insoluble, se déposait sur l'électrode, et arrêtait l'action chimique. Cette pile fut perfectionnée, en 18;)G, par M. Grenet.
Après avoir établi, au sein du liquide excitateur, un système de ventilation, pour
SUPPLÉMENT A LA PILE DE VOLTA
inpècher l'oxyde de chrome de se déposer iir le charbon, M. Grenet donna, finalenent, à la pile au bichromate de potasse la lisposition suivante.
Un flacon à large ouverture est fermé )ar un couvercle en ébonite, auquel sont ixées deux plaques de charbon. Entre ;es plaques, et maintenue par une tige mo- )ile, qui traverse le couvercle, se trouve me lame épaisse de zinc, de même largeur que les charbons, mais à peu près noitié moins longue. Le flacon est rempli lux deux tiers d'une solution de bichromate de potasse à 10 p. 100, additionnée de 10 grammes d'acide sulfurique par litre. Quand la pile est au repos, le zinc se trouve LUI peu au-dessus du liquide où plongent
Fig. .318. — Pile à boutmlle.
Z, zinc. — K, plaques de cliarbon. — T, tige mobile.
constamment les deux charbons. Il faut, pour la mettre en activité, abaisser la lige mobile jusqu'à ce que le zinc vienne baigner dans la solution de bichromate.
La pile Grenet, qu'on appelle quelquefois mcoveptle à bouteille, et que nous représentons dans la figure ci-dessus, s'emploie surtout pour les expériences de laboratoire. Elle présente sur les autres l'avantage d'être toujours prête, de se régler facilement et de ne dégager aucune odeur. Par contre elle se polarise très vite, à eause de la formation d'un alun de chrome sur le char-
bon ; de sorte qu'elle perd, en quelques heures, toute son énergie.
M. Bunsen a construit une pile au bichromate de potasse, ou pour mieux dire une batterie à treuil, dont le mélange dépolarisant est formé de 1 partie en poids de bichromate de potasse, de 2 parties d'acide sulfurique et de 12 parties d'eau. D'après M. Warrington, ce mélange offre l'avantage de ne point donner lieu à la formation d'alun de chrome, mais de laisser déposer seulement de petits cristaux de sulfate de chrome et de zinc.
Cette batterie a été perfectionnée encore par M. Hauck, qui l'a disposée de façon à occuper peu de place, et à permettre d'établir facilement toutes les communications, soit en tension, soit en quantité. De plus, si la batterie est destinée à produire des actions de calorique ou de lumière électrique, on peut employer de grandes plaques de charbon, très rapprochées les unes des autres, ou des plaques plus petites assez écartées, qui donnent un courant énergique.
Comme les piles au bichromate de potasse fournissent un courant très intense, M. Ducretet, habile constructeur d'instruments de physiqueàParis, a disposé, pour les laboratoires, une batterie, dont tous les éléments sont suspendus par une corde s'enroulant sur un treuil, et qui peuvent être plongés tous à la fois dans le liquide excitateur, ou en être retirés, à volonté, d'un seul coup.
La figure 319 montre la pile au bichromate de potasse à treuil, de M. Ducretet.
Les éléments, zinc et charbon, sont suspendus à une tige verticale A, par des fils c, c. Au moyen de la manivelle M et. du treuil T, on fait descendre les éléments dans le bain de chromate de potasse ; et on les en retire à volonté. Une cloison mobile B permet de manier facilement les vases V, qui contiennent la dissolution saline.
Nous représentons (fig. 320) un élément de cette pile.
MM. Gaiffe, Trouvé et Radiguet ont fait des batteries au bichromate de pelasse, analogues aux précédentes.
La figure cicontre montre la batterie à treuil de M.
Trouvé.
Chaque batterie, qui renferme 6 éléments, se compose d'une auge en bois de chêne, garnie de six cuvettes rectangulaires remplies de solution de bi-
Fig. 321. — Pile au bichromate de potasse de M. Trouvé.
chromate de potasse additionnée d'acide sulfurique . L'auge est surmontée d'un treuil avec rochet et cliquet, qui permet, comme dans la pile Ducretet, de faire
descendre tous les éléments à la fois dans le liquide excitateur ou de les en retirer. On obtient une intensité plus ou moins grande du courant selon le degré d'immersion des couples dans le liquide salin.
Un arrêt en bois empêche que les éléments ne sortent entière ment du bain.
Chaque élément de la pile Trouvé se compose d'une lame de zinc, Z, et de deux plaques de charbon C, C, que l'on a recouvertes d'un dépôt de cuivre par la pile, à leur partie supérieure, afin de consolider le charbon qui est toujours un peu finable, de diminuer la résistance de la pile.
Le liquide excitateur s'obtient en dis-
SUPPLÉMENT A LA PILE DE VOLTA
solvant 100 grammes do bichromate de potasse dans un litre d'eau bouillante, et ajoutant à ce liquide refroidi 50 grammes d'acide sulfurique du commerce.
M.Fidler, physicienanglais, aconstruitun élément au bichromate de potasse qu'utilise avantageusement l'administration des télégraphes du Post-Office de Londres. Cet élément est disposé de la manière suivante. Un zinc, de forme pyramidale, et dont la base baigne dans du mercure recouvert d'eau acidulée, occupe le fond du vase poreux. Autour de ce dernier et dans le vase extérieur, se trouve l'électrode de charbon, qui plonge dans un mélange de bichromate dépotasse et d'acide sulfuriqvie étendu d'eau.
Cet élément, dont la force électro-motrice est de 2 volts et la résistance égale à 1 ohm^ est très intense, assez constant et très économique. Les lignes télégraphiques anglaises en emploient actuellement plus de 20,000 éléments ; ce qui est une preuve suffisante de ses qualités, au point de vue de la télégraphie.
M. Camacho obtient la dépolarisation de la pile au bichromate de potasse en disposant les éléments en cascade, ce qui établit
la circulation du liquide, et en augmente la surface du charbon. La figure ci-dessus donne le dessin exact de la pile Camacho.
Les vases contenant la solution de bichromate de potasse sont placc's sur des gradins, et comme en escalier. D un réservoir supérieur A, le liquide excitateur tombe dans le vase poreux de l'élément le plus élevé; il en sort par la partie inférieure de ce vase, et au moyen d'un siphon en caoutchouc, B, il passe dans le vase poreux suivant, et ainsi de suite. L'électrode négative (charbon) est composée d'une tige de charbon de cornue et d'une masse convenable de fragments de charbon, qui remplit tout le vase poreux. La surface énorme que représente l'électrode rend très lente la polarisation de cette pile.
Au bout de quelque temps de service il faut laver les vases poreux et l'électrode, en faisant passer, au lieu du liquide acide, de l'eau pure, qui le débarrasse du dépôt de chrome qui s'y est formé, par la réaction chimique.
Dans la batterie de M. Stohrer, la surface du charbon est totalement utilisée et les plaques de zinc plus étroites que celles du charbon, ce qui est encore un avantage.
M. Chuteaux remplace, dans son élément,
SO
la solution ordinaire de bichromate par un mélange formé d'eau, de bisulfate de mercure, de bichromate de potasse et d'acide sulfurique. En outre, il dispose ses éléments d'une façon très ingénieuse, qui en facilite la vidange. Cette pile, qui est peu constante, fut utilisée pendant le siège de Paris, pour l'éclairage électrique.
M. Delaurier emploie un mélange plus économique que les précédents, et qui consiste en 5 parties de bichromate de potasse, 5 de sulfate de soude, 4 de sulfate de fer, 23 d'acide sulfurique à 66° B. et 30 d'eau.
M. Cloris Baudet a construit une pile im-
polarisable à courant constant qui est douée d'une grande force électro-motrice. Cette pile, qui ne dégage aucune odeur et n'occasionne qu'une très faible dépense, peut s'appliquer indifféremment à la télégraphie, aux moteurs électriques et aux horloges électriques, à la galvanoplastie, à la lumière électrique, à la médecine, etc., etc. ; Elle est à un ou deux liquides, suivant l'usage auquel on la destine.
La pile à un seul liquide se compose : 1" d'un vase de grès, rempli d'une dissolution de bichromate de potasse, de sel marin et d'acide sulfurique, dans laquelle plonge une lame de chai'bon; 2° d'un vase poreux, à trois compartiments, plongeant aussi dans le vase de grès ; l'un des compartiments contient des cristaux de bichromate de potasse, l'autre de l'acide sulfurique, et celui du milieu, qui est percé d'un trou à sa base, afin de permettre au liquide extérieur d'y pénétrer, contient une lame de zinc.
La pile à deux liquides est formée des mêmes éléments que la première, mais le compartiment du milieu du vase poreux est rempli d'une dissolution de sel marin.
M. Cloris Baudet a également construit une batterie à courant constant, qui doit
cet avantage à ce que les liquides de la pile se renouvellent constamment autour des éléments. Cet écoulement a pour effet de maintenir les liquides dans le même état, et d'éviter les métallisations et les encrassements. La pile étant montée une première fois, l'entretien se borne à remplir les réservoirs lorsqu'ils sont vides ; ce qu'on peut faire sans arrêter le fonctionnement de la pile, et à changer les zincs lorsqu'ils sont usés.
M. le capitaine Putot a imaginé, pour les opérations militaires, une pile au chlorochromate de potasse, qui donne d'excellents résultats. Elle se compose de quatre éléments associés en tension. Chaque élément est formé d'un cylindre en zinc, au milieu duquel est un bâton de charbon. Ils sont placés en carré, et noyés tous les quatre dans une masse cylindrique de gutta-percha.
Le mélange excitateur est formé de 6 grammes de bisulfate de potasse et de 20 grammes de chlorochromate de potasse, dissous dans 100 grammes d'eau acidulée.
Pour actionner les machines à coudre, M. Griscom a construit une batterie à bichromate, dans laquelle le relèvement des éléments s'opère à l'aide d'un ressort que l'on met en action en pressant plus ou moins sur un levier angulaire, ce qui les fait plonger plus ou moins dans le liquide excitateur. On peut ainsi modérer ou accélérer la marche de la machine, et même l'arrêter complètement.
M. Partz a aussi perfectionné la pile au bichromate et en a fait une pile à courant constant, qui ne s'use que quand le circuit est fermé. Dans chaque élément, le liquide excitateur est composé d'une solution de bichromate d'ammoniaque et de chlorure de zinc, dans laquelle plongent une lame de zinc et une plaque de charbon de cornue (fig. 323).
SUPPLÉMENT A LA PILE DE YOLTA
Le liquide est sans action sur le zinc tant que le courant n'est pas ferme'. Dès que la communication est établie entre les deux pôles, la pile travaille : le bichromate d'ammoniaque est décomposé, et il se forme sur le zinc un d(''[)()t de couleur olive, formé de chromo-oxychlorure de zinc, qui se détache bientôt du zinc, comme d'une enveloppe, en laissant le métal à nu. Il se dégage, du
Fig. 323. — Coupe et plan de la pile au bichromate d'ammoniaque de M. Partz.
pôle positif, du gaz hydrogène et de l'ammoniaque, grâce à l'élimination des produits de la réaction qui se fait soit par la précipitation du composé insoluble, soit par le dégagement gazeux. Le liquide conserve une composition constante. Il suffit donc, pour entretenir le courant, de renouveler le sel et de remplacer le zinc, quand il est usé.
Le pôle négatif de la pile Partz est un morceau de charbon de cornue formant un cylindre creux que l'on a scié extérieurement dans le sens de la longueur de manière qu'il forme une rangée circulaire de barres de charbon C, G, ainsi qu'on le voit par la coupe que présente la figure 323.
La baguelle de zinc Z, qui forme le pôle positif, est suspendue au milieu de ce cylindre. Par sa partie inférieure le zinc plonge dans un petit vase plein de mercure, M, placé au fond.
La pile Partz est d'un grand usage en Amérique.
Enfin, MM. Grenet et Jarriant ont construit une batterie au bichromate de soude et à un seul liquide, qui a servi à l'éclairage du Gomptoir d'escompte de Paris.
Chaque pile se compose de quarante-huit éléments, disposés dans des auges rectangulaires en bois. Ghaque élément est formé d'un récipient en ébonite, renfermant un mélange de 38 kilogrammes de bichromate de soude et 75 kilogrammes d'acide sulfurique à 66° B. dissous dans un mètre cube d'eau. Le pôle positif est constitué par quatre plaques de charbon réunies par une tête en plomb, et plongeant entièrement dans une auge pleine de liquide. Sur la tète de plomb sont fixés deux petits tubes en ébonite, qui descendent jusqu'au fond de l'auge, et servent à l'insufflation, pour laquelle on a mis à profit la distribution d'air établie pour le service des tubes pneumatiques qui desservent les divers bureaux du Comptoir d'escompte.
Le pôle négatif de chaque élément est formé par une cuve circulaire en ébonite, au centre de laquelle est fixée une tige de cuivre parfaitement isolée et dont la partie inférieure plonge dans un bain de mercure, qui recouvre le fond de la cuve. Autour de la tige de cuivre sont disposés 6 bâtons de zinc, que le bain de mercure maintient toujours amalgamés, et qui peuvent être soulevés par un système d'engrenages et de poulies, toutes les fois qu'on veut mettre la pile au repos.
Malgré le déplacement qu'on peut faire subir aux zincs, ceux-ci restent toujours re- I liés aux charbons de l'élément voisin, grâce
à une tige métallique en équerre, fixée à chacun des zincs, et dont la branche verticale plonge dans un tube renfermant du mercure et relié au charbon de l'élément suivant.
Le liquide excitateur est amené dans les auges par une canalisation spéciale et est renouvelé constamment; son niveau est réglé par un tuyau de trop-plein, qui rejette le liquide épuisé. Si l'on sait bien proportionner, au travail électrique à produire, l'écoulement du liquide et l'échappement de l'air, on obtient un courant électrique très constant, condition des plus satisfaisantes pour la régulai'ité de la lumière.
La force électro-motrice de chaque batterie, formée de quarante -huit éléments, est environ de 82 volts, et sur un circuit court, l'intensité du courant est de 24 ampères.
En 1883, la pile au bichromate de potasse de MM. Grenet et Jarriant, telle que nous venons de la décrire, fut employée, comme il est dit plus haut, pour l'éclairage électrique du Comptoir d'escompte à Paris. Mais les résultats se montrèrent très défavorables ; car, au bout de quelques mois, l'éclairage électrique et la pile au bichromate de potasse furent supprimés.
