CHAPITRE V

LES PILES AU SULFATE DE CUIVRE DÉPOLARISANÏ . — PILES DE DANIELL, DE BRÉGUET, DE VÉRITÉ, DE MLI- RHEAD, DE CARRÉ, DE MINOTTO, DE W. THOMSON, DE SIEMENS ET HALSKE, DE TROUVÉ, DE CALLAUD, DE MEI- DINGER, DE GAIFFE, DE KOHLFURST, DE REYNIER.

Les piles dans lesquelles le sulfate de cuivre est employé comme dépolarisant sont très nombreuses, et un certain nombre sont en usage en télégraphie, sinon en France, du moins à l'étranger. C'est ce qui nous engage aies faire connaître.

Le point de départ des piles à sulfate de cuivre, c'est la pile de Daniell, dont l'invention est déjà ancienne, mais qui est encore en usage, soit par elle-même, soit par ses nombreuses imitations ou perfectionnements.

C'est en 1836 que le physicien anglais Daniell construisit sa première pile au sulfate de cuivre. Elle était très compliquée, mais elle fournissait un courant parfaitement constant. Elle était munie d'un siphon

destiné à débarrasser lu pile des liquides saturés de sel, et à lui fournir, en échange, de l'eau pure, qui maintenait constant le degré de saturation des liquides. Après avoir essayé successivement des diaphragmes en vessie, en cuir et en toile, Daniell s arrêta enfin au vase poreux en porcelaine dégourdie.

Le modèle de pile de Daniell que construit M. Bréguet se compose (fig. 331) d'un vase extérieur contenant de l'eau acidulée, dans laquelle plonge une lame cylindrique de zinc, Z. Au centre de ce vase, se trouve un

Fig. 331. — Pile de Daniell.

vase poreux, rempli d'une solution concentrée de sulfate de cuivre, où plonge une lame de cuivre, C. Dans cette pile, le zinc se dissout en s'oxydant, et forme du sulfate de zinc; l'hydrogène produit passe à travers le vase poreux, et réduit le sulfate de cuivre. Il se l'orme donc du cuivre métallique, qui se dépose sur la lame de cuivre et le vase poreux, et l'hydrogène se combine avec l'oxygène, pour former de l'eau.

La disposition donnée à la pile de Daniell par M. Vérité, horloger de Beauvais, pile que nous représentons (fig. 332), dispense de tout entretien. Un ballon B, rempli d'eau et de sulfate de cuivre, et dont le goulot porte un bouchon, traversé par un tube de verre, plonge dans le liquide du vase poreux. A mesure que le sulfate de cuivre dissous se consomme, dans la pile, il est remplacé par celui du ballon, qui maintient

sans cesse la saturation du liquide dépolarisateur, mais a l'inconvénient de réduire un peu l'intensité du courant.

Fig. 3-32. — Pile de Daniell à ballon (modèle de M. Vérité).

La pile de Daniell représentée dans la figure 333 a servi pendant très longtemps, en Angleterre, pour la télégraphie, et elle est encore très répandue pour cet usage.

Elle se compose d'une boîte en bois de teck, divisée en dix compartiments par une plaque d'ardoise C ; chaque compartiment renferme deux cloisons séparées par une plaque de porcelaine poreuse. Sur chaque ardoise on met, à cheval, une lame de cuivre, qui supporte, d'un côté une plaque de cuivre, et de l'autre côté une lame de zinc. Dans le dernier compartiment, à gauche, est une plaque de cuivre, qui aboutit à un bouton ; c'est le pôle positif de la pile.

Dans les compartiments d'électrode cuivre on met la dissolution de sulfate de cuivre avec quelques cristaux du môme sel, qui maintiennent la dissolution saturée.

L'emploi d'une caisse en bois a pour but de supprimer les vases de verre, très exposés à être brisés pendant un long service. Il faut seulement que la caisse soit bien étanclie, ce qui n'arrive pas toujours, et la pile est alors hors de service. La boite étant fermée par un couvercle de bois l'évaporation de l'eau est

très lente. Enfin le transport de l'appareil est facile.

Cette pile que les télégraphistes anglais appellent trough battery (pile à ange) a les di-

mensions suivantes : pour le cuivre un carré de 7 centimètres de côté ; pour le zinc un rectangle de 9 centimètres sur 5. Une pile de dix éléments coûte 26"'25 et l'entretien

Fis. 333.

Pile Daniell à ause.

revient à 10 livres par an. Elle fonctionne un mois sans que l'on ait à ouvrir la boîte.

ha pile Muirhead, très employée en Angleterre, pour le service des lignes télégraphiques, est un perfectionnement de la précédente. Elle se compose (iig. 334) d'une

caisse en bois, contenant cinq vases de porcelaine^ munis de deux séparations dans lesquelles sont placés des vases poreux plats.

Le vase extérieur est carré et en porcelaine blanche. On y place un vase poreux enterre rouge, qui reçoit l'électrode de cuivre et le sulfate de cuivre. A l'extérieur du vase po-

Fig. 334. — Pile Muirhead.

reux on met l'électrode zinc. Les électrodes de cette pile sont les mêmes que ceuxdelaj0^7^' de Daniell à auges, que nous venons de décrire.

La pile Muirhead est la plus employée aujourd'hui en x\ngleterre pour la télégraphie. Au bureau central des télégraphes du gouvernement, à Londres, il y a 20000 éléments semblables à ceux dont nous venons de parler.

En Italie et dans l'Inde anglaise, on emploie la pile de M. Minotto (de Venise), dans laquelle le vase poreux est remplacé par une couche de sable ou de sciure de bois, imprégnée d'une dissolution de sulfate de cuivre.

C'est une pile de Daniell à sable. Une simple feuille de papier buvard sépare les deux liquides. Dans l'eau acidulée plonge le pôle négatif, formé d'un disque plat de zinc ; et

avi fond de la pile se trouve le pôle positif, ! formé d'un disque semblable de cuivre rouge.

Cette pile (fig. 33S) est très constante, et sa résistance est d'environ 2 ohim quand elle est en bonne condition.

Les piles Minotto qu'emploient les Compagnies de câbles sous-marins diffèrent de la précédente quant à la forme. Elles se

Fig. 335. — Pile Minotto.

composent d'un vase en gulta-percha, au fond duquel est placé un disque de cuivre, d'où part un fil isolé, formant électrode. Cette pile a l'avantage d'être très portative; aussi l'emploie-t-on généralement pour les épreuves faites à la mer ou même à terre, sur les câbles sous-marins.

Une troisième forme de pile Minotto \ consiste en un vase de cuivre, au fond duquel on dépose des cristaux de sulfate de cuivre, que l'on recouvre ensuite de sciure de bois. C'est sur cette couche que repose le zinc. Le montage de cette pile est des plus simples et son fonctionnement d'une régularité parfaite. Il suffit pour l'entretenir de l'humecter de temps à autre.

La pile Minotto est employée pour la télégraphie dans toute l'Inde anglaise.

Sir W. Thomson a construit un élément à sulfate de cuivre, beaucoup moins résistant et beaucoup plus énergique que celui de Daniell. Les éléments qui servent à faire fonctionner soi\siphon-7'ecorder, c'est-à-dire l'appareil qui enregistre les signaux du télégraphe transatlantique, et que nous aurons à décrire dans le Supplément au Câble transatlantique, sont formés d'auges ayant 0", 40 carrés à la base, et évasées au sommet.

Elles sont doublées de plomb intérieurement et contiennent des grilles en zinc s'appuyant sur des blocs en terre cuite émaillée, comme on le voit sur la figure ci-jointe.

Fig. 336.— Pile Thomson.

Une lame de cuivre est soudée sur le bord extérieur de chaque auge, pour servir, au besoin, d'électrode. Afin de faciliter Tenlèvement des dépôts de cuivre, une lame étroite de ce métal est soudée au fond et au milieu de chaque auge; et tout le restant du plomb qui recouvre l'intérieur et les côtés est enduit d'un vernis isolant, formé de copal et de térébenthine. Une plaque de cuivre très mince également, vernie sur une de ses faces, excepté au centre et aux coins, fait contact, par la pression des blocs de terre cuite et la grille en zinc, avec le revêtement de plomb convenablement gratté dans les coins. La face supérieure de la plaque de cuivre est décapée. Elle est, d'ailleurs, de la même dimension que l'intérieur des auges (O^jiO carrés). Sur ses coins on place les blocs de terre cuite qui supportent le zinc en forme de grille.

Cet élément est enveloppé de papierparchemin, plié avec soin sur les côtés et fixé solidement par de la ficelle et de la cire à cacheter. Le papier, une fois humecté, agit comme un diaphragme, et retient homogène l'ensemble du grillage en zinc, que le temps détériorerait. Pour- supporter une de ces pièces à auge, on construit un bâti en bois, muni de quatre isolateurs en porce-

SUPPLÉMENT A LA PILE DE VOLTA

laine, sur lesquels vient s'appuyer la première auge.

Cette pile doit être disposée de façon à ce que l'on puisse tourner facilement autour. La première auge et le support doivent être soigneusement nivelés.

Au fond de la première auge, on place l'élément cuivre, dont on assure le contact métallique au centre et aux quatre coins ; )uis on place sur ces coins les quatre blocs do terre vernie formant de petits cubes qui servent de support au grillage en zinc. On verse alors dans l'auge une solution de sulfate de zinc d'une densité de 1,4 en bumectant d'abord la grille et son enveloppe en parcbemin. On s'assure ensuite que les quatre coins supérieurs du zinc et les quatre coins inférieurs en plomb de l'auge suivante sont propres et secs, et l'on appuie l'auge n" 2 sur le zinc n° 1 , et ainsi de suite jusqu'à ce que la pile soit complète.

Les cristaux de sulfate de cuivre qu'on emploie dans cette pile doivent être en petits morceaux de la grosseur d'un pois; on les pèse par petites quantités, d'environ 30 grammes. Pour mettre la pile en action, on verse ces 30 grammes de sulfate de cuivre séparément, sur chaque face, distribuant cette quantité aussi également que possible entre les blocs de terre cuite. Immédiatement après, on met chaque élément en court circuit, et au bout de dix minutes, la pile est prête à agir, avec toute sa force. De temps en temps, il faut ajouter du sulfate de cuivre, toujours par quantités égales pour chaque auge, comme au moment où la pile a été chargée ; mais il ne faut jamais mettre de nouveau sulfate de cuivre, tant que la quantité mise précédemment n'est pas complètement usée. De temps à autre, il faut retirer, avec un siphon, et à partir d'un point inférieur au niveau extrême du sulfate de zinc, assez de liqueur pour abaisser son niveau d'environ 7 millimètres, puis rétablir ce niveau en versant de l'eau fraîche

jusqu'à ce qu'elle soit à la hauteur des grilles de zinc.

La résistance intérieure de ces éléments est très faible, tandis que leur force électromotrice est considérable.

L'élément Siemens et Halske, adopté en Allemagne, est une pile Daniell dont la cloison poreuse est plus épaisse. Il se compose, comme on le voit, d'un vase cylindrique de

Fig. 337. — Pile allemande (Siemens et Halske).

verre, au fond duquel est placée une bande de cuivre, C, en forme de S, à laquelle est soudé un iil servant d'électrode négative. On recouvre la bande de sulfate de cuivre, et, après avoir placé dessus une cloche en terre poreuse, surmontée d'un manchon en verre, K, sur lequel pose l'électrode, on la remplit de cristaux de sulfate de cuivre.

Au-dessus de la cloche on met, après l'avoir exprimée, une sorte de bouillie faite avec du papier et son quart en poids d'acide sulfurique étendu de quatre fois autant d'eau. Sur cette pâte, qui sertde vase poreux, on pose un moi'ceau de toile, que l'on recouvre de cristaux de sulfate de zinc, et

par-dessus, un cylindre de zinc fondu, mvini d'une borne en laiton.

Pour mettre l'élément en activité, on verse de l'eavi dans le manchon de verre et sur le zinc.

Bien que la résistance intérieure de cette pile soit assez grande, on l'emploie néanmoins avantageusement en télégraphie.

Pour éviter que le sulfate de cuivre ne traverse la pâte de papier et ne recouvre la cloche de terre poreuse, M. Varley a eu l'heureuse idée de remplacer la pâte de l'élément Siemens-Halske par de la sciure de bois recouverte d'oxyde de zinc.

Dans le modèle de pile Daniell construit par M. Trouvé chaque élément se compose

Fig. .338. — Pile Trouvé, à disque de papier.

de disques plats, l'un de cuivre, et l'autre de zinc, entre lesquels se trouve une assez grande épaisseur de rondelles de papier buvard. La moitié inférieure de ces rondelles est imprégnée d'une solution saturée de sulfate de cuivre, tandis que la moitié supérieure contient une solution de sulfate de zinc. Le tout est maintenu par une tige d'ébonite fixée au couvercle de la pile. Il suffit de plonger l'ensemble de ces disques pour mettre l'élément en action.

La pile de M. Trouvé est très régulière et d'une résistance très faible ; on l'emploie avec avantage en télégraphie et pour actionner les appareils électro-médicaux.

La pile Callaud, qui est au jourd'hui d'un

très grand usage dans la télégraphie française, est encore une modification de la pile Daniell. Elle se compose d'un vase en

Fig. 339. — Pile Callaud.

verre, sur le bord duquel repose, à l'aide de trois crochets, un cylindre de zinc. Une bande de cuivre, remplacée souvent par un gros fil de cuivre roulé en spirale, est placée sur le fond du vase, et terminée par un conducteur recouvert de guttapercha. Pour mettre la pile en action, on verse d'abord dans le vase de l'eau pure, ou mieux vme dissolution étendue de sulfate de zinc; puis on ajoute une dissolution de sidfate de cuivre, au moyen d'un siphon, qui plonge jusqu'au fond du vase.

Cette pile est très économique et sa résistance très faible ; quant à sa force électro-motrice elle ne tombe que de 1/40 environ de sa valeur initiale, dans l'espace de trois ou quatre mois.

Le modèle de pile Callaud^ adopté aux Etats-Unis, se compose d'un vase de verre, auquel est suspendue une plaque de zinc fondu ayant la forme d'une roue d'horloge à quatre barettes, sans denture. Le cuivre est enroulé en spirale et soudé à une tige de même métal, mais isolée, qui vient aboutir au dehors. Pour mettre cette pile en action, il suffit d'y jeter des cristaux de sulfate de cuivre et de verser par-dessus de l'eau pure. Les deux solutions se séparent en vertu de leur densité, et le courant apparaît presque aussitôt après le montage.

SUPPLEMENT A LA PILE DE YOLTA

On doit à GaifTe une pile de Daniell, i dans laquelle la réaction du zinc sur le sulfate de cuivre reste nulle tant que le circuit est ouvert.

L'élément se compose : 1° d'un bocal en verre à la partie supérieure duquel est suspendu un zinc comme dans l'élément Callaud ; 2° d'un vase central formé d'une partie poreuse et d'une partie non poreuse, constituée par un verre à boire ordinaire ; 3° enfin d'un cylindre de cuivre, contenu dans le vase central, et dont un prolongement recourbé en dehors de ce vase plonge jusqu'au fond du bocal, et se termine par un anneau. Le couple se charge à l'aide dune solution concentrée de sulfate de zinc.

Enfin, M. Trouvé a construit un élément Callaud dont le prix de revient est des plus modiques. Il est formé d'un vase de verre sur les bords duquel le cylindre de zinc est retenu par trois courbures que l'on y pratique avec une tenaille. L'électrode négative est constituée par un fil de cuivre en spirale dont le bout, isolé par un tube de verre, sert de fil de dérivation. Le fil du pôle zinc de chaque élément vient s'enrouler sur le fil de cuivre de l'élément suivant et rend ainsi très facile son accoiiplement. La pile Callaud-Trouvé peut être employée avec avantage dans l'installation des sonneries d'appartements, des télégraphes et des téléphones domestiques, mais elle a été construite surtout pour des usages médicinaux.

L'administration badoise des télégraphes , ainsi que celle de l'Allemagne du Nord, emploient une pile au sidfate de zinc, qui est basée, comme les précédentes, sur la différence de densité de deux liquides. Nous voulons parler de la pile Meidinger, dont l'usage est aujourd'hui très répandu. Chaque élément se compose (fig. 340) d'un vase en verre, rétréci vers la base, et contenant une sorte de capsule d, </, reposant sur le fond.

Une éprouve tte h, remplie de cristaux de sulfate de cuivre, et percée, à sa partie in^ férieure, d'un petit orifice, repose sur les bords de la capsule. Celle-ci contient un cylindre de plomb g auquel est soudé un

Fig. 340. — Pile Meidinger (Coupe).

fil de cuivre isolé aboutissant au dehors. Enfin un cylindre do zinc, Z, muni de son électrode, vient reposer sur le rebord que forme le rétrécissement du vase extérieur.

Pour charger l'élément, on remplit d'abord le vase en verre d'une solution d eau additionnée de 90 grammes de sulfate de magnésie ; on y introduit ensuite la capsule, puis le cylindre de plomb et enfin l'éprouvette garnie de sulfate de cuivre. Pour éviter la concentration de la solution de sulfate de magnésie, il convient d'ajouter un peu

Fig. 341. — Pile Meidinger à ballon.

d'eau de temps en temps. Il est in dispensable d'enduire aussi de paraffine les bords

du vase extérieur afin d'empêcher le dépôt des cristaux de sulfate de soude.

Dans l'Allemagne du Nord, on remplace souvent l'éprouvette par un ballon en verre (fig. 341) rempli d'unedissolution concentrée de sulfate de cuivre, et muni d'un bouchon au travers duquel passe un petit tube en verre qui plonge dans la capsule.

On emploie beaucoup en Allemagne la pile Kohlfurst, qui est aussi un perfectionnement de la pile de Daniel!, etqui se recommande surtout par sa constance. L'élément se compose d'un vase étranglé à sa partie inférieure, et dont la partie supérieure est fermée par un couvercle en fonte de fer, auquel est fixé un bloc de zinc qui se termine extérieurement par une borne en cuivre, servant de pôle négatif. Une plaque de plomb, qui constitue le pôle positif, repose au fond du vase et communique au dehors par un lil de cuivre recouvert de gutta-percha. On garnit de cristaux de sulfate de cuivre l'espace compris entre le fond du vase et l'étranglement sur lequel vient s'appuyer un disque de terre cuite non vernie et percée de trous, puis on remplit le vase d'une dissolution de sulfate de zinc ou de magnésie.

Cet élément, dont la résistance intérieure est très faible, et la force électromotrice relativement considérable, fonctionne plus d'une année, sans exiger le moindre entretien.

Enfin M. Reynier a perfectionné l'élément Daniell en remplaçant l'acide sulfurique par de la soude caustique. Il diminue ainsi la consommation du zinc, empêche la diffusion de la solution cuprique, lorsque la pile est au repos, et augmente dans de notables proportions la force électro-motrice qui peut atteindre jusqu'à 11 volts (1).

(1) Le voit est l'unité de force électro-motrice ou de différence de potentiel. Il correspond à la force électromotrice d'un élément de pile Danieil.