CHAPITRE II
LE TRANSPORT DE LA FORCE A DISTANCE PAR LA RÉVER- SIBILITÉ DES MACHINES DYNAMO-ÉLECTRIQUES.
On s'est demandé souvent à quel physicien il faut attribuer l'idée de la liaison de deux machines dynamo-électriques, pour transporter au loin la force. La question est aujourd'hui bien éclaircie. C'est en 1873, à l'Exposition d'électricité de Vienne (Autriche) que cette idée fut réalisée pour la première fois, par M. Hippolyte Fontaine, ingénieur de la Compagnie des machines Gramme ; et c'est un autre ingénieur français, M. Charles Félix, qui en suggéra l'idée à M. Hippolyte Fontaine.
Ce dernier avait, à l'exposition de Vienne, une machine dynamo-électrique, que faisait tourner un simple moteur à gaz. Une autre machine, exposée également par M. Fontaine, à côté de la précédente, fonctionnait comme moteur électrique, et était alimentée par une pile de Volta. M. Charles Félix, s'étant arrêté près de l'Exposition de M. H. Fontaine, lui fit cette remarque :
« Puisque vous avez une première machine qui produit de l'électricité, et une seconde qui en consomme, pourquoi ne pas faire passer directement l'électricité de la première dans la seconde, et supprimer votre pile? Vous auriez, par ce moyen, une double transformation du mouvement en électricité et de l'électricité en mouvement. »
L'opération n'était ni longue, ni dispendieuse. En quelques instants, on relia les deux machines dynamo-électriques, l'une à l'autre, par un fil conducteur isolé, et la première machine qui produisait de l'électricité, provoqua le mouvement de la seconde, placée à quelque distance.
Voilà comment la révei'sibilité des machines dynamo-électriques et le moyen de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique, ont été découverts.
Cette expérience intéressante fut répétée, Ie3juinl873, devant l'empereur d'Autriche, avec un plein succès. Une machine Gramme, actionnée par un moteur à gaz, envoyait son courant au moyen d'un câble conducteur de 100 mètres de long, à une seconde machine Gramme toute pareille, qui, sous l'action du courant qu'elle recevait, fut mise en mouvement et fit fonctionner une pompe à eau.
Le principe du transport de la force par l'électricité étant trouvé, ses applications ne tardèrent pas à se produire.
En 1879, M. Charles Félix, dont nous venons de rappeler l'importante intervention, fit une expérience du plus grand intérêt, dans sa sucrerie de Sermaize (Orne).
A.idé d'un ingénieur de grand mérite, M. Chrétien, il effectua un labourage en transportant jusqu'au champ à labourer la force de la machine à vapeur de son usine. Par le même moyen MM. Félix et Chrétien mii'cnt en mouvement les grues qui servaient à décharger les bateaux, qui amenaient les betteraves à la sucrerie de Sermaize.
A Paris, M. Arbey fit usage du transport de la force pour mouvoir des scies rotatives servant à diviser le bois en planches.
Des concasseurs de pierres, dans des carrières, et un marteau-pilon, dans une usine, furent actionnés grâce au même moyen, par un autre industriel, M. Piat.
Dans le midi de la France, pour produire la submersion des vignes, M. Dumont, ingénieur, manœuvra des pompes à eau, à distance, au moyen d'une machine à vapeur fixe et d'un courant électrique allant aux pompes.
A partir de 1881, dans un grand nombre d'usines ou de chantiers de construction, le transport de la force par l'électricité fut mis en pratique.
A la fonderie de Rueil, on commanda électriquement à distance, des machinesoutils, des perceuses, etc.
Nous avons vu, en 1885, à l'usine de M. Farcot, à Saint-Ouen, une grue mise en action à distance par un fil conducteur, qui lui envoie la force d'une machine à vapeur faisant tourner une machine Gramme.
Dans les magasins de la Belle Jardiniè7'e, à Paris, on fait passer par un fil la force de la machine à vapeur, qui est dans les caves, jusqu'au quatrième et au cinquième étage, pour faire mouvoir des machines à coudre, des scies à rubans, etc.
Aux magasins du Louvre, un fil passant par-dessus la rue Saint-Honoré, envoie de la force empruntée au moteur, placé dans les caves, jusque dans la rue de Valois, à 150 mètres de distance.
Dans les mines, certains appareils sont commandés par un fil conducteur qui transporte la force d'une machine à vapeur placée près des puits d'extraction.
Dans les pays de montagne, abondants en cours d'eau, la force de ces cours d'eau, recueillie par une machine Gramme, est envoyée à une deuxième machine, pour fournir de l'électricité, qui sert à produire l'éclairage.
On voit à Saint-Moritz, dans le canton des Grisons, un foyer de lumière électrique alimenté par la chute d'un torrent.
Aujourd'hui, dans toutes les expositions industrielles renfermant une galerie de machines, la plupart des machinej, fonctionnent sans moteur visible, parce que la force leur est envoyée, à distance, par une machine à vapeur installée à l'extérieur. Nous avons parlé avec détails, dans le Supplément à La machine à vapeur^ des ventilateurs Geneste et Ilerscher, qui produisent la ventilation dans les salles de l'Hôtel de Ville de Paris, et de l'Ecole centrale, par transmission électrique (1).
Nous n'en finirions pas si nous voulions énumérer les applications déjà réalisées du transport de la force par un fil électrique, grâce aux machines dynamo-électriques conjuguées. Nous ne pouvons cependant nous dispenser de signaler les essais qui ont été faits pour l'application du moteur électrique au transport des voyageurs sur les chemins de fer.
C'est à un constructeur allemand, Werner Siemens de Berlin, (mort en 1886), qu'est due la première application du transport électrique de la force, pour traîner les convois sur les voies ferrées. Werner Siemens réalisa, pour la première fois, à l'Exposition d'électricité de Paris, en 1 881 , la traction des convois sur les chemins de fer par l'életricité.
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SUPPLÉMENT AU MOTEUR ÉLECTRIQUE
Werner Siemens faisait usage d'une machine à vapeur fixe produisant de l'électricité dans une machine Gramme, laquelle envoyait son courant à une seconde machine Gramme, installée sur la voiture. Le conducteur qui amenait l'électricité à la deuxième machine Gramme, était une barre de fer placée entre les deux rails, isolée par des blocs de bois, sur laquelle venaient frotter, en passant, des lames flexibles, amenant le courant à la machine réceptrice.
Ce système de transport de la force pour produire la locomotion sur les voies ferrées, a été beaucoup modifié plus tard ; mais, disons-le, sans avoir encore amené de grands résultats pratiques.
M. Marcel Deprez a attaché son nom à l'application en grand du transport des forces naturelles ou artificielles au moyen d'un fil électrique. Il a eu le mérite de déterminer dans quelle proportion la force est transmise, c'est-à-dire le degré de rendement de la force primitive.
Dès 1880, M. Marcel Deprez élaborait un proj et de transmission et de distribution électrique de la force produite par un moteur à vapeur, aux diverses machines-outils d'un atelier. Il réalisa ce projet, et en 1881, il montrait, à l'Exposition d'électricité, les résultats qu'il avait obtenus. Diverses petites machines étaient mises en action par la transmission électrique de la force d'un moteur à vapeur.
Lors de l'Exposition d'électricité, de Munich, en 1882, la municipalité de cette ville ayant eu connaissance des travaux de M. Marcel Deprez, lui demanda de faire une démonstration pratique et publique de son système de transport de force par l'électricité.
M. Marcel Deprez accepta avec empressement. La machine génératrice d'électricité fut installée à Miesbach, petite ville du sud de la Bavière, où se trouvent des mines importantes de charbon, et qui est située à
57 kilomètres de Munich ; la machine réceptrice! du courant fut placée dans cette dernière ville, dans la grande nef de l'Exposition, où elle actionnait une pompe centrifuge, employée à alimenter une petite cascade artificielle. La ligne se composait de deux fils télégraphiques ordinaires, en fer galvanisé, qui avaient été mis gratuitement à la disposition des expérimentateurs par le gouvernement bavarois. On n'avait pas jugé nécessaire de faire recouvrir les fils d'une enveloppe isolante.
On ne réussit qu'à transporter la force d'un quart de cheval-vapeur, et l'on ne put obtenir qu'un rendemeni. de 30 pour 100 de la force primitive.
En 1883, à la gare du chemin de fer du Nord, à Paris, nouvelle expérience, avec une machine dynamo-électrique spéciale pour la production de l'électricité, machine construite sur les plans donnés par M. Deprez. On opérait sur un fil télégraphique de 17kilomètres de longueur. On envoya ainsi deux chevaux-vapeur à 8 kilomètres et demi de distance, avec un rendement de 40 pour 100.
Une autre série d'expériences fut entreprise par M. Marcel Deprez, à Grenoble, pour transporter, non pas la force artificielle d'une machine à vapeur, mais la force naturelle d'une chute d'eau. On abandonna le fil télégraphique de fer galvanisé, et on le remplaça par un fil spécial, en bronze silicieux, de deux millimètres de section. On sait que le bronze silicieux offre beaucoup plus de résistance que le simple fil de fer.
La distance était de 14 kilomètres, et on réussit à transporter jusqu'à 7 chevaux-vapeur, avec un rendement de 62 pour 100.
Nous représentons dans les figures 396 et 397 la belle expérience de Grenoble.
On voit par la figure 396 la chute d'eau de Vizille faisant tovirner une turbine, T, et le mouvement de cette turbine transmis, par une série d'arbres et de pignons. A, à une machine dynamo-électrique, C, laquelle
SUPPLÉMENT AU MOTEUR ÉLECTRIQUE
Fig. 397. — Expérience du transport de la force par le courant électrique, faite de Vizille à Grenoble, par M. Marcel Deprez. (Appareil récepteur de Grenoble contenant une pompe pour l'élévation de l'eau.)
engendre par le mouvement, un courant électrique, qui est recueilli et transporté par le fil, D, et le conducteur métallique en bronze silicieux, qui le transmet à Grenoble.
La figure ci-dessus montre l'arrivée du fil conducteur à Grenoble, dans la galerie de l'Exposition, et la machine réceptrice, R, qui, recevant le courant électrique de Vizille, transforme l'électricité en énergie mécanique. La force ainsi transmise actionne une pompe, qui élève l'eau d'un réservoir et la fait retomber en cascade.
Enfin, dans une nouvelle série d'expériences faites de Paris à Creil, le bronze silicieux fut remplacé par un fil de cuivre , de 5 millimètres de diamètre.
Au point de vue du rendement, à intensité égale de courant, la perte par le con-
ducteur avec le bronze silicieux était une fois moindre que celle qu'avait donné à Munich le simple fil télégraphique en fer. On transmit, de Paris à Creil, une force de 4 chevauxvapeur et demi, avec un rendement de 48 pour 100. C'était un progrès sur la première expérience du chemin de fer du Nord, en 1883, qui n'avait donné qu'un rendement de 40 pour 100, comme il est dit plus haut.
A la suite de ces expériences, qui, malgré leurs médiocres résultats, furent jugées encourageantes, MM. de Rotschild se déclarèrent prêts à subvenir aux dépenses nécessaires pour l'expérience en grand du transport de la force de Paris à Creil, sur le chemin de fer du Nord, c'est-à-dire à la distance de 58 kilomètres. Il s'agissait de transporter à cette dislance une force de 200 à 2o0 chevaux-vapeur.
Les expériences, commencées au mois d'octobre 1885, durèrent plus d'une année. Un rapport fait à l'Académie des sciences, par M. Maurice Lévy, au mois de mai 1886, a donné de grands éloges à M. Marcel Deprez, mais cette approbation n'a pas trouvé beaucoup d'échos dans le public savant. Il nous suffira, pour le prouver, de citer l'opinion d'un recueil impartial, le Bulletin international d' électricité^ qui apprécie en ces termes les expériences de Creil :
« Le programme, dit ce recueil, n'a pas été rempli. La machine génératrice d'électricité fonctionnant à Creil n'a pu utiliser qu'un peu plus que la moitié de la force mise à sa disposition. Au lieu de recevoir à Paris 100 chevaux-vapeur, avec un rendement de 50 pour 100, on a obtenu au maximum 52 chevaux, avec un rendement de 45 pour 100. Au lieu d'avoir à Paris trois réceptrices, entre lesquelles on devait distribuer le courant électrique, des raisons d'ordre administratif ont contraint M. Deprez à opérer avec une seule réceptrice.
Si la machine génératrice d'électricité a donné lieu à toutes sortes de mécomptes lorsqu'on a voulu modifier les principes de Gramme, la réceptrice, dont l'anneau est un véritable anneau Gramme, a toujours très bien fonctionné, sans exiger la moindre réparation.
M. Maurice Lévy a condamné l'isolement du conducteur, et a expliqué par une condensation électrique l'accident du 5 décembre 1885, où la génératrice et plusieurs postes télégraphiques ont été mis hors de service. L'emploi de fils nus placés hors de toute atteinte, à une distance de 1 mètre des fils téléphoniques ou télégraphiques, et isolés seulement au voisinage et à l'intérieur des ateliers, se recommande donc dans les applications futures de l'électricité.
Au début, il n'était question que d'une génératrice et de trois réceptrices. On a reconnu que, si l'on ne voulait pas exposer ces machines à une destruction plus ou moins complète à chaque variation de quelque importance dans les résistances à vaincre, il fallait recourir à des excitatrices séparées. Chaque machine s'est ainsi trouvée doublée d'une excitatrice, d'où diminution sensible du rendement, par suite de la force absorbée par celleci, augmentation des dépenses de premier établissement et complication du matériel.
La distribution de la force à la chapelle est obtenue par un procédé auquel l'électricité n'a rien à voir. L'arbre de la réceptrice commande mécaniquement, par courroie, une machine Gramme, qui à son tour joue le rôle de généi'atrice, et envoie
un nouveau courant dans diverses réceptrices.
En résumé, la commission d'examen a procédé, le 24 mai 1886, à une expérience, une seule, qui a duré 2 ou 3 heures (la durée n'est même pas indiquée), et pendant laquelle la force électromotrice a varié de 4 887 à 6290 volts pour la génératrice, et de 3 902 à 5 081 volts pour la réceptrice; le travail fourni à la génératrice a varié de 66,7 à 116 chevaux, et le travail recueilli au frein de la réceptrice de 27,2 à 52 chevaux; le rendement mécanique industriel a varié de 40,78 pour 100 au début à 44,81 pour 100 à la fin.
Au point de vue scientifique, le seul point qui mérite d'être signalé dans les expériences de Creil, c'est la production de courants de très hautes tensions sans qu'il y ait eu de déperdition sensible par le conducteur isolé et mis sous plomb. »
Les expériences de Creil entreprises en 1885 et 1886, dans les conditions grandioses que nousvenons de signaler, n'ont donc pas produit ce qu'on en espérait. Pour transporter à de grandes distances des forces considérables, il faut un conducteur de faibles dimensions. Sans cela, c'est-à-dire s'il fallait employer un très gros fil métallique, les dépenses d'installation de la ligne ôteraient tout le bénéfice du transport de l'énergie. Malheureusement, les expériences de M. Marcel Deprez sur la ligne du chemin de fer du Nord, de Paris, à Creil, ont prouvé qu'un fil de faible section ne peut réaliser avec avantage et sécurité le transport de telles forces. On a reconnu, dans les expériences dont il s'agit, qu'il faut donner à l'électricité qui parcourt ce fil, une tension prodigieuse. C'est, à vrai dire, la foudre qui parcourt le conducteur électrique, réduit aux dimensions de 3 millimètres de diamètre. Delà, de grands dangers, comme l'ont prouvé des accidents graves survenus pendant les expériences, et des difficultés qui interrompirent souvent le passage du courant électrique. N'oublions pas, d'ailleurs, que la perte de force pendant le transport a été considérable, puisqu'elle n'est pas moins de 50 pour 100.
En résumé, les expériences entreprises par M. Marcel Deprez, avec le concours
SUPPLÉMENT AU MOTEUR ÉLECTRIQUE
financier de MM. de Rotscliild, ont échoué, il faut le reconnaître, mais le principe du transport de la force par l'électricité n'est point compromis par cet échec. Quand on se contentera de transporter, par le fil électi'ique, des forces raisonnables, on tirera de cette belle méthode d'excellents résultats, et le transport lointain des forces de la vapeur des chutes d'eau ou du vent, reste acquis à la science et à l'industrie, comme une des plus grandes découvertes de notre siècle.
Dans les mines, le transpoi-t de la force a déjà reçu, comme il a été dit plus haut, des applications très nombreuses, qui ne feront que s'accroître avec le temps. L'électricité permettra de distribuer, avec une singulière facilité, l'énergie mécanique dans tous les points d'une usine ou d'une manufacture où elle sera nécessaire. On s'en servira pour mettre en action les machinesoutils, les grues, les pompes ; pour actionner les tours, les laminoirs, les métiers à tisser, etc.
Quant au transport des forces naturelles, un avenir plus important encore leur est réservé. Là où abondent les chutes d'eau, on pourra les recueillir en une chute unique , qui servira à faire tourner une machine dynamoélectrique ; et l'électricité ainsi engendrée sera expédiée pour produire, à distance, soit le mouvement pour les ateliers, soit l'éclairage électrique pour les villes, c'est-à-dire, le mouvement dans le jour, et l'éclairage la nuit. Depuis quelques années, en certaines localités de la Suisse, la force des torrents
ainsi recueillie, sert à éclairer des villes, et des entreprises du même genre se préparent en Amérique et dans différents pays de l'Europe. Quand les dépenses nécessaires pour la captation des eaux ne seront pas trop fortes, on aura là l'immense avantage d'utiliser des forces naturelles perdues jusqu'ici. C'est un bienfait nouveau dont les populations devront se montrer reconnaissantes envers la science et les savants.
On voit, en définitive, et pour en revenir à l'objet de ce Supplément, que le moteur électrique a eu, dans son développement, deux périodes distinctes. La première période, de 1843 à 1870, que nous avons considérée dans les Merveilles de la science, n'a donné que des résultats négatifs, parce qu'elle se bornait à mettre en jeu le fait pur et simple de l'attraction du fer par l'aimant. Dans la seconde période, qui va de 1870 au moment actuel, et que nous avons considérée dans ce Supplément , le moteur électrique a fait un pas immense, parce que l'on a substitué à la simple attraction magnétique la production d'un courant d'électricité par la rotation des aimants autour d'une armature de fer. Et l'idée féconde de la liaison de deux machines dynamo-électriques, dont l'une produit le mouvement, et l'autre, placée à distance, reçoit l'électricité envoyée par la première, a fait surgir une des plus grandes découvertes dont notre siècle se soit enrichi : le transport de la force par le courant électrique.
FIN DU SUPPLÉMENT AU MOTEUR ÉLECTRIQUE
SUPPLÉMENT
A. LA
GALVANOPLASTIE
ET AUX
DÉPOTS BLEGTPiO-CIIIMIQUES
