CHAPITRE II

LE PHYSICIEN ANGÏ*A»S FABADAt DÊCOOVHK L*ÉLECTliart D*iNOUCTION PRODUITE PAE LES AIMANTS- — HACaiNEi d'jNDDCTION BASÉtlS SUR l'eMPLOI DES AIMANTS. — MACHINE CONSTBUITË PAH PlXlI EN 1832* — MACHINE DE CLABKB. — MACHINE MAGHâTCKELECTaiOO& DB U CQSïPAGNfE L'ALUANCiâ. — MACHINE DE WUi»S.

En s*appuyant sur la théorie d'Ampère»

et retournant en quelque sorte les faits observés par Ampère et Ara go, on aurait pu prédire à priori^ qu'en introduisant un aimant permanent dans un circuit fermé diq^H posé en liélice» on délerminerait dans ce cir^^ cuit, un courant électrique. Cette question ne fut cependant résolue expérimentalement que vers 1830, par Fillustre physicien anglais Faraday.

Ce savant constata par de nombreuses o: périences, que si Ton introduit un barreau idmanté dans une bobine de fit métallique isoléj cY'st-à-dire recouvert d'une couche isa^H lante, on y détermine un courant galvaniqufP^ Seulement ce courant ne dure qu'un instant. De même, lorsqu'on retire Faimaat de la 1 bobine, il se manifeste un autre courant, tout aussi éphémère. Ce dernier est dirigé en sens inverse du premier. On nomme le premier courant commençant ou inverse^ parce que sa direction est contraire à celle des courants magnétiques par lesquels se représente, dans la théorie d'Ampère, Taction de Taimant, Le deuxième courant s'appelle courant finissant on direct.

Ces courants instantanés qu'on obtient en approchant ou en éloignant d'un circuit enroulé en hélice, un barreau aimanté, sont désignés tous les deux, sous le nom de courai dindmlion ou de courants induits. No

L'ÉLECTRO-MAGNÉTISME

verrons bientôt qu*on les obtient également en remplaçant le barreau aimanté par un courant yoltaîque, qui prend alors le nom de courant inductmr.

Dès que M. Faraday eut fait connaître qu*il était possible de produire des courants galvaniques au moyen' d*un aimant, plusieurs constructeurs essayèrent d^obtenir une manifestation électrique continue, par une combinaison mécanique des divers éléments qui produisent des courants induits. On appelle machines magnito-ileciriques les appareils qui réalisent ce problème.

La première machine de ce genre, fut construite en 1832 par Pixii (fig. 387).

Ffg. 387. — Machine magnéto-ëleetrlqae de Piill.

Deux colonnes de bois supportent un électro-aimant fixe B, c'est-à-dire un morceau de fer, en forme de fer à cheval, entouré d'un fil métallique d'une longueur suffisante recouvert de soie et enroulé en hélice. Au-dessous peut tourner, sur un axe vertical, un fort aimant naturel rectangulaire A, dont les deux pôles a, b rasent tour à tour le fer doux de la bobine B, et Taimantent par

influence. Le mouvement de rotation est produit par deux roues d'engrenage et une manivelle M. Le fer doux A se trouve, i chaque demi-tour, une fois aimanté et une fois désaimanté, et il fait naître dans la bobine B un courant inverse et un courant direct, qui se propagent dans les fils conducteurs ce, fd parallèles aux colonnes du support.

Mais ces deux courants successifs ont des directions contraires. Ils se détruiraient, si on les laissait se propager librement* dans le circuit. Pour obvier à cet inconvénient, on fait communiquer les fils avec un commutateur LL, placé sur l'axe de rotation. Grâce à cette disposition, le courant direct est toujours renversé dans les fils conjonctifs, et les deux courants les traversent toujours dans le même sens. On obtient ainsi un courant d'induction continu, qui reproduit tous les effets des courants voltaïques ordinaires.

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Fig. 388. — Machine de Clarke.

Vappareil de Clarke (fig. 388) est une modification du précédent. Ici c'est l'aimant naturel qui est fixe, et c'est l'électro-aimant qui tourne. Cette disposition présente,

entre autres avantages, celui de Caire arriver rélectro-aimant plus près des pôles de Taimant naturel ou persistant^ et de dimi- Quer la masse du corps mobile.

Le faisceau aimanté B, recourbé en fer à cheval, est fixé sur une planchette de bois yerticale P. En avant de ce faisceau, sontdeuxbo-* bines E, que Ton fait tourner autour d'un axe horizontal A, au moyen d'une poulie, que commande une roue à manivelle R. Les bobines E sont enroulées sur deux cylindres de fer doux, réunis entre eux par une pièce de même métal, et dont les deux extrémités passent, à chaque demi-révolution, en face et tout près des deu^ pôles de l'aimant. La plaque S porte un commutateur xy^ destiné à ramener toujours au même sens les courants successifs qui traversent les lames j;, y, pour se rendre aux deux lames m, w, et gagner les fils conducteurs /, f.

Dans la figure que le lecteur a sous les yeux, les deux fils aboutissent sous deux jpetites cloches V,V, pleines d'eau, pour produire la décomposition de ce liquide, et montrer que l'on obtient avec la machine magnétO'électriqueyles mêmes efiets qu'avec la pile.

Les courants de la machine de Clarke ont été utilisés, en effet, pour produire tous les résultats des courants de la pile, et Ton a pu exalter ces résultats d'une manière extraordinaire, en recourant à un moteur d'une grande puissance, tel que la vapeur.

Le principe de l'appareil de Clarke a été utilisé de nos jours dans les machines magnéto^leclriques construites par M. NoUet, professeur de physique à l'École militaire de Bruxelles, un des descendants du célèbre abbé Nollet, dont le nom restera à jamais attache à l'histoire de l'électricité.

M. Nollet s'était proposé d'appliquer les courants électriques obtenus par sa machine, à la décomposition de l'eau, et d'utiliser ensuite l'hydrogène ainsi obtenu, pour l'éclairage public.

Le succès ne répondit pas cependant aux

efforts de M. Nollet, qui mourut à la peine.

M. Nollet laissa sa machine aux mains d'un homme intelligent, M. Joseph Van Malderen, qui la perfectionna et rappliqua à l'éclairage électrique. C'est la machine que l'on désigne aujourd'hui sous le nom de Machine de la Compagnie r Alliance^ et qui a été singulièrement perfectionnée et améliorée par les efforts constants et éclairés de M. Berlioz, directeur de cette compagnie.

La machine magnéto^kctrique de la Compagnie l'Alliance a été adoptée récemment pour l'éclairage de nos phares, après avoir fait ses preuves pendant deux ans, au phare du cap de la Hève, près du Havre.

Dans cette machine, quatre rouleaux de bronze C, armés chacun, à leur circonférence, de seize bobines, sont établis sur un arbre horizontal, que fait mouvoir une petite machine à vapeur au moyen d'une courroie DD. Les quatre couronnes de bobines tournent entre huit rangées de cinq faisceaux aimantés B,B, disposés en rayon autour de l'arbre horizontal. Un commutateur gh change, à chaque passage des aimants, le sens du courant, pour produire l'effet d'induction.

Dans la figure que le lecteur a sous les yeux, les fils/,/, qui conduisent le courant, viennent aboutir à une lampe électricité L , l'emploi essentiel de la machine de la Compagnie r Alliance étant de servir à Téclairage électrique.

A chaque rotation, les aimants font naître des courants dans les bobines, et tous ces courants, rectifiés par le commutateur dans un sens convenable et réunis dans un seul conducteur, produisent un effet très-considérable.

Une machine magnéto-électrique, de dimensions moyennes, n'exige, pour marcher, qu'une machine à vapeur de 1 à 2 chevaux; un moteur Lenoir est plus que suffisant pour cela. L'éclairage qu'elle fournit équivaut à 900 bougies stéariques, et la dépense ne

L'ÉLECTRO-MAGNKTISME.

Fig. 389. — Machine msgnéto-éleclrique de la O* C Alliance,

s^élève, par heure, qu'à 60 centimes. Avec le gaz vendu au prix de ia ville de Paris, la même quantité de lumière coûterait 3 francs, avec rhuile de colza, 7 fr. 50.

Cependant rélectricité n'avait pas encore dit ici son dernier mot.

Un physicien anglais, M. II. Wilde, a perfectionné la machine magnéto-électrique, au moyen d'une disposition qui semble, au premier abord, bouleverser toutes les notions acquises sur la production de la force et sur les limites de puissance des machines en général.

M. H. Wilde a résolu ce problème, en apparence aussi paradoxal et aussi absurde que celui du mouvement perpétuel ou de la quadrature du cercle : Engendrer, grâce à l'électricité d'induction, une quantité indéfmie de magnétisme ou d'électricité, au moyen d'une quantité infiniment petite de magnétisme ou d'électricité dynamique, et vice versdf une quantité indéfinie d'électri-

cité, au moyen d'une quantité infiniment petite d'électricité dynamique ou de magnétisme. La force se multiplie donc à l'infini, comme dans la presse hydraulique, où un efi'ort insensible suffit pour produire les effets les plus considérables, grâce à l'invisible jeu des puissances moléculaires, qui dorment dans l'eau, et qu'on réveille en détruisant leur équilibre en un point quelconque de la masse liquide.

Le principe découvert par M. Wilde a permis à ce physicien de créer un nouveau générateur d'électricité dont la puissance surpasse tout ce qu'on a exécuté jusqu'à présent, et qui parait appelé à produire une véritable révolution dans les applications dd la force électrique.

La machine de M. Wilde occupe trèspeu de place. Elle est légère et portative comme un meuble de salon. On peut, toutefois, dans ce petit volume, accumuler une provision incroyable de force, et

obtenir des torrents de lumière d'un éclat insupportable, et une chaleur qui fait fondre, en un clin d*œil, les métaux les plus réfractaires.

La machine Wilde fond des tiges de fer de répaisseur du petit doigt, qui sont brûlées, volatilisées. Si Ton dépose ces tiges de fer sur le plateau de la machine, on les voit rougir à blanc et couler en gouttelettes, qui retombent sur le sol. Le platine, Tor, Targent, fondent à ce foyer chimique comme la neige fond au soleil.

Voici le principe sur lequel repose sa construction.

Nous avons déjà vu quUl suffit de faire tourner une bobine vis-à-vis d'un aimant, pour engendrer dans cette bobine, des courants voltaïques, et qu'un courant circulant autour d'un morceau de fer, communique au fer une aimantation temporaire qui dure autant que le courant qui l'a produite. Prenez maintenant un petit aimant permanent, et faites-lui engendrer un courant dans une bobine de dimensions correspondantes ; lancez ce courant dans l'hélice d'un gros électro-aimant, et vous produirez un aimant d'une puissance beaucoup plus grande que celle de l'aimant permanent. Ce même électro-aimant peut servir, à son tour, à produire un courant dans une seconde bobine mobile. Ce troisième courant, beaucoup plus fort que le courant primitif, pourra être employé à exciter un électro-aimant encore plus gros, et ainsi de suite.

On voit qu'au moyen de ces additions successives, on multiplie presque indéfiniment la force magnétique ou la quantité d'électricité dynamique qui a servi de point de départ.

Il ne sera pas inutile de donner quelques détails sur les expériences par lesquelles M. Wilde a été conduit à ce nouveau principe, expériences qu'il a communiquées à la Société royale de Londres d^xx mois d'avril 1866.

M. Wilde a pris un cylindre creux com-

posé de deux pièces en fer, qui sont séparées par deux pièces de bronze. Ce cylindre est fixé horizontalement entre les pôles d'un certain nombre d*aimants permanents disposés verticalement. Dans le creux de l'otmant-cylindre tourne, sans le toucher, un autre cylindre appelé Yarmaiure^ autour duquel s*enroule un fil gros et court, dont les deux extrémités aboutissent à un commutateur. Quand l'armature tourne dans le cylindre-aimant, il se produit dans le fil conducteur une succession de courants induits qui sont recueillis par le commutateur et lancés dans la bobine d'un gros électroaimant. En fixant sur le cylindre-aimant quatre aimants permanents pesant chacun un demi-kilogramme et pouvant porter chacun 5 kilogrammes, M. Wilde a obtenu un électro-aimant capable de porter 500 kilogrammes, c'est-à-dire 25 fois le poids que pouvaient porter collectivement les quatre aimants permanents. Cette grande dififérence entre le pouvoir des aimants excitateurs et le pouvoir de l'électro-aimant obtenu, peut s'accroitre indéfiniment par un choix convenable des dimensions relatives.

M. Wilde découvrit, dans le cours de ses expériences , que l'électricité s'accumulait dans le gros électro-aimant, comme dans une bouteille de Leyde. Quand il avait été en rapport, pendant un temps très-court, avec la machine magnéto-électrique et qu*on venait à rompre la communication, il conservait encore pendant vingt-cinq secondes le pouvoir de produire une brillante étincelle. Il était donc chargé d'électricité, et c'est dans ce pouvoir de condensation que possède le noyau de fer doux qu'il faut, selon toute probabilité, chercher l'explication des effets surprenants que produit la nouvelle machine.

Après avoir établi ce fait, qu'une quantité très-grande de magnétisme peut être développée dans un électro-aimant, par un aimant permanent, de puissance relativement

yELECTRO-MACNETISMK.

faible, M. Wilde chercha natiirellemeiil sî l*éleclro -aimant obtenu par ce procédé ne donnerait pas à son lour des courants électriques beaucoup plus forts que ceux qui sont engendrés par Faiinant permanent. Cette prévision fut confirmée. Une seconde machine magnéto-électrique, dans laquelle Vélectro-aimant excité par la première, joue le rôle des aimants permanents, fournit des courants d'une puissance extraordinaire.

L*appareil entier, que Ton voit représenté dans la figure 390, se compose ainsi de deux étages superposés, dont le premier est, pour ainsi dire, la miniature du second.

Le premier, placé en dessus, est formé d'un cylindre-aimant A d'un calibre de 6 centimètres, sur lequel se placent à cheval seixe aimants permanents, A, qui peuvent porter chacun 10 kilogrammes.

L'étage inférieur est formé d'un cylindreaimant C, d*un calibre de 18 centimètres, qui est excité par les courants de la machine supérieure. Cet électro-aimant se compose de deux plaques parallèhis de fer laminé, autour desquelles s^enroulent 1 ,000 mètres de fil; il porterait environ 5,000 kilogrammes, tandis que les seizt aimants permanents ne porteraient ensemble que 160 kilogrammes. LVirnïi lure du cy lindre-aimantde 1 8 cenlimètrL\s tourne avec une vitesse de 1,700 tours par minute ; elle est mise en mouvement au moyen de la courroie DD par une petite machine à vapeur de la force de 3 chevaux.

Le courant qui est engendré dans le fil du cylindre-aimant inférieur, est assez puissant pour brûler des bâtons de charbon de 2 centimètres de côté.

Sans discuter la question de savoir si la nouvelle machine électro-magnétique doit remplacer purement et simplement la machine de la C^' l'Alliance, on peut dire, dès aujourd'hui, qu'elle remplira une foule

d'usages nouveaux. Portatif et d'un faible volume, rappareit Wilde pourra s'installer sur quatre roues avec une locomobile , et rendre ainsi de grands services en temps de guerre, pour la transmission des dépêches télégraphiques, pour Téclairage, pour Tinllammalion des mines, etc. On a àôjh essayé de remployer à bord des navires de guerre et sur nos paquebots, pour alimenter un petit phare électrique susceplible d'éclairer

PIg- 3ÎW. - Machine él6etro-m8gn<$n«[u« de Wilde.

la route du vaisseau à deux ou trois cents mètres de distance. Chaque navire pourra, de cette façon, avoir sa lanterne électrique , comme nos fiacres ont leurs lanternes à verres de couleur.

Dans les travaux publics, la machine Wilde permettra de généraliser Temploi de Télectricilé au moyen d'appareils portatifs qui se loueront à l'heure, comme on loue

les locomobiles. Enfin, le nouveau système permettra de construire des machines magnéto-électriques de très-petite dimension et d'un prix accessible à toutes les bourses. On pourra donc les utiliser pour les cabinets de physique , peut-être même pour les usages domestiques. Les photographes s*en servent déjà avec succès pour remplacer le soleil. Quelques tours de manivelle, et vous obtenez une lumière éblouissante, qui jaillit d'une pointe de charbon.

Reprenons l'exposé des découvertes nombreuses auxquelles a donné lieu l'étude persévérante des phénomènes d'induction.

Nous avons déjà dit que les phénomènes d'induction électrique peuvent être déterminés aussi bien par les courants électriques ordinaires, que par les aimants. Les premières expériences relatives à ce sujet, sont encore dues à Ampère. Elles datent de 1822 (f).

Ampère suspendit une lame de cuivre, pliée en cercle, au milieu d'une ceinture de courants électriques, et il la vit s*aimanter temporairement. Voici en quels termes Ampère constate lui-même ses observations sur ce phénomène.

« Il s'établit, dit-il, dans un conducteur mobile formant une circonférence complètement fermée^ un courant électrique par l'influence de celui qu'on produit dans un conducteur fixe circulaire, redoublé^ placé très-près du conducteur mobile, mais sans communication avec lui. »

Ce passage, emprunté à un mémoire qu'Ampère présenta à l'Académie des sciences, le 4 septembre 1822, prouve qu'il avait, dès cette époque, reconnu la production de courants électriques par influence, c'est-àdire, comme on les appelle aujourd'hui, par induction. Mais il ne parait pas qu'il ait cherché à approfondir le fait isolé qu'il avait observe.

(l) Ampère, Recueil d* observât ions électro-dynamiques^ pp 28S et 331.

C'est M. Faraday qui, en 4830, détermina les circonstances dans lesquelles Télectricité en mouvement produit, à distance, des courants dans les corps conducteurs. Les résultats obtenus à Londres par M. Faraday furent communiqués à l'Académie des sciences de Paris en décembre 1831, par Hachette, professeur de physique à l'École polytechnique. L'auteur les publia dans les Transactions philosophiques de Londres pour 1832 et 1833.

Pour mettre en évidence le phénomène de l'induction par les courants, M. Faraday en-

Fig. SOI — ApjMirell d'Indaction de Faraday

roule en hélice (fig. 39i) sur un cylindre de bois B, deux fils de cuivre A recouverts de soie. Si l'un est en communication avec la pile PN, l'autre avec un galvanomètre G, l'aiguille du galvanomètre ab indique l'existence d'un courant instantané dans le second fil, aux moments de la fermeture et de l'ouverture du courant qui traverse le premier fil. Cette aiguille, sous l'influence du courant, dévie de sa position primitive et prend la direction a'b\

Les courants d'induction, ou courants induits, n'ayant qu'une existence presque instantanée, participent plutôt de la nature du courant que produit la décharge d'une

L'ÉLECTRO-MAGNÉTISME

bouteille de Leyde, que de celle des courants de la pile yoltaîque.

Voici les lois de Tinduction qui ont été déterminées par M. Faraday :

i * Un courant qui commence^ ou un courant qui s'approche dun circuit conducteur^ fait naître par celui-ci un courant de sens contraire.

2*" Un courant qui finit ou un courant qui s'éloigne, donne lieu dans le circuit voisin, à un courant de même sens.

Le courant qui produit le courant induit, se nomme courant inducteur.

Nous venons de dire que les courants induits se rapprochent de ceux qui sont produits par les décharges électriques. Il s'ensuit qu'ils seront employés avec avantage à produire des commotions et des étincelles, tandis que les décompositions chimiques et autres effets propres à la pile, sont obtenus moins aisément par cette sorte de courants.

On a construit, pour utiliser ces courants, des machines d'induction, mises en action par les courants électriques. Nous avons décrit dans ce chapitre, les appareils basés sur l'induction par les aimants. Il nous reste à décrire ceux qui ont pour principe l'induction électrique provoquée par les courants.