CHAPITRE V
DIVERS GENRES DE MOTEURS EN USAGE POUR ACTIONNER LES MACHINES DYNAMO-ÉLECTRIQUES. — MACHINES A VAPEUR, MOTEUR A GAZ, AIR COMPRIME, CHUTES D'EAU ET TURBINES OU ROUES HYDRAULIQUES.
La production d'électricité, dans les machines dynamo-électriques que nous venons de décrire, étant due à la transformation du mouvement en électricité, on comprend que la force mécanique servant à engendrer lemouve ment, puisse être fournie ; par un moteur quelconque. Dans la pra- \ tique, la force motrice qui actionne les ma- 1 chines dynamos est empruntée, selon les circonstances locales, à quatre sources différentes :
SUPPLÉMENT A L'ART DE L'ÉCLAIRAGE
1° A la machine à. vapeur;
2° Àii moteur à gaz;
3° A l'air comprimé, ou au vent;
4° Aux chutes d'eau, ou aux turbines, avec roues hydrauliques.
Machines à vapeur. — Une machine à vapeur quelconque peut actionner les machines dynamos. II faut seulement qu'elle imprime à l'arbre moteur de la dynamo une vitesse suffisante. Nous avons décrit, dans ce Supplément, les machines à vapeur à grande vitesse (1); nous renvoyons à ce chapitre, pour la description des machines à grande vitesse de MM. Wehyer et Richemond, Garnier, Whîtehouse, etc.
Les machines à vapeur à grande vitesse sont les meilleurs moteurs dont on puisse faire usage pour actionner les machines dynamos. Cependant , une machine à vapeur à vitesse moyenne, telle qu'elle existe dans les usines, les filatures, les manufactures diverses et les ateliers de construction, peut fournir de bons résultats, sous le rapport de l'économie, si elle est pourvue d'un régulateur très sensible, qui donne au mouvement l'uniformité exigée pour une marche très régulière.
La dépense de charbon est proportionnelle à la force produite.
Il est bon de remarquer que les machines à vapeur à condensation, c'est-à-dire les machines compound, dépensent . moins de charbon que les machines à robinet, ou machines genre Cortiss', mais cet avantage est jusqu'à un certain point contre-balancé par le prix plus élevé de ces machines, et la dépense d'eau nécessaire pour la condensation de la vapeur.
Les locomobiles peuvent être employées pour des installations temporaires; mais il faut prendre des machines à deux cylindres, dont la vitesse est plus régulière que celle des machines à un seul cylindre.
(1) Tome ï<* pages 324-3.30-
On se sert beaucoup, à Paris, des machines à vapeur demi- fixes de MM. Wehyer et Richemond. Nous avons décrit et représenté ces appareils dans ce Supplément (1). La chaudière et les cylindres à vapeur sont placés sur le même bâti, comme on peut le voir sur les divers dessins que nous en avons donnés. Dans les installations d'éclairage électrique des théâtres de Paris, ce sont les machines demi-fixes de MM. Wehyer et Richemond, qui fonctionnent généralement.
Telles sont celles de l'Opéra.
Les constructeurs de machines à vapeur ont. exécuté, depuis quelqiies années, des types particuliers, dans lesquels des moteurs à vapeur, comme le moteur Westinghouse, qui tourne à la vitesse de 200 tours à 300 tours par minute, sont attelés directement à la dynamo. Dans le présent volume (page 335, fig. 278) nous avons représenté une machine à grande vitesse attelée à une dynamo, qui sert à produire l'éclairage électrique du bâtiment cuirassé X Indomptable.
Un tel moteur donne une lumière très fixe, en raison de la vitesse excessive, et d'ailleurs, uniforme, de l'arbre moteur, mais | la consommation de vapeur est considérable, et la dépense est bien supérieure à celle des machines à vapeur ordinaires, séparées de la dynamo. Ce n'est donc que quand on dispose de peu d'espace, comme sur un navire, que l'on doit avoir recours à cette alliance sur le même bâti du moteur et de la dynamo.
Sur certaines machines pour l'éclairage des navires, comme sur celle de Y Océanien, on est allé jusqu'à donner à l'arbre de couche de la dynamo, tme vitesse de 755 tours par minute; ce qui est excessif. Il est bon de ne pas dépasser la vitesse de 330 tours.
C'est pour réagir contre cette exagération que MM. Sautter et Lemonier ont
(t) Tome I« pages 80-95.
construit, pour les navires, la machine à lumière électrique dont il est question plus haut, et qui ne dépasse pas la vitesse de 300 tours.
La machine à vapeur rotative, c'est-àdire supprimant toute transmission de mouvement, et agissant directement sur l'arbre moteur, était tout indiquée pour intervenir dans le cas qui vient d'être mentionné. On a adopté Ja machine rotative attelée à une dynamo, sur quelques paquebots. La dépense de vapeur est considérable, mais le navire, disposant d'une quantité de vapeur énorme, peut subvenir sans inconvénient à ce gaspillage.
Ce sont là, toutefois, des cas exceptionnels. L'habitude générale, pour les installations d'électricité, c'est l'usage des machines à vapeur demi-fixes, telles que lès construisent, à Paris, MM. Wehyer et Richemond, Boulet et autres.
Moteur à gaz. — Le moteur à gaz offre de tels avantages, par sa facilité d'installation, que bien des magasins, dans les grandes villes, font usage de ce moteur, commode, sinon économique. Dans certains cas, d'ailleurs, c'est le seul agent de force auquel on puisse avoir recours, en raison de l'exiguïté de la place dont on dispose, et de l'impossibilité de faire usage d'une machine à vapeur.
Par l'instantanéité de son action, par la dépense strictement limitée à l'effet produit et l'avantage qui lui est propre de ne travailler qu'au moment nécessaire, le moteur à gaz offre quelquefois autant d'économie, bien calculée, qu'une machine à vapeur.
Il est toutefois une condition essentielle, quand on a recours au moteur à gaz, c'est d'emp Loyer un moteur à d eux cyli ndres, et de placer un volant sur la dynamo. Sans cette précaution, la marche est irrégulière, et il se produit, dans l'éclairage, des variations d'éclat, extrêmement désagréables.
Air comprimé. — L'air comprimé constitue une force mécanique d'un emploi extrêmement commode, dans la pratique, si une canalisation convenable en permet la distribution irréprochable. C'est ce qu'a réalisé, à Paris, depuis plusieurs années, l'ingénieur autrichien, M. Victor Popp, à qui l'on doit la remarquable découverte dé la distribution de l'heure aux cadrans des horloges des villes, au moyen de l'air comprimé.
M. Victor Popp a créé à Paris, à Ménilmontant (rue Saint-Fargeau), une vaste:
usine, dont la surface couverte est de plus de 2000 mètres carrés, et qui occupe une superficie totale de 15 000 mètres carrés. Elle possède sept machines à vapeur, de la force de quatre cents chevaux chacune, et deux machines de cent chevaux, formant un total de trois mille chevaux de force, et pouvant prendre dans l'atmosphère, chaque jour, 93 000 mètres cubes d'air, pour les distribuer à Paris, avec six kilogrammes de pression. La consommation du charbon est de 50000 kilogrammes par jour.
Ce producteur de force a l'avantage do rendre inutile toute installation de machine à vapeur ou de moteur à gaz, chez les particuliers, ou dans les établissements publics, installation qui n'est pas toujours possible, vu les craintes que propriétaires et locataires éprouvent du voisinage d'une machine à vapeur ou d'un moteur à gaz, et les procès qui s'ensuivent. Aussi M. Victor Popp a-t-il rendu un grand service à beaucoup de marchands et boutiquiers de Paris, ainsi qu'à divers théâtres, en leur distribuant, par sa canalisation, la force motrice nécessaire pour produire leur éclairage. Le prix, plus élevé, de cet agent moteur est largement compensé par ses avantages pratiques.
La canalisation d'air comprimé créée par M. Victor Popp, est utilisée, à Paris, sur toutes les voies qu'elle traverse. Sans parler de l'éclairage des boulevards, dans la section
qui lui a été concédée, en 1889, M. Victor Popp dessert, pour leur éclairage électrique, beaucoup d'établissements importants, tels ' que plusieurs théâtres, plusieurs cafés des boulevards, les Montagnes-Russes, différents cercles, etc.
La canalisation de l'air comprimé, placée, tantôt dans, les égouts, tantôt dans des tranchées, est aujourd'hui d'une longueur d'environ cinquante kilomètres.
Les machines dynamos actionnées par l'air comprimé , sont réparties en divers points de la canalisation, convenablement choisis.
M: Popp a créé, a Montpellier, une installation pareille à celle de Paris, pour l'éclairage du Grand-Théâtre, et celui de beaucoup de magasins et ateliers de la ville.
On peut rattacher à l'air comprimé employé comme moyen d'actionner les machines dynamos, et de produire l'éclairage électrique, l'usagé du vent
Le discrédit dans lequel sont tombés, dans notre siècle, les moulins à vent, tient à trois - causes : le temps de leur chômage, qui est, en France, de plus d'un tiers du temps total, l'irrégularité de leur vitesse, et l'imperfection des récepteurs.
Le vent n'est utilisable, en effet, que lorsque sa vitesse est comprise entre certaines limites : de trois mètres à douze mètres par seconde. Dé plus, entre ces limites, les variations de son intensité ne permettent pas toujours d'employer directement la force disponible. D'où la nécessité d'avoir recours à des appareils qui emmagasinent ce travail imparfait, pour le restituer, avec perte il est vrai, mais sous une forme susceptible d'emploi.
Au point de vue des récepteurs du mouvement, il est nécessaire que la voilure augmente ou diminue automatiquement, quand la vitesse du vent varie en sens inverse, De la sorte, on fend à avoir une
S. T. II. " ' '
production de travail constante, et si le vent tourne en tempête * les accidents sont évités.
Comme les moulins à vent d'aujourd'hui remplissent à peu près ces conditions, on a cherché de nouveau à les utiliser. En Hollande et en Egypte, on les emploie à faire manœuvrer des pompes d'épuisement.
En Amérique, on les compte par centaines . de mille. Leur rôle consiste à entretenir pleins d'eau les abreuvoirs des exploitations agricoles, ainsi que les réservoirs d'eau des stations de chemins de fer.
Lors de l'installation de la lumière électrique au phare de la côte du Havre, à l'extrémité du cap de la Hève, on a réussi k utiliser la force motrice du vent. Deux machines dynamos, actionnées par un moulin à vent, emmagasinent l'énergie électrique dans des accumulateurs, qui la distribuent ensuite, sous forme de lumière.
Cette dernière installation présente un certain intérêt au point de vue du moteur, et nous en donnerons la description.
Le moteur à vent est du système Halladay , modifié ; il développe, paraît-il, une force de dix-huit chevaux, mesurés sur l'arbre droit, par une vitesse de dix mètres de vent à la seconde.
Monté sur une charpente de bois, établie sur des massifs en maçonnerie, le moulin donne le mouvement, par l'intermédiaire d'un arbre vertical et de deux paires d'engrenages coniques, à un arbre de couche, placé à une hauteur convenable au-dessus du soi. Sur cet arbre de couche sont montées les poulies,, qui, au moyen de courroies, commandent les machines dynamos, reliées elles-mêmes à une série d'accumulateurs.
Le moulin devait être automatique, résister aux tempêtes, développer, au besoin, une grande force, et être capable, cependant, de; recueillir des souffles légers.,
L'orientation automatique a été facilitée au moyen d'un jeu de galets interposés entre le plateau fixe et la plaque tournante, et d'un système de régulateur à boules, agissant par friction, sur un treuil, qui ouvre ou ferme la voilure, dont la projection sur un plan perpendiculaire à l'arbre du moulin, se trouve ainsi augmentée ou diminuée, suivant la vitesse du vent.
La voilure des ailes se distingue par un grand nombre d'ailettes droites, groupées en roues; cette disposition est particulière aux moulins américains.
Les deux machines dynamo-électriques développent, l'une et l'autre, aux bornes, à des vitesses variables, une différence de potentiel constante de soixante-quinze volts.
L'intensité du courant de la machine la plus petite, est de huit ampères ? quand la vitesse de rotation de L'anneau est de cent tours à la minute, et de quarante ampères, quand cette vitesse atteint deux cent soixante tours. La plus grande donne un courant de quarante à cent ampères^ pour une vitesse de rotation de l'anneau de deux cent cinquante à six cent cinquante tours, par minute.
Quant au rendement mécanique, il est de un à quatre chevaux-vapeur, pour la machine la plus petite, et de quatre à seize chevaux- vapeur pour la plus grande. Ces deux machines fonctionnent alternativement, suivant la quantité d'énergie emmagasinée dans les accumulateurs.
L'embrayage et le débrayage se font automatiquement.
Dans la séance du 2 mai 1888, de la Société de physique de Glasgow, le professeur Blith a décrit une expérience qu'il fit, dans l'été de 1887, sur l'emploi de la force motrice du vent pour la production de l'électricité destinée à fournir un éclairage.
M. Blith installa un "petit moulin à vent,
pour charger des accumulateurs, et procurer ainsi l'éclairage électrique dans le petit village de Marykirk, où il passait ses vacances. Le moulin était du type ancien, et s'élevait dans le jardin. La tour consistait en un trépied de bois, solidement assis sur le sol, et consolidé par des entretoises en bois. L'axe se trouvait à 11 mètres au-dessus du sol, et portait quatre ailes, à angle droit les unes sur les autres, de 4™, 30 de long. La machine dynamo-électrique, du type Burgin, était menée par une simple corde, et l'on obtenait une vitesse suffi santé, même lorsque le moulin ne tournait pas très rapidement. Le courant chargeait 12 accumulateurs, qui alimentaient les lampes de la maison. On n'a jamais employé à la fois plus de 10 lampes de 8 bougies à vingtcinq volts, mais on aurait pu aisément produire de quoi en alimenter beaucoup plus. Un jour, par une bonne brise, on obtint, en une demi-journée, de quoi s'éclairer pendant trois soirées, de trois à quatre heures chacune.
Chutes d'eau et roues, hydrauliques. — Les chutes d'eau naturelles, lorsqu'elles ne sont pas trop éloignées du lieu où leur puissance doit être utilisée, offrent de grands avantages, comme force motrice économique, puisque l'on tire parti, de cette manière, d'une force fournie par la nature, et qui ne coûte que son aménagement à cet usage particulier.
On peut placer la roue ou la turbine près des lieux à éclairer; ou bien produira l'électricité à côté du cours d'eau, au moyen de la machine dynamo, et amener le courant à grande distance, jusqu'aux lampes.
La seule condition et la vraie difficulté, c'est de donner au courant ou à la chute d'eau, qui sont essentiellement variables, l'extrême régularité qu'exige l'éclairage électrique.
La Société Edison construit, pour le trans-
SUPPLÉMENT A L'ART DE L'ÉCLAIRAGE
Fig. 340 et 341. — Dynamo, à armature supérieure, de la Société Edison, pour le transport de la force à
distance, et machine réceptrice du courant.
D, dynamo. — R, réceptrice.
port de la force à distance, par L'électricité, des dynamos et des réceptrices, d'un type particulier, que nous représentons dans les figures' ci-dessus.
La chute d'eau! actionnant la. dynamo dont nous donnons le dessin, envoie son courant, à distance, à là réceptrice, que nous figurons également, et l'électricité ainsi engendrée et transportée, peut servir à alimenter des lampes électriques.
: Après ces explications théoriques, nous ferons connaître , à titré d'exemple , les cas réalisés jusqu'ici, de chutes d'eau utilisées pour le travail mécanique qui noits occupe.
La ville de Bourganeuf possède, depuis 1889, un éclairage électrique, pour lequel on a convenablement aménagé la chute d;eau dite de la Maulde, située en un lieu nommé les Jonauds, à un kilomètre environ de Sain t-Martin-le- Château, et à quatorze kilomètres de Bourganeuf. La quantité d'eau que débite cette chute, même en
été, étant très supérieure à celle dont on avait besoin, on s'est contenté d'en dériver une partie, au moyen de conduites en fonte, qui amènent l'eau, sous pression, jusqu'au moteur, situé à 31 mètres plus bas.
Ce moteur est une turbine à axe horizontal, dont la puissance maxima est de 130 chevaux-vapeur, lorsqu'elle tourne à la vitesse de 150 tours par minute, et qui transmet son mouvement à la machine génératrice, située au premier étage du pavillon, au moyen de deux courroies, qui attaquent directement les poulies de cette dernière.
La machine génératrice d'électricité est à haute tension, et à deux anneaux égaux, montés sur le même arbre, et excités par deux inducteurs rectilignes, parallèles à l'axe de rotation, et dont les quatre pôles sont entièrement libres.
La ligne est formée de deux fils (un pour Taller, l'autre pour le retour du courant), posés sur des poteaux en sapin, garnis d'isoloirs en porcelaine. Le fil, en bronze sili-
ci eux, est nu, et son diamètre est de 5 millimètres.
La machine réceptrice est identique à la génératrice, et comme elle, excitée à part, au moyen de machines à basse tension, qu'elle met en mouvement par deux courroies.
Au moment du démarrage, le champ magnétique de la réceptrice est excité par des accumulateurs, que l'on supprime dès que la vitesse normale est obtenue.
Les machines à lumière électrique sont du type Gramme, et construites par M. Breguet, pour donner chacune 110 volts et 250 ampères.
La marche des machines, grâce à l'emploi d'un rhéostat liquide, à circulation d'eau, est d'une régularité irréprochable, et leur conduite peut être confiée à de simples ouvriers, installés à demeure, l'un à la turbine, l'autre à la réceptrice. La durée de la marche, qui dans les premiers temps était de dix heures par jour (cinq heures dans la journée pour charger les accumulateurs, cinq heures le soir pour l'éclairage direct sans le secours de ceux-ci), a été réduite à six heures.
Le préposé à la turbine est soumis au même genre de vie qu'un gardien de phare. Il doit, dans la mauvaise saison, s'approvisionner de vivres, pour une semaine au moins, et se trouver isolé de toutes communications avec l'extérieur. Il est, d'ailleurs, dans un site absolument sauvage, et n'a, en cas d'avarie, aucun secours à attendre que de lui-même.
C'est également pour produire un éclairage électrique au moyen de la force d'une chute d'eau transportée à distance, qu'une usine a été créée en France, près de la ville de Châteaulin, dans le département du Finistère.
L'inauguration de cette intéressante installation mécanique, a été faite le 20 mars
1887. L'usine est placée à environ 2 kilomètres et demi de la ville, sur le canal de Nantes à Brest, près d'une écluse, où existe une chute d'eau, de lm,30 de hauteur. La force motrice est fournie par une turbine, de la force de 45 chevaux. Une machine dynamo alimente directement les lampes électriques, par des câbles en cuivre, de 12 millimètres de diamètre, d'une longueur de 1900 mètres. Ces câbles aboutissent à des conducteurs de distribution, dont la longueur totale est de 6 kilomètres. Les fils sont aériens. Lés installations intérieures sont faites avec des câbles environnés de plomb.
. La machine dynamo est arrêtée à minuit, heure à laquelle cesse l'éclairage public. A partir de ce moment, le courant est fourni aux lampes des abonnés qui désirent encore s'éclairer, par une batterie de 60 accumulateurs.
L'éclairage public comprend 35 lanternes, de la valeur de 10, 20, 30 et 50 bougies, qui fournissent à l'éclairage des quais, des ponts, des rues et des places publiques. Un certain nombre sont placés dans la mairie, l'église, les halles, les cafés, les hôtels, les magasins et quelques maisons particulières.
La ville a traité à forfait avec les directeurs de l'usine, pour une somme de 1 600 francs par an. Les abonnés payent leur lumière à raison de 3 francs 50 par lampe et par mois. L'entreprise est entre les mains d'une petite société locale, dont le capital est de 80 000 francs.
La station de Châteaulin a été exécutée suivant le système adopté par M. E. Lamy, pour diverses autres villes où il a déjà établi la lumière électrique. Elle montre les avantages que présente l'électricité pour l'éclairage des petites villes où il n'existe pas d'usine à gaz, et où l'on peut disposer d'une force hydraulique pouvant être aménagée pour cet usage.
M. Lamy a déjà obtenu des concessions
SUPPLÉMENT A L'ART DE L'ÉCLAIRAGE
analogues à Mende, Espalion, Saint-Hilaire du Hareouët, enfin à Léon (Espagne).
La lumière électrique produite par une force éloignée, a été également introduite, au commencement de mai 4887, dans les Grands-Moulins de CorbeiL L'installation, exécutée par la Compagnie électrique, comprend 300 lampes à incandescence, de 1(> bougies, et une machine, dynamo Gramme, de 30 chevaux de force.
Accumulateurs..—- Les piles secondaires, ou accumulateurs, découvertes par le regretté physicien, Gaston Planté, ont été étudiées avec les détails nécessaires dans le tome Ier (pages 418-422) de ce Supplément,
Un accumulateur étant un appareil que l'on charge d'électricité, et qui restitue ensuite cette électricité, sous la forme d'un courant, peut être utilisé pour actionner les machines dynamos employées à produire l'éclairage électrique. Tel. est, en effet, leur rôle, mais rôle limité par le peu de durée et la faible intensité du courant qui leur est propre.
Dans les grandes installations, les accumulateurs sont employés pour entretenir l'éclairage, quand la machine dynamo a été arrêtée, dans son fonctionnement, par un accident quelconque. Dans les théâtres par exemple, il y a toujours un certain nombre de caisses d'accumulateurs, qui sont apportées chargées, chaque matin, pour remplacer celles qui ont pu être dépensées la veille.
On emploie également les accumulateurs, en même temps que les machines dynamos, pour parer à l'impuissance du courant fourni par ces dernières, ou pour obvier aux irrégularités de lumière, résultant de l'irrégularité du moteur lui-même, cas plus rare que le précédent.
Les accumulateurs doivent être placés dans une pièce séparée de l'atelier mécanique, et jouissant d'une température
moyenne. Chaque élément, ou batterie, doit être isolé, en le plaçant sur un support en porcelaine, ou en bois paraffiné. Chaque accumulateur doit être séparé du précédent par un intervalle de 2 à 3 centimètres, afin que l'on puisse facilement remplacer un élément qui ne fonctionne plus, par un autre.
Le récipient des accumulateurs se fait en verre, en grès, en bois doublé de plomb, ou en ébonite. On le remplit d'acide sulfurique étendu, au moment de le mettre en fonction.
Piles voltaïques. — La pile de Volta a été, pendant trois quarts de siècle, le seul moyen industriel de produire un courant électrique, et jusqu'à ce moment, les applications du courant électrique à l'éclairage furent à peu près nulles, la pile ne pouvant produire qu'un courant d'une intensité infime, si on le compare aux courants développés par les agents mécaniques. L'éclairage électrique, ainsi que d'autres grandes applications de l'électricité, n'ont pris naissance que le jour où la pile a été remplacée par des moteurs, tels que la vapeur, le moteur à gaz ou les forces naturelles. Si la pile voîtaïque est encore conservée dans l'éclairage électrique, ce n'est que pour éclairer les appartements, pendant une soirée, et pour des installations domestiques passagères, alimentant tout au plus une dizaine de lampes à incandescence, qui ne doivent jamais fonctionner en même temps.
Ces considérations peuvent nous dispenser de citer les piles voltaïques qui servent à l'éclairage électrique, dans les conditions qui viennent d'être énoncées. Bornonsnous, en conséquence, à dire que la pile au bichromate de potasse, que nous avons décrite dans le Supplément à la pile de Volta du tome Ier de cet ouvrage (1) est la forme la plus commode pour obtenir cet éclairage momentané. Le prix de revient, calculé
(t) Pages 391-393.
par des praticiens expérimentés, serait de 1 franc par heure, pour produire l'effet d'une lampe Carcel; chiffre énorme, comme on le voit.
On trouve dans le commerce, sous le nom de lampes électriques portatives, de petits appareils ayant la forme d'une lampe à huile ou à pétrole, qui contiennent, dans le socle, une minuscule pile au bichromate ■ de potasse, et une clochette à incandescence. Les marchands assurent que ces lampes électriques portatives peuvent remplacer les lampes à huile ou à pétrole, pour l'éclairage des appartements et des bureaux.
La vérité est que ces appareils sont de simples jouets, qui amusent pendant quelques heures, mais qui sont difficiles à manœuvrer, en raison des propriétés corrosives ^ du liquide acide qui les alimente. Elles ne donnent qu'une lumière faible et d'une durée très courte. On les fait fonctionner deux ou trois fois, puis on les met au rebut. Les marchands de ces pauvres luminaires ont le soin de changer souvent de domicile, pour éviter les réclamations des acheteurs.
