II. Expérience

Gaz d'éclairage avant le passage :

Carbures lourds d'hydrogène. , . . . 3.29 volumes en pour cent.

Acide carbonique 2.54 — —

Poids spécifique = 0.4072 — —

Après le passage :

Carbures lourds d'hydrogène 0.0 volumes en pour cent.

Acide carbonique 0.0 — —

• Poids spécifique =0 3446 — —

866 LES MOTEURS A OAZ

m. Expérience :

Gaz d'éclairage avant le passage :

Carbures lourds d'hydrogène 3.95 volumos en pour cent.

Acide carbonique 2.75 — —

Poids spécifique 0.4110 — —

Après le passage :

Carbures lourds d'hydrogène 0.00 Tolumesen pour cent.

Acide carbonique 0.20 — —

Poids spécifique 0.3423 — —

La moyenne des cinq analyses donne, pour la densité des carbures lourds d 'hydrogène, 1,745.

Ce calcul peut donner matière à objections, car il suppose que la différence se compose d*azote pur et il fait intervenir le poids spécifique de ce gaz.

Cette question fut mise hors de doute par un mesurage indirect de la densité des carbures lourds d'hydrogène. D'après une disposition indiquée dans la figure 730, le gaz fut passé par un tuyau très long en forme de U, rempli de laine de verre et d'acide sulfurique anhydre concentré; et, de là, à travers les flacons de lavage, dont ceux de Dà J étaient remplis d'une dissolution de potasse, et celui de K avec de l'eau, à une Balance de précision Lux. Le gaz circulait sous une pression de 3 mètres d'eau, exercée au moyen des flacons A et B. De cette manière, les carbures lourds d'hydrogène étaient absorbés en tout ou en partie dans C, et les acides sulfureux entraînés ainsi que Tacide carbonique dans les flacons de lavage : on pouvait alors déterminer le poids spécifique de ce gaz d'éclairage ainsi débarrassé des ces constituants. Un essai préalable fit voir que les indications de la Balance pour Gaz restaient constantes après le passage de 8 litres. Pendant trois jours différents, on fit avec un plein succès des expériences ininterrompues pendant des heures.

L'absorption, plus ou moins complète, dépend de la durée du passage. Lors d'un passage rapide, les bulles de gaz agitent le liquide et l'acide carbonique est complètement absorbé ; par un passage lent, au contraire, les carbures lourds d'hydrogène sont complètement retenus. La continuité pouvait très bien être contrôlée par la Balance Lux, et ne laissa rien à désirer pendant tout le cours des expériences.

La moyenne E = 1,72 correspond complètement et d'une manière inattendue avec celle obtenue précédemment. Il faut admettre, ou bien que la moyenne des densités des gaz qui viennent entacher l'ensemble du gaz d'éclairage s'équilibre avec l'azote, ou que le gaz d'éclairage de Charlottenburg est si bien épuré, que ces entachements n'entrent pas en ligne de compte.

ANNEXE

D'après les démonstrations précédentes, la valeur calorifique des carbures lourds d'hydrogène du gaz d'éclairage employé est de 19.000 calories pour 1 mètre cube.

En tenant compte de la composition régulière du gaz d'éclairage, on peut admettre que celle du mélange des carbures lourds d'hydrogène reste également la même. Nous avons donc utilisé pour toutes les analyses la valeur indiquée. Dans la colonne 9, tableau I, on trouve les valeurs du gaz d'éclairage, calculées d'après ces bases.

DEFOHIJ Xi

Fig. 730.

Il s'ensuit que les plus grandes différences constatées s'élèvent à 8 p. 100. Les différences obtenues en un et même jour sont en général minimes : elles ne dépassent guère 1 p. 100; une seule fois, le 13 septembre 1886, on a constaté des écarts de plus de 2 p. 100.

Finalement, nous pouvons rappeler encore que, pendant la suite des essais au moteur à gaz, qui furent exécutés à des jours différents mais sous des conditions intérieures et extérieures de travail égales, les mélanges effectifs, indiqués, trouvés pour l'unité de volume de gaz, étaient en rapport égal avec la valeur calorifique calculée. On peut donc y voir une troisième constatation.

RÉSULTATS

Quoique le gaz d'éclairage fourni par une usine dont la marche ne subit aucune variation soit, en général, de composition constan/e, le pouvoir calorifique subit des écarts allant jusqu'à 8 p. 100. Ces écarts sont moindres pendant quelques heures dans la matinée et n'atteignent qu'exceptionnellement le chiffre de 2 p. 100. Il est indiscutable qu'une détermination soigneuse de la valeur calorifique du gaz employé est requise pour l'étude calorimétrique du moteur à gaz. Lorsqu'on emploie du gaz de gazogène ou du gaz à l'eau, l'analyse technique est alors suffisante, car les valeurs calorifiques de tous leurs constituants sont suffisamment connues par les travaux de divers savants, et ces valeurs se corroborent. Mais l'analyse technique ne suffit pas pour la détermination du pouvoir calorifique du gaz d'éclairage. Les valeurs calorifiques des carbures lourds d'hydrogène contenues dans le gaz d'éclairage comme parties constituantes donnent de 13.000 à 27.000 calories pai mètre

cube. Comme Tanalyse technique du gaz ne donne que le mélange en bloc des carbures lourds d'hydrogène, il est nécessaire de faire des recherches spéciales sur la valeur calorifique de ce mélange. Lorsque la marche de Tusine ne varie pas, on peut considérer, en général, comme constante la valeur calorifique du mélange.

Les chiffres admis jusqu'ici pour la valeur calorifique des carbures lourds dliydrogène sont arbitraires, et donnent pour la valeur calorifique totale du gaz d'éclairage des différences jusqu'à 8 p 100; mais on peut obtenir des résultats sûrs en combinant la méthode analytique avec une méthode densimétrique. Cette dernière repose sur la loi que les valeurs calorifiques de tous les carbures lourds d'hydrogène sont en un rapport simple avec les densités. Cette relation est donnée par la formule

dans laquelle E représente la densité du carbure lourd d'hydrogène (poids d'un mètre cube en kilogrammes), et H sa valeur calorifique par mètre cube, étant admis que la vapeur d'eau produite par la combustion ne soit pas condensée. Celte même loi 8*applique aussi à un mélange donné de carbures lourds d'hydrogène. Si, en dehors de la composition analytique du gaz d'éclairage, on connatt également son poids spécifique, on peut calculer la densité du mélange de carbures lourds d'hydrogène. U est permis, dans ce cas, de faire entrer en ligne de compte, pour le total de la diff*'rence de l'analyse, la densité de l'azote.

Désire-t-on obtenir, d'après cette méthode, à 1 p. 100 près la valeur calori* fique du gaz d'éclairage, il estnécessaire de déterminer au moins à 3/4 p. 100 le poids spécifique total. Les appareils à la disposition des techniciens pour la détermination du poids spécifique du gaz suffisent pour cet objet. L'appareil construit par Schilling, d'après les données de Bunsen, donne l'exactitude requise lorsqu'on prend certaines mesures de précaution et qu'on y met un temps appréciable. Par contre, l'appareil construit par Lux (type E] donne une exactitude plus que suffisante par la simple lecture du poids spécifique.

De l^nfluenee de la température sur les limites d'explosion des mélanges gazeux, combustibles,

Par J. RoszKowsM (*).

Le présent travail a été entrepris et exécuté sous la direction de M. le professeur D' Bunte, dans le laboratoire de chimie de l'École technique supérieure de Carlsruhe.

(♦) Journal fur Gasbelucktung et Journal de C Eclairage au gas (1890-1891).

ANNEXE 869

Lorsqu'on chauiTe en un point quelconque, à la température ordinaire pour leur combinaison, < température d'inflammation » un mélange homogène de deux gaz capables de se combiner avec dégagement de chaleur, la combinaison «combustion» se propage rapidement à travers toute la masse; de l'élévation delà température qui se produit ainsi, résulte, en vase clos, une pression considérable, qui, éventuellement, pourra déterminer la destruction du vase ; on appelle ce phénomène < combustion avec explosion ». Lorsqu'on dilue le mélange explosif avec des gaz qui ne prennent pas part à la réaction, on affaiblit peu à peu la violence de l'explosion; de même, la vitesse de propagation de l'onde explosive diminue jusqu'à une limite déterminée, au delà de laquelle la propagation ne se fait plus : c'est la « limite d'explosion ou d'inflammabilité ».

On distingue de l'explosion ou combustion instantanée, la combustion lente d'un mélange gazeux en contact avec un corps chaud ou traversé par une étincelle électrique, ainsi que la combinaison graduelle des gaz à une température inférieure d'inflammation, phénomène observé pour la première fois par Davy (*) et différent de la combustion explosive. Davy chauffa des mélanges gazeux explosifs dans des tubes de verre fermés à la lampe à une température inférieure à la température d'inflammation, et constata qu'une combinaison partielle des corps avait eu lieu.

Dans ce qui suit, j'examinerai brièvement les essais les plus importants faits sur la combustion avec explosion des mélanges gazeux.

La quantité de chaleur dégagée par la combustion d'un mélange gazeux peut être calculée (lorsque la composition du mélange est connue) d'après les chaleurs de combustion des gaz déterminées par Favre et Silbermann, Thomson et Berthelot. Bunsen {**) calcule la température de combustion obtenue en divisant la chaleur de combustion par la chaleur spécifique, évaluée d'après la composition des produits de la combustion. Les chiffres ainsi posés par Bunsen sont beaucoup trop élevés (***), car premièrement la chaleur spécifique crott avec la température, de telle sorte que les valeurs déterminées pour la température ordinaire ne sont plus exactes pour la température à laquelle se fait la combustion; deuxièmement, la chaleur est transmise par rayonnement et par conductibilité aux corps environnants ; cette perte est d'autant plus grande que la durée de l'explosion est plus longue, c'est-à-dire que la vitesse de propagation est plus petite ; troisièmement, les nombres calculés pour la température de combustion de mélanges non dilués se trouvent de beaucoup au delà de la limite à laquelle les produits de la combustion, acide carbonique et eau, se décomposent par dissociation, entièrement ou en partie, comme l'ont démontré les expériences de Sainte-Claire

(♦) DaTj, Annales de phys. et de chimie^ 1816, p. 136.

(**) Bunsen, Méthodes gazomé triques, V* édition, 1857, p. 250 (et p. 255 de la traduction française).

(«*) Berthelot, Comptes rendus, LXXXIV, p. 407.

Devillc (*). Il est juste de rappeler qu'à Tépoque où Bunsen établit ses calculs (**), ces phénomènes étaient encore inconnus. Il est évident aujourd'hui que la température de combustion, en raison de la chaleur absorbée par la décomposition ou dissociation des produits de la combustion, ne peut jamais dépasser une certaine limite, et la combustion complète ne se produit que parce qu'une partie de la chaleur est transmise à d'autres corps, permettant à une nouvelle partie du mélange gazeux de brûler.

D'après cela, la combustion complète ne s'obtient que lorsque la température est descendue au-dessous de la limite de dissociation. Dans la deuxième édition de son livre (***),;Bunsen a établi une nouvelle formule pour le calcul de la température de combustion, formule dans laquelle il tient compte de la dissociation et de la variation de la chaleur spécifique. Ainsi, pour le gaz détonant hydrogène-oxygène pur, il calcule la température de combustion à environ 3.0G0 C. au lieu de 10.000 C. comme précédemment. Il calcule le degré de dissociation du gaz d'après la pression produite par la combustion, pression qu'il a déterminée expérimentalement. De ces essais ainsi que de ceux exécutés récemment par Le Chatellier et Mallard (****) et par Berthelot (**"*), on peut conclure que la pression est d'autant plus inférieure à celle que donne le calcul que la combustion se fait plus lentement. Pour un mélange détonant pur enfermé dans un petit vase, la pression atteint presque celle que donne le calcul d'après la loi de Mariotte-Gay-Lussac pour la température de combustion et le volume des produits de la combustion.

La vitesse de la propagation a été déterminée par Le Chatellier et Mallard (***••*) au moyen de photographies instantanées.

Bunsen (****•••) se servit d'un Instrument reposant sur le principe suivant : lorsqu'on enflamme un mélange explosif s'écoulant par une ouverture étroite en mince paroi, la combustion se propage dans le vase (se rabat) dès que la vitesse du gaz à la sortie est devenue plus petite que la vitesse de propagation du mélange gazeux combustible. Berthelot (•**•****) se servit d'un appareil semblable pour mesurer cette vitesse de propagation. Les chiffres obtenus par les expérimentateurs ci-dessus font voir d'une part que la vitesse de propagation diminue à mesure que le mélange explosif est plus dilué, que, près de la limite d'explosion, cette vitesse devient assez petite pour permettre

(*) Sainte-Claire Devillc, Comptes rendus^ LX, p. 317.

(*♦) Dans Tannée 1857.

(***) Méthodes gaxométriques, 2« édition, 1877, p. 309 à 320.

(**♦*) Recherches expérimentales et théoriques sur la combustion des mélanges gazeux explosifs ^ par MM. Mallard et Le Chatellier, 1883 ; voyez aussi ce journal par« ticulièrement, 1881, p. 60; 1885, p. 461 et 485 : 1886, p. 98 et 134, et en outre 1886, p. 918.

(*♦***) Berthelot et Vieille, Comptes rendus, LXLVIlï, p. 545.

(******) Recherches^ etc., p. 128.

(♦^****) Méthodes gazométriqueSy 2* édition, p. 315.

*) Berthelot et Vieille, Comptes rendus LXLVIH, p. 94, 646.

ANNEXE 871

de suivre la flamme d^explosion k Toeil nu, et, d'autre part, qu'elle varie pour les différents gaz; pour le mélange détonant d'oxygène-hydrogène pur, par exemple, elle est de 34 mètres; pour le mélange détonant oxyde de carboneoxygène, elle est de 1 mètre par seconde; en général, cette vitesse est donc de beaucoup inférieure à celle de Tonde sonore.

La température d'inflammation est la température la plus basse déterminant la combinaison complète des composants du mélange. Le Cbatellier et Mallard {*) l'ont déterminée par voie expérimentale. En admettant que la température de combustion est voisine, pour un mélange gazeux explosif, de la température où peut se produire son inflammation. Bunsen (**) l'évalue d'après la moyenne des températures de combustion que donne le calcul pour des mélanges gazeux les plus voisins, explosifs et non explosifs. De cette manière, il trouve par exemple pour le mélange détonant d'hydrogène une température d'inflammation de 744* C. ; Le Cbatellier et Mallard ont trouvé pour le même mélange gazeux 555* C.

Plusieurs expérimentateurs se sont occupés de la limite d'explosion : Bunsen (***) détermina celle du mélange détonant d'hydrogène étendu d'oxygène et d'acide carbonique, et trouva que l'influence des corps diluants varie avec la nature de ces corps ; c'est l'oxygène que l'on peut ajouter dans la plus forte proportion; l'influence la plus nuisible est exercée par Tacide carbonique. Frankland (**") a déterminé la limite d'explosion du gaz d'éclairage de Londres. Plus récemment, Emst v. Meyer (*****j fit des essais analogues avec les carbures d'hydrogène gazeux. Cependant ces essais ne se rapportent qu'à la détermination des limites d'explosion supérieures, car ils furent entrepris pour l'étude des phénomènes d'affinité.

A. Wagner (******) * a déterminé les limites d'explosion de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone, du méthane, de l'élhylène, et du gaz d'éclairage étendu d*oxygène, d'air atmosphérique et d'un mélange d'acide carbonique (CO, : 0* =79 : 21) avec excès de gaz combustible aussi bien qu'avec excès du gaz diluant. Il constata que l'étincelle électrique d'un inducteur de Ruhmkorf faible n'enflammait pas des mélanges qu'un appareil plus fort était capable d'enflammer ; un fil de platine chauffé par un courant électrique jusque près de son point de fusion donnait un résultat plus favorable,

Lehmann et Willer (•**•***) ont été chargés par la commission prussienne

(*) Le Chatellier et Mallard, Recherches^ etc., p. 21.

(**) Méthodes gazométriques, 2* édition, p. 336 et 339.

(•^) Méthodes gazométriques, p. 337 et 338.

(••♦♦) Franckland. c On the Igniting Point of Coal Cas. i Recherches expérimentales p. 326.

(••***) Emst T. Meyer. Journal de Chimie pratiquCy vol. p. 334.

( ) A. Wagner : Bayer Industrie and Gewerbell, 1876 ; voir aussi Dingter poly,

3 Tol. 222, p. 90.

(*•*••") Comptes rendus delà Commission prussienne du grisou, Berlin 1886, toI. 3, p. 193.

du grisou de faire des essais plus étendus avec divers moyens d'inflaininalion (métaux incandescents). En général, le pouvoir de faire explosion (limite d'explosion) est influencé par la forme du vase et par la nature et la puissance du corps enflammant.

D'après cela, on voit que les limites d'explosion de gaz déterminés ne sont aucunement des grandeurs constantes, mais varient avec les conditions dans lesquelles se font les expériences. Celles-ci devront toujours être faites de la même manière afin d'obtenir des résultats comparables. On ne possède pas jusqu'ici de résultats d'expériences sur l'influence de la pression et de la température initiales du mélange gazeux sur le déplacement de la limite d'explosion, quoique plusieurs expérimentateurs (*) aient prétendu que cette influence existe. 11 était particulièrement désirable de connaître < l'influence de la température sur les limites d'explosion de divers mélanges gazeux » ; cette question a une importance pratique (**) parce que, dans les moteurs à gaz, on rencontre des mélanges détonants dans des cylindres cbauds, c'est-à-dire des gaz brûlant à une température élevée.

On peut, il est vrai, calculer le déplacement de la limite d'explosion au moyen des données thermo chimiques en élevant la température initiale (***); cependant il paraît préférable de vérifier cette hypothèse par voie expérimentale.

J'expose ci-dessous l'ordre de mes essais et les résultats obtenus.