PUISSANCE

en chevaux

LêB Tripbsusé» — Une puissante Société parisienne vient d'installer au bord de la Seine, à Asnières, une grande usine de production d'énergie électrique sous la forme de courants triphasés à 5.000 volts de tension et 25 périodes.

Cette Société, qui porte le nom caractéristique de Compagnie du Triphasé, a étudié ses plans d'installation de façon à créer dix groupes identiques d'une puissance individuelle de 20.000 kilowatts. Deux de ces groupes sont actuellement installés (juillet 1900), les autres étant en montage. •

Cette usine est reliée par un câble à celle du secteur de la place Clichy.

Elle pourra desservir, dans des conditions de fonctionnement parfait, une surface correspondant à un

282 TRANSMISSIO.Y DE LÉNERGIE MECANIQUE

rayon de 10 kilomètres, c'est-à-dire 30.000 hectares. On pourrait même, à la rigueur, pousser plus loin la distribution d'énergie, la perte de charge n'étant que de 10 p. 100 à 15 kilomètres.

Convertisseurs rotatifs. — Toutefois, malgré les progrès que réalise l'emploi des courants polyphasés, la solution du problème n'aurait pas été complète si on n'avait trouvé le moyen de la généraliser en transformant les courants alternatifs en courants continus. En effet, si les premiers présentent des avantages précieux par la facilité avec laquelle ils se prêtent au transport de l'énergie à grande distance et l'économie qu'ils procurent, les seconds sont indispensables pour les opérations électrolytiques, ainsi que pour la charge des accumulateurs. La traction électrique n'est pas incompatible, en principe, avec l'emploi des courants alternatifs, mais elle est plus simple et plus facile avec les courants directs et, jusqu'à présent, presque exclusivement pratiquée avec leur concours.

Ces diverses applications, dont l'importance est considérable, auraient donc été exclues d'un système de distribution générale par courants alternatifs.

Frappés de l'intérêt qu'il y a à pouvoir passer à volonté de l'un à l'autre de ces modes de propagation de Télectricité, suivant les applications qu'on a en vue, deux ingénieurs français, MM. Maurice Leblanc et Ilutin, étudièrent la question et, les premiers, en 1893, indiquèrent le moyen d'arriver à cette transformation à l'aide d'un appareil auquel Frank Geraldy avait donné le nom, familier mais expressif, de Pa'nchahnienr,

Ces machines sont aujourd'hui entrées dans la pratique courante et sont construites par plusieurs grands établissements. On les désigne sous le nom de conçer^ tisseurs rotatifs ou commutatriccs.

11 est assez facile de se rendre compte par quelle suite de déductions logiques on a été amené à leur type actuel (1).

Remarquons tout d'abord que la transformation des courants alternatifs en courants continus est résolue par le collecteur Gramme. On pourrait donc songer à réaliser cette transformation industriellement au moyen d'un système approprié de commutateurs.

C'est évidemment la solution qui se présente la première à l'esprit; mais elle n'est pas réalisable en pratique, à cause de l'abondance d'étincelles qui se produit dès qu'on aborde les potentiels élevés, ce qui est justement le cas le plus ordinaire de l'utilisation des machines à courants alternatifs.

Laissant donc ce procédé de côté, concevons que, sur un même arbre soient montées deux dvnamos, l'une à courants alternatifs, l'autre h courants continus.

Si on envoie un courant alternatif, monophasé ou polyphasé, dans la première, elle se mettra en mouvement, en vertu du principe de la réversibilité, et entraînera la dynamo à courants directs, puisqu'elle est calée sur le même arbre. Celle-ci produira donc, en tournant, des courants directs, et on pourra dire, en quelque sorte, qu'on a opéré la transformation, puisqu'il entre un courant alternatif d'un côté de l'appareil et que, deTautre, il sort un courant direct.

C'est une transformation de ce genre qu'on emploie à la station centrale de Porta Volta (aux portes de Milan), desservie par l'usine génératrice de Paderno d'Adda (installée par MM. Brown-Boveri et C'*}, qui produit directement des courants triphasés à 15.000 volts envi-

(1) Voir à ce sujet, dans le Génie civil du 11 mars 1899, l'arliclc signé Volta et la note Commutatrices et Transformateurs redresseursy présentée par M. P. Janet au Congrès d'Electricité de 1900.

ron pour ce transport de force de 13.000 chevaux à 33 kilomètres.

La station réceptrice est munie de moteurs synchrones qui actionnent des dynamos à courant continu employées pour Talimentation d'un réseau de tramways.

Cet arrangement fonctionne, avec de bons résultats, depuis 1898.

Toutefois, au point de vue spécial du rendement, un tel système ne se présente pas comme avantageux. En effet, en admettant que chacune de ses parties atteigne séparément le rendement excellent de 90 p. 100, ce n'est que 90X90=81 p. 100, qu'on obtiendrait effectivement.

On peut, il est vrai, condenser l'appareil et remplacer ses deux induits distincts par un induit unique, à deux enroulements, dont l'un serait relié, d'un côté, a un collecteur avec deux balais, pour le courant direct, de l'autre à deux bagues avec frotteurs pour le courant alternatif. Malheureusement, les deux courants voisins se gênent l'un l'autre et le rendement de l'appareil n'est pas amélioré.

Une troisième étape a consisté dans la suppression complète du second enroulement. La machine ainsi simplifiée n'est plus alors qu'une dynamo ordinaire, avec un anneau Gramme, par exemple, entre les deux masses polaires d'un inducteur.

Supposons qu'on considère deux points quelconques de la bobine induite aux extrémités d'un même diamètre et qu'on les réunisse a deux bagues collectrices munies de frotteurs, le circuit, partant de ces deux frotteurs, sera parcouru par un courant alternatif, de même que celui qui part des deux balais sera" parcouru par un courant direct.

Si donc la dynamo, ainsi montée, est mise en mouvement d'une façon quelconque, on lui fera produire à

volonté des courants directs orf des courants alternatifs selon que l'on mettra les balais en contact avec le collecteur ou les Trotteurs avec les bagues.

Si, au contraire, on envoie dans Finduit un courant alternatif, identique a celui qu'elle produit lorsqu'elle est mise en mouvement par un moteur, ce courant parcourra l'induit et sortira redressé par les balais. L'inverse se produira pour un courant direct lancé par les balais \ on recueillera un courant alternatif sur les bagues.

Le maximum de la force électro-motrice du courant alternatif étant égal à la force électro-motrice du courant direct, d'après les conditions mêmes du fonctionnement de l'appareil et la force électro-motrice d'un courant alternatif étant égale h sa force électro-motrice

maxima multipliée par le facteur -= (1), on voit que pour

obtenir un potentiel de 500 volts, ce qui est la condition du fonctionnement ordinaire des lignes de tramways, il faudra que le courant, alternatif h son entrée dans le convertisseur, ait une force électro-motrice de 350 volts. Cette condition impose l'emploi d'un réducteur de potentiel et par suite une certaine complication, malgré laquelle, cependant, le rendement des convertisseurs est encore de 90 à 94 p. 100.

On comprend, d'après l'observation qui précède» qu'une telle machine peut aussi bien fonctionner avec les courants polyphasés qu'avec les courants monophasés. Dans le cas d'un convertisseur triphasé, par exemple, on aura trois bagues réunies a trois points de l'induit distants de 120 degrés.

La maison Alioth, de Baie, qui a donné une extension importante à la construction des convertisseurs rotatifs,

(1) Nous ne démontrons pas cette condition que le lecteur voudra bien admettre.

286 TBJNSMISSlOJf DE LÈNERGIE MÉCANIQUE

a construit sur ce principe général des commulaliUe» universelles de laboratoire que permettent de réaliser,

dans leur expression la plus générale, les transformalions dont nous venons d'indiquer le principe (fig. l'ilt). I.a figure 137 montre une commulatricc type Labour,

COKVERT!S:iEUItS HOTATIFS 287

construite parla société l'Eclairage électrique. Elle a été dessinée de taçon à présenter â la fois son collecteur et ses bagues de prise de courant.

Elle*transforme en un courant continu de 110 volts et 130 ampères uq courant alternatif de 8U volts et 136 ampères à une vitesse de 1.2G0 tours.

Fig. 157. — Commutolrke Ijpe Lubour.

Elle est employée pour la charge des accumulateurs des voitures automobiles dans les centres de production à courant continu.

Ses dimensions sont : longueur, 1 mètre; largeur, 0'",80; hauteur U-,7().

Les convertisseurs rotatifs commencent h se répandre dans les usages pratiques. C'est avec leur concours que fonctionnent les tramways de la ville de BufTalo. Ils reçoi-

vent le courant biphasé à 11.000 volts qu'engendrent les chutes du Niagara et le transforment en courant continu. II en est de même des usines de fabrication d*alumiuiuni et de carborandum à Niagara Falls.

Un exemple important de leur utilisation nous est fourni par les installations électriques de la ville de Genève. Elles forment deux groupes, dont le premier et le plus ancien alimente l'éclairage de la ville et un réseau de tramways. Le second, établi à Chèvres, en 1896, est à courants alternatifs. Devant l'intérêt qu'il y aà pouvoir renforcer le premier groupe par le second, on a été amené à établir des convertisseurs pouvant transformer le courant alternatif des usines de Chèvres en courants continus.

La figure 158 représente une des commutatrices Alioth appliquées à ce service. Elles ont deux enroulements induits d'une puissance totale de 100 kilowatts. Elles reçoivent du courant diphasé à 78 volts et donnent du courant continu à 110 volts. Elles sont disposées pour alimenter une distribution à trois fils. Trois machines de cette puissance servent au réseau d'éclairage. Trois autres, à induit simple, de 150 kilowalls à 425 volts (alternatif), 600 volts (continu) sont appliquées au réseau des tramwavs.

A Paris môme, où plusieurs secteurs livrent du courant alternatif, l'emploi des convertisseurs était particulièrement indiqué et a été appliqué en diverses circonstances.

Citons, entre autres, le Palace Ilotel qui est situé sur le champ d'action de la Compagnie du secteur des Champs-Elysées qui livre du courant alternatif à ses abonnés.

Trois groupes de commutatrices Alioth et de transformateurs Labour changent le courant monophasé du secteur en courant continu à 110 volts, qui sert à char-

"S^^''- ger des accumulateurs et à effectuer l'éclairage de cet

"'"'^ établissement au moyen de '5.500 lampes à incandes-

"""^ oence de 16 bougies et de 30 lampes à arc.

Nous pourrions multiplier ces exemples de l'emploi Mm* Jes convertisseurs rotatifs.

Fig. 158. — Commutatrice Aliatb, de Genève.

Nous verrons dans le chapitre suivant comment ils ont été appliqués à Paris à trois installations importantes de chemins de fer électriques.

Rôle ùitar des convertisBeurs rotati&. — Ce que nous venons de dire de ces appareils montre quelle doit être leur importance dans les progrès futurs de l'industrie électrique. Ils permettent d'obtenir, dans chaque

YiVAREI. Phénomène» £lcctH^«9. 1»

problème particulier d'installation électrique, la solution qui lui convient le mieux et délimitent, en même temps, le champ d'action de l'un et l'autre modes de propagation des courants, ce qui met un terme à toute polémique sur les avantages respectifs de chacun en précisant les conditions spéciales de son emploi.

Aux courants alternatifs, la mission d'aller capter au loin, dans les régions montagneuses, l'énergie des chutes d'eau pour les amener, avec la dépense minima de frais de canalisation, qui résulte de leur potentiel élevé, au voisinage des agglomérations de population où elle doit être recueillie et distribuée pour les usages les plus variés. Là, le courant alternatif est détendu puis reçu dans des convertisseurs qui le transforment en courant direct, le rendent inoffensif et assoupli à toutes les exigences de l'industrie et de l'économie électrique.

Limites d'emploi des courants alternatifs (1). — Ainsi que nous venons de le voir, l'emploi des courants alternatifs a permis de reculer les limites auxquelles peut se faire pratiquement la transmission de l'énergie mécanique. La distance qu'on peut atteindre économiquement en employant des lignes aériennes dépend tout d'abord de la valeur des conducteurs qui les constituent et de leur matériel accessoire de poteaux, isolateurs, etc. Cette valeur est loin d'être négligeable et elle peut être aisément chiffrée.

Mais, à côté de cet élément, il y en a d'autres d'une appréciation moins facile, qui tiennent aux difficultés d'ordre purement technique, en face desquelles on se trouve dès qu'on aborde l'emploi de courants de tension élevée.

(1) Voir sur celte question le Bulletin de la Société des Ingénieurs civils. (Janvier et février 1900.)

Tant qu'on en est resté à Tusage de courants alternatifs dont la tension est inférieure à 10.000 volts, ces difficultés se sont résumées à isoler soigneusement les lignes. Pour des tensions supérieures, elles augmentent par suite de la tendance qu'a l'électricité à jaillir sous forme d'étincelles entre les conducteurs qu'elle traverse et les corps qui les avoisinent.

Dans le voisinage de 20.000 volts, les conducteurs deviennent lumineux dans l'obscurité et laissent jaillir de petites étincelles dans toutes les parties de leur surface qui présentent des aspérités^ aux ligatures par exemple.

On sent déjà qu'on est en présence d'un effort statique qui tend à faire fuir l'électricité sur toute l'étendue de la ligne. L'air qui l'enveloppe est, suivant son état, plus on moins favorable à cette déperdition. Cependant oette perte n'est pas gênante jusqu'à 40.000 volts. Au delà, elle s'accroît rapidement. Vers 50 à 60.000 volts, l'air est impuissant à retenir le courant et il faut songer à isoler les conducteurs, soit à la manière ordinaire en les recouvrant, soit en les plaçant dans une canalisation remplie d'huile, ce qui en augmente singulièrement le prix et en complique le fonctionnement.

En résumé, il résulte des données qu'on a actuellement sur cette question, que l'emploi de courants à 40.000 volts est à la limite de ce qu'on peut réaliser pra tiquement et qu'il n'est pas possible d'aller au delà sans des précautions spéciales et des frais élevés.

Une circonstance particulière rend délicat l'emploi de courants à haut potentiel. C'est le phénomène de résonance par suite duquel les vibrations électriques sont renforcées lorsqu'elles se trouvent en accord avec celles d'objets placés dans le même circuit. Il se passe là quelque chose d'analogue à ce qui se produit en acoustique.

Cette résonance est augmentée lorsqu'on augmente la capacité de la canalisation en la plaçant souterraine-

ment ou dans des tubes. Elle accroît la difficulté d^aborder les potentiels très élevés.

Lorsqu'on se trouve en présence d'un problème de transmission de puissance électrique, on n'a pas à redouter de complications spéciales jusqu'à une distance de 150 à 180 kilomètres, pourvu qu'on ait soin d'isoler parfaitement la ligne et de la garantir contre les actions mécaniques ou électriques extérieures. Dans cette limite de distance, les transmissions peuvent être avantageuses jusqu'à environ 80 kilomètres pour une puissance transmise inférieure à 1.000 kilowats.

Au-dessus de 80 kilomètres, la solution peut être économique jusqu'à environ 160 kilomètres pour des puissances plus considérables.

Au-dessus de ces chiffres, le problème devient très indéterminé. Il est sans doute réalisable, au point cje vue technique, dans les limites de distance et de potentiel que nous venons d'indiquer. Mais il devient plus aléatoire au point de vue commercial.

On comprend du reste qu'il soit très difficile de préciser quoi que ce soit à ce sujet, et nous n'avons eu en vue, en donnant les indications générales qui précédent, que de résumer d'une façon sommaire l'état actuel de cette question.

Conclusions, — Nous n'entrerons pas dans le détail des évaluations de dépense initiale et de prix de revient auxquelles correspondent les problèmes multiples qu'un ingénieur doit se poser lorsqu'il a à étudier l'utilisation d'une force naturelle (1).

Limitée jusqu'à présent à de petites forces et à de

(1) Voir à ce sujet le travail que M. Blondel a publié dans les Annales des ponts et chaussées (!«' trimestre de 1898), sous le litre : « De l'utilité publique des transmissions électriques d'énergie : But, procédés, état actuel, valeur économique et avenir ».

petits rayons, cette utilisation va prendre, grâce à remploi simultané des courants alternatifs et directs, un essor très vif, dont nous ne pouvons, au moment où sont écrites ces lignes, que mesurer les débuts. Les progrès successifs accomplis, en un petit nombre d'années, ont été tels qu'ils promettent, à bref délai, un accroissement extrêmement considérable du nombre des forces naturelles improductives mises en valeur.

Les conséquences de cet état de choses peuvent être résumées en une sorte de formule dont les termes sont en apparence contradictoires : la décentralisation industrielle et économique résultant de la centralisation de l'énergie naturelle.

Au point de vue industriel, un premier fait se manifeste. Des industries, encore dans l'enfance, mais très prospères et riches de promesses, sont nées, de cette circonstance seule qu'elles ont pu trouver, loin des grands centres, des conditions favorables à leur éclosion et à leur développement. Nous parlerons plus loin de ces industries, dont deux principales, celle de l'aluminium et celle de l'acétylène par le carbure de calcium, sont véritablement les filles du mouvement électrique actuel .

Ce siècle se termine dans des conditions économiques et sociales créées par la poussée industrielle qui est résultée de l'établissement des chemins de fer. Il semble difficile qu'elle puisse se continuer encore avec la même intensité, sans des dangers, dont il est plus aisé de démêler les causes que de mesurer l'étendue dans l'avenir.

C'est aujourd'hui un aphorisme banal et même ridicule, en sa forme, que l'agriculture manque de bras et que les champs se dépeuplent au profit des villes dont la population s'accroît sans cesse par le développement de faubourgs industriels où s'enrégimentent, dans

crimmenses casernes, des armées de travailleurs arrachés à Tair pur des campagnes et voués pour la plupart à la démoralisation et à l'alcoolisme. Comment retenir dans son village le jeune soldat libéré qui a goûté le bien-être factice et les plaisirs malsains des grandes villes? L'attraction est fatale, et ainsi se produisent ces phénomènes de congestion sociale dont les effets morbides désolent à la fois les moralistes et les économistes.

Si quelque chose peut être fait pour remonter un pareil courant, c'est à l'électricité qu'on le devra.

Grâce à elle, les localités rurales les plus perdues au fond des montagnes ont pu recevoir la lumière et la force et être appelées à la vie intellectuelle. Elles en ont même bénéficié avant les grandes villes. Un très grand nombre de petites communes du Dauphiné, région où ce mouvement a commencé, il y a une dizaine d'années, sont aujourd'hui dotées de réseaux de lumière électrique, alors qu'elles ne connaissaient auparavant aucun système d'éclairage autre que la chandelle, le pétrole ou... le clair de la lune.

En même temps, la diffusion des petits moteurs permet aux ouvriers le travail à domicile, travail plus facile, moins pénible, accompli non à l'atelier, mais au milieu même de la famille.

On ne peut espérer, assurément, que l'émiettement de la force pourra se faire indéfiniment. Il est des travaux pour lesquels il faudra toujours de puissants moteurs, servis par des bataillons d'ouvriers embrigadés dans des usines.

C'est un mal nécessaire auquel il n'est pas de remède radical. Pas plus qu'autre chose, l'électricité n'apporte avec elle une panacée universelle. 11 faut se féliciter qu'elle donne un moyen de réduire l'importance individuelle d'un grand nombre d'industries en les éloignant

des centres et en les éparpillant dans des régions où la vie est moins chère, plus saine au point de vue physique et au point de vue moral.

C'est là un des côtés du développement des études électriques qu'on peut envisager avec la certitude qu'un avenir prochain permettra d'en apprécier les bienfaits.

On voit par ces indications sommaires quelle devient Tampleurde la science des applications de Télectricité. Klle manifeste d'une façon évidente le tout par V électricité qui a été longtemps une formule d'espérance confuse et qui devient aujourd'hui un fait positif dont la généralisation de plus en plus étendue produira certainement dans l'avenir des phénomènes économiques plus surprenants que ceux dont nous avons été jusqu'ici les témoins.