CHAPITRE VI

Considérations générales sur Temploi des accumulateurs pour la traction. — Principe des accumulateurs. — Conditions de fonctionnement et d'emploi des accumulateurs. — Entretien et rendement. — Récupération de l'énergie. — Tramways à accumulateurs à charge ordinaire. — Tramways à accumulateurs à charge rapide. — Tramways à accumulateurs et à trolley.

Considérations générales sur l'emploi des accumulateurs pour la traction. — L'emploi des accumulateurs, pour la traction des tramways est assez séduisant au premier abord. Chaque voiture portant avec elle sa provision d'électricité , il n'y a pas besoin, en effet, de conducteurs aériens ou souterrains pour distribuer le courant le long de la ligne. Un arrêt instantané de l'usine, une rupture accidentelle des conducteurs d'alimentation ne sont pas non plus à redouter et l'exploitation peut être assurée avec une sécurité absolue.

On conçoit même qu'une voiture, arrêtée par un encombrement subit de la voie, puisse, avec ses propres moyens, dérailler et contourner l'obstacle.

Enfin, la traction par accumulateurs peut être appliquée sur des voies quelconques, si elles sont suffisamment résistantes, sans que l'on ait besoin de les modifier.

Mais les accumulateurs, malgré les grands perfectionnements qu'on leur a fait subir, présentent encore quelques inconvénients caractéristiques. Les principaux sont leur poids, leur faible rendement, le prix de leur entretien et, sauf pour quelques types nouveaux, leur défaut d'élasticité.

Ainsi s explique le nombre relativement fort restreint des lignes de tramways qui ont été équipées par ce système.

Cependant, de nouvelles et intéressantes applications viennent d'être faites en France et en Allemagne. Aux Etats- Unis, même, où les accumulateurs étaient jusqu'ici systématiquement écartés, on vient de les mettre à l'essai sur une importante ligne de tramways*.

Pour bien faire comprendre les avantages et les inconvénients des accumulateurs, il est indispensable de rappeler sommairement comment ils sont constitués et comment ils fonctionnent.

Principe des accumulateurs. — Prenons un bac rempli d'eau acidulée par de l'acide sulfurique et dans laquelle plongent deux plaques de plomb. Si nous faisons passer un courant électrique de l'une à l'autre plaque (électrodes), l'eau sera décomposée en ses éléments, oxygène et hydrogène. L'oxygène se portera sur Vanode (plaque par laquelle le courant arrive) pour former une substance brune qui est du peroxyde de plomb, tandis que l'hydrogène ira à la cathode (plaque par laquelle le courant sort).

* Il s'agit de la ligne de Madison Avenue, à New-York (voir YElectHcien du 20 mai 1896).

Si on arrête ropération, on constate qu'il existe entre les deux plaques une différence de potentiel et que d'autre part en les réunissant pas un fil conducteur, un courant élec trique s'établit de Tanode à la cathode et se maintient pendant un certain temps. On a donc, en quelque sorte, par la première opération, accumulé dans l'appareil une certaine quantité d'électricité. L'accumulateur, fonctionnant à la décharge comme un générateur d'électricité, la plaque anode (qui correspond au pôle positif d'une dynamo) s'appelle plaque positive, l'autre plaque négative.

Quand on charge et décharge un accumulateur un certain nombre de fois, la quantité d'électricité qu'il peut débiter, c'est-à-dire sa capacité, augmente notablement. Aussi, avant d'employer des accumulateurs en service courant, commence-t-on par les former.

On désigne cette préparation préliminaire sous le nom de formation Planté,

Pour l'abréger on peut opérer non sur des plaques de plomb, mais sur des plaques de plomb recouvertes d'oxyde de plomb (procédé Faure). Après une seule charge l'appareil est prêt à servir industriellement.

Mais il faut prendre des précautions pour que la matière active, ainsi déposée sur les plaques, ne se décolle pas. A cet effet on a adopté des plaques quadrillées, grillagées, dentelées, etc.. En outre, pour avoir des carcasses résistantes, certains constructeurs remplacent le plomb par du plomb antimonieux.

\J accumulateur Tudor est un accumulateur Faure à pla-

ques épaisses en plomb. Au bout de quelques mois de service, cet accumulateur fonctionne également comme un accumulateur Planté. Depuis peu, la Société Tudor fabrique des accumulateurs dits à charge rapide^ et dont les plaques positives sont même uniquement constituées par des plaques Planté. Ces plaques sont dentelées de chaque côté, pour augmenter la surface en contact avec Teau acidulée.

V accumulateur de la Société pour le travail électrique des métaux comporte une carcasse en plomb antimonieux. La plaque positive est à augets et à matière active ordinaire. La plaque négative, que Ion a cherché à rendre très spongieuse est du système Laurent-Cély. La matière active est dans ce cas un mélange de chlorure de plomb et de chlorure de zinc que l'on réduit par le zinc en plomb spongieux.

Les accumulateurs à base de plomb, analogues à ceux que nous venons de décrire, sont seuls employés couramment, du moins jusqu'à présent, pour la traction électrique.

Conditions de fonctionnement et d emploi des accumulateurs. — Un accumulateur, chargé à refus, présente une force électro-motrice de 2,6 volts. Mais il ne peut la conserver que très peu de temps et, à la décharge, celle-ci tombe rapidement à environ 2 volts. 11 se produit ensuite une décroissance lente que l'on arrête à 1,85 volt, afin d'éviter la sulfatation des plaques.

La capacité dépend du poids des plaques constitutives et de la rapidité avec laquelle se font la charge et la décharge. Elle s'évalue en ampères-heure.

On peut monter les accumulateurs en série ou en quantité, comme les piles. Ainsi une batterie de 10 bacs, de SO ampères-heure chaque, donnera dans le premier cas 80 ampèresheure à 20 volts (régime moyen) et, dans le second, 500 ampères-heure à 2 volts.

Pour calculer le nombre de bacs (ou d'éléments) que Ton doit charger sur une voiture, pour obtenir une tension déterminée, il faut partir de la force électromotrice minima à demander à chaque bac, soit 1,85 volts. Par conséquent, avec des moteurs à 500 volts, comme ceux qui sont employés sur les lignes à trolley, on devrait emporter un nombre de bacs égal à j-^. = 270.

La manutention d'un nombre pareil de bacs serait fort compliquée. Aussi préfère-t-on employer une tension moindre, sauf à prendre des éléments un peu forts. Il convient, d'ailleurs, de remarquer que la tension de 500 volts, qui est motivée dans le cas du trolley (ou de Tarchet) par la nécessité où l'on est de ne pas dépasser, pour les conducteurs aériens, un diamètre de 7 à 8 mm et de restreindre les pertes de charge en ligne, ne s'impose plus avec les accumulateurs, puisque la source d'électricité est alors dans le voisinage immédiat des moteurs. En général, on se limite à une tension de 100 à 200 volts, ce qui correspond à un nombre d'éléments variant de 55 à 110.

Le poids et par suite les dimensions des éléments dépendent du travail que l'on a à effectuer entre deux chargements consécutifs de la batterie. Mais encore faut-il s'abstenir de faire travailler les accumulateurs à un régime

excessif, dans Tintérêt de leur conservation et pour ne pas tomber sur des rendements .trop bas.

On recommande de ne pas dépasser, comme service moyen, un débit de 2 ampères par kg de plaques; mais, sous peine d'avoir des batteries excessivement pesantes, on est obligé, surtout pendant les démarrages, d'aborder des débits beaucoup plus élevés (5 et 6 ampères par kg de plaques). Les accumulateurs actuels supportent assez bien des variations de cette étendue, mais naturellement leur rendement s'en ressent.

Les catalogues des fabricants donnent, pour un régime déterminé, les poids des éléments correspondant à une capacité donnée. Ainsi nous relevons sur l'un d'eux que pour avoir une capacité de 100 ampères-heure à débiter en 5 heures (soit 20 ampères par heure), il faudra prendre des éléments de 13 kg. Le môme élément, déchargé en 1 heure et demie, n'aurait plus qu'une capacité de 60 ampères-heure.

Quand le voltage des éléments est tombé à 1,85 volt, il faut recharger la batterie. Cette opération doit être faite également avec une certaine lenteur. Ainsi l'élément de 13 kg, considéré plus haut, ne doit pas être chargé autant que possible en moins de quatre à cinq heures (environ 2 ampères par kg de plaque).

Les nouveaux accumulateurs de la Société Tudor peuvent être chargés beaucoup plus vite. Mais il convient de remarquer qu'entre deux charges consécutives on ne met en jeu qu'une faible partie de la capacité. C'est ainsi que le type de 13 kg ne débite que 20 ampères-heure. Ce débit

peut être restitué, au besoin, en 10 minutes, au régime de charge de 10 ampères par kg de plaque.

Entretien et rendement. — Les accumulateurs nécessitent un entretien assez dispendieux dû à ce qu'ils supportent assez mal les « coups de collier » qu'ils doivent donner au moment du démarrage. Si Ton veut démarrer vite, en effet (et c'est là un des avantages primordiaux des moteurs électriques), il faut faire débiter aux éléments un courant exagéré.

Les trépidations des voitures ont aussi une influence fâcheuse sur la conservation de la matière active. Celle-ci tombe peu à peu en bouillie au fond des bacs, dégarnissant ainsi Télément qui se trouve affaibli. Cependant, on constate que c'est surtout la plaque positive qui est soumise à cette sorte de désagrégation. Et ceci explique pourquoi la Société pour le travail électrique des métaux a été amenée à adopter pour ses plaques positives, une ossature à auget qui retient le peroxyde. D'après une communication faite par M. Sarcia à la Société Internationale des électriciens \ des plaques ainsi combinées pourraient faire un service de 14,000 km. Et même après ce parcours l'ossature est intacte et il suffit d'un réempâtage pour lui restituer ses qualités primitives.

C'est également dans le but d'avoir des plaques positives' particulièrement robustes que la Société Tudor les prépare avec du plomb dentelé, sans addition de matière active.

On ne doit pas , même dans d'excellentes conditions ,

» Séance du 3 avril 1895.

compter sur un rendement en watts supérieur à 70 p. 400 ^ Le rendement en ampères, qu'il est utile de connaître pour la charge, est de 85 à 90 p. 100.

Récupération de Ténergie. — Quand la voiture descend une pente, on peut faire travailler le moteur comme une dynamo génératrice et envoyer le courant ainsi produit dans les accumulateurs. On récupère^ de cette façon, une partie de Ténergie consommée aux montées.

Soit P le poids de la voiture en tonnes, n le nombre de centimètres par mètre de la pente, / la longueur de cette pente supposée continue. Le travail disponible est, en adoptant les coefficients établis au chapitre ii :

Mais, d'après M. Pellissier, par suite des arrêts, des ralentissements, etc., on ne peut compter que sur les 0,85 de ce travail. D'autre part, il faut tenir compte :

1^ Du rendement des moteurs travaillant comme dynamos génératrices (75 p. 100);

2"" Du rendement des accumulateurs (70 p. 100);

3*" Du rendement des moteurs quand ils utiliseront le courant ainsi emmagasiné.

Le travail disponible ne sera donc en réalité que :

L'avantage est encore appréciable et pourrait atténuer un

* Il s'agit du rapport des watts-heure de décharge aux watts-heure de charge.

peu rinfériorité de rendement des lignes à accumulateurs, relativement aux lignes à trolley*. Cependant, il résulte de la pratique établie sur les lignes existantes que la récupération a été en réalité peu employée jusqu'ici.

Nous inclinons par suite à croire que le coefficient de 0,85 admis plus haut est probablement un peu élevé. On doit remarquer d'ailleurs que, dans les pentes, la récupération n'est possible qu'autant que T est positif, c'est-à-dire qu autant que la pente par mètre est supérieure à 1,3 cm.

Pour que la récupération puisse se faire d'une façon pratique, il faut que les moteurs soient excités en dérivation (voir ch. vu). Or, pour la traction des tramways, les moteurs en série sont préférables. C'est là encore une des raisons qui contribuent à restreindre l'emploi de la méthode. On se rend d'ailleurs bien compte, d'après ce que nous avons dit plus haut, que celle-ci ne pourrait rendre de réels services que sur des lignes à profil suffisamment accidenté.

Tramways à accumulateurs à charge ordinaire. — Nous prendrons comme type les lignes de la Compagnie des Tramways de Paris et du département de la Seine, équipées avec les accumulateurs de la Société pour le travail électrique des métaux,

* Partant de ce résultat un peu théorique, M. Pellissier a calculé que sur des pentes atteignant 2, 3, 4 et 5 cm par mètre, le travail dépensé par un tramway, pour effectuer le trajet dans les deux sens, est le même pour un tramway à trolley que pour un tramway à accumulateurs dont la batterie pèserait 0,9 t, 1,6ôt, 5i,lôt ou 2,53 t.

Ce calcul deviendrait toutefois inexact si, à la descente (ce qui n'est pas impossible), on faisait travailler également le tramway à trolley sur le réseau.

Nous avons indiqué plus haut comment étaient constitués ces accumulateurs. Les lignes où ils sont employés sont :

Madeleine-Saint-Denis . . . longueur. 9,186 km.

Opéra-Saint-Denis — . 9,195 —

Neuilly-Saint-Denis — . 4,400 —

Les voitures sont à impériale et contiennent 52 places.

Deux modèles de voiture sont en service.

Premier type de voiture (fig. 90). — La batterie est logée sous les banquettes. Elle comprend 108 accumulateurs à 1 1 plaques. Ces plaques ont les dimensions ci-après :

Hauteur 200 mm.

Largeur 200 —

^ ( Plaques négatives 6 —

Epaisseur. { x^, .,. «

* ( Plaques positives 8 —

Le poids des plaques d'un élément est de 18 kg environ. La manœuvre des accumulateurs se fait par groupes de 9 éléments contenus dans une même caisse en bois. Il y a donc 12 caisses par voiture, soit 6 de chaque côté. Leur chargement et leur déchargement s'opèrent par les côtés, à l'aide de wagonnets que l'on roule le long de la voiture ou en disposant les bancs de charge parallèlement à la voie, comme le montre la figure 91.

Les connexions s'établissent d'elles-mêmes, par des lames de laiton sur lesquelles glissent d'autres lames convenablement reliées aux plaques.

La batterie a une capacité de 175 ampères-heure, au débit moyen de 33 ampères, soit environ 2 ampères par kg de plaque. Mais ce débit moyen est très souvent dépassé et

TBAMWAYS A ACCUMULATEURS 423

peut atteindre dans les rampes ou aux démarrages de 80 à 100 ampères, ce qui correspond à 4 et 5 ampères par kg de

Fig. 90. — Voiture à accumulateurs de Ift compagnie îles tramways de Paria et du département de la Seine (ancieû type).

plaque. Une seule batterie suffit pour effectuer SO km sur rails Broca. La voiture pèse 14500 kg, comprenant :

Voiture proprement dite 8 OOO kg.

Batterie et accessoires 3 000 —

Voyageurs 3 500 —

Total 14^01} kg. -

Après deux voyages aller et retour la J)atlerie doit être rechargée'. A cet effet la voiture rentre au dépôt et é

' Du moms sur les deux lignes les plus longues.

(26 LES TflAMWAYS ELECTRIQUES

la batterie épuisée pour une batterie neuve. Il faut donc 2 batteries par voiture.

La charge se fait en 4 heures, avec un courant initial à

Fig. 91. — Ctiargemenl des accumulateurs sur la voiture.

260 volts, tous les éléments étant montés en série. Après 2 heures de charge on élève la tension, avec un survolteur, jusqu'à 280 volts.

Le nombre d'ampères-heure à fournir dépend du service fait par la batterie. On prend le nombre d'ampères-heure dépensé augmenté de 15 p. iOO, ce qui correspond à un rendement en quantité de 8S p. 100. Le rendement en watts n'est que de 70 p. 100.

Deuxième type de voilure. — La voiture est à impt^riale et à 50 places comme précédemment. Mais la batterie est logée dans une caisse unique, suspendue entre les deux essieux (fig. 92). Avec ce système il n'y a plus à craindre de projections d'acide dans les voitures et les manutentions se

trouvent notablement facilitées. On peut, en effet, à l'aide d'un chariot bas, enlever et placer toute la batterie d'un seul coup.

Mais, comme l'espace disponible sous la voiture est assez restreint, on a été amené à alléger la batterie. Celle-ci ne comprend plus que 56 éléments (au lieu de 108). Aussi doitelle être changée après un voyage aller et retour seulement.

Cet inconvénient est compensé, et largement, par les avantages suivants :

1° On n'a plus besoin, par voiture, que de deux batteries de 56 éléments, ce qui se traduit par une économie notable de premier établissement;

2" Le poids des accumulateurs à emporter par chaque voiture est de 1 700 kg au lieu de 3 000 kg.;

3"" Les manutentions des batteries, quoique étant plus nombreuses, représentent cependant une dépense moindre, attendu que pour changer une batterie deux hommes pendant 2 minutes suffisent, alors qu'avec les voitures du premier type 6 hommes pendant 6 minutes sont nécessaires.

Le poids d'une voiture en charge est de 11700 kg comprenant :

Voiture proprement dite 6 dOO kg.

Batterie < 100 —

Voyageurs 3 500 —

Total 1 1 700 kg.

Des essais très intéressants ont été faits avec les nouvelles voitures, pour la récupération du courant. Ils ont porté sur les rampes de la rue de Rome et de l'avenue de Saint-Ouen. Les chiffres suivants ont été obtenus :