CHAPITRE III

Transformation de la force de la pile voltaïque, à l'aide de batteries secondaires à lËimes de plomb.

Batteries secondaires de tension. — Dispositions diverses. — Leurs effets. — Instructions relatives à l'usage dos batteries secondaires. — Analogies.

93. — Les résultats que nous venons d'exposer permettent, comme on l'a vu^ d'accumuler la quantité d'électricité émanant d'une source voltaïque donnée, sans obtenir toutefois une tension supérieure à celle de la source. Mais certains effets électriques exigent, pour être produits, que la quantité d'électricité soit accompagnée d'une assez grande tension. Il était donc intéressant de chercher à obtenir, d'une manière facile et sans trop de perte dans la transformation, des effets d'une tension supérieure à celle d'une source électrique donnée.

La pile à gaz de M. Grove a offert une première solution approchée du problème. En chargeant, en effet, successivement un certain nombre de couples à gaz, à l'aide d'une même pile primaire, de manière à les remplir des gaz provenant de l'électrolyse, on constitue une pile d'une

force électro-motrice supérieure à celle de la pile primaire. Mais la pile à gaz ne pouvant fournir qu'une très petite quantité d'électricité, et chacun des couples n'ayant, en outre, qu'une force électro-motrice assez faible, cette solution de la question présentait plus d'intérêt au point de vue théorique qu'au point de vue de l'utilité pratique ; car il était difficile d'en tirer parti, même pour des recherches scientifiques.

L'appareil connu sous le nom de condensateur électrochimique de De la Rive (^) a permis de produire, par l'emploi de r extra-courant développé dans une bobine d'induction par un seul couple voltaïque, Télectrolyse de l'eau dans un voltamètre à électrodes de platine, résultat qui n'eût pas été possible à l'aide d'un couple seul, et attestant, par suite, le développement d'une force électro-motrice supérieure à celle de ce couple.

Les travaux de Pog-gendorff (^) ont montré qu'on pouvait obtenir, à l'aide de plusieurs voltamètres à électrodes de platine, polarisés par un courant donné, une augmentation encore plus notable et même indéfinie de la force électro-motrice de ce courant, en recueillant, à l'aide d'un commutateur à bascule et à mercure, le courant de polarisation émané de tous les voltamètres successivement associés en surface et en série.

(1) Archives de f Électricité, t. III, p. 159, 1843; et Traité d'Électricité, par A. De la Rive, t. I, p. 391.

(2) Annales de Poggendorff, t. LX, p. o68, 1843 ; et. t. LXl, p. 586. 1844.

M. J. Millier (*) a employé, pour le même but, un commutateur à ressorts dans lequel le mercure était supprimé, et qui pouvait être animé d'un mouvement continu de rotation.

La batterie de polarisation de M. Thomsen (^) a offert encore une autre solution du problème, en permettant de charger successivement, un par un, avec une grande rapidité, et de décharger de même une série de voltamètres à lames de platine, de manière à obtenir finalement un courant continu d'une tension supérieure à celle de la pile primaire servant à les charger,

94. — Nous avons appliqué, à notre tour (^), les couples secondaires à lames de plomb, décrits dans le chapitre précédent, à la production d'un courant d'une tension supérieure à celui de la pile primaire, en mettant à profit leur force électro-motrice inverse déjà assez élevée par ellemême, et la persistance de son action après le passage du courant primaire.

Le plomb offrant, en outre, l'avantage de se prêter facilement à l'emploi des grandes surfaces, nous avons pu produire des effets très supérieurs, à la fois en teîision et en quantité, à ceux du courant primaire, et transformer ainsi en même temps qu'accumuler le travail de la pile voltaïque .

(1) Traité de Galvanisme et cVÉlectro-magnétisme, pa,r G. y^ieàemaLnn. 2^ édit., t.-I, p. 657.

(2) Annales de PoggendorfT, t. CXXIV, p. 163. 1865.

(3) Annales de Chimie et de Physique, 4<= série, t. XV, p. 22. 1868.

95 . — Batterie secondaire de tension à lames de plomb parallèles. — La figure 16 représente la première disposition que nous avons employée. Les couples secondaires, au nombre de 40 (*), étaient formés chacun de deux lames de plomb de 0™,20 sur 0,20, contenues dans des aug-es très étroites en gutta-percha, et immergées dans l'eau acidulée. Chacune des lames de plomb aboutissait, par un prolongement, à une lamelle de cuivre dont les deux extrémités portaient des ressorts et pouvaient être pressées soit par des règles métalliques MxW NN', soit par une règle isolante BB' garnie en dessous de parties métalliques. Ces règles étaient assemblées entre elles de manière à former un cadre auquel on pouvait donner un mouvement de bascule.

Dans la position du cadre représentée par la figure 16, tous les ressorts communiquant avec les lames de plomb de rang impair sont pressés parla tringle MM', et tous ceux qui communiquent avec les lames de rang pair sont pressés parla tringle NN'. Les couples secondaires sont ainsi réunis en surface, ou en quantité et se chargent par l'intermédiaire des fils H H', à l'aide d'une pile de trois éléments de Bunsen, placée auprès de l'appareil.

Quand on abaisse la règle isolante BB', les portions métalliques de sa surface inférieure pressent et réunissent ainsi, deux par deux, les ressorts communiquant avec les pôles voisins et de nom contraire de tous les

(1) On n'a représenté qu'une vingtaine de couples, pour la clarté de la figure.

— Découplés secondaires. La batterie est alors disposée en tension.

En faisant aboutir les deux ressorts extrêmes, par les fils G et G', à descolomiettes métalliques munies de pinces^

Fie-. 16.

on pouvait rougir, avec cette batterie, un iil de platine de 2 mètres de longueur et de -^ de millimètre de diamètre pendant une à deux minutes (').

(1) Quand les couples secondaires étaient neufs, on ne pouvait rougir qu'an fil de platine de ^ de millimètre de diamètre, et pendant quel-

96. — Batterie secondaire de tension, formée de couples à lames de plomb en spirale. — Les couples de la batterie que nous venons de décrire présentant, à la longue, quelques-uns des inconvénients signalés plus haut (42), nous les avons remplacés par des couples à

Fig. 17.

lames de plomb en spirale, construits comme on l'a vu figure 11 (43), et nous avons donné à l'appareil la disposition représentée figure 17 (').

ques sécondeâ; mais à mesure que les couples se sont formés par l'usage, il a été possible de rougir plus longtemps des fils d*un dia» mètre double/ (1) les Mondes, t. XXVlI, p. 427. 1872.

Ving-t couples secondaires, contenus dans des vases cylindriques en verre remplis d'eau acidulée, sont disposés en deux rangs et communiquent avec les ressorts d'un commutateur analogue au précédent, destiné à associer successivement les couples en quantité pendant la charge et en tension pendant la décharge.

Deux cylindres en cuivre GC, C'C sont reliés à une règle en matière isolante (bois ou caoutchouc durci) garnie de lamelles métalliques, de manière à pouvoir être tournés simultanément dans un sens ou dans l'autre à l'aide

Fig. 18.

d'un bouton B, et à venir frotter, alternativeiïient avec la règle, contre les ressorts r r r (^).

L'association de tous les couples secondaires en surface pendantla charge estreprésentéepar la figure théorique 18, dans laquelle, pour simplifier, les couples sont indiqués par deux lames. Les lames de rang impair Pi Pg Pg P39 communiquent toutes ensemble et les lames de rang pair P2 P4 Pg P40, d'autre part, communiquent aussi ensemble,

(1) Ce commutateur a été habilement exécuté par M. J. Morin.

quand les ressorts frottent contre les cylindres métalliques, représentés ici par deux simples lignes auxquelles aboutissent les fils de la pile primaire.

Les lames de rang pair deviennent ainsi toutes positives^ par exemple, pendant la charge, et les lames de rang impair négatives.

La réunion des couples secondaires en tension pendant la décharge est représentée par la figure 19. Quand les ressorts frottent contre les parties métalliques de la règle

Fie. 19.

isolante, tous les couples se trouvent réunis par leurs pôles de nom contraire, et on peut recueillir aux deux lames extrêmes le courant de décharge dont le sens est inverse de celui du courant primaire, comme l'indiquent les flèches dans les deux figures.

La figure 17 (V. p. 93) représente la batterie produisant l'arc voltaïque, le commutateur étant tourné dans la position qu'il occupe pendant la décharge.

Pour recharger la batterie, le commutateur doit faire un quart de révolution. Tous les couples, réunis alors de manière à n'en former qu'un seul de grande surface, sont

soumis à l'action du courant primaire, fourni par deux éléments de Bunsen dont les pôles aboutissent aux bornes I et F.

97. — Les lames des couples en spirale de cette batterie ont 0'",12 de largeur sur C^jlS de longueur. L'écartement des lames est de 3 à 4 millimètres et leur surface utile est d'environ 8 décimètres carrés.

La résistance de chacun de ces couples chargés est égale à 8"", 7 7 de fil de cuivre de 1 millimètre de diamètre. Elle est à peu près équivalente à celle d'un couple de Bunsen de même surface.

Mais, comme nous l'avons dit plus haut (83), cette résistance peut varier notablement suivant le degré de formation des lames et la distance qui les sépare. Des couples même de plus petite dimension peuvent présenter une résistance moindre.

98. — La figure 20 représente une batterie secondaire de plus petite dimension que la précédente et d'une con- -struction plus simple, que nous avons adoptée en dernier lieu, pour nos recherches sur les effets des courants électriques de haute tension. Le commutateur se réduit à une règle en bois, garnie, sur les bords, de bandes en cuivre et traversée par des fiches métalliques. Cette disposition offre quelque analogie avec celle du commutateur du télégraphe à aiguilles de Cooke et Wheatstone.

Dans la position de la règle indiquée par la figure 21 , les bandes de cuivre longitudinales gcj , vues en coupe touchent tous les ressorts, tels que rr' et réunissent tous les couples en surface ; les fiches métalliques dont l'une

d'elles est représentée par hh\ et qui traverse la règle, sont isolées du circuit.

jyLAjyyuuu'uïï.i-i-T) u ui- u:w-i=;fci4

iMir. 20.

Dans l'autre position de la règle (fig. 22), les fiches, telles que hh' touchent les mêmes ressorts rr' et réunissent ainsi tous les couples en tension.

Fig. 21,

Fisr. 22.

La surface des petits couples de cette batterie a été réduite à 2 décimètres carrés- environ, afin de pouvoir les charger dans un temps moins long-. Les lames de plomb qui les composent n'ont, en effet, que 0",06 de largeur sur O'^jiO de longueur. Mais, comme elles sont très rap-

prochées^ la résistance à la conductibilité de ces couples est encore très faible.

Le commutateur est représenté, figure 20, dans la position qu'il doit occuper pendant la charge de la batterie. Les pinces QQ'communiquent avec les bandes en cuivre longitudinales de la règle et servent à faire rougir ou à fondre des fils métalliques gros et courts, lorsque les couples secondaires associés en surface sont restés soumis quelque temps à l'action du courant primaire.

Des pinces semblables peuvent être adaptées aux cylindres du commutateur de la batterie déjà décrite

Les pinces TT' (fig. 20) aboutissent aux pôles extrêmes de la batterie et permettent de rougir ou de fondre des fils métalliques longs et fins, quand on tourne le commutateur de manière à réunir tous les couples en tension.

99. — Effets produits par les batteries secondaires à lames de plomb. — Nous venons de citer, en décrivant chaque batterie, quelques-uns des effets qu'elles peuvent produire ; nous ajouterons que la durée de ces effets dépend de Xd. formation plus ou moins complète des couples secondaires qui les composent (53). La tension du courant qu'elles peuvent fournir dépend naturellement du nombre des couples. Comme cette tension est égale, ainsi qu'on l'a vu (80), à une fois et demie environ celle de l'élément de Bunsen, et comme, d'autre part, leur résistance est, à surface égale, sensiblement la même que celle de l'élément Bunsen (97), on obtient, avec une batterie de quarante couples ou avec deux batteries de vingt couples,

réunies, les mêmes effets, pendant les premiers instants de la décharge, qu'avec une pile de Bunsen d'environ soixante éléments.

Les expériences qui n'ont qu'une courte durée peuvent être répétées plusieurs fois avec une seule charge. Nous citerons, entre autres, la fusion d^un fil d'acier que l'on peut obtenir, sur une longueur de r°20 avec des batteries de quarante couples , ou de 0"60 avec vingt couples.

On sait que cette fusion est accompagnée de la formation d'un chapelet de petits globules métalliques fondus, visibles en regardant le fil à travers un verre foncé, ou en examinant les fragments du fil rompu après la fusion.

La figure 23 représente cet effet, reproduit avec la petite batterie secondaire de vingt couples, décrite en dernier lieu, et nous aurons l'occasion d'invoquer cette expérience (IV"'^ partie), pour rendre compte des appa-

— lOU —

rences que présentent quelquefois certains phénomènes naturels.

Sans parler ici des effets que nous décrivons plus loin, et qu'en obtient avec un grand nombre de batteries réunies, nous citerons encore, parmi les expériences qu'on peut répéter avec les batteries secondaires, la lumière produite par la vaporisation du mercure. En plaçant un godet métallique contenant quelques gouttes de ce métal, en relation avec un des pôles d'une batterie de vingt ou quarante couples, sous une cloche à tubulure, par laquelle passe une lige terminée par un lil de platine, on obtient, en amenant ce fil au contact du mercure, une belle lumière qui peut se prolonger pendant trois minutes.

Les réactions électro-chimiques qui exigent un courant d'une certaine tension, telles que la décomposition de la potasse et de la soude, peuvent être aussi mises en évidence à l'aide de ces batteries.

100, — Batterie secondaire de quantité et de tension de grande surface. — En prenant des couples secondaires de grande surface, tels que celui qui est représenté figure 12 (45), ayant chacun un demi-mètre carré, au lieu de couples de 2 à 8 décimètres carrés, et en les disposant comme les batteries précédentes, on obtient à la fois des effets de quantité et de teiuion qui peuvent avoir une certaine durée, et on réalise ainsi Faccumulation et la transformation simultanées du travail de la pile voltaïque.

Avec six grands éléments bien formés et disposés

comme dans la batterie de grande surface représentée figure 8 (38), mais avec un commutateur placé au-dessus de manière à pouvoir les réunir en tension, après la charg-e en quantité, on obtient un arc voltaïque d'une durée de sept à huit minutes, et doué d'un plus grand éclat que celui qu'on obtiendrait avec une pile de tension équivalente, formée par des éléments de Bunsen, de dimension ordinaire.

101. — Batterie secondaire à lames de plomb pour effets de tension continus. — Nous avons disposé également (^) une batterie secondaire à lames de plomb composée de 40 éléments de très petite surface (quelques centimètres carrés par élément), pour obtenir des effets de tension continus, dont nous indiquerons plus loin une application (123). Dans ce cas, on n'a qu'une simple transformation du travail de la pile primaire, sans accumulation. La tension est produite aux dépens de la quantité d'électricité, et il convient de donner alors aux deux éléments de Bunseu destinés à charger la batterie une assez grande dimension.

Nous nous bornerons à mentionner cet appareil décrit 'dans le Mémoire cité, nous proposant d'en modifier la disposition pour en rendre les applications plus faciles,

102, — Instructions relatives à l'usage des batteries secondaires. — Pour obtenir le maximum d'effet que peuvent donner les batteries secondaires décrites précédemment, il est bon de s'assurer que chaque couple se

(1) Annales de Chimie et de Physique. 4^ série, t. XV, p. 27. 1868.

trouve dans de bonnes conditions, c'est-à-dire qu'il est suftisamment formée qu'il n'a point de contact intérieur entre les deux lames de plomb, ou que les languettes terminales qui servent de pôles ne sont point rompues.

On peut essayer isolément, d'une manière rapide, l'effet produit par chaque couple de la batterie préalablement chargée, en tournant d'abord un peu le commutateur, de façon à ce que les ressorts aboutissant aux pôles de tous les couples ne soient en contact avec aucune partie métallique, puis en touchant les pôles de chaque couple avec les deux lamelles en cuivre d'un petit rhéoscope (fig". 24) formé d'un fil de j)latine tendu entre deux pinces isolées.

Si ce fil a un diamètre de v?r à -^ de millimètre

et 4 ou 5 centimètres de long'ueur, chaque couple

de la batterie doit le rougir vivement pendant

une minute environ.

Fig. 24. Dans le cas où un couple ne le rougirait pas

du tout, il y a lieu d'examiner si ce couple n'a pas un

contact intérieur ou un de ses pôles roinjuis.

403. — Le cas d'un contact intérieur se présente très rarement si les couples sont bien construits. On le reconnaîtrait d'ailleurs facilement ; car un contact dans un seul couple empêcherait toute la batterie de se charger, en offrant au courant primaire une résistance beaucoup moindre que celle des autres couples dans lesquels les lames sont séparées par l'eau acidulée. Si donc d'autres couples de la batterie se sont charg'és, on est assuré que le couple suspecté n'a point de contact intérieur.

On peut le vérifier encore on touchant pendant quelques instants, avec les deux extrémités des fils aboutissant à la pile primaire, les ressorts en communication avec ce couple. S'il y a dégagement de gaz, le couple n'a point évidemment de contact. S'il n'y a pas de dégagement de gaz, le couple pourrait avoir un contact ou être rompu. Dans ce cas, on examine l'étincelle de rupture de la pile primaire, le couple secondaire étant dans le circuit. Si cette étincelle est d'une vivacité égale à celle que produirait la pile seule, c'est qu'il y a un contact intérieur. S'il n'y a pas d'étincelle, ce fait, coïncidant avec l'absence de dégagement de gaz, indique qu il y a un pôle rompu (').

104. — La rupture d'un pôle est l'accident qui peut survenir plus fréquemment que tout autre aux couples secondaires à lames de plomb.

La porosité métallique, qui joue un si grand rôle dans l'opération de la formation des couples, en permettant à l'action électro-chimique de s'exercer jusqu'à une certaine profondeur, a, d'autre part, l'inconvénient de permettre à l'eau acidulée de s'infiltrer à l'intérieur des lamelles terminales des couples et de gagner peu à peu jusqu'au contact avec les fils ou lamelles de cuivre qui relient le

(1) Cependant, si la pile était faible et si les couples étaient restés très longtemps sans fonctionner, de manière à offrir, dans les premiers moments, une assez grande résistance, il ne faudrait pas se bâter de conclure que le couple a un pôle rompu ; il faudrait attendre que le courant ait passé im certain temps et essayer s'il y a courant secondaire produit, à l'aide du rbéoscope à fil de platine.

couple aux ressorts de la batterie. Le cuivre s'attaque alors surtout en présence d'un autre métal, et les communications sont rompues ou altérées.

Cette ascension de l'eau acidulée est facilitée également par la production, pendant la décharge, de phénomènes de transport , de l'ordre de ceux qui ont été observés par MM. Reuss, Porret, Becquerel et G. Wiedemann, s'exerçant du pôle positif au pôle négatif, et on remarque ici, en effet, que l'accident dont il s'agit arrive presque toujours aux lamelles positives des couples secondaires.

Ces lamelles positives tendent encore à se rompre au niveau du liquide acidulé, sans doute à cause de la formation d'un couple local entre la portion plongée de la lame de plomb peroxydée et la portion extérieure moins peroxydée.

Enfin, lors de la décharge des couples secondaires dans un circuit très peu résistant, ces lamelles terminales peuvent s'échauffer fortement et acquérir ainsi une grande fragilité. Dans les expériences que nous avons faites avec de nombreuses batteries et dont il sera question plus loin (IIP partie) cet échauffement des lamelles de plomb terminales de couples qui se sont moins bien chargés que d'autres et subissent l'action de tous les autres couples, peut aller jusqu'à l'incandescence et la fusion des lamelles avec une sorte d'explosion provenant de la vaporisation brusque d'une partie du liquide du couple.

105. — On prévient cet accident en employant du plomb assez épais (1 millimètre d'épaisseur), et en ver-

nissant à chaud les lamelles de plomb, notablement audessous du point où elles émergent du liquide (45).

Quand cet accident se produit, on y remédie en débouchant et lavant le couple secondaire, et en taillant une autre lamelle aux dépens de la portion de la lame de plomb qui était immergée dans le liquide. On recourbe la lamelle ainsi découpée ; on la vernit, on en décape l'extrémité, et on la relie, par une petite presse à vis ou un écrou verni lui-même ou noyé dans une couche de mastic, au fil destiné à relier le couple secondaire aux ressorts de la batterie.

106. — Si on veut seulement mettre hors du circuit un couple auquel il serait survenu un accident, sans le détacher de l'appareil, il suffit de réunir par un pont^ formé d'une petite lamelle de cuivre dont les extrémités sont taillées en fourchettes, les vis de deux ressorts immédiatement voisins. De cette manière, le circuit ne présente pas d'interruption, quand on décharge l'appareil en tension.

107. — Lorsque, parmi les couples d'une batterie, il y en a qui se chargent moins que d'autres, par suite de petites différences inévitables dans la résistance de ces divers couples, on les reconnaît à ce que, pendant la décharge, au lieu de contribuer au développement du courant secondaire, ils se comportent relativement comme de simples voltamètres, et donnent un abondant dégagement de gaz sous l'influence du courant secondaire produit par les autres couples. Ces couples s'égalisent avec le temps ; mais, si on veut les charger à part et les

former davantage pour les mettre au niveau des autres, il suffit, sans les détacher de l'appareil, d'interposer une bande de papier entre les ressorts des autres couples et les parties métalliques correspondantes du commutateur, de manière à permettre à ces seuls couples de se charger.

Ces couples nuiraient à la manifestation des effets de la batterie, s'ils étaient trop nombreux; car ils absorberaient une partie de la force du courant secondaire pendant la décharge ; il importe donc que la batterie soit bien égalisée, ce qui se produit avec le temps en la faisant fonctionner fréquemment.

168. — Rendement. Analogies. — Les batteries secondaires que nous venons de décrire, plus spécialement disposées pour produire des effets de tension, offrent un rendement inférieur à celui des couples secondaires destinés aux effets de quantité, et moins susceptible d'une mesure exacte, à cause des différences de résistance des divers couples qui les composent. Ces appareils n'en sont pas moins des organes de transformation efficaces qui permettent d'obtenir, après un certain temps d'action d'un faible courant, les effets les plus intenses de la pile voltaïque.

On peut les comparer à divers appareils qui servent, en mécanique, à la transformation et à l'accumulation des forces, et particulièrement à la machine connue sous le nom de mo2<^o?z . Dans cette dernière machine, en effet, une masse pesante, soulevée peu à peu à une grande hauteur, par une série d'efforts successifs, est ensuite abandonnée à elle-même et rend, par sa chute, sous forme

d'un grand et unique effort, la majeure partie du travail dépensé pendant un certain temps. Dans les batteries secondaires dont il s'agit, la somme des actions chimiques produites par une faible source d'électricité, distribuée sur un grand nombre de couples, développe une somme de forces électro-molrices qui, réunies lors de la fermeture du circuit secondaire, rendent^ sous forme d'un courant très intense de courte durée, la somme des actions accumulées pendant tout le temps qu'a duré la charge de la batterie. Les effets de quantité correspondent à la chute d'une masse très pesante, soulevée à une petite hauteur; les effets de tension^ à la chute d'une masse moins pesante, soulevée à une grande' hauteur.

Ces rapprochements montrent, une fois de plus, le lien qui existe entre les diverses manifestations de la force ou du mouvement en général, et la variété des effets qu'on peut obtenir, par analogie, de la force électrique (').

(1) Sur l'emploi des courants secondaires pour accumuler ou transformer les effets de la pile voltaïque. Comptes rendus, t. LXXIV, p. 592. 1872.