LOIS DE PHOPAGATION DE L'ÉLECTRICITÉ

Les résultats des expériences de M. GutUemin traduisent donc Taction d'influences très diverses, et dont il serait difficile de préciser exactement le sens et Tintensité. Ils n'en ont pas moins une grande importance pratique, et ils doivent être pris en très sérieuse considération dans toutes les questions relatives à la transmission tél^raphiquedes dépêches à grande distance.

Disons, en commençant^ quelques mots de la méthode employée par IML Guillemin dans ses recherches; nous lui empruntons la description qu'il a donnée lui-même de son appareil, dans une note communiquée à l'Académie des sciences (1). Les expériences ont d'abord été faites à Nancy, et puis à Paris, au siège de l'administration centrale.

« Un cylindre de bois de 180 millimètres de long et de » 100 millimètres de circonférence porte sur sa surface » une lame métallique représentant à peu près un triangle 9 rectangle, dont le grand côté, adjacent à l'angle droit, » est disposé suivant la génératrice du cylindre. Cette » lame présente UO millimètres dans sa partie la plus )) large, et 3 dans sa plus petite largeur. Une petite lame » rectangulaire à*un millimètre de large, que j'appelle » lame de dérivation^ est placée sur le prolongement du » grand côté de la première.

» Une troisième lame métallique couvre la plus grande » partie de la surface du cylindre laissée libre par la pre- » mière lame. Ces trois lames sont d'ailleurs isolées les » unes des autres, et communiquent chacune avec des

(1) Comptes rendus de VAcad. des sciences, 1860, t. L, p. 181.

290 COHEBS^ONDANCE TÉLÉGHAraïQDB.

» viroles métalliques sur lesquelles appuient des ressorts » d'acier. La lame triangulaire est mise en communica-i » tion par le ressort de sa virole avec le pôle positif de la » pile dont le pôle négatif communique avec la terre. Un » ressort mobile parallèlement à Taxe du cylindre, et qui » communique avec Fun des bouts du fil de ligne, appuie » sur la surface du cylindre, et se trouve, à chaque révo- » lution, en contact avec le pôle positif de la pile, par » l'intermédiaire de la lame triangulaire.

D D'ailleurs, si l'on imprime au cylindre un mouvement » de rotation uniforme et déterminé, il est évident que la » durée de ce contact augmentera ou diminuera, suivant » qu'on poussera le ressort mobOe vers la partie large ou j> vers la partie étroite de la lame métallique. Un vemier » est disposé sur l'axe du cylindre pour mesurer, avec Je » secours d'un courant et d'un galvanomètre, la durée » de ces contacts. Un cinquième ressort, qui passe sur la » lame de dérivation^ sert à fermer un circuit de dériva- » tion placé à l'autre bout du fil de ligne, un instant avant » que le contact du premier bout du fil avec le pôle de la 7> pile soit interrompu;

» L'extrémité du fil de ligne à laquelle est adapté te » circuit de dérivation est en communication permanente » avec la terre. Si, d'ailleurs, l'intervalle de dérivation est » convenablement choisi, et s'il reste constant pendant » une même expérience^ il est évident que, la durée du » courant dérivé étant toujours la même à cause du mou- » vement uniforme de rotation, un galvanomètre placé M dans ce circuit donnera des déviations dont les intento sites correspondantes seront proportionnelles à l'inteh-

LOIS DB PROPAGATION DB L'SLBCTRiaTB. 291

» site du flux électrique qui traverse l'extrémité du fil. » Lorsque ces deux contacts établis par la lame triangu- » laire et par la lame de dérivation auront cessé, il est » clair que la troisième lame métallique, que l*on aura » fait communiquer avec la terre par le ressort de sa » virole, établira la communication avec la terre du bout D du fil de ligne qui tout à Theure communiquait avec D la pile, et en &cilitera ainsi la décharge, qui est une » condition indispensable au succès de Texpérience. »

Le circuit de dérivation pouvait être établi à volonté sur l'extrémité du fil en communication avec le sol, ou sur l'extrémité en contact avec le pôle positif de la pile. Par conséquent , l'intensité du courant de la pile pouvait être mesurée successivement à chacun des bouts de la ligne.

A l'extrémité de la ligne en communication avec le sol, le courant est très faible quand le ressort de contact est placé sur l'extrémité étroite de la lame triangulaire. Son intensité augmente graduellement à mesure que le ressort de contact avance VQrs la partie large de la lame triangulaire, et atteint, pour une certaine position de ce ressort, un maximum qu'il ne dépasse plus quand on augmente la durée du contact du fil avec la pile.

^A l'extrémité du fil en communication avec la pile, l'intensité du courant suit une' marche inverse; elle décroît à mesure que la durée du contact du fil et du pôle delà pile augmente. Pour une certaine position du ressort, cette intensité prend une valeur constante^ qu'elle conserve quand on augmente la durée du contact du fil et de la pile. Cette marche décroissante du courant s^eipliquë

292 CORRESPONDANCB TÉLÉGRAPBIQUB.

facilement. Au moment où le contact s'établit, le flux est très intense, parce qu'il n'existe sur le fil aucune tension qui lui fasse obstacle; mais, à mesure que le conducteur se charge, la difiërence des tensions des extrémités du circuit de dérivation devient plus faible, et l'intensité du flux doit nécessairement diminuer.

M. Guillemin a donc mesuré le temps qui s'écoule entre la fermeture du circuit électro-dynamique et le moment où le courant atteint une intensité sensiblement constante et indépendante de la durée du contact du fil et de la pile. Comme pouvaient le faire prévoir les lois de la propagation de l'électricité, ce temps est le même pour les deux extrémités, et, par suite, pour un point quelconque de la ligne.

A mesure que le ressort de contact avance de la partie étroite à la partie large de la lame triangulaire, les variations du courant, d'abord très fortes, diminuent graduellement, et deviennent extrêmement faibles dans le voisinage delà position du ressort correspondante à l'intensité constante.

Sur une ligne de 570 à 580 kilomètres de longueur, dans de bonnes conditions d'isolement, avec un fil direct^ le courant étant fourni par une pile de Bunsen de 60 à 80 éléments, le temps étant compté en secondes, il s'écoule de 0",0150 à 0",0180 entre l'instant de la fermeture du circuit et le moment où l'intensité du flux d'électricité est sensiblement constante.

Sur les lignes télégraphiques, le temps nécessaire pour que l'intensité du courant électrique devienne sensiblement constante augmente plus vite que la simple Ion-

LOIS DB PROPAGATION DK L'bLECTBICITÉ. 293

gueur, et moins vite que le carré de la longueur du (il conducteur. Cependant les dernières déterminations faites avec beaucoup de soin par M. Guillemîn, montrent que le temps varie dans une proportion plus rapprochée du rapport des carrés que du rapport des simples longueurs du fil. Nous devons même ajouter que, dans certaines séries, la loi des carrés, posée par Ohm et par M. Gaugain, se vérifie d*una manière assez satisfaisante. Il n'existe donc pas un accord parfait entre les résultats de H.Guillemin, relatifs à Tinfluence de la longueur des conducteurs, et les principes développés par Ohm et par M. Gaugain. A ce sujet, nous devons faire observer que les calculs de Ohm se rapportent à des conducteurs placés dans des conditions d'isolement et de perte par l'air nettement définies. M. Gaugain, de son côté, opérant sur des ciix^uits de faible étendue, a pu réaliser sensiblement les conditions théoriques de Ohm. M. Guillemin, au contraire, a pris pour conducteurs des lignes télégraphiques sur lesquelles l'isolement et la perte par l'air varient nécessairement d'un instant à l'autre avec l'état hygrométrique de l'atmos* phère, et avec une foule d'autres circonstances passagères et accidentelles. Il ne faut pas s'étonner si des recherches, entreprises dans des conditions si différentes, ne s'accor* dent pas sur tous les points.

Dans le travail de Ohm et dans les expériences de M. Gaugain, la source électrique est toujours assez abondante pour conserver une tension constante, et pour suffire h la charge du conducteur et à l'écoulement d'électricité pendant toute la durée de l'état variable, quelle que soit la rapidité du mouvement électrique; aussi avons-

204 CûRRISPONDANCK TBLÉ6BAPHIQUB.

nous VU que, dans ces conditions, la durée de Tétai variable reste complètement indépendante de la teniûon de la source. Ces conditions ne se réalisent certainement pas dans le cas où Ton se sert d'une pile conime source d'électricité. Nous savons, en eifet (voy. note Â), qu'au moment où l'on ferme le circuit d'una pile, les tensions polaires éprouvent une chute. De plus, quand on considère qu'un fil télégraphique de k millimètres de diamètre et de 600 kilomètres de longueur représente une surface métallique de 7540 mètres carrés, il est permis de se demander si la charge d'une si grande surface, et l'écoulement qui s'ef-< fectue pendant toute la durée de l'état variable, ne consomment pas une quantité d'électricité trop considérable pour qu'une pile ordinaire puisse la fournir dans un espace de temps qui ne s'élève pas à deux centièmes de seconde. Ces considérations portent à penser que le temps nécessaire pour que l'intensité du courant devienne constante doit dépendre, dans certaines limites, du nombre et de l'étendue superficielle des couples. L'expérience a vérifié l'exactitude de cette prévision.

Sur les très longues lignes télégraphiques, le temps qui s'écoule entre la fermeture du circuit et le moment où l'électricité du courant est sensiblement constante varie en sens inverse de la tension de la pile ou du nombre des couples associés en série : ainsi, sur une ligne de 580 kilomètres, avec une pile de Bunsen,

Le temps a été de 0",Q220 avec dix couples en teusioD*

— de 0",0I50 avec quatre-vingts couples en tension.

LOIS DB nOPAGATIOlf DB L'ÉLBCTRICITÉ. MS

Le temps reste sensiblement le même qnand, à la pile de Bunsen, on substitue une pile de Daniell de môme ten* sion. Nous devons ajouter qu'à mesure que le nombre de couples augmente, Tinfluence de la tension de la pile s'affaiblit très vite, et ne tarde pas à devenir insensible.

Entre certaines limites d'étendue superficielle des couples, le temps qui s'écoule entre la fermeture du circuit et le moment où l'intensité du courant devient sensiblement constante varie en sens inverse de la surface des éléments voltaïques. Ainsi, sur la même ligne, avecmng'^ couples de Bunsen associés en tension ,

Le tempi a été de 0",0200, les couples étant chargés au cinquième. — de 0",01 80, les couples étant complélement chargés.

A partir de la dimension ordinaire des couples généralement employés en télégraphie électrique, le temps reste indépendant de l'étendue superficielle des éléments voltaïques.

Il &ut donc admettre que, sur les très longues lignes télégraphiques^ la durée de l'état variable dépend, dans certaines limites, du nombre et du mode de groupement des couples employés; mais les recherches de M. Guillemin, d'accord en cela avec les indications de la théorie de Ohm et des expériences de M. Gaugain, montrent que, quand la pile de ligne est capable de fournir un courant efficace au récepteur du poste d'arrivée, ce n'est pas dans une augmentation de la force de la pile qu'on peut espérer trouver le moyen d'obtenir une transmission notablement plus rapide.

C'est à une influence du même ordre que M. Guillemin

S96 CORABSPONDÀNCR TÉLiGRAraïQUV.

rapporté les résultats suivants, fournis par ses expériences.

Toute forte dérivation établie sur la ligne, en même temps qu'elle augmente d'une manière considérable la consommation d'électricité^ a pour effet d'allonger le temps qui s'écoule entre la fermeture du circuit et le moment où l'intensité du courant devient sensiblement constante. — Ce temps paraît aussi sensiblement plus long lorsque l'humidité atmosphérique est considérable.

Les fils omnibus sont moins bien isolés et généralement plus rapprochés du sol que les fils directs ; les déterminations de M. Guillemin montrent qu'à longueur égale, il faut, sur une ligne omnibus^ de quatre à cinq millièmes de seconde de plus que sur une ligne directe, pour que l'intensité du courant devienne sensiblement constante. Ajoutons, d'ailleurs, que la résistance de ces lignes manibus est augmentée par des bouts de fil de petit diamètre intercalés de distance en distance sur leur trajet.

Tous ces faits se prêtent évidemment à une même interprétation ; ils tendent à prouver que les piles généralement employées en télégraphie électrique ne sont pas des sources assez abondantes pour suffire à la consommation d'électricité qui se fait> pendant l'état variable, à travers les très longues lignes aériennes.

M. Guillemin a déterminé un autre élément qui joue un très grand rôle dans toutes les questions de télégraphie électrique. Un fil de ligne, en communication avec la terre par une de ses extrémités, est maintenu eu contact avec le pôle de la pile par l'autre extrémité, jusqu'à ce que le courant ait atteint l'état permanent. Si l'on fait ces-

LOIS DE PROPAGATION DB l'ÉLKCTRICITÉ. 297

ser le contact du (il avec le pôle de la pile, la charge dyna* inique du conducteur s'écoule par rextrémité en com* munication avec le sol. En tél^raphie, cette décharge s'accompagne nécessairement d'un temps perdu, car, tant que le flux de décharge conserve une certaine intensité, rélectro-aimant du récepteur conserve assez de puissance pour retenir l'armature mobile et neutraliser la traction du ressort antagoniste. M. Guillemin a déterminé expérimentalement la durée de cette décharge.

Sur une ligne de 580 kilomètres de longueur, H. Guillemin a mis le fil direct en communication avec le pôle positif d'une pile de Bunsen de 22 couples.

Le temps qui s'écoula entre la fermeture du circuit et le moment où le courant devint sensiblement constant, mesuré par la méthode ordinaire des dérivations prises sur l'extrémité en communication avec le sol, fut de

Il interrompit les communications du fil et de la pile, et continua à mesurer, par la même méthode^ l'intensité décroissante du flux. Le temps qui s'écoula entre la rupture du circuit et le moment où le flux de décharge devint insensible fut de

Il résulte de ces expériences que, sur une ligne de 580 kilomètres de longueur, la durée de la charge du fil et la durée de sa décharge sont dans le rapport de

170 h 621, 00 de 1 & 3,676.

Comme il était permis de le prévoir, la décroissance des

298 GORRRSPONDANCB TÉLtORÀrHTQtTB.

tensions et du flux est très rapide pendant les premiers instants de la décharge, se ralentit bien vite et de plus en plus k mesure qu'on approche du moment où le fil ne conserve plus qu'une charge d'électricité négligeable.

Enfin M. Guillemin a fourni des résultats propres k donner une juste idée de la perte d'électricité qui s'opère sur les longues lignes par l'air et par les supports. La ligne de 580 kilomètres étant isolée dans toute son étendue, il l'a maintenue, par une extrémité, en contact avec la pile jusqu'à ce que la chaire statique du fil f&t complète.

Dans une première expérience, le circuit fut rompu, et l'une des extrémités du fil fut mise en communication avec le sol. M. Guillemin étudia, par sa méthode ordbiaire des dérivations, les phénomènes de décharge.

En 0",025, l'intensité du courant dérivé qui servait de mesure à Tétat électrique du fil tomba de 74* à 10».

Dans une seconde expérience, le circuit fut rompu et maintenu isolé. M. Guillemin étudia, par la même méthode, l'état électrique du fil soumis seulement à l'action de l'air et aux dérivations des poteaux suspenseurs.

En 0",025, l'intensité du courant dérivé qui servait de mesure à l'état électrique du fil tomba de SO"* à 22"".

Ces expériences s'accordent avec celles de MM. Bréguet et Hattaucd, rapportées plus haut (page 255), pour démontrer que, sur les lignes télégraphiques les mieux établies, la déperdition d'électricité par l'air et par les poteaux suspenseurs est très considérable.

Avant de quitter cette étude des courants, nous devons arrêter notre attention sur un phénomène important dont

LOIS D« PROVAGATION DIS L'ÉLSCmiCITÉ. 299

s'accompagne nécessairement la transmission télégra* phique. Dans le récepteur du poste d'arrivée de la dépêche, le courant traverse les bobines d'un électro-aimant à fil long et fin. Pendant la transmission, les variations d'intensité du courant de la ligne développent nécessairement dans le fil télégraphique et dans le fil des bobines des forces électromotrices d'induction dont le sens et les effets sont faciles à déterminer. — Tant que dure l'état variable, l'intensité du flux électrique augmente; la force électromotrice développée par induction est inverse, et tend à affaiblir le courant transmis. D'ailleurs, cette force électromotrice, résultat inévitable de la variation de la distribution des tensions dans le circuit, suit la môme marche que cette variation elle-même : très intense dans les premiers instants de la fermeture du circuit, elle s'affeiblit très vite, et s'éteint complètement quand l'état permanent s'établit. — Une nouvelle force électromotrice d'induction se développe au moment de la rupture du circuit; mais elle est directe et renforce le flux de décharge. D'ailleurs, cette seconde force électromotrice est nécessairement soumise à la même marche que la première : très intense dans les premiers instants de la décharge, elle s'affaiblit rapidement, et ne tarde pas à devenir insensible.

Le réglage du ressort antagoniste de Parmatui'e mobile de l'électro-aimant du récepteur d'un appareil télégraphique se fait par tâtonnement. On donne à ce ressort la tension nécessaire pour rendre l'armature insensible aux flux d'électricité accidentels d'intensité inférieure à celle du courant employé à la transmission, et pour lui per-

300 corrbspondànci. télégraphique.

mettre d'accomplir sa double oscillation sous Tinflucnce de ce dernier. Le degré de tension pour lequel Tarmature mobile oscille avec la plus grande liberté est aussi celui qui correspond à la reproduction la plus nette et la plus rapide des signaux. — Ces faits, rapprochés de ce que nous avons dit de la marche des forces électromotrices d'induction développées dans les conducteurs à la fermeture et à la rupture du circuit, conduisent à admettre que, dans la transmission télégraphique, Tarmature de Télectroaimant du récepteur reste immobile pendant les premiers instants qui suivent la fermeture du circuit, et commence à entrer en jeu un peu «vanH^établissement deTétat permanent. Dès que les tensions ne varient plus que de quantités insensibles, la force électromotrice inverse d'induction est assez faible pour permettre au courant de prendre une intensité peu différente de celle de Tétat permanent. — A partir de ce moment, Tarmature est r^etenue par les surfaces polaires de Télectro-aimant tant que le circuit reste fermé, et même pendant les premiers instants qui suivent la rupture du circuit, à cause du renforcement du flux de décharge déterminé par la force électromotrice directe d'induction. — Enfin cette armature est ramenée à sa position d'équilibre par le ressort antagoniste, lorsque le flux de décharge, la force électromotrice directe d'induction, et par suite le magnétisme de l'électro-aimant, sont assez aflaîblis pour lui rendre sa liberté.

Les considérations précédentes montrent que, dans un système télégraphique quelconque, l'intervalle de deux émissions successives de courant comprend nécessaire-

LO!S DB PROPAGATION DE LÊLECTRiaTÉ. 301

ment trois périodes : la durée de l'état variable des tensions; la durée du maintien du courant à l'état permanent; la durée de la décharge du fil de la ligne et du retour de Télectro-aimant à l'état neutre. Pendant la^majeure partie de la première période, l'armature mobile de l'électro-aimant du récepteur reste au repos. La fin de la première période, la seconde période tout entière, et le commencement de la troisième, correspondent à la première demi-oscillation de l'armature et à la reproduction du signal expédié. Enfin , le reste de la durée de la décharge et la majeure partie de la première période de l'émission suivante s'ajoutent pour donner à l'armature le temps d'obéir à la traction du ressort antagoniste. Cette demi-oscillation de retour correspond, dans les télégraphes à cadran, à la production d'un nouveau signal élémentaire , et dans le télégraphe Morse , à l'espacement de deux signaux élémentaires successifs. En raison de la tension du ressort antagoniste, l'armature mobile est ramenée avant que l'électro-aimant du récepteur ait perdu tout son magnétisme ; on peut donc faire une nouvelle émission de courant avant que la ligne soit retombée à l'état neutre, alors qu'elle conserve encore une faible charge, et gagner ainsi un peu de temps, pouryu qu'on donne à l'armature mobile le temps d'accomplir la demioscillation de retour. La durée du maintien de l'état permanent dépend évidemment de la sensibilité du système tél^aphique employé et de la nature du signal élémentaire transmis; en perfectionnant le mécanisme des appareils, on peut donc parvenir à abréger la durée de cette période, et contribuer ainsi à augmenter la rapidité de la

302 CORMSPOTfDAlfCE TitiGRAPHIQClE.

correspondance télégraphique. Il n'en est pas de même de la durée de l'état variable et de la durée de la décliarge ; elles dépendent exclusivement des lois de propagation de l'électricité dans les conducteurs linéaires, de la Iongueur et de l'Isolement de la ligne, enfin de l'état hygrométrique de l'atmosphëra

En augmentant l'intensité de la pile, on peut toujours faire parvenir un courant efficace aussi loin qu'on le veut ; il semble donc que la distance à laquelle il est possible d'entretenir une correspondance télégraphique directe n'ait pas de limite. Hais la durée de Tétat variable et de la décharge augmente proportionnellement au carré de la longueur du circuit, et nous venons de voir que de cette durée dépend la rapidité de la correspondance. Si donc on veut conserver à la télégraphie électrique la rapidité de transmission qui est son principal avantage, il ne faut pas essayer de correspondre directement à de trop grandes distances. L'expérience a démontré que, sur les lignes aériennes, on peut obtenir une bonne et rapide transmission à 500 kilomètres de distance. Quand la correspondance doit s'étendre plus loin, il est bon de recourir aux relais de ligne et de disposer les appareils Morse en translation,

11 résulte du mode de propagation de l'électricité dans les conducteurs linéaires, que toute interruption de courant s'accompagne nécessairement d'un certain temps perdu. Dès lors le meilleur appareil télégraphique est celui qui , pour transmettre une dépêche de longueur donnée, exige le plus petit nombre d'émissions du courant.