CHAPITRE III

SOURCES D'ÉLBGTRIGITÉ

PiLK Callaud, description, montage, entretien. — Pilk Leclanchb, description, montage, entretien. — Pile-bloc. — GaoupEniNT des éléments de pile. — Calcul du nombre

DES éléments de PILE NÉCES8A1AES POUR DESSERTIR UNE LIGNE TÉLÉGRAPHIQUE. — GROU- PEMENT DSS PILB« EN ÉCHELLE D*AmSTBRDAM. — INSTALLATION DES PILES DANS LES

BUREAUX. — Emploi des accumulateurs en télégraphie. — Principe des accumulateurs — Accumulateurs de la Société pour le travail électrique des métaux. — Accumulateurs Tudor. — Installation des accumulateurs. — Renseignements pratiques.

Pile Callaud. Description, — La pile Callaud (fig. 52) est employée en France sur beaucoup de grandes lignes télégraphigues.

Chaque élément comprend :

1° Un vase en verre A contenant de l'eau et une dissolution de sulfate de cuivre, se superposant sans se mêler, par suite de la différence de leurs densités; la dissolution de sulfate de cuivre, plus dense que Veau, reste au fond;

ti** Un manchon en zinc amalgamé Z, suspendu par trois crochets en cuivre, rivés sur le manchon et reposant sur les bords du vase en verre A; le zinc forme Télectrode négative ; il ne baigne que dans l'eau.

3° Une tige de cuivre /", recouverte de gutta-percha dans la partie qui traverse le liquide, et terminée, à son extrémité inférieure, par une lame de cuivre recourbée K qui repose sur le fond du vase en verre, et plonge, par conséquent, dans la dissolution de sulfate de cuivre. Cette tige forme l'électrode positive.

Il existe deux modèles d'éléments Callaud ne différant que par leurs dimensions, qui sont les suivantes :

Grand modèle : Hauteur du vase en verre. 200 mm.

— du zinc. ... 70 —

— du cuivre. ... 30 —

Fig. 52. — Klément Callaud fpetit modèle).

Petit modèle : Hauteur du vase en vorre. . 153 mm.

— du zinc i5 —

— du cuivre. ... 30 — Le diamètre des vases en verre est de 11 cm.

La force électromotrice de l'élément Callaud est de 1,07 volt; la résistance intérieure du grand modèle est de 5 ohms, celle du petit modèle de 8 à 10 ohms'.

Moutaye, — Pour monter une pile composée de plusieurs éléments, une batterie, destinée aux transmissions télégraphiques, il suffit de relier le zinc du premier élément à la tige de cuivre de l'élément suivant, le cylindre de zinc du second élément à la tige de cuivre du troisième, et ainsi de suite.

Dans la pratique, et pour faciliter ce montage, les liges de cuivre, recourbées deux fois à angle droit, sont rivées aux cylindres de zinc. Cet assemblage ne forme donc qu'une seule pièce appartenant à deux éléments : 1° le zinc faisant partie du premier élément; 2"* le cuivre plongeant dans Télémcnt suivant

Cette disposition a pour oJyet de supprimer, dans la limite du possible, les résistances électriques qu'on introduirait fatalement dans le circuit en réunissant, soit par pression, soit par des ligatures, le zinc d'un élément au cuivre (te l'élément suivant; chacun de ces joints s'oxyderait à la longue et augmenterait (l'une quantité notable la résistance de la pile, au préjudice de son fonctionnement.

Pour constituer les deux pôles de la batterie, on coupe à la pince ou à la lime, vei^s le milieu de sa partie horizontale, la tige de cuivre g qui, rivée au dernier zinc, reste libre en (k^hors du dernier vase eu verre; on place la portion f ainsi détachée dans le premier vase en verre; elle forme le pôle positif de la pile, dont le dernier zinc est le pôle négatif.

Au fond de chaque vase en verre, on place des cristaux de sulfate de cuivre (l!25 à 150 gr. pour le petit modèle, 400 gr. pour le grand modèle). On verse alors, avec précaution, de l'eau jusqu'à la hauteur des rivets du zinc. A l'eau pure, il est avantageux d'ajouter une certaine qiiantilé d'eau provenant d'une vieille pile, eau qui contient du sulfate de zinc en dissolution.

Dans une pile Callaud en bon état, la dissolution de sulfate de cuivre, qui se reconnaît à sa coloration bleue, doit occuper à peu près le tiers inférieur du vase en verre.

Une pile ainsi installée peut fonctionner six mois et même un an ; après ce temps, il faut la remonter.

Entretien. — 1» Ajouter du sulfate de cuivre tous les cinq ou

six jours en le laissant toraBer doucerneint au fond du vase en verre.

On emploie utilement pour cet usage un verre de lampe qua Ton introduit jusqu au fond de la dissolution, sans agiter le liquide, et que Ton retire de môme, après avoir laissé tomber vn à un Ifcs cristaux dans l'intérieur.

2** Maintenir le liquide à la hauteur normale, c'est-à-dire justfu'au niveau des rivets du zinc.

Pour cela, avec une pipette, on ajoute l'eau nécessaire, mais îl est bon d'en profiter, au préalable, pour enlever une partie de l>au du vase qui contient du sulfate de zinc en dissolution, de telle sorte que le liquide qui reste à la partie supérieure du vase ne marque pas plus de ±1 à 43** à l'aréomètre Baume.

3** Tenir les vases en parfait état de propreté, en enlevant les efïlorescences qui les recouvrent.

C'est pour éviter le dépôt des efflorescencos et faciliter leur enlèvement, s'il s en produit accidentellement, quç l'administration française n'emploie que des vases dont le bord est recouvert d'une couche de peinture à l'ocre jaune s étendant en «ledanf? comme en dehors^ sur une largeur fie î2 à 3 cm. On peut aussi enduire de suif le haut des vase^ ou les tremper dans de la paraffine fondue.

L'administration française exige que k» sulfate de cuivre qui lui est Uvré par «es fournisseurs contienne au. moins H 1/i 0/0 fie cuivre pur,' le poids fies matières étrangères (sulfate de fer^ sulfa>te devine, etc.), ne doit pas dépasser 1 0 '().

Plie liOdanelié. Description, — Le modèle d'élément Leclanché employé par l'administration française des Postes et tles Télégraphes comp^rend :

i** i'n vase en verre, de forme particulière, coaitenant une dissolntiôn saturée de chlorhydrate d'ammoniaque ou chlorure d'aiii'ia(»onijiiBi, que l'on appelle quelquefois dans le commerce sel ammoniac ;

2° Un bâton de zinc amalgamé, plongeant dans cette dissolution, et formant l'électrode négative ;

3^» Un vase poreux renfermant im mélange de bioxyde de manganèse et «de charbon fie cornue concassé en petits morceaux;

4*» Une lame de charbon, placée dans le vase poreux, au milieu du mélange, et cfwistituant l'électrode positive.

La lai»e de charbon est enveloppée entièrement, à sa partie supérieure, par une calotte de plomb, terminée elle-même par un écrou de serrage (fig. o3) ou bien par une lame de cuivre étamé, soudée au bâtofi de zinc.

Fig. 53.

Elément Leclanché*

La lame de cuivre et la calotte de plomb sont recouvertes de vernis. .

Les vases de Fadministration française sont livrés complètement chargés; le vase, le charbon et le zinc ne forment qu'une seule pièce.

L'ouverture du vase poreux est bouchée par une couche de cire à bouteilles, dans laquelle un trdu est ménagé pour laisser échapper Fair refoulé au dehors lorsqu'on plonge le vase dans le liquide, et les gaz qui se dégagent pendant le fonctionnement de la pile.

Le type d'élément Leclanché que nous venons de décrire a une force électromotrice de 1,20 volt environ et une résistance intérieure comprise entre 5 et 6 ohms.

Montage, — Dans chaque vase en verre, on introduit de 80 à 100 grammes de chlorhydrate d'ammoniaque, et de l'eau jusqu'aux deux tiers environ de la hauteur; on place le vase poreux au centre du vase en verre, le zinc dans la tubulure du vase suivant, et ainsi de suite.

Avant de mettre les vases en verre en place, on les graisse légèrement à l'intérieur, sur une étendue de 3 ou 4 centimètres, à partir du haut, afin d'éviter le dépôt d'efflorescences salines qui, sans cette précaution, recouvriraient bientôt toute la surface du verre. Cette opération n'est d'ailleurs pas nécessaire lorsqu'on fait usage de vases neufs qui, presque toujours aujourd'hui, ont la tubulure enduite de paraffine.

Ainsi montée, et convenablement entretenue, la pile peut fournir un travail à peu près continu pendant plus d'un an, à la condition de maintenir le niveau du liquide aux deux tiers de la hauteur des vases en verre, niveau qu'il atteint normalement après l'introduction du vase poreux.

Entretien. — L'entretien consiste :

1° A ajouter, de temps en temps, de l'eau pour rétablir le niveau normal qui baisse par suite de l'évaporation;

2° A mettre, tous les cinq ou six mois, dans le vase en verre, de 80 à 100 grammes de chlorhydrate d'ammoniaque;

3° A enlever soigneusement les efflorescences qui se déposent à l'extérieur du vase en verre, malgré son graissage ou son paraffinage intérieur;

4*» A maintenir sèches et propres les boîtes qui renferment les éléments ou les étagères sujr lesquels ils reposent.

Lorsque la pile s'affaiblit, il convient, si Fentretien a été bien fait, de la remonter entièrement, en changeant les zincs et les vases poreux.

Pile-bloc. — La pile Germain, plus connue sous le nom de pile-bloc, est une pile du type Leclanché, dont le liquide a été immobilisé dans de la cellulose.

L'immobilisation du liquide actif de l'élément bloc est réalisée par l'interposition entre les électrodes d'une couche de cellulose inerte extraite de la noix de coco ; cette cellulose est très légère et a un pouvoir absorbant considérable ; on la désigne sous le nom de cofferdam.

Fig. 54. — Kit ment de pile-bloc.

Un élément l)loc (fig. 5i) comprend :

1° Une première lame de zinc pur, non amalgamé, "" formant Télectrode négative ;

2« Une couche de cofferdam, imbibée d'une dissolution de chlonu'e alcalin ;

3^ Une couche de peroxyde de manganèse ;

4° Une lame de charbon placée sur cette couche et constituant Télectrode positive;

5° Une seconde couche de cofferdam, imbibée comme la première de chlorure alcalin ;

6° Une seconde lame de zinc semblable à la première;

7° Un plateau de bois dur, reposant sur celte deuxième lame de zinc;

8° Un jeu de ressorts, en acier trempé, pressant de 150 kilogrammes environ sur l'ensemble des diverses parties énumérécs

ci-dessus et prenant appui par un couvercle en chêne, vissé sur les quatre côtés du récipie^t^ également en chêne.

Bien que celui-ci ne doive pas être hermétiquenuent clos, afin de- laisser échapper les gaa, M.. Germain Tëconunandc expressément de ne pas Tauvrir, pour ne pas modifier Vactioà des ressorts.

Deux-, plots extérieurs, en laiton, reliés respectivement aux deux zincs d'une, part et au charbon de T autre,; servent. dfi prises de courant; les indications G et Z sont gràvises au dessus^.

La pile-bloc ncj dégagiB pas d'odeur et ne produit pas/d'effloroscences; elle peut être placée dans tous las sens et m'exige aucun entrelien.

Suivant M. Germain, la force élociromotrice de sa pile serait de 1,35 volt à circuit fermé; sa durée serait de deux ans sans entretien.

Quoi qu'il en soit de ces chiffres que nous n'avons pas vérifiés, il est certain que la pile-bloc donne d'excellents résultats et qu'elle fonctionne jusqu'à épuisement presque total sans affaiblissement.

Groupement des éléments de plie. — En décrivant le montage des éléments Callaud et Leclanché, nous n'avons considéré que le groupement que Ton emploie le plus généralement en télégraphie; il se produit cependant des cas où il faut agencer les éléments différemment.

Fin envisageant la (juestion à im point de vue plus général,

op.peut se demander comment il convient de grouper les éléments pour obtenir le meilleur rendement.

Deux procédés simples se pré- Fig. 5S.— Gr»tt|MMucm 611 teiiMoo. scfutcnt tout d'ahord : ^

1" Réunir le pôle négatif du premier élément au pôle positif du second, le pôle négatif du second au pôle positif du troisième, et ainsi de suite (flg. 55); c'est le

montage dont nous avons parlé en décrivant la pile Callaud et la pile Leclanché. On obtient de la sorte une augmentation progressive de la force électromotrice;... ^

Fig. 56. - twMipemenl en quantité -' Réunir toUS IcS pÔleS ttégalîfs

I i d'une part et tous.les.pûlej positifs

de l'autre (fig. 56). La force éleclromotrice reste coçstante-^ mais; tiut^ilsité du courant augmente proportionhellepient au Qombre des éléments. i...^.

Le premier de ces modes d'asseniblàip^e a reçu le nom do groupement en, série, oit^i tension, le second, celui de groupejyient en quaiitité ou en surface.

La valeur de Tintensltâ d'un courant en ampères est donnée par la formule de Ohm :

c'est le quotient obtenu en divisant la force électromotrice par la résistance intérieilre dc ta pile, en adhfètfant que la résistance extérieure soit négligeable, c'est-à-dire (JUc la pile soit en court circuit. • • - '

Si nous appelons n le nombre des éléments considérés et si nous appliquons la formule aux- deux- dispositifs que nous venons , d'envisager, nous voyons que :

1° Dans le groupement en série, la formule

devient 1=—^

la force électromotrice et la résistance sont toutes les deux multipliées par le nombre des éléments placés à la suite les uns des autres. Le. rapport de la force électromotrice à la résistance reste invariable et l'intensité du courant ne change pas, quel que soit le nombre des éléments montés en série ; 2*» Dans le groupement en quantité, la formule

devient ^^^ff

pfus 71 est grand, plus — est petit; par conséquent lintensitA du

comrant augmente à mesure que le nombre des é-lémeitts devient plus -grande .tandis que la force électromotrice reste invariable. Assembler, des. éléments en quantité revient à n'employer quun seul SCément, dont la surface serait égile à la surface totale des éléments groupés. Dans ce cas, la force électromotrice ^ne peut varier, car elle ne dépend que des réactions chimiques qui se produisent. dans TéléjnenL . .

Supposons 10 éléments Leclanché groupés en série : La force électromotrice de chaque élément est de 1,20 volt, sa résistance intérieure est de 6 ohms.

La force électromotrice du groupe est :

71 E = 1 ,20 X iO = 12 volts.

La résistance intérieure :

/jR = 6X10 = 60 ohms T ^*K 12 ^^

Considérons les mômes éléments groupés en quantité :

E = 1,20 volt ^ = - = 0,6 ohm T K 1,20 ^

Cet exemple montre nollomenl la diffé ronce entre les résultats produits, lo môme nombre d'éUMUonts, on court circuit, donnant

un courant de 0,2 ampère ou de 2 ampères, suivant le mode d'assemblage des éléments.

En combinant le groupement en série avec le groupement en quantité, on réalise un groupement mixte, participant des deux systèmes, et désigné sous le nom de groupement en séries ., ., ,. . multiples.

rig. oi. — Groupement ^

en séries multiples. La figure 57 montre une batterie

installée de la sorte ; trois groupes de 5 éléments chacun, montés en série, sont réunis en quantité.

La force électromotrice de la batterie totale est égale à celle d'un élément, multipliée par le nombre des éléments d'une série, soit, dans l'exemple choisi : E == 1,20 Xi> = 6,00 volts.

La résistance est égalé à la résistance d'un élément, multipliée par le rapport entre le nombre d'éléments d'une série et le nombre des séries. Dans la figure 57 il y a 5 éléments par série et 3 séries; la résistance totale de la batterie sera la résistance

d'un élément multipliée par g:R=— g — = 10 ohms; la force électromotrice étant 6 volts, Tintensité sera :

E 0 I = ~ = — = 0,6 ampère.

Dans tout ce qui précède, nous avons admis que le circuit de la pile était fermé sur lui-môme ou que la résistance du conducteur réunissant les deux pôles était négligeable. Il n'en est plus de même dans la pratique où il faut tenir compte de la résistance de la ligne télégraphique et de celle des appareils de transmission. On est dès lors conduit à se demander quel est le nombre des éléments de pile à installer dans les bureaux desservant ime ligne télégraphique donnée.

Calcul du nombre d'éléments de pile nécessaires pour desservir une ligne télégraphique. — L'intensité du courant dans le circuit total varie suivant le mode d'assemblage des éléments. 11 est facile de reconnaître a priori quel est le mode d'assemblage qui convient le mieux, dans chaque cas particulier, sachant que le maximum (l'intensité du courant fourni par une pile dam un circuit donné s'obtient en groupant les éléments de (elle sorte que la résistance intérieure de la batterie soit égale à la résistance du circuit extérieur.

Dans le cas d'une pile destinée à desservir une ligne télégraphique d'une certaine longueur, il est facile de voir que le groupement en série est le seul possible, car la résistance du circuit extérieur est généralement de beaucoup supérieure à celle de tous les éléments formant la batterie.

Pour le calcul du nombre d'éléments à employer les données du problème sont les suivantes :

1** Résistance normale de la ligne ou longueur et diamètre du conducteur, fer ou cuivre;

2° Résistance du récepteur et du galvanomètre ;

3" Intensité du courant nécessaire au fonctionnement régulier du récepteur;

4° Force électromotrice et résistance intérieure d'un élément de la pile utilisée; c'est ce que l'on appelle les constanles de la pile.

Soient :

R la résistance de la ligne ;

R' la résistance du récepteur;

R" la résistance du galvanomètre ;

r la résistance inlérioure d'un élément de pile ; E la force électromotrice d'un élément de pile; I rinlensité nécessaire pour le fonctionnement régulier d'un récepteur ; X le nombre d'éléments cherché.

La formule d'Ohm donne la valeur de x.

jrr+R + R' + R'' I(./.r4-R + R'4-R")=:,rE IiR + R'4.R'0=:xE — I/-x = x(E — Ir)

KR + R^+Rn

Los données numériques sont les suivantes : R, résistance de la liprne, est égale au noml)re de kilomètres multiplié par la résistance kilométrique.

La résistance kilométrirpie est, pratiquement, de : 10 ohms pour le fil (h^. fer d(^ i millimètres de diamètre, 6,i — :i —

0,2 ohms pour le fil de cuivre de 5 —

R' — la résistance des récepteurs Morse est de TiOO ohms; R" — la résistance des galvanomètres horizontaux est de 0,8 ohm, celle des galvanomètres verticaux de 250 ohms;

Nous admettons que la résistance de la terre est négligeable; /• — résistance intérieure d'un élément : Callaud grand modèle, 5 ohms;

Callaud petit modèle, 8 à 10 ohms, admettons 9 en moyenne; Leclanché, 5 à ti ohms, admettons G; E — force électromotrice d'un élément :

Callaud, 1 volt; Leclanché, 1,20 volt; I — intensité nécessaire pour faire fonctionner un récepteur Morse; on admet hahituellement que 15 milliampères suffisent; prenons 1 = 0,025 pour parer aux éventualités.

Il suffit (le remplacer les lettres par ces doTin^es numériques, 4ans la formule précédente, pour obtenir la valeur de r, c'està-dire pour calctiler le nombre d'éléments nécessaires au fonctionnement des postes desservant une li^ne donnée.

Exemple numérique : Quel est le nombre d'éléments Leclanché nécessaire pour desservir une li^e de 25 kilomHres en fil d(». fer de i millimètres de diamètre, les postes des deux extrémités fonctionnant avec des récepteurs Morse et possédant des galvanomètres verticaux?

La résistance de la ligne est î2o X 10 = :ir>();

R =250 ohms:

R' =z 500 ohms ;

R'^rrr 250 ohms;

Soil^ eu chiffres ronds 25 éléments; si nous avions admis Iz= 0,015, le nombre cherché aurait été 13,5 soit 15 éléments. Dans les mêmes conditions, avec 1=0,025, il faufh'ait 32 éléments Callaud petit modèle, et avec 1=0,015, il en faudrait IH.

Blavier, dans son Nouieau traité de têlêgraphip vtrvtnqiu* i Paris, 1867), donne les chiffres suivants pour les piles au sulfate de cuivre desservant des lignes en fil de fer de 4 millimètres de diamètre.

Dislances inférieures à 100 kilomètres, de» 15 à 30 éléments.

— de 100 à 200 — 30 à 50 —

— de 200 à 300 — :iO à 70 —

— de 300 à 5fK) — 70 à 100 —

— de 500 à 1(K)0 — 100 à 150 —

Connaissant, d'ailleurs, la résistance d'une ligne en fil de fer (le 4 millimètres, égale à sa longueur en kibmiètres multipliée par 10, il est toujours facile d'évaluer la résistance d'une lignr de même longueur construite en fil de fer d'un autre dianiMrr; on sait, en effet, que les résistances sont en raison inverse des sections et, par conséquent, en raison inverse d(»s carrés des diamètres.

Le cas peut se présenter où une pile alimente un circuit local de faible résistance; il y a lieu, dans ces conditions, de nH'heicher si le groupement en surface ou (vn séries multiples n'(*s[ pas plus avantageux que le groupement en série.

Groupement des piles en échelle d'Amsterdam. — Par un

dispositif spécial des éléments, utilisé aujourd'hui dans beaucoup de grands bureaux, on est parvenu à n employer qu'une batterie unique pour desservir un nombre de lignes relativenient grand, ces lignes fussent-elles de longueur très différente. Ce procédé, connu sous le nom de pile m échelle d'Amsterdam, permet de réaliser de notables économies. Quand la résistance du circuit extérieur est très grande, l'intensité du courant dépend principalement du nombre d'éléments groupés en série, mais la résistance intérieure de la pile croît nécessairement avec le nombre des éléments. Or, pour qu'une pile unique puisse des-

l'/éléa«nt 34îéU AD^êl* 47fél* 55^*1^ BS'èl^ 7^^ 77'Élt B7?él^ SS'^t M

Terre

Prîaea de courant

+ ss,

+ BS,