PRODUCTION DU COURANT ÉLECTRIQUE

Les générateurs d'électricité peuvent se classer ainsi : 1° les piles à liquide ;

2° les accumulateurs ;

3° les piles thermo-électriques ;

4° les machines magnéto- et dynamo-électriques.

1° Piles à liquide.

On ne fait usage, en électrolyse, que des piles à courant constant, car la première condition nécessaire, pour l'obtention de bons dépôts métalliques, est la régularité du courant; il est facile d’y arriver à l’aide des piles à dépolarisant, que nous allons examiner.

Pile Daniell.

Elle se compose d’un vase V (fig. 178) en verre ou en grès renfermant de l’eau acidulée (1 partie d'acide sulfurique pour

20 parties d’eau), dans laquelle plonge un cylindre creux de zinc amalsamé Z, qui constitue le pôle négatif. Au milieu est un vase poreux D rempli d'une solution de sulfate de cuivre,

qu'on maintient à saturation en y ajoutant des cristaux de sulfate de cuivre; on y place une lame ou un cvlindre de cuivre & formant le pôle positif.

Quand on ferme le circuit, le zinc décompose l’eau acidulée pour former du sulfate de zinc, avec dégagement d'hydrogène; ce gaz traverse le vase poreux et réagit sur le sulfate de cuivre pour donner de l'acide sulfurique et du cuivre métallique :

n + SO+H? — H° + SO“Zn, H? + SC*Cu — Cu + SO*H?.

Fig. 178.

La pile Daniell donne un courant d'une constance parfaite et possède une force électromotrice de 1%, 09.

En vue de maintenir d’une facon automatique la saturation de la dissolution du sulfate de cuivre, on a été conduit à surmonter l'élément d'un ballon de verre (fig. 179) rempli de cristaux de sulfate de cuivre baignés dans une solution saturée de ce sel, fermé par un bouchon traversé par un tube de verre et placé sur le vase poreux, de facon que le col plonge dans la solution sulfatée. |

On comprend aisément que la solution appauvrie, devenant plus légère, monte dans

Fie2410;

le ballon et se trouve remplacée par une quantité équivalente de liquide saturé: c'est une ingénieuse application de la différence de densité des liquides, qui a été utilisée dans d’autres modèles de piles. Disons encore que l’eau acidulée peut être remplacée par une solution de sulfate de zinc ou même par de l'eau pure ; la force électromotrice de l'élément ne varie pas, sa résistance intérieure est seulement un peu augmentée.

Pile Cailaud.

Le principe de cette pile est le même que celui de la pile Daniell, dont elle diffère essentiellement par l'absence de vase poreux, les solutions de zinc et de cuivre se trouvant superposées par suite de leur différence de densité. Le sulfate de cuivre se trouve à la partie inférieure du vase V (fig. 180 et 181), au contact d’un anneau de cuivre C soudé à un fil de même métal, entouré de gutta-percha (pôle positif). Le pôle négatif est constitué par un manchon de zinc Z maintenu en place au moyen de crochets, qui s'appuient sur le bord supérieur du vase V, etbaignant dans une solution de sulfate de zinc.

Les manchons de zinc et de cuivre étant en place, il suffit, pour monter la pile, d'y verser de l’eau contenant 1/10 de solution saturée de. sulfate de zinc, de facon qne son niveau arrive un peu au-dessous du manchon de zinc; puis, à l’aide d’un siphon, on fait écouler doucement la solution cuivrique au fond du vase V, jusqu'à hauteur convenable.

Pile Meidinger.

Ici, le vase extérieur G en verre a une forme spéciale (fig. 182), destinée à faciliter le maintien sur son étranglement du manchon de zine Z qui sert de pôle négatif. Un petit gobelet en verre g repose sur le fond du vase extérieur; ses dimensions sont calculées de facon que son bord supérieur arrive un peu au-dessus de l'extrémité inférieure du zine ; il contient une solution de sulfate de cuivre, maintenue à saturation au moyen d'un manchon B rempli de cristaux de sulfate de

cuivre, et un anneau en cuivre K terminé par un fil isolé, qui sert de pôle positif. Le vase extérieur est rempli aux 3/4

d’une solution de sulfate de magnésium (1 partie de ce sel pour

7 parties d’eau).

La pile Meidinger est souvent utilisée en électrolyse à cause de sa grande constance et de sa durée. Elle acquiert sa puissance complète au bout de trois semaines environ et peut, dès lors, fonctionner sans interruption pendant trois ou quatre mois. La force électromotrice est de 0"! .95 et la résistance

Fig. 182. Fig. 183.

intérieure varie, suivant les modèles, de 4 à 9 ohms. On réunit ordinairement 4 ou 6 éléments en batterie, pour obtenir un courant convenable.

Pile du Mansfeld.

Pile du Mansfeld. — Les usines du Mansfeld emploient des piles d’une forme spéciale (fig. 183) : un fil de cuivre C, terminé en spirale et dont la partie supérieure est garnie d'une partie isolante, s'appuie sur le fond du vase V. Un disque de zinc Z est suspendu à un couvercle en bois B. Le vase contient à sa partie inférieure une solution de sulfate de cuivre maintenue à saturation par les cristaux placés en A et, au-dessus, de l’eau pure.

Pile Crowfoot.

Sa disposition est des plus simples (fig. 184 : le pôle positif est constitué par des lames de cuivre fixées ensemble par le milieu: des bandes de zinc réunies par une de leurs extré-

mités forment le pôle positif. Les liquides sont, comme pour le modèle précédent, une solution saturée de sulfate de cuivre et de l’eau. Cette pile est très usitée en Amérique.

Pile Leclanché.

Le vase extérieur en verre V est carré (fig. 185 et 186), mais terminé à la partie supérieure par une sorte de goulot circulaire d’un diamètre seulement un peu plus grand que celui du vase poreux, ce qui à pour effet de diminuer l’évaporation du liquide qui s’y trouve renfermé. Un bec ménagé dans ce goulot permet d'introduire un erayon de zinc Z qui sert de pôle négatif. Le vase poreux P contient un mélange de bioxyde de manganèse et de charbon de cornue concassés, entourant

Fig. 185. Fig. 186.

un prisme de charbon C qui forme le pôle positif. Le vase en verre est rempli d’une dissolution saturée de chlorure d'ammonium.

Dans un modèle plus récent, le vase poreux est supprimé (fig. 187); le prisme de charbon est serré entre des plaques d'aggloméré composé de :

Pyrolusite) #70 Ne 40 parties.

GRAF DONS Ar R EN DORE GoOmMMe laque PANNE 5. —

Ce mélange est soumis simultanément à une pression de 300 atmosphères et une température de 100°.

Le crayon de zinc est séparé de l’aggloméré par une petite pièce de bois ; le tout, maintenu au moyen de bandes de caoutchouc, plonge dans la dissolution de chlorure d’ammonium contenue dans un vase en verre.

Les réactions chimiques qui se produisent dans cette pile sont assez complexes ; suivant Leclanché, le zinc se combine au chlore du chlorure d’'ammonium pour former du chlorure de zinc, avec mise en liberté d'ammoniaque; l'hydrooene dégagé décompose le bioxyde de manganèse pour donner du sesquioxyde de manganese et de l’eau; ce qui conduit à l'équation :

2 Az H*CI + 2Mn 0? + Zn = Zn CP + 2AzH° + H°0 + Mn?0. cependant d'autres réactions doivent se produire: la polarisation de la pile parait provenir d’un dépôt d'hydrogène sur le charbon, hydrogène qui ne s’est pas oxydé aux dépens du bioxyde de manganèse ; on observe de plus la formation de chlorure double de zinc et d'ammonium et celle d’oxychlorure de zinc, qui gênent l’action de la pile. Pour éviter un dépôt salin, il faut maintenir à saturation la solution de chlorure d'ammonium.

MM. Clark et Muirhead ont modifié la pile Leclanché en plaünisant le prisme de charbon et les fragments de charbon qui sont mélangés au bioxyde de manganèse. Ce dispositif, adopté en vue de diminuer la polarisation, consiste à recouvrir le charbon d'une couche de platine pulvérulent gris noir, à l’aide d'un courant électrique.

L'élément Leclanché possède une force électromotrice de 1/48, avec une résistance intérieure de 1? 30/0 MESSE sa polarisation empêche de l’employer pour les travaux de longue durée ; cependant on peut l’utiliser pour déposer certains métaux qui exigent des courants d'intensité très faible, comme l'argent, l'or, le platine.

Pile Bunsen.

Elle se compose d'un vase en grès V (fig. 188) contenant de l'eau acidulée (1 partie d'acide sulfuriqué à 66° B. pour

20 parties d'eau) dans laquelle plonge un manchon de zinc Z, qui est le pôle négatif. Au milieu du zinc est un vase poreux P, qui renferme de l'acide azotique du commerceé, marquant 40° B. (4. — 1, 38) et un prisme de charbon G formant le ie positif.

Quand le circuit est fermé, le zine décompose l’eau acidulée en donnant du sulfate de zinc et de l'hydrogène; ce gaz s'oxyde aux dépens de l'acide azotique pour former de l’eau, avec dégagement de peroxyde d'azote.

Zn + SO*H? + 2Az ON = Zn SO* + 2Az 0? + 2H°0.

La force électromotrice de l'élément Bunsen est d'environ 11 8 au début; elle décroit à mesure que la solution nitrique s'appauvrit, etelle s’affaiblit surtout rapidement à partir du moment où ce liquide ne marque plus que 30°B. (d. —1,26). La résistance intérieure est faible.

Cette pile, très usitée à raison de sa force électromotrice élevée, présente l'inconvénient de dégager beaucoup de vapeurs nitreuses ; aussi est-il nécessaire de la tenir éloignée de l’appareil électrolytique et de Ia placer dans un EURO convenabiement aéré.

Pile Poggendorf.

Poggendorf a remplacé l'acide nitrique de l'élément Bunsen par une solution acide de bichromate de potassium dont la composition est :

FAURE ANSE LE LAS 100 parties.

Bichromate de potassium. 12 — Acide ÆSulIUriIque. A. 25 —

L'acide chromique formé sert de dépolarisant, en cédant une partie de son oxygène à l'hydrogène provenant de l’attaque de l’eau acidulée par le zinc; il se produit, des lors, de l’eau et de l’alun de chrome :

83 2n + Cr?OTK? + 7S0*H? = 3 S0* Zn + Cr°(S0*)°, K?S0* + 7H°0. La force électromotrice de cet élément est d'environ ? volts

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et sa résistance intérieure est faible (0°",20); mais la production d’alun de chrome a pour effet d’abaisser la première et d'élever la seconde.

D'Arsonval à proposé l'emploi d’une solution saturée à froid de bichromate de potassium, mélangée d'un volume égal d'acide chlorhydrique.

Pile Grenet.

On la désigne aussi sous le nom de pile-bouteille, à cause de sa forme particulière ; elle ressemble à un ballon surmonté d'un col de large diamètre (fig. 189). Le couvercle d’ébonite porte deux plaques de charbon (pôle positif), au milieu desquelles peut glisser verticalement une plaque de zinc amalgamé (pôle négatif). Le tout plonge dans une solution sulfurique de bichromate de potassium.

La pile Grenet a les mêmes avantages et les mêmes inconvénients que l'élément Poggendorf : elle ne dégage pas d'odeur; la résistance intérieure est faible au début et la force électromotrice considérable (215); mais ces deux quantités varient avec l'épuisement de la solution chromique.

Pile de Lalande et Chaperon.

La substance dépolarisante est ici de l’oxyde de cuivre, et

le liquide excitateur, de la potasse caustique. Une cuve en tôle À (fig. 190) sert à la fois de récipient et de pôle positif;

elle contient une solution de potasse caustique à 40 ou 50 p. 100 et l'on dispose sur le fond une couche d'oxyde de cuivre. La plaque de zine D, supportée par des isoloirs en faïence, forme le pôle négatif. Le liquide est préservé du contact de l'air, dont il absorberait le gaz carbonique, par une couche de pétrole.

Quand le circuit est fermé, l’eau est décomposée : l’hydrooène réduit l'oxyde de cuivre en cuivre métallique, avec formation d’eau; l'oxygène se porte sur le zinc en donnant un oxyde, qui se dissout dans la potasse à l’état de zincate de potassium :

Zn + CuO + 2KOH = Cu + H20 + Zn O?K?2.

La force électromotrice de cet élément est d'environ 0,9 et la résistance intérieure de 0,05. Il est réversible ; en y faisant passer un courant inverse au sien, on régénèere loxyde de cuivre et le znce. Be courant fourni est d'une constance remarquable.

Fig. 191. Fig. 192.

Les auteurs ont donné à leur pile des dispositions qui la rendent plus transportable et qui permettent d'éviter l'emploi du pétrole comme préservateur contre la carbonatation de la potasse au contact de l'air.

Un premier modele (fig. 191) présente un récipient extérieur en fonte V de forme tronconique ; le couvercle en ébonite C doublé d'une rondelle de caoutchouc est maintenu en place au moyen d'une bride évidée, serrée par trois écrous E, assurant une fermeture hermétique. Il est muni d’une soupape

DOCIMASIE. — T. [. 46

permettant l'évacuation des gaz qui peuvent se dégager. Le zinc a la forme d'une lame roulée en spirale D, soudée à un tube métallique qui traverse le couvercle.

Un autre modele de pile hermétique, dû aux mêmes auteurs, comporte un vase en fonte présentant la forme d’une bouteille V (fig. 192). Le bouchon C, en ébonite, supporte la tige K soutenant un cylindre en zinc D qui plonge dans la solution de potasse. Les bornes À et B servent d'attache aux fils conducteurs.

Avant de passer à l'étude des autres sortes de générateurs du courant, nous allons rapprocher les chiffres indiquant la force électromotrice des diverses piles à Hquide que nous venons de décrire :

lément Danielle RE E —1,09 volt.

— Meidinger:29-0 te qe: 0,95 — — Leclanché te Are 1,48 — — BunSensE Eee 178 —— — au bichromate "1.11" 2 — — de Lalande et Chaperon. 0,9 —

2° Acecumulateurs.

Lorsqu'on à à sa disposition une source électrique puissante, une machine dynamo-électrique par exemple, on peut facilement se servir d'accumulateurs au lieu des piles à liquide. Le nombre de ces appareils s'accroit continuellement; aussi, de méme que pour les piles, nous ne pouvons examiner 1ci que les types principaux.

Accumulateur Planté.

Cet appareil, désigné aussi sous le nom de pile secondaire de Planté, se compose de deux lames de plomb C et C (fig. 193) séparées par une bande de caoutchouc et enroulées autour d'un bâton de bois. Elles plongent dans de l’eau acidulée, renfermée dans un bocal. En mettant ces lames en communication

avec les pôles d’une source puissante d'électricité, l'oxygène provenant de la décomposition de l’eau acidulée se porte sur l’une des lames (lame positive) et transforme le plomb en peroxyde. L'hydrogène se dégage sur l’autre lame. Si la source électrique est supprimée et si l’on met les deux pôles de l’accumulateur en communication, on constate qu'un courant parcourt le fillNconducteur Pendant toute temps que mettent les lames de

Fie-193: Fig. 194.

plomb à revenir à leur état primitif; c'est donc un courant secondaire.

Voici quelques-unes des constantes de l'accumulateur Planté :

Force électromotrice au début, 2"! 5;

Force électromotrice en débit normal, 2":

Résistance intérieure, 0°®s,01.

Les modifications qu'a subies ce modèle d'accumulateur portent seulement sur la forme et la disposition des lames de plomb ; mais le principe est resté le même.

LA

Il est vrai que des inventeurs ont cherché à remplacer le plomb par du zinc (accumulateur Reynier (fig. 194), force électromotrice : 25,4), ou à utiliser la réversibilité de la pile à ER oxyde de cuivre et zincate de potassium (Commelin-Desmazures, force électromotrice : 0"°",8); mais ces essais n’ont pas empêché les accumulateurs au plomb de prendre une place prépondérante.

Accumulateur de Montaud.

Les plaques de plomb de forme rectangulaire (fie. 195) sont

is .. traversées à l’un de leurs coins supérieurs C par une tige de 400 plomb antimo- — 4 nieux, qui réunit af. k, les plaques de 2e és ! A RS, & >

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