ZINC, CHARBON, ACIDE AZOTIQUE, LIQUIDE DÉPOLARISANT

La première idée d'employer le charbon dans les piles paraît due à Chevreusse, professeur de Chimie à l'École d'artillerie et de génie de Metz [Annales de Chimie et de Physique^ a* série, t. XXIX (1825 )]. Dans un Mémoire présenté à l'Institut en 1823, il propose nettement de substituer au pôle cuivre, dans les piles, une lame de charbon fortement calciné ou de coke provenant des hauts-fourneaux.

Cooper [Philosophical Magazine y t. XVI (i84o)] emploie plus tard le graphite, et Schônbein [Poggendorff's Annalen, t. XLIX (1840)] le charbon des cornues à gaz, à la place du platine dans l'élément de Grove. On peut citer encore Silliman, qui remplace le platine du même élément par une plaque de graphite naturel ou travaillé comme celui des creusets [American Journal of Science and Arts, t. XLIV; Archives de Vèlectricitéy t. III (1842 )]. Ces lames se détériorent assez vite et se désagrègent. Enfin Bunsen vulgarisa l'emploi du charbon en indiquant un mode particulier de fabrication qui donne de bons

résultats [Poggendorff's Annaleriy t. LIV et LV (1842); Comptes rendus des séances de r Académie des Sciences ^ t. XVI (1843)]. Bunsen obtenait des cylindres de charbon en délayant 2 parties de braise et i de coke avec une dissolution concentrée de sucre ou du goudron de houille, et chauffant le tout au rouge vif dans des moules en fer. Le cylindre creux ainsi obtenu était, dans la pile primitive de Bunsen, rempli de sable imbibé d'acide azotique, dans lequel s'enfonçait le vase en terre poreuse contenant le zinc et Teau acidulée.

fiunsen a ensuite employé des cylindres de charbon c percés de trous, qui permettaient plus facilement aux gaz de s*é-

Fig. 86.

chapper. Les cylindres plongeaient alors directement dans l'acide azotique [fig, 86).

Pour réunir le charbon d'un couple au zinc du couple suivant, on employait des colliers de cuivre o munis d'une patte soudée au zinc, et qu'on serrait d'autre part autour du charbon au moyen d'une vis de pression. Ce modèle à charbon extérieur moulé est encore employé en Allemagne.

Comme les colliers de cuivre étaient très vite rongés et mis hors d'usage par l'acide azotique, Deleuil [rinstitut, t. XVIII (i85o)] a imaginé de les remplacer par des colliers de verre, qui seraient alors inaltérables et construits assez solidement pour pouvoir supporter de dedans en dehors, c'est-à-dire sur le coin en contact avec le charbon, une pression de 120^8.

C'est Archereau qui a proposé le premier la forme actuelle-

2l6 PILES HYDRO-ÉLECTRIQUES A DEUX LIQUIDES

ment adoptée, consislanl à meure le zinc à l'extérieur et à placer dans le vase poreux de Tacide azotique et une baguette rectangulaire de charbon des cornues. Le charbon est alors beaucoup plus facile à fabriquer et moins coûteux.

Deleuil a imaginé ensuite de remplacer les colliers qui servaient à l'assemblage par des trous percés sur la face supérieure des baguettes de charbon, et dans lesquels s'enfoncent à frottement dur des cônes de cuivre qui terminent des pattes

soudées aux zincs [fig, 87). Cette disposition a été longtemps la plus employée, mais on préfère aujourd'hui celle qui consiste à réunir le zinc au charbon par des pattes de cuivre indé-

Fig. 88.

pendantes, fixées à la fois au zinc et au charbon par des pinces mobiles de laiton [fig, 88 et 89).

La fig, 89 représente à une grande échelle l'élément de Bunsen tel qu'on l'emploie d'ordinaire en France (charbon intérieur) avec le détail des pinces d'assemblage.

DE COMPOSITION CHIMIQUE VARIABLE. 2iy

La force électro-molrice de la pile Bunsen est à peine de 3 pour loo inférieure à celle de. la pile de Grove : elle est donc de i'''^S9o environ. Quant à sa résistance, elle varie avec les

Fig. 89.

charbons employés, mais est toujours, à dimensions égales, bien plus faible que celle de la pile Daniell.

La pile de Bunsen est, en somme, à peu près identique à celle de Grove; le charbon avait été employé bien antérieurement, et Grove lui-même y avait songé et n'avait été arrêté que par des questions de détail. Elle possède la plupart des avantages de la pile de Grove; toutefois sa force électro-motrice est très légèrement inférieure. C'est encore, de toutes les piles connues, celle qui possède à la fois la plus grande force électromolrice et la plus faible résistance; aussi, malgré ses nombreux inconvénients et surtout les vapeurs acides qu'elle dégage, est-elle la plus employée toutes les fois que Ton veut une pile très puissante, par exemple pour produire de la lumière électrique. On se sert toujours beaucoup de cette pile quand on ne dispose pas de force motrice ni de machine électro-magnétique, ou qu'on redoute les irrégularités dont les meilleures machines ne sont pas exemptes.

2l8 PILES HYDRO-ÉLECTRIQUES A DEUX LIQUIDES

C'est au moyen de piles de Bunsen composées chacune de 60 éléments que M. Duboscq obtient la lumière électrique qui est employée sur la scène de l'Opéra de Paris. Nous empruntons à son expérience les détails suivants pour le montage rapide d'une pile puissante.

Les vases extérieurs de terre sont disposés d'avance sur une table en deux rangées parallèles de 3o éléments, qui ne feront plus tard qu'une seule série. Il est bon de ne pas mettre les vases sur plus de deux lignes, afin qu'ils restent toujours à la portée de la main et qu'on puisse rapidement remplacer un des éléments s'il se comporte mal. Les vases sont remplis au préalable de la quantité convenable d'eau acidulée; ils sont posés sur une table recouverte d'une plaque de verre ou de porcelaine, substances inattaquables aux acides; autant que possible on doit veiller à ce qu'il n'y ait pas de liquide répandu sur les tables^ afin que les éléments restent parfaitement isolés les uns des autres.

Les vases poreux, contenant le prisme de charbon et l'acide azotique, sont placés en temps ordinaire dans une cuve remplie également d'acide azotique; de cette façon l'acide intérieur ne peut pas s'échapper à travers les pores du vase, et celui-ci est tout prêt quand on veut s'en servir. La cuve est fermée par un couvercle qui empêche les émanations.

Pour monter la pile, on commence par s'assurer que toutes les pinces et les lames de cuivre qui doivent relier les éléments les uns aux autres sont bien propres; puis on met dans chaque vase de terre, dans lequel est déjà l'eau acidulée, un cylindre de zinc amalgamé; ensuite on prend dans la cuve les vases poreux contenant l'acide azotique et le charbon, on les place au milieu des zincs et on met les pinces et les tiges de communication. Un ouvrier exercé peut ainsi monter une pile de6o éléments en moins d'une demi-heure.

Ce mode de montage est préférable à celui qui consiste à disposer d'abord toute la pile avec ses contacts et sans liquides, puis à verser ceux-ci.

Il convient d'employer, pour aciduler l'eau, de l'acide sulfu-

DE COMPOSITION CHIMIQUE VARIABLE. t^IQ

rique fabriqué avec du soufre et non avec des pyrites. Dans ce cas, en effet, Tacide contient des impuretés (arséniures et sulfures) qui font obstacle au bon fonctionnement de la pile. Si, pendant la marche, on voit l'eau acidulée d'un élément bouillonner violemment et sa température s'élever beaucoup, c'est quelezincestmal amalgamé; il faut alors retirer immédiatement cet élément et le remplacer par un autre.

Quand on démonte définitivement la pile, il est inutile de laveries charbons et les vases poreux; il vaut mieux au contraire les laisser imbibés d'acide azotique. Les zincs sont mis à sécher après avoir été rincés à Feau pure. Si l'acide azotique n'a servi que deux ou trois heures, on pourra l'employer une deuxième fois en le mélangeant avec son volume d'acide neuf; il est préférable toutefois, quand cela est possible, de le revendre pour les industries qui n'ont pas besoin d'acide très pur ni très fort, et de prendre toujours de l'acide neuf. Quant à l'eau acidulée, le mieux est de la jeter et d'en employer chaque fois de nouvelle.

On a adapté à l'élément Bunsen la forme plate indiquée précédemment pour la pile de Grove et qui permet, tout en dimi-

Fig. 90.

nuant la quantité de liquide, d'augmenter les surfaces en présence et de rapprocher les différentes parties de la pile, ce qui diminue beaucoup la résistance (fig, 90). Dans le modèle

plat de o",2o de hauteur» la résistance peut tomber à o***""», 060; ce sont ces éléments qui sont employés pour actionner les grandes bobines de Ruhmkorff.

La pile de Bunsen, comme celle de Grove, est bien moins constante que celle de Daniell, à cause de Taltération progressive des liquides; sa résistance va alors en augmentant. Cesi là un des principaux inconvénients de la pile à acide azotique. Un autre inconvénient plus grave encore est le dégagement de vapeurs nitreuses. Archereau [les Mondes y t. II (i863)] propose, pour les arrêter, de recouvrir le vase poreux d'un récipient contenant des rognures de fer-blanc retenues par une grille de fil de fer.

Reinsch [Fortschritte[iS^S]^ remplace le cylindre de charbon par de la poussière de coke tassée dans le vase poreux, qu'on imbibe d'acide azotique et dans laquelle on enfonce un morceau de coke pour servir d'électrode.

Liais et Fleury [Comptes rendus des séances de r Académie des Sciences^ t. XXXV (1852)] suppriment le diaphragme el maintiennent le charbon imprégné d'acide azotique, en y creusant une cavité que l'on remplit d'acide quand le charbon est intérieur; dans le cas contraire, on entoure extérieurement le charbon d'un cylindre de verre qui est mastiqué à la partie inférieure, et l'intervalle annulaire compris entre le verre el le charbon est rempli d'acide azotique. La suppression du diaphragme augmente considérablement la conductibilité intérieure de la pile.

Si Ton veut avoir une pile résistante, il sufiil de prendre le charbon imprégné d'acide azotique par le procédé indiqué plus haut, et de l'enfermer dans un vase poreux rempli simplement d'acide sulfurique concentré. On peut même faire plonger ce premier vase poreux dans un second contenant de l'acide un peu plus faible, celui-ci dans un autre encore plus étendu, et ainsi de suite, jusqu'à l'eau acidulée dans laquelle est le zinc. On a ainsi un accroissement de résistance considérable.

Magrini [Fortschritte (i856)] remplace l'acide sulfurique étendu par l'acide chlorhydrique ; mais celui-ci a l'inconvénient

DE COMPOSITION CHIMIQUE VARIABLE. 2til

d'attaquer le zinc, même amalgamé, beaucoup plus que Tacide sulfurique, quand le circuit est ouvert.

Omeganck [Cosmos, t. XVI) remplace Tacide sulfurique par une dissolution de sulfate de mercure, ce qur a l'avantage d'entretenir l'amalgamation du zinc. D'ailleurs, on atteint ce dernier résultat en laissant simplement une petite couche de mercure au fond du vase quand on emploie de l'eau acidulée sulfurique.

Dans la pile du Moncel [Fortschritte (i856)], le vase poreux contient une pâte formée dé poussière de charbon et de sciure de bois avec une dissolution d'azotate d'ammoniaque. Dans le vase de terre, autour du vase poreux, on met une autre pâte formée de limaille de zinc et de sciure de bois avec une dissolution d'azotate. Dans chaque vase plonge un fil de cuivre pour recueillir l'électricité et servir de pôle.

On obtient avec cette disposition des courants assez faibles, mais très constants.

Thomas [Comptes rendus des séances de r Académie des Sciences, t.XLIX (1859)] propose de faire rendre les gaz qui se dégagent de la pile de Bunsen dans un vase poreux où ils seraient décomposés. Cette décomposition serait accompagnée de la production d'un courant que l'on pourrait ajouter au courant principal.

L'auteur n'indique pas autrement la disposition de sa pile.

Zaliwski-Mikorski [Comptes rendus des séances de l'Académie des Sciences, t. LXII (1866)] emploie une couche d'huile à la surface du zinc dans la pile Bunsen. Cela permettrait de supprimer l'amalgamation et accroîtrait considérablement la durée du courant. Selon l'auteur, l'huile interviendrait comme corps riche en hydrogène, c'est-à-dire comme corps combustible. Le zinc ne doit pas être noyé dans l'huile, mais en être simplement humecté. L'élher et les carbures d'hydrogène liquides produiraient le même effet que l'huile.

Le même auteur [Comptes rendus des séances de l'Académie des Sciences, t. LXII (1866)] donne à la pile de Bunsen une forme analogue à celle de la pile à auges.

Uaa PILES HYDRO-ELECTRIQUES A DEUX LIQUIDES

Le vase unique est une auge en bois recouverte à rintérieur d'un enduit inaltérable aux acides et contenant alternativement des cloisons de charbon et d'une substance poreuse quelconque, par exemple de terre de pipe. Une face de chaque lame plonge dans Tacide azotique, Tautre dans de Teau salée ou acidulée d'acide sulfurique. Dans les compartiments à eau acidulée, on met de la grenaille de zinc ou une lame de zinc mobile à volonté. Dans les deux dernières auges sont une lame de charbon et une lame de zinc pour servir de pôles.

Deux rigoles latérales amènent, à l'aide d'entailles, les liquides dans leurs cases respectives. Elles servent en même temps à recueillir ces liquides quand l'opération est terminée. Pour cela, les cases à acide azotique sont munies à leur partie supérieure d'un couvercle qui ferme à moitié. On penche l'auge de ce côté pour recueillir l'eau, puis en sens inverse pour l'écoulement de l'acide azotique.

Comme enduit sur le bois, on peut employer soit un mélange de suif et de résine, soit, quand on veut un mastic plus résistant, un mélange de sulfate de baryte et de caoutchouc dissous dans une essence.

Pour rendre encore plus facile le maniement de sa pile à auges, Mikorski [Comptes rendus des séances de r Académie des Sciences, t. LXIII (1866)] lui apporte une petite modification.

Pour la remplir, on verse le liquide dans une des auges, et une rigole pratiquée à la partie inférieure le transporte dans tous les compartiments analogues, et dans ceux-là seulement. La force du courant augmente à mesure que l'on remplit l'auge, et l'on est libre de s'arrêter où l'on veut.

Pour vider, on commence par ajouter un peu de liquide; le niveau normal s'élève et amorce un siphon, dont la branche extérieure est mobile, à l'aide de tubes en caoutchouc, et dont la branche intérieure fixe, noyée dans le mastic, sort de la rigole inférieure qui met en communication toutes les auges analogues. Grâce à cette disposition, on n'a plus jamais besoin de déplacer l'auge.

Enfin, le mastic est composé essentiellement de soufre.

Au lieu de mettre dans les compartiments à eau acidulée de la grenaille de zinc, il y met aussi des lames de zinc reposant contre le charbon et sur une saillie que ce dernier porte à sa partie inférieure, de sorte que la communication entre le zinc et le charbon s'établit par le seul poids du métal.

Ces lames de zinc, au lieu d'être amalgamées, peuvent être préservées par l'huile, comme l'auteur l'a lui-même indiqué.

Dans une autre Communication parue dans le même Volume, Zaliwski-Mikorski prétend avoir observé que, en substituant le mercure à l'eau acidulée au contact du zinc dans une pile de Bunsen, la pile fonctionne comme d'ordinaire (?).

Le même auteur [Comptes rendus des séances de r Académie des ScienceSy t. LXIV (1867) et t. LXX (1870)] propose encore la pile suivante : au centre, un premier vase poreux contenant un charbon et de l'acide azotique ; ce vase plonge dans un second rempli d'acide sulfurique; enfin, le vase extérieur renferme le zinc et une dissolution de chlorhydrate d'ammoniaque; de la sorte, il n'y a plus d'effervescence, et le zinc se consume peu à peu sans déperdition inutile.

Miergues [Comptes rendus des séances de l'Académie des Sciences^ t. LXVI (1868)] a imaginé une disposition qui supprime à la fois les deux vases dans la pile de Bunsen. Le charbon possède alors la forme d'un vase poreux et contient dans son intérieur l'acide azotique. Le vase extérieur est formé par un cylindre de zinc amalgamé, fermé au fond par un disque de caoutchouc, et qui contient l'eau pure ou acidulée.

On emploie encore, sous le nom de pile Faure, une pile qui paraît identique à la pile Miergues; comme dans cette dernière, l'acide azotique est contenu dans un vase formé d'un mélange de plombagine et d'argile, et qui plonge directement dans l'eau acidulée du vase extérieur.

La consommation d'acide azotique paraît moins grande que dans le modèle ordinaire de Bunsen, mais quelques expérimentateurs ont rencontré avec la pile Faure de sérieuses difficultés; huit couples montés avec soin n'ont pu porter à l'incandescence

lÀli PILES HYDRO-ÉLECTRIQUES A DEUX LIQUIDES

rexlrémilé d'un charbon de fj [la Lumière électrique, p. 1 13 (1879)]. ^^^ insuccès tient probablement à la mauvaise conductibilité des bouteilles ou à leur porosité insuffisante. La qualité du charbon a beaucoup plus d'influence, en effet, dans cette pile que dans la pile Bunsen ordinaire.

On a cherché à effectuer rapidement le montage et le démontage des piles composées d'un grand nombre d'éléments. Il n'y a guère de difficultés pour une pile à un seul liquide. La disposition des piles de WoUaston {fig. 28) sera toujours recommandable. Mais, avec les piles à deux liquides, la séparation des deux vases complique beaucoup l'opération; c'est surtout avec la pile de Bunsen que la difficulté est la plus grande, à cause de l'action corrosive de l'acide azotique qui se répand nécessairement quand on enlève le charbon. Aussi les efforts des constructeurs et des physiciens se sont-ils portés de ce côté.

M. du Moncel ajuste les vases poreux contenant l'acide azotique et le charbon dans des trous pratiqués dans une planche de bois, qui est enduite de cire à bouteille. Une rondelle de gutla-percha, interposée entre le bord du trou et le vase poreux, empêche l'infiltration de l'acide azotique dans le bois, qui, sans cette précaution, serait rapidement détruit. Les charbons sont maintenus fixes dans les vases poreux par des cales de bois recouvertes de cire, qui ferment à peu près complètement les vases; ceux-ci présentent d'ailleurs un petit trou au-dessous de la planche qui les porte. On en verra plus loin l'usage.

Les cylindres de zinc sont semblablement ajustés sur une seconde planche de bois, percée de larges trous pour les recevoir. Sur cette planche sont fixés des fils de cuivre recouverts de gutta-percha, qui sont soudés aux zincs et se terminent d'autre part par des bouchons de cuivre qui peuvent entrer dans des godets creusés au sommet des charbons et remplis de mercure.

Pour démonter cette pile, on détache les bouchons et l'on enlève d'un coup la planche qui porte tous les vases poreux.

On les porte dans une série de vases fixés près de là et contenant de Tacide azotique. De celte façon, les vases poreux sont soustraits à Tévaporation et restent remplis jusqu'au petit trou pratiqué au-dessous de la planche.

On n'a plus qu'à enlever la seconde planche portant les zincs pour terminer l'opération. Le remontage est aussi simple que le démontage.

M. Daguin a employé la disposition suivante, qui peut s'appliquer à un grand nombre d'éléments [fig. 91).

Les éléments sont placés sur une seule rangée, et à côté se trouve une seconde rangée de vases de verre, fixés dans une auge unique, qui peut être en bois. Les vases de verre contiennent de l'acide azotique, et l'auge de l'eau ordinaire. Les zincs et les vases poreux de la pile avec leurs charbons sont

Fig. 91.

fixés à une même traverse de bois; il faut donc, pour démonter la pile, élever la traverse et l'apporter au-dessus de la rangée de vases à acide azotique fixés dans l'auge, puis

Cet A. i5

aa6 PILES UYDRO-ÉLEGTRIQUES A DEUX LIQUIDES

abaisser la traverse de façon que les zincs soient immergés dans Feau de l'auge et les vases poreux dans les vases de verre. Pour cela, la traverse est soutenue par une chaîne à la Vaucanson, que Ton manœuvre à l'aide d'un treuil mobile sur des rails fixés au bâti de Tappareil. Quand la traverse a été élevée au-dessus des vases de la pile, on fait glisser le treuil sur les rails et on amène la traverse au-dessus de l'auge. Il n'y a plus qu'à la faire redescendre.

Les vases poreux sont d'ailleurs bouchés et entourés de bourrelets de caoutchouc qui ferment les vases d'acide azotique, de sorte que l'évaporation de cet acide est évitée pendant le repos.

On a vu à l'Exposition universelle de i855, à Paris, un système dû à MM. Jedlick et Csapo, et qui offre l'avantage d'être peu encombrant, facile à monter et à démonter. Voici ce système, perfectionné par M. Marçais en iSSg.

Les éléments sont rassemblés dans une .auge unique ifië' 9^)> coulée en un seul bloc de matière isolante. Celte matière est composée de soufre, d'oxyde de fer et d'amiante, ■et se façonne à chaud à l'état pâteux. Après le refroidissement, elle devient très dure et inattaquable aux acides. Des

Fjg. 92.

SM