I. - ÉLECTRICITÉ ATMOSPHÉRIQUE
§ 1. — Conductibilité électrique de la Tour et de ses prises de terre.
Nous rappellerons d'abord qu'au moment de la construction une Commission spéciale, composée de M. Becquerel, membre de l'Institut, de M. Mascart, membre de l'Institut et directeur du Bureau central météorologique, et de M. Georges Berger, président honoraire de la Société Internationale des électriciens, avait indiqué les mesures spéciales à prendre pour protéger la Tour contre l'action de la foudre.
Nous extrayons du rapport de cette Commission les passages suivants :
« La Tour de 300 m pourra jouer le rôle d'un immense paratonnerre protégeant un très large espace autour d'elle, à condition que sa masse métallique soit en communication parfaite avec la couche aquifère du sous-sol par le moyen de bons conducteurs.
« Grâce à ces précautions, l'intérieur de l'édifice, avec les personnes qui s'y trouveront abritées, sera absolument assuré contre tout accident pouvant provenir des coups de foudre fréquents qui frapperont infailliblement les parois de la Tour à différentes hauteurs.
« Pour réaliser la non-isolation de la Tour dans les meilleures con-
ditions, on noiera dans la couche aquifère des conducteurs métalliques à grande section, émergeant du sol et mis en communication avec les parties métalliques basses de la Tour, au moyen de câbles, de barres ou de lames de cuivre à grandes sections. »
Nous avons indiqué précédemment comment il avait été obéi à ces prescriptions pour les prises de terre. Nous ajouterons seulement, au point de vue des paratonnerres, que celui qui surmonte le campanile est du système Melscns; il est terminé par trois pointes inclinées de 1,50 m de longueur et il a une longueur totale de 10,79 ^^^* ^^ ^ ^^ outre disposé sur le balcon supérieur de la }• plate-forme, à raison de deux par face, huit paratonnerres inclinés de même type.
Il était essentiel de s'assurer que les prises de terre répondaient bien au but que Ton s'était proposé.
Une première détermination de celle résistance a été faite en janvier 1889 par M. G. Borrel. La méthode employée a été celle du pont de Whealstone, modifiée par M. E. Guérin, capitaine à la section technique de Tartillerie. La plus grande résistance trouvée est de 4 ohms 125 (terres de la pile j) et la moindre de i ohm 05 (terres de la pile 4). La valeur maximum que doit présenter la résistance d'une bonne terre de paratonnerre étant admise à 1 5 ohms, on reconnaît que la terre la plus résistante est j 1/2 fois moindre que la limite indiquée, c'est-à-dire que ces prises de terre sont dans les meilleures conditions.
En août 1889, M. A. Terquem, chef d'escadron d'artillerie, a fait de nouvelles expériences très précises sur la conductibilité électrique de la Tour et de ses prises de terre; elles sont relatées dans une Note présentée à l'Académie des Sciences le 2 décembre 1889, que nous reproduisons en entier, en raison de son intérêt, et qui résume tout ce qui peut être dit à ce sujet:
« La Tour Eiffel étant la première construction en fer d'aussi grande dimension dans le sens vertical, et devant, en raison de sa forme, subir de la part de l'électricité atmosphérique une action considérable, il a paru intéressant de vérifier, par des mesures précises, les conditions de sa conductibilité propre et de ses liaisons avec la terre. La Tour est munie actuellement de neuf paratonnerres, surmontés d'une aigrette de pointes et reliés directement à la charpente en fer qui fait l'office de conducteur; on a pensé que cette charpente, assemblée au moyen d'innombrables
rivets placés à chaud cl en réunissant les diverses parties avec une pression très considérable, formerait une masse aussi conductrice que si Ton avait eu recours aux soudures habituelles.
« Les prises de terre, destinées à assurer la liaison avec le sol, sont au nombre de huit, par groupe de deux pour chaque pile ; pour les piles Nord et Ouest, ce sont des tubes en fonte, de 20 cm de diamètre, descendant verticalement à 12 m environ au-dessous de la surface du sol à la cote de 20 m; pour les piles Est et Sud, ce sont de gros tubes de 50 cm de diamètre, descendant verticalement d'abord, puis se recourbant à angle droit sur une longueur moyenne de 18 m; ils sont enfouis dans les alluvions de la Seine, à la cote 26 m. Provisoirement, les perd-fluides sont réunis à la Tour par des câbles en fer et des bandelettes en fer feuillard, appliquées sur les charpentes.
« On s'est servi pour la mesure des conductibilités, une première fois d'un pont de Wheatstonc, construit par M. Gaiffe pour la vérification des paratonnerres des magasins à poudre ; la seconde fois, on a opéré simultanément avec un autre appareil du même constructeur, muni d'un galvanomètre à réflexion du type Deprez et d'Arsonval, qui permet un emploi commode de la méthode de Mance. La détermination de la résistance d'une prise de terre exige trois expériences et deux prises de terre auxilaires, dont on mesure la somme des résistances deux à deux. Les trois inconnues sont données par trois équations du premier degré.
« Dans l'espèce, il a suffi de combiner deux à deux les prises de la Tour elle-même.
« Pour mesurer la conductibilité de la Tour, le câble de transmission du phare et des projecteurs a été isolé d'abord des appareils et mis en communication avec la base du paratonnerre central; on a ensuite relié la base du câble et une charpente de la pile Ouest aux deux bornes du pont, la Tour fermant le circuit. La résistance, mesurée plusieurs fois, a été trouvée égale, au degré d'approximation des appareils, à la résistance des câbles qui avaient servi aux connexions. La résistance de la Tour est donc négligeable.
« Pour mesurer la résistance des perd-fluides, on les a isolés de la Tour dans les piliers Est, Sud et Ouest, et l'on a obtenu, pour trois d'entre eux :
E, 0,3 o) Sj. . » . • 0,3 w S^ 3,2 co
« Dans la deuxième série d'expériences, on a isolé les perd-fluides N^ et Nj de la pile Nord, en prenant comme troisième terre la Tour T à la base de la pile Est. La méthode du pont avec le premier appareil Gaiflfe et la méthode de Mance avec le second appareil ont donné :
« Pour la méthode de Mance, la pile employée était composée de deux éléments au sulfate acide de bioxyde de mercure, pile très constante et n'ayant que 1,9 w de résistance.
« On a enfin isolé le perd-fluide E^ de la pile Est en le comparant aux deux perd-fluides de la pile Nord ; les expériences ont donné :
E 0,2 co N, 1,1 (0 N, 1,3 co
a II semble qu'il peut être conclu de ces expériences, faites à deux mois d'intervalle, dans des conditions variées comme méthode et comme appareils, que la concordance des résultats obtenus offre de sérieuses garanties d'exactitude.
« La Tour elle-même doit être considérée comme un assemblage de charpentes parfaitement en contact les unes avec les autres, formant un conducteur de résistance inappréciable ; sa liaison avec le sol, au moyen des huit perd-fluides et des canalisations, est excellente, puisque la résistance n'a été trouvée que de o, i w ou o, 1 5 w au plus pour une seule pile.
« Les perd-fluides des piliers Est et Sud, qui offrent une très grande surface e ifouie dans les alluvions de la Seine, n'on que très peu de résistance, 0,3 w; quant aux perd-fluides des piliers Nord et Ouest, si leur résistance est plus forte, 1,1 w et 3,2 w, c'est sans doute parce que leur surface est beaucoup moindre et qu'ils traversent les caissons en béton formant les assises de la Tour.
« En résumé, nous pensons que l'ensemble des paratonnerres de la Tour Eiffel, établi suivant les savantes indications de MM. Becquerel, Berger et Mascart, peut être considéré comme très parfait, et qu'il est de nature à exercer sa protection dans un rayon considérable. »
§ 2. — Coups de foudre.
La foudre a frappé un grand nombre de fois le paratonnerre supérieur; nous avons même une photographie représentant d'une manière très nette ce phénomène.
Nous rappellerons seulement une observation faite le 19 août 1889, par M. Poussât, chef du service électrique de la Tour.
« Vers 9 heures et demie du soir, un vent très violent soufflait du Nord-Ouest accompagné d'une pluie fine. Rien ne faisait soupçonner la présence d'un orage, quand tout à coup un éclair immense a sillonné les nues et frappé avec un bruit épouvantable le paratonnerre, qui se trouve au sommet de la Tour, au-dessus du phare; la Tour métallique a résonné sous ce coup comme un diapason, et la vibration a duré plusieurs secondes. Au moment de la décharge, quelques goutelettes de fer en fusion sont tombées, provenant probablement de la fusion de la tige du paratonnerre, qui momentanément était dépourvue de sa pointe. Le bruit de cette décharge disruptive a imité celle de deux petites pièces d'artillerie tirées à intervalle inappréciable, mais cependant distinct à l'oreille. Le gardien du phare n'a ressenti aucune commotion, pas plus que les trois personnes qui se trouvaient sur la plate-forme des projecteurs. Depuis quelques jours, il avait été installé huit paratonnerres autour de la plate-forme des projecteurs ; l'extrémité de ces paratonnerres est constituée par un faisceau de tiges minces en cuivre, surmonté d'une tige qui s'avance de quelques centimètres en avant du faisceau. Ces paratonnerres ont parfaitement rempli leur rôle ; les nuages, en passant, se déchargeaient, produisant des décharges dites silencieuses, mais qui, en réalité, sont crépitantes et rappellent l'effet produit par un court circuit rapide, effet bien connu des électriciens. »
§ 3. — Variation diurne de l'électricité atmosphérique.
M. A.-B. Chauveau a fait sur cette variation d'importants travaux^ qui sont reproduits dans un Mémoire présenté au Congrès météorologique de Chicago (août 1893) et dans deux communications à TÂca-*
demie des Sciences (26 décembre 1893 el 25 septembre 1899) ; nous reproduisons celle-ci :
« Une série d'observations sur l'électricité atmosphérique au sommet de la Tour Eiffel a été organisée par le Bureau central météorologique, avec le concours du Conseil municipal de Paris,
« La prise de potentiel est faite, suivant la méthode indiquée par Lord Kelvin, à l'aide d'un mince lilet d'eau jaillissant de l'extrémité d'un tube horizontal à 1,60 m en dehors de la Tour. Le bassin métallique, constituant le réservoir d'eau, repose sur trois tubes de verre scellés dans une couche de soufre et noyés dans une masse épaisse de paraffine (i). Le tout est enfermé dans une boîte en chêne et placé, à l'altitude de 285 w?, sur l'extrémité de l'un des quatre arceaux (arceau Ouest) qui soutiennent la lanterne du phare.
« L'enregistreur photographique est un cylindre de Richard, monté horizontalement et tournant à l'intérieur d'une enveloppe métallique, dans laquelle une fente étroite est percée suivant une génératrice. Le papier photographique est enroulé sur le cylindre, la face sensible appliquée sur le métal, de telle sorte que ce soit le dos de la feuille qui se présente à l'impression lumineuse.
« Dans les conditions que nous venons d'indiquer, c'est-à-dire à 1,60 m environ de la surface de la Tour, le potentiel est fréquemment supérieur à 10.000 volts. Or, l'électromèlre à quadrants, au moins sous sa forme ordinaire, ne paraît pas se prêter à la mesure des potentiels élevés. La déviation de l'aiguille a une valeur limite, variable avec la sensibilité de l'appareil, mais correspondant toujours à une même valeur du potentiel, qui est d'environ j.ooo volts.
« Pendant une première série d'expériences faites à la fin de 1892, on avait dû, pour rester dans la limite des potentiels mesurables, réduire à 40 cm la longueur du tube d'écoulement. Mais, à cette altitude, les surfaces de niveau sont extrêmement serrées au voisinage de la Tour; aux plus légères variations dans la longueur du jet (provenant de l'action du vent par exemple) correspondent des variations considérables du
(1) L'isolement ainsi obtenu est au moins l'équivalent de celui que donnent les meilleurs supports à acide sulfurique, mais sous cette condition absolue que la surface de la parafline reste nette de toute poussière. Très aisément réalisable à l'altitude de 3oo m où Tair ne renferme plus que fort peu de matières solides en suspension, cette condition est un obstacle sérieux à l'emploi de la paraffine pour des observations continues au voisinage du sol;
potentiel observé et les courbes obtenues sont trop tourmentées pour pouvoir être dépouillées avec certitude.
« A défaut d'un instrument qui ne paraît pas avoir été réalisé jusqu'ici sous une forme appropriée aux observations d'électricité atmosphérique, nous avons pu, par un artifice fort simple, utiliser l'électromètre à quadrants pour la mesure de très hauts potentiels, tout en restant dans les
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