Sur l'éclairage électrique

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Sur l'éclairage électrique

WARTMANN, Elie-François

WARTMANN, Elie-François. Sur l'éclairage électrique. Bibliothèque Universelle de Genève, 1857, vol. 36, no. 144, p. 1-12

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http://archive-ouverte.unige.ch/unige:110487

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SUR L'ÉCLAIRAGE ÉLEC;l';RIQUE

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PAR _(:',-

M. LE PROFESSEUR ÉLIE WAR'ÎMANN.

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En 1852, l'Administration municipale del~>viHe de Genève ayant à s'occuper de l'éclairage des nouveaux quartiers, vers l'époque où expirait le privilége de la Compagnie du gaz, m'in- vita à rechercher s'il serait possible d'employer économique- ment la lumière électrique. Telle a été l'origine d'une nom- breuse série de recherches, dont je m'occupe encore après di- verses interruptions forcées. Je les aurais soumises plus tard au jugement du public, si le mémoire de M. le professeur Thury ne m'obligeait à prendre date pour ceux au moins des résultats obtenus qui ont de l'analogie avec les projets qu'il in- dique comme réalisables.

Plusieurs de mes appareils ont été présentés dans diverses séances de la Société de Physique et de la Classe d'industrie de la Société des Arts; ils ont été décrits et mis en jeu dans des cours publics faits à l'Académie et devant la Classe, ainsi qu'en présence de délégués du Conseil administratif. Une notice sur le fixateur à poudre a été imprimée dans le Bulletin de la Classe pour novembre 1853, et reproduite par M. du Moncel dans le tome III de son Exposé des applications de l'é- lectricité. Le fixateur à baguettes se trouvait parmi les instm- ments que j'ai exposés à Paris en 1855, et il est employé ac- tuellement à l'éclairage du phare de la rade de notre nouveau port.

Les efforts des personnes qui se sont occupées d'éclairage électrique semblent s'être jusqu'à présent concentrés sur deux points : obtenir la lumière la plus intense, et lui assurer le plus de fixité possible. De tous les corps entre lesquels on a fait naître l'arc voltaïque, le charbon de cornue est celui qui

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produit l'éclat le plus vif. Quant aux fixateurs, on en a pro-, posé un grand nombre. Celui de M. Jules Duboscq donne tl'assez bons résultats lorsqu'il a été réglé; cependant, il ne peut fonctionner sans contrôle pendant plus de deux heures, et sa régularité est loin d'être absolue. C'est ce qui résulte des expériences faites le 13 mai 1852 par cet ingénieux artiste, dans le hut d'illuminer le Champ-de-Mars à Paris^1, et de celles que j'ai entreprises à Genève vers la même époque ^2•

Je pense qu'il faut résoudre autrement le problème de l'é- clairage électrique. Un arc d'un éclat excessif, bon pour un phare, par exemple, détermine dans l'usage civil des contrastes d'ombre et de lumière très-désavantageux, et qui fatiguent l' œil. Si, pour protéger celui-ci, on dispose l'appareil à une grande hauteur, on accroît la surfàce éclairée , mais on perd beaucoup de lumière. N'est-il pas plus rationnel d'assimiler les conditions de l'éclairage électrique ^à celles de l'éclairage au gaz? Pourquoi n'établirait-on pas, dans le circuit d'une pile suffisamment intense, autant de becs elecln"ques qu'il y a de points à illuminer, chacun de ces becs ayant un éclat égal à celui de quelques becs de gaz ? Alors la lumière électrique se rencontrerait partout où les conducteurs pénètrent, dans les cours, les allées, les ateliers, les magasins, les salons, et où l'il- lumination produite par un phare extérieur serait sans efficacité.

Je me suis assuré, depuis longtemps, qu'on peut faire jaillir l'arc électrique entre plusieurs points d'un même circuit. La somme <les lumières émises par deux fixateurs de Duboscq, agissant ensemble, est sensiblement égale à la lumière produite par un seul d'entre eux. Pour montrer la possibilité de multi- . plier les points éclairants, on dispose les unes à la suite des

autres une douzaine de capsules de porcelaine remplies de mer- cure, et on plonge les conducteurs de la pile dans les deux extrêmes. Ces capsules communiquent deux à deux par des

i Voyez le journal le Cosmos .• tome!, page 82.

• Bibl. Univ. (Archives), tome XX, page 282; aoûl 1852.

Stlf\ L'ÉCLAIRAG2 ÉLECTP.IQIJE. 3 fils de cuivre fixés sur une traverse. Si on soulève celle-ci avec soin, on produit vingt-deux arcs qui brillent jusqu'à ce que la vaporisation du mercnre et la combustion des fils aient altéré les conditions de passage du courant.

Trois obstacles se présentent quand il s'agit d'entretenir plu·

sieurs becs sur un même parcours galvanique. D'abord, une pile formée d'éléments très-nombreux engendre un courant qui s'affaiblit au bout de quelques heures. J'assure à ce courant la constance nécessaire par le moyen de mon compensateur vol- taïque ^1•

Secondement, l'interruption du courant en un seul point éteindrait tous les becs à la fois. Cette interruption peut ré- sulter de l'action d'un aimant sur l'arc, d'une trop grande dis- tance enlre les charbons, ou d'un courant d'air (on peut souf-

fler la flamme électrique comme celle d'une bougie). Mais j'ai constaté qu'il est possible de suspendre la circulation de l' é- lectricité pendant ₂¹₀ de seconde sans que l'arc s'évanouisse, et je montrerai plus loin comment cette circonstance permet Je lever la difficulté.

En troisième lieu, l'éclat de chaque hec électrique variera avec le nombre des autres becs qu'on allumera dans l'intervalle des pôles. On remédie à cet inconvénient par l'intercalation dans le circuit d'autant de résistances partielles qu'il y a de becs, chaque résistance équivalant à celle du passage du cou- rant entre les charbons. Des conducteurs convenables obli- gent le courant à traverser la résistance, ou l'en débarrassent, suivant que le bec fonctionne ou non.

Ces dispositions s'appliquent à tous les appareils régula- teurs. J'ai cherché à les rendre plus efficaces en les combinant avec des moyens nouveaux de fixer l'arc électrique. On sait que le charbon positif éprouve dans le même temps des pertes beaucoup plus considérables que l'autre, par suite du trans-

1 La description de cet appareil se trouvera dans le prochain numéro des Archives.

!~ sur. L'ÉCLAIRAGE ÉLBCTRIQU!L

port de ses molécules sur le charbon négatif. Or, on peut compenser ces pertes en faisant tomber sur lui de la pou- dre de charbon ou de graphite, en quantité égale ou un peu supérieure à celle que lui enlèvent la combnstion et le trans- port. De cette manière, l'usage du bec n'est plus limité, comme dans les autres appareils, par la longueur toujours restreinte des baguettes de charbon. J'entoure ce bec d'un tube de verre qui régularise le courant d'air et empêche les vacillations de la flamme. Enfin, j'adapte, s'il en est besoin, un réflec- teur pour concentrer la lumière dans une direction déterminée, la position du point lumineux demeurant invariable.

li ne me reste qu'à décrire l'ensemble des pièces qui pré- sident au fonctionnement d'un bec électrique.

Soit P (pl. II, /ig. 1) le conducteur positif de la pile qui abou- tit par le fil a au bouton à vis b, soutenu par l'arc gg, et où il se bi- furque. Une branche c, qu'on arrête par la vis b, se termine par un disque de cuivre d dans le vase R. Celui-ci contient une so- lution toujours saturée de sulfate de cuivre, de longueur telle que la résistance qu'elle oppose au passage du courant soit égale à celle que le même courant éprouve ^à franchir l'intervalle entre les charbons, quand l'arc est au maximum de son éclat.

Sur le fond du vase est un disque e, soudé au fil

f,

quis' arrête au bouton à vis ^h. Là se réunissent deux fils, l'un i allant au hou~

ton à vis k qui maintient le ressort l, l'autre m qui se termine à un écrou dans lequel il est fixé par la vis de pression n.

Du bouton b part un second fil o, qui s'enroule sur les deux branches de l'électro-aimant E, puis se prolonge en p jusqu'à la traverse métallique q. Cette traverse, et une autre q', ser- vent à maintenir une tige de laiton dentée en crémaillère et qui se manœuvrc à l'aide du pignon r. La tige porte l'un des charbons C, apointi vers le haut, et dont la base est entourée d'une rebord concaves. Cette même tige présente sur la face opposée à la crémaillère une lame de platine t, isolée dans un cadre d'ivoire. Trois ressorts pressent cette face, l déjà

sur. L'ÉCLAIIHGE ÉLl!.C'l'l\JQUE. 5 indiqué, z qui est lié avec le pôle négatif N, enfin y mis en relation par le fil u et la branche métallique v avec le charbon supérieur S. Les extrémités libres des ressorts et la longueur de la lame t sont disposées de manière que le ressort z com- munique tantôt avec y, tantôt avec l, suivant le jeu du pi- gnon. L'un des ressorts extrêmes touche la lame à l'instant où l'autre lui échappe, en sorte que le courant n'est jamais in- terrompu, et qu'il n'y a pas d'étincelles à redouter pour la con- servation de ces ressorts.

La longue branche v de cuivre repose d'une part, par le tranchant d'un couteau, sur la pièce fixe w; de l'antre, elle est maintenue par un léger ressort à boudin x, terminé par une vis, et dont la position se modifie à !'aide de !'écrou a' . De la pièce de métal w part un conducteur B, lié à la colonne G, qui porte le couteau d'appui de l'armature de fer doux A. Le jeu de cette armature se n\gle par le moyen de deux ressorts à boudin e' et z', qui se tendent r.hacun par des tiges à vis et des écrous convenables. Cette disposition ressemble à celle que M. Hipp a introduite dans la fabrication des relais télégra- phiques de la Confédération suisse; mais elle en diffère en ce que le jeu des deux écrous opposés permet d'amener l'arma- ture à une distance quelconque des pôles, tout en donnant au système des ressorts une tension plus on moins grande. Or, on sait que, toutes choses égales, un ressort vibre d'autant plus vite qu'il est plus tendu. Rien, dès lors, de plus aisé que <l'obtenir le retrait de l'armalnre, quand J"électro-aimant cesse de l'atti- rer, dans un temps beaucoup moins long que.)" de seconde.

L'extrémité b' de l'armature est destinée à s'appuyer contre la vis c', mohile dans l'écrou isolè qui porte la vis n. L'autre extrémité d' embraie la roue e' , quand l' électro-aimant E ne fonctionne pas. Cette roue est portée par l'axe d'une hé- lice n', mue par un mouvement d'horlogerie D (susceptiblti d'agir comme compleur7 si cela est utile), et qui fait tomber la poudre de charbon dont est rempli le réservoir conique m' .

6 SUR L'Ér.LArnAGE ÉLECTRIQUE.

Cette poudre traverse un canal pratiqué à travers le gros char- bon S, et arrive fortement échauffée sur le charbon C ; l' excé- dant est recueilli par le rebords. Sur la projection d' est en- core fixée une chaînette q', qui s'enroule sur la petite gorge de la poulie de renvoi p'. Une autre chaînette h' s'attache sur la grande gorge de cette poulie et a l'extrémité du bras v.

li est facile de comprendre l'action de l'appareil. Tant que le porte-charbon n'aura pas été soulevé par le pignon r, le ressort y demeurera isolé, le ressort ^l touchera la lame de pla- tine t, et le courant n'aura d'autre voie que celle des conduc- teurs Pa bd Re

f

h ikl t zN.

Quand, au contraire, on aura exclu le ressort l et amené le ressort y à presser contre t, le courant se partagera entre deux routes. Une partie passera parPabdRefhmnc'b'GB wuytzN, en surmontant la résistance R. L'autre portion, beaucoup plus considérable, se dirigera parPaoEpqCSvwu ytzN, parce que les deux charbons se toucheront. Aussitôt, l'électro-aimant attirera l'armature, et, ouvrant le premier cir- cuit de b' à c' entre lesquels s'établira un intervalle suffisant, fera cesser la dérivation. En même temps, l'abaissement de l'arrêt d' rendra libre le mécanisme du distributeur D, et la chaînette q' ayant cédé, permettra au ressort x de soulever la branche v, ainsi que le charbons, ala hauteur nécessaire pour que l'arc soit le plus brillant possible. Cette hauteur se déter- mine non-seulement par la tension des ressorts x, e' et z' , mais encore par le rapport des rayons des deux gorges de la poulie p' . Si une cause quelconque rompt l'arc entre Cet S, le cou- rarit cessera aussitôt de circuler autour de l' électro-aimant E.

Alors l'armature A, remontant de suite, rétablira la continuité du circuit par n c 'b ¹ G B wu. Les autres becs électriques, dis- tribués sur le parcours du conducteur général de la pile, ne seront pas éteinls, et leur éclat ne subira aucune modification, puisque le courant traverse la résistance R. Mais le relèvement de l'armature A aura simultanément pour effet de descendre

7 le charbon S jusqu'au contact du charbon fixe C, et le bec se rallumera ainsi d'une manière toute automatique.

Le charbon S, terminé en cône d'un grand diamètre, ne se raccourcit pas sensiblement, parce que le courant dont il est traversé est d'une intensité modérée, et y dépose les molé- cules arrachées à C. Si toutefois on veut compenser la perte minime qu'il éprouve, il suffit de donner ^à l'écrou a' un mouvement très-lent, emprunté au mécanisme du distributeur D. L'allongement du ressort x, qui en résulte, assure la con- stance de l'intervalle que le courant doit parcourir entre les charbons.

Ainsi, quand la pile est en activité, la seule chose à faire pour allumer le bec électrique ou pour l'éteindre, consiste à mouvoir le pignon r dans un sens ou dans l'autre. Les limites de son ex- cursion sont réglées par les traverses j j' , fixées à la tige. On n'a d'autres soins à prendre que de monter le ressort du distribu- teur, de renouveler la provision de poudre dans le réservoir très-capace m', et de remplacer, à longs intervalles, le char- bon S, ainsi que le disque D, qu'il convient de faire très-épais.

Le vase R doit avoir de grandes dimensions pour empêcher que l'échauffement du liquide ne puisse y devenir considé- rable, ce qui diminuerait sa conductibilité. Dans le cas où le courant serait très-intense, les conducteurs d et e se~détério­

reraient en donnant naissance aux fourmillements lumineux que j'ai décrits en 184·7i.

Le fixateur à poudre ne peut être commodément suspendu dans toutes les positions. L'appareil à disques de charbons lui est préférable à cet égard. Un disque peut être considéré comme formé d'une baguette enroulée en spirale, et dont la longueur cesse d'être un obstacle à son emploi industriel. Deux

1 Bibl. Univ. (Archives), tome V, page 154; - .innales de Chimie et de Phys., tome XXII, pag-e 1 7.

8 SUI~ L'ÉCLA!t\AGE ÉLECTl\lQUE.

disques plats, découpés dans un même cylindre pour qu'ils soient homogènes, sont disposés dans le même plan. Ils sont ani- més d'un mouvement de rotation, de telle sorte que, durant une 1·évolution entière, les portions en regard de leurs circonfé- rences soient séparées par un intervalle constant, et égal à celui qui donne à l'arc voltaïque son plus grand éclat. Les disques sont, en outre, après chaque tour accompli, ramenés à la même distance, et lenr périphérie est incessamment déli- vrée des dentelures produites par la combustion et le transport électrique, au moyen de l'action d'un ciseau ou de la pression de râpes convenablement disposées. L'inégalité d'action du courant sur chacun des charbons est compensée par la diffé,...

rence des chemins qu'on leur fait parcourir. Enfin, le jeu d'un électro-aimant opère , comme dans le fixateur à poudre, pour rallumer instantanément l'appareil, si la flamme venait à s'é- teindre. Voici l'arrangement des pièces essentielles:

Deux vis de métal, A et B (fig. 2), filetées l'une à droite, l'autre à gauche, sont disposées suivant le même axe. La pre- mière se termine d'une part par un cylindre de moindre diamètre, qui peut glisser à frottement doux et sans tourner à l'intérieur d'une ouverture pratiquée dans l'extrémité de B; d'autre part, en un cylindre cannelé o. Elle repose dans le collet c, terminant le pont c', par une partie cylindrique k qui se pro- longe en une tête ou bouton i·, précédé d'une gorge qu' em- brasse librement un anneau d, soudé à l'armature de fer doux e, commandée par l'électro-aimant C. La tige glisse libre- ment dans le collet

c.

L'autre vis B présente aussi un cy- lindre cannelé p, et s'appuie sans ébat au collet a, porté par le pont b. Sur les vis se déplacent en sens rectiligne inverse les écrous g et h, qui portent les arbres cylindriques i et k, libres de tourner entre des coussinets isolants. Les bras l, m infé- rieurs de ces arbres aboutissent à une coulisse de maintien pratiquée dans le socle n, séparé en deux moitiés par la tra- verse isolante y, tandis que les bras supérieurs supportent les

SU!l L'ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQUE. 9 roues de couronne

o',

p', el les disques de charbon q,

r,

sur le bord desquels frottent les râpes s, t, mobiles autour des axes ee,

ff,

pressées par les ressorts u, v, et dont la longueur est suffisante pour agir encore quand les disques sont réduits à un mince anneau central. Les roues o' et p', et les cylindres can- nelés o, p, embraient et sont taillés de manière à faire une ré- volution dans le même temps. La longueur des cylindres est égale au rayon des roues, lequel est un peu plus petit que celui des disques. La roue o' est portée un peu plus haut que l'autre, afin que, par le jeu des écrous, elle puisse se super- poser en partie à p' sans l'entraver dans sa fonction. L'incli- naison des filets des deux vis n'est pas la même, en sorte que la différence des chemins parcourus par les écrous compense l'excès d'usure du charbon positif sur le négatif. Comme le mécanisme aurait été plus compliqué si les écrous eussent dû progresser d'une manière intermittente, après chaque révolu- tion des disqnes accomplie, j'ai préféré ne pas donner à ceux- ci la forme exactement circulaire. La vitesse des charbons à la périphérie diminue avec leur diamètre, ce qui laisse au cou- rant le temps de les ronger de plus en plus; mais cet incon- vénient disparaît par l'action des râpes, qui, à chaque révolu- tion des disques, les usent un peu plus que cela n'est néces- saire pour faire disparaître les dentelures les plus profondes.

- Le système des deux vis est mis en mouvement lent par un mécanisme représenté par la manivelle z, analogue ^à celui qui est appliqué au distributeur D (fig. 1). On peut, du reste, remplacer le moteur (ressort, poids, etc.) qui y est employé par l'action du courant lui-même, ainsi que je le montrerai ailleurs. La puissance du moteur doit être fonction de l'inten- sité dn courant et de la nature des charbons. La vis mobile est pressée par un ressort qui s'oppose à l'attraction de l' élec- tro-aimant C, et dont l'élasticité doit être telle, qu'il opère le rapprochement des disques jusqu'au contact en moins de -f,) de seconde. Celle disposition est d'autant plus nécessaire que

SUR L'ÉCLAIRAGE ELECTRIQUE.

l'arc voltaïque ne s'établit pas toujours suivant la ligne des centres des disques.

On peut supprimer les vis et les écrous, et obtenir le double mouvement de translation et de rotation des disques par d'autres combinaisons mécaniques. La fig. 3 représente une des plus simples. Deux liges finement dentées en crémaillères aa' et bb', sont disposées parallèlement entre elles. Deux axes c, d, pourvus chacun d'une paire de minces pignons ee,

'rr'

qui engrènent avec les tiges, supportent dans leur intervalle les poulies g,!1, et extérieurement les disques y, z. Sur la gorge de ces poulies, on a enroulé, en sens inverse, une chaî- nette flexible i, qui passe sur un troisième mobile k (fig. 4).

Celui-ci peut être une poulie portée par un axe dont le pignon embraie une crémaillère perpendiculaire aux deux autres a a' et bb', ou un cône taillé sous la forme d'une fusée, ou une spirale plate, etc. En communiquant un mouvement de rota- tion à l'arbre du troisième mobile, on oblige les disques à tour- ner et à se rapprocher, avec des vitesses qu'il est facile de modifier suivant les données de l'expérience. tes crémaillères sont, du reste, formées chacune de deux moitiés, que l'action d'un resso1'l tend à maintenir au contact. L'une, qui porte la poulie h, est fixée sur un cadre; l'autre, qui porte la poulie g, est susceptible de glisser parallèlement à elle-même, sous l'in.:.

fluence de l'attraction de l'électro-aimant m. La chaînette i se prête, par son élasticité, à ce petit mouvement, qui suffit à écarter les disques y el z à la distance convenable, et elle ac- quiert alors la tension qu'exige le sûr fonctionnement des mo- biles. Un jeu de leviers permettrait d'obtenir le même effet avec une chaînette non extensible.

Les fixateurs à disques ne fonctionnent régulièrement que lorsque toutes leurs pièces sont ajustées avec beaucoup de so- lidité et de précision. Leur prix élevé, et la nécessité d' em-

ployer des charbons dont l'homogénéité n'est pas parfaite, m'ont engagé à simplifier les fixateurs à bague!les. Parmi les disposi- tions nombreuses que j'ai étudiées, je décrirai ici la suivante:

Sur un support isolant a a (fig. 5), sont fixées deux branches métaJli._pies iJb, cc, recourbées à angle droit, et un électro-aimant d, qui commande l'armature e, portée par la tige /, et dont la course est limitée par les vis d'arrêt fJ et g'.

Un double ressort le ramène, comme dans le fixateur à poudre, fig. L Sur l'extrémité de la tige (qui passe dans une décou- pure de la colonne b), se trouve un ressort h, dont la vis 1: mo- dère le déplacement, et qui présente une tête ayant la forme d'un petit prisme triangulaire. La face inférieure horizontale de ce pr~me agit sur une rone de rochet à dents rapprochées/;;, sur l'axe de laquelle deux poulies extét'ieures l et rn ont été fixées.

La plus large m retient une chaînette qui, passant sur les poulies de renvoi ni' et m", s'attache à une masse lourde de laiton n, qui peut glisser librement le long des tiges parallèles o, o', et sup- porte par la vis de pression p le charbon supérieur, vertical, positif, dont le bout passe à l'aise dans l'anneau q, maintenu par le bras r. L'autre poulie l, d'un moindre diamètre, retient une deuxième chaînette qui s'y enroule en sens inverse, et qui, après avoir passé sur les poulies de renvoi s, t, 'u, s'arrête sur le petit treuil v, qui tourne à l'extrémité de la branche c.

Une masse io, beaucoup plus légère que 11, supporte la poulie t, et retient aussi par une vis de pression le charbon inférieur négatif, moins long que l'autre, et qui, comme lui, traverse librement une cavité annulaire sur laquelle les poulies s et u prennent appui.

Le jeu de l'instrument se conçoit aisément. Le poids n ra- mène les charbons au contact. Alors le courant, agissant dans l'électro-aimant, fait tourner la roue de rochet d'un arc dé- terminé par la vis g', et qui produit l'intervalle d'éclat maxi- mum. Quand les poulies l et m ont les rapports de diamètres voulus, l'arc brille en un lieu invariable, entre l'anneau q et

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son voisin. Dès que le courant faiblit, l'armature commandée par deux ressorts d'une tension convenable est ramenée, le ressort h laisse la roue K libre de tourner par l'influence du poids n, et la lumière a repris sa vivacité, après une intermit- tence insensible à l' œil.

Il est, du reste, facile de modifier la position du socle aa, de manière à reporter l' électro-aimant à l'intérieur des branches b etc, ce qui donne à l'appareil une forme plus symétrique.

Celle qn'indique la figure en facilite la description.

Genève, 25 novembre 1857.

T!RIÎ DE LA BIBLIOTHEQUE UNIVERSELLE DE mrnlivE.

Décembre 1857.

Avec autorîsntion de la Directif':-:,