LA HOUILLE BLANCHE
Revue générale des Forces Hydro-Electriques et de leurs applications
^ A n n é e . — A o û t 1 9 0 8 . — N ° 8 .
La Houille noire a fait l'Industrie moderne;
la Houille b l a n c h e la transformera.
La Fabrication des Electrodes
« La houille noire a fuit Vindus/rie moderne; la houille Manche lu transformera », telle est la devise adoptée par noire jeune revue, L a Houille Blanche, qui s'efforce de fixer au jour le jour les transformations d e l'industrie m o d e r n e , ftde relater ses c o n q u ê t e s p o u r aider à la m a r c h e d u P r o - grès. L'avenir lui appartient, parce q u e , tant qu'il y a u r a des chutes d'eau disponibles — et il y e n a u r a l o n g t e m p s encore — u n e r e v u e d e ce g e n r e à la l'ois industrielle et scientifique sera nécessaire p o u r unir entre e u x les cher- cheurs et les praticiens, p o u r soutenir les u n s et conseiller les autres. S e s services contribueront a u d é v e l o p p e m e n t d e l'industrie nationale.
L a houille blanche transformera l'industrie m o d e r n e . Et,
je dirai
plus : la transformation est déjà faite e n partie.Mais
ce q u e T o n s e m b l e oublier u n p e u , c'est q u e — sur-tout
eu ce qui c o n c e r n e l'induslrie c h i m i q u e et métallurgi-q u e — l a
houille noire contribue, elle aussi, à la transfor- mation de l'industrie m o d e r n e . L a vieille houille noire n e jalouse point s a s œ u r cadette, et c'est d e tout s o n pouvoirqu'elle
l'aide, s o u s l'orme d e c h a r b o n s électriques et d'élec-trodes,
à m é t a m o r p h o s e r les anciennes industries, p o u r leplus
grand bien d e la prospérité é c o n o m i q u e d e notre p a y s . L e dévoué directeur d e cette R e v u e a bien v o u l u m e charger d'écrire la vie d e l'Electrode depuis s a naissance — bien plus laborieuse et c o m p l e x e q u e b e a u c o u p , s a n s doute, 11el'imaginent — jusqu'à s a m o r t à la tâche, d a n s les fours ou dans les bains électrochimiques. Je m'efforcerai, d a n s ce qui va suivre, de remplir le p r o g r a m m e qui m'est tracé.Qu'est-ce d o n c q u e l'électrode ? Quelle est s o n origine et sa destination ? P o u r q u o i a-t-elle pris d e n o s jours u n e importance aussi considérable?
Pour répondre à cette question, p o u r c o m p r e n d r e révolu-
lion
do l'électrode, il n o u s faut r e m o n t e r à s o n originem ô m e ,
c'est-à-dire à l'origine d e 1 electrochimie^et faire dé- rouler sous n o s y e u x les rapides progrès accomplis d a n scette
science ; n o u s verrons alors q u ' a u x m é t h o d e s d e chauffage et d e réactions électriques qui devenaient d e plus en plus parfaites, il fallait d e s instruments d e m i e u x en mieux adaptés a u travail d e m a n d é , et n o u s c o m p r e n -drons
qu'une technique particulière s'imposait, afin d'obte-Jiir d e s
électrodes r é p o n d a n t p a r leur densité, leur solidité, leur conductibilité et leur pureté, a u x exigences les plus diverses.L'électrode — d u grec aiex-poy, électricité et ados, route — est, c o m m e s o n n o m l'indique, n o m qui lui fut d o n n é par faraday, tout point p a r o ù le courant électrique pénètre
«ans l'appareil o ù l'on veut l'utiliser ; m a i s , a u p a y s d e la houille^ blanche, o n désigne plus particulièrement s o u s le
I 1 0m d'électrode les baguettes d o c h a r b o n entre lesquelles
0 1 1 /ait jaillir l'arc d a n s les fours électriques o u les plaques
qui servent à a m e n e r le courant d a n s les bains d'électro- de, et les extrémités d e s conducteurs, f o r m é s ordinaire-
m e n t de c h a r b o n , qui introduisent clans le circuit d e s résis- tances chauffantes et devraient, p o u r cette raison, recevoir la d é n o m i n a t i o n plus exacte d e connexions de résisiance.
M a i s c o m m e celles-ci, avec des résistances conduisant électrolytiquement, jouent aussi naturellement le rôle d'électrodes, la dénomination d'électrodes peut également être conservée d a n s les connexions de résistance propre- m e n t dites.
Il y a quelques a n n é e s à peine q u e l'on parle d e l'élec- trode, car, jusqu'alors, l'importance de s o n rôle avait été m é c o n n u e . Il n'en est plus ainsi aujourd'hui et l'on a dit a v e c raison q u e l'électrode est la partie la plus importante d u four électrique. L'Electrode e n est l'âme, et les produits obtenus e n électrochimie sont d'autant meilleurs q u e les électrodes e m p l o y é e s avaient e l l e s - m ê m e s à u n plus haut degré certaines qualités essentielles telles q u e la pureté, la conductibilité et la compacité.
L e t e m p s n'est plus o ù l'on se contentait d ' a m e n e r le cou- rant d a n s les bains d'électrolyse o u d a n s les fours électri- q u e s a v e c de m a u v a i s conducteurs en c h a r b o n d e c o r n u e . L industrie électrochimique actuelle réclame d o s électrodes d'une très faible résistivité, d'une très g r a n d e pureté — il est. d e s industries qui n e tolèrent p a s plus de 0,5 °/„ d e cendres d a n s les électrodes — e t d'une durée convenable.
Obtenir d e s électrodes remplissant toutes ces conditions, tel est le but d u spécialiste qui s'occupe de cette fabrica- tion, et l'on se rendra c o m p t e , p a r la suite, des difficultés de celte industrie, ainsi q u e d u soin qu'elle réclame.
Voici l'ordre q u e n o u s adopterons d a n s cette élude de l'électrode.
A p r è s quelques m o t s d'histoire sur les électrodes et les origines d e l'électrochimie, sujets inséparables, n o u s ferons connaître les matières premières e m p l o y é e s d a n s cette industrie ; n o u s passerons ensuite à l'étude détaillée d e la fabrication d e s électrodes, puis a u x applications diverses qui e n ont été faites, à la m a n i è r e dont elles sont utilisées et se c o m p o r t e n t e n service et a u x divers dispositifs e m p l o y é e s p o u r les protéger contre l'ardente température des fours électriques.Nous e x a m i n e r o n s enfin les m é t h o d e s d'analyses et d'essais qui permettent d'apprécier les q u a - lités d e s électrodes.
Voici, d u reste, la succession d e s chapitres q u e n o u s n o u s p r o p o s o n s de développer :
I. Historique. — I L Matières premières e m p l o y é e s d a n s la fabrication des électrodes. — III. Préparations prélimi- naires, c o n c a s s a g e et lavage. — IV. Cokificalion. — V. Pul- vérisation, — VI. Agglomération. — V I L Pressage. — VIII.
Cuisson. — IX. Graphitage. — X . M o d e s d'emploi d e s électrodes. — X L M é t h o d e s d'analyses et d'essais d e s élec- trodes.
I. — H I S T O R I Q U E
L'Electrochimie est u n e science très jeune, car son ori- gine n e date q u e d u c o m m e n c e m e n t d u X I X0 siècle, et ses applications pratiques n e r e m o n t e n t p a s a u delà d'une tren- Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1908052
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taine d'années. L'électricité, elle m ê m e , n'existe p a s , c o m m e | science véritable, depuis plus de 150 ans, car o n n e peut p a s appeler science électrique les q u e l q u e s v a g u e s notions relatives à l'ambre j a u n e , d u e s à Thaïes d e iMilet, et les timides essais antérieurs a Franklin et à l'abbé Nollet C e p e n d a n t , il faut laire u n e place à part à Gilbert, d e Col- chester, m é d e c i n de la reine Elisabeth d'Angleterre, qui doit être considéré c o m m e le véritable père d e l'électricité et à Otto de Guérike, qui construisit la première m a c h i n e électrique.
E n 1729, G r e y et YVehler découvrent le transport d e l'élec- tricité à distance, et le p r e m i e r effet thermique d e 1 élec- tricité est trouvé par le docteur Ludorf, d e B e i h n , qui, en 1744, arrive à e n t l a m m e r l'alcool et 1 éther a u m o y e n de l'étincelle électrique
L'année 1740 m a r q u e 1 invention d e la bouteille d e L e y d e par M u s s c h œ n b r o c k ; l ' a n n é e 1760, l'installation d u p r e m i e r paratonnerre et, e n 1791), apparaît la pile, construite p a r le physicien italien A l e x a n d r e Volta.
L e s m a c h i n e s électriques à frottement, seuls gônéraleuis d'électricité c o n n u s jusqu'en 1799, permettaient d'obtenir des potentiels e x c e s s i v e m e n t élevés, m a i s avec d e s débits insignifiants. L e s piles électriques, a u contraire, d o n n e n t de l'électricité à faible tension, m a i s ont u n débit bien s u p é - rieur à celui d e s m a c h i n e s . G r â c e à la pile, u n e multitude d'expériences, impossibles à réaliser a v e c les m a c h i n e s à frottement, vont pouvoir être exécutées ; grâce a la pile, l'électrocbimie v a paraître.
L e 29 d é c e m b r e 180G m a r q u e la date d'une g r a n d e épo- q u e d a n s 1 histoire d e s Sciences, car c'est e n ce jour q u e l'illustre chimiste H u m p h r y D A V Y présenta à l'Institution royale d e L o n d r e s s o n admirable m é m o i r e sur les effets
chimiques d e la pile.
L'eau avait été d é c o m p o s é e e n ses éléments, h y d r o g è n e et o x y g è n e , 4 e 2 m a i d e l'an 1800. p a r Carliste et Nicholson.
D a v y fait u n e étude approfondie d e ce p h é n o m è n e et s o u m e t successivement à l'action d u courant vollaique les sul- lates d e potassium, d e s o d i u m et d ' a m m o n i u m , l'alun, l'azo- tate d e baryte, le phosphate d e s o u d e , les succinate, oxa- late et benzoate d ' a m m o n i u m , les sulfates d e calcium, b a r y u m , strontium, le fluorure d e calcium et m ê m e le verre. Il réussit ainsi à séparer les m é t a u x d e leurs radi- c a u x acides, et établit la théorie électrique d e l'affinité chi- m i q u e .
M a i s là n e se bornent point ses recherches : il arrive, l'année suivante, e n 1807, à isoler les m é t a u x alcalins et alcalino-terreux, à l'aide d'une puissante pile d e 400 élé- m e n t s ; institue u n e m é t h o d e , qui est encore e m p l o y é e d e n o s jours, p o u r isoler ces m é t a u x é m i n e m e n t o x y d a b l e s et qui consiste, c o m m e o n le sait, à les c o m b i n e r , a u fur et à m e s u r e de leur formation, à d u m e r c u r e placé à la c a - thode ; puis, en 1813, il d é c o u v r e l'arc vollaique qui jaillit, éblouissant d e lumière, entre d e u x c ô n e s d e charbon d e bois, dont il avait revêtu les extrémités des fils conducteurs d'une formidable pile d e 2.000 éléments. A v e c ce puissant foyer, il fond et volatilise les corps les plus rélractaires, et
l'ait d e judicieuses observations sur les effets l u m i n e u x et calorifiques d u eourantjêleetnque.
Entre t e m p s , e n 1812, H u m p h r y D a v y avait inventé la l a m p e qui porte s o n n o m , la s a u v e g a r d e des m i n e u r s , à laquelle d e s milliers d'ouvriers doivent aujourd'hui leur
existence.
D a v y , créateur d e l'arc voltaïque, d e l'électrode et d u four électrique, D a v y , fondateur d e l'électrochimie et d e l'électro- métallurgie, D a v y , dont les découvertes devaient plus tard être si merveilleusement utilisées a u m o y e n d e la houille blanche, avait r e n d u à la houille noire le plus signalé des ser- vices, facilitant ainsi le splendide d é v e l o p p e m e n t industriel d û à cette réserve d'énergie e m m a g a s i n é e a u x premiers â g e s d e notre planète. A présent, n o s savants et n o s ingé- nieurs, mettant à profit l'énergie d e s chûtes d'eau, n o u s
permettent' d e rendre à ce chimiste d 3 génie u n double h o m m a g e d e reconnaissance, et d e le regarder à t o n dioii c o m m e u n d e s h o m m e s qui d o n n è r e n t à la Science et à l'Industrie l'impulsion la plus forte et la plus durable.
L'électrochimie vient d e naître ; le tour électrique est d a n s l'air ; les découvertes vont m a i n t e n a n t se suivre sans in ter: uption.
Mais, a v a n t d'aborder la naissance et le développement d u tour électrique et d e l'électrode, il faut savoir qu'on dis- tingue d e u x m a n i è r e s différentes d e chauffer les corps par l'électricité : la p r e m i è r e consiste à faire passer u n courant électrique à travers le corps à chauffer ; c'est le CIIAUKFACIÎ PAIS R É S I S T A N C E .
Si la substance à chauffer est e l l e - m ê m e intercalée c o m m e résistance d a n s le circuit, o n a le chauffage direct par résistance.
Si la substance à chauffer se trouve en contact a\ec une résistance chauffée e l l e - m ê m e électriquement, o n a le chauffage indirect par résistance.
L a s e c o n d e m a n i è r e d e chauffer les corps électriquement consiste d a n s I'E.MPI.OI D E L ' A R C V O L T A Ï Q U E .
Si la substance à chauffer f o r m e l'un d e s pôles ou les d e u x pôles de l'arc, o n a le chauffage direct par arc rol- taïque.
Si la substance à chauffer est d a n s l'arc m ê m e , o n a le chauffage par résistance et par arc voltccique combinés.
Si la substance à chauffer se trouve d a n s u n espace chauffé l u i - m ê m e p a r l'arc, o n a le chauffage indirect par l'arc, voltaïque.
E n 4815, P e p y s avait réussi à transformer e n acier, par le courant électrique, u n fil d e fer épais, fendu d a n s le sens d e la l o n g u e u r et d a n s la fente d u q u e l il avait m i s de la poussière d e d i a m a n t . M a i s le p r e m i e r four électrique véri- table est celui d e Dépretz, qui date d e 1849. Cet appareil consistait e n u n tube d e c h a r b o n d e sucre d e 23 m m de l o n g u e u r et 7 m m . d e diamètre, qui était f e r m é avec deux b o u c h o n s é g a l e m e n t e n c h a r b o n et était intercalé dans un intense circuit électrique. L a substance à chauffer se trou- vait à l'intérieur d u tube. L a m ê m e a n n é e , Despretz étudia la m a n i è r e dont se comportait u n e petite c o r n u e , d e 15mm.
d e diamètre, à la température d e l'acte voltaïque qu'il fit jaillir à l'intérieur d e cette c o r n u e sur u n e baguette de c h a r b o n pointue. L a c o r n u e elle m ê m e formait le pôle posi- tif. L e c h a r b o n d e sucre s'était transformé e n graphite d a n s les points les plus e x p o s é s à l'arc voltaïque.
Q u a t r e a n s p l u s tard, e n 1853,1e chimiste français Pichoii prit u n brevet c o n c e r n a n t « l'emploi d e la lumière électri- q u e p o u r d e s u s a g e s métallurgiques et surtout pour la métallurgie d u fer ». L e minerai o u le métal à fondre devait t o m b e r entre d e s paires d e grosses électrodes,et être fondu p a r s o n p a s s a g e à travers l'arc voltaïque.
Pichon avait s o n g é à construire ce four sur u n e assez g r a n d e échelle, car s o n intention était d'emploverdos élec- trodes d e c h a r b o n d e (50 centimètres carrés d e section et de 3 m è t r e s d e longueur.
M a i s d a n s ce t e m p s , o ù l'on n e disposait q u e d'éléments ga'vaniques, l'inventeur était m a l h e u r e n s e m e n t d a n s l'im- possibilité d e réaliser .ses plans. L a p r e m i è r e machine magnéto-électrique, la m a c h i n e d e Pixii, existait bien de- puis 1832, m a i s il fallait e n c o r e attendre d e nombreuses a n n é e s avant q u e cette m a c h i n e , perfectionnée par Cîarke, puis par W i l d e , fit place à la m a c h i n e d e G r a m m e , ci11' permit d'obtenir d'excellents résultats pratiques. Plus tard vinrent les m a c h i n e s dynamo-éleclriques à courant con- tinu et les alternateurs, q u e n o s électriciens actuels ont porté à u n état bien voisin d e la perfection. Mentionnons encore les transformateurs, qui permettent'de faire varier d a n s detrôs larges limites le voltage et l'intensité ducourant tourni p a r les m a c h i n e s , et n o u s c o m p r e n d r o n s alors 1H valeur d e s expériences d e s s a v a n t s d'il y a soixante ans,
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en c o m p a r a n t leurs faibles ressources a v e c les forces pro- digieuses qui sont à notre dispostion.
Rien d'étonnant qu'il fallut attendre jusqu'en 1878 p o u r voir u n n o u v e a u four électrique, celui d e S i e m e n s , qui consistait en u n creuset d e fusion, fait d'une matière n o n conductrice, a v e c d e s électrodes introduites latéralement, et p o u v a n t être rapprochées o u écartées à volonté. L'une des électrodes était creusée d'un canal p a r o ù l'on pouvait introduire u n g a z d a n s le creuset, lorsqu'on désirait opérer dans u n e a t m o s p h è r e réductrice o u inerte.
Siemens construisit é g a l e m e n t u n autre appareil, qui était disposé d e la m a n i è r e suivante : par le fond d u creu- set, m u n i d'une douille métallique, o n introduisait u n pôle jusque d a n s l'intérieur d e celui-ci, d e façon q u e l'extrémité du pôle, protégée par u n e pointe! e n platine, arrive en con- tact direct a v e c la matière à fondre. L'autre pôle, introduit par le couvercle d u creuset, se c o m p o s a i t d'un cylindre métallique c r e u x p o u v a n t être reu-oidi par u n courant d'eau
O n voit d o n c q u e S i e m e n s avait construit, d è s 1878, d e u x sortes d e fours. D a n s les u n s était utilisé le chauffage direct par arc voltaïque; d a n s les autres était appliqué le principe d u chauffage indirect p a r l'arc voltaïque.
Siemens avait e m p l o y é d e s électrodes retroidissables ; il avait i m a g i n é de diriger l'arc a u m o y e n d'un solénoïde, de manière à obtenir u n e meilleure utilisation de la chaleur et, enfin, il avait réglé le m o u v e m e n t d e s électrodes a u m o y e n d'éiectro-aimants.
Après les tentatives d e construction de fours électiiques de Siemens, qui avaient p o u r but la fusion d e s m é t a u x , n o u s trouvons, e n 1880, les essais d e Clerc, qui se rapportent à la fusion de la c h a u x . Puis o n constate u n intervalle de six années a u bout desquelles apparaît le four C o w l e s . A v e c les recherches d e C o w l e s c o m m e n c e n t les premières appli- cations électro-thermiques à la réduction d e s o x y d e s .
Les expériences d e C o w l e s , q u i ont fait b e a u c o u p d e bruit en leur t e m p s , n'ont d o n n é q u e p e u de résultats relative- ment à la fabrication d e s m é t a u x p u r s . Cet ingénieur obtint seulement d e s alliages d e cuivre et d'aluminium, de l'er et d'aluminium, o ù les proportions de ce dernier métal n'excédaient guère 20 à 25 % d e la m a s s e totale.
La m ê m e a n n é e , e n 1880, R o g e r s o n , Statter et Stevenson construisent u n four électrique d a n s lequel, a u lieu d u solé- noïde S i e m e n s , ils emploient u n électro-aimant e n fer à cheval afin de dévier l'arc voltaïque sur la substance à fondre.
Le c o m m e n c e m e n t de l'année i887 est m a r q u é par les premiers résultats d e hrproduction électrolytique d e l'alu- m i n i u m réalisée p a r Minet. Ils sont bientôt suivis d e ceux d'Héroult et d e IIa.ll.
Dèslors, les applications de l'électrolyse par fusion ignée se multiplient, et le four électrique se perfectionne G r a b a u pour le s o d i u m , G r œ t z e l p o u r le m a g n é s i u m , Borchers, en 18'JI, pour le s o d i u m , Heller et G u n t z p o u r le lithium, i m a - ginent des appareils caractéristiques.
En 1892, o n a le four A c h e s o n p o u r la préparation d u c a r b o r a n d u m ; puis u n e série d e fours de divers s y s t è m e s étudiés par Minet.
E n 1893, Girard et Street construisent u n four spécial pour la transformation d e s c h a r b o n s en graphite.
En 1896, o n trouve le four à résistance de K i n g et W y a t t . Il n o u s faut ensuite citer les dispositifs originaux de Ducrétet et Lcjeune, Berlolus, C o n t a r d o et S c h u c n , et n o u s arrivons a u x fours M o i s s a n (1892 à 1902) qui sont seule- ment des appareils de laboratoire.
Moissan, par ses recherches sur la réduction des o x y d e s alcalinoterreux à haute température, d o n n e naissance à uns nouvelle clause d e c o m p o s é s qui, jusqu'à présent, étaient m a l définis et p e u c o n n u s : ce sont les carbures métalliques.
Les travaux de Moissan-êtendent les limites de l'électro
métallurgie et d o n n e n t u n e nouvelle impulsion a u x appli- cations de cette Science, p o u r lesquelles la F r a n c o se trouve d a n s d e s conditions particulièrement favorables, en raison d e s forces naturelles n o m b r e u s e s et puissantes dont elle dispose.
Ajoutons à cette liste le haut fourneau électrique de.
Stassano, le four électrique à réverbère d u m ê m e autour, s o n four rotatif et quelques n o u v e a u x fours d'Héroult, d e B o r c h e r s et d'autres inventeurs, et n o u s a u r o n s u n e v u e d'ensemble suffisante des divers fours électriques à élec- trodes. O n sait ce qu'ils d o n n e n t m a i n t e n a n t entre les m a i n s d'Héroult, de Keller-Leleux, d e Girod, d e Gin, p o u r n e citer q u e le- fondateurs des plus puissantes usines électro-métallurgiques J'ai dit des fours électriques à elec (rodes, CM l'idéal d u progrès, d a n s laconstrurtion d o s l'ours électriques est d e faire dos l'ours sans électrodes, c'est a- dirc d e fours à induction, dont la m a r c h e repose sur le- p h é n o m è n e suivant :
Si l'on place u n e m a s s e b o n n e conductrice de l'électricité à l'intérieur d'un solénoïde p a r c o u r u par d e s courants alternatifs, il se produit d a n s cette niasse d e s courants inductifs termes sur e u x - m ê m e s , qui transforment en c h a - leur sensible u n e partie de l'énergie circulant d a n s le solé- noïde. D è s lors, e n principe, les fours à induction se c o m - posent d'un creuset contenant le métal à chauffer, sur lequel sera enroulée u n e bobine de fils isolés d a n s lesquels o n lancera u n puissant courant alternatif.Actuellement, ces fours n e sont pratiques q u e p o u r la fabrication d e l'acier.
N o s lecteurs connaissent les (ours Kjelin, Iliorli, et les fours à courant de haute fréquence d u Creusot.
Parallèlement a u four électrique et à l'électro-métallurgie se sont développées l'électrolyse par voie h u m i d e et la fabrication électrolytique d e s c o m p o s é s chimiques.
E n 1832, F a r a d a y avait é n o n c é , s o u s la f o r m e suivante, les lois de l'électrolyse :
« 1° Q u a n d plusieurs voltamètres, renfermant le m ê m e éleclrolyte, sont placés d a n s u n m ê m e circuit, et par suite traversés par u n m ê m e courant, la quantité d'électrolyie d é c o m p o s é e d a n s u n m ê m e voltamètre est la m ê m e d a n s le m ê m e t e m p s ;
« 2" L a quantité d'électrolyie d é c o m p o s é e d a n s l'unité de t e m p s est proportionnelle à la quantité d'électricité qui a fi averse Félectrolyte ;
« 3<» D e s quantités d'électricité égales, traversant d e s electrolytes différents, déplacent des quantités d o s diffé- rents ions proportionnelles à leur équivalent c h i m i q u e ».
E n 1835, Pouillet r e m a r q u a q u e , d a n s l'électrolyse d u chlorure d'or, la densité d e l'éloctrolyte, près d u pôle néga- tif, allait en d i m i n u a n t ; en m ô m e t e m p s , il se formait à ce pôle u n dépôt d'or. Daniel 1 étudia la nature d e s dépôts pro- v e n a n t de l'électrolyse d'un grand n o m b r e de sels et con- firma le fait de la séparation des sels en u n métal et u n métalloïde o u u n g r o u p e m e n t métalloïdique.
M a i s , à côté d u p h é n o m è n e de décomposition d e s m o l é - cules e n ions positifs et négatifs, p h é n o m è n e qui est fonc- tion de la quantité d'électricité m i s e e n j e u , il e n existe u n autre, celui d e l'entraînement de ces ions vers u n pôle déterminé; le transport des ions a éié étudié particulière- m e n t par Daniel), Ililtorf et Cnassy.
L a première loi de F a r a d a y détermine la quantité des ions m i s en liberté, e n fonction d e la quantité d'électricité qui a traversé le voltamètre. F a r a d a y avait dit q u e « p o u r u n e quantité d'élecli icité d o n n é e , les poids d e s différents electrolytes d é c o m p o s é s sont proportionnels à leur équi- valent c h i m i q u e »; Becquefcl ajoute : « A v e c cette condi- tion q u e la formule chimique soit r a m e n é e à u n seul équi- valent de l'élément electro-négafif ».
Ler, tiavaux de W e h o r et c e u x d e M a s c a r t , e n 1881 ; d e K o b l r a u s c h , e n 1884; et, plus r é c e m m e n t , de lord Rayleigh et d e S e d g w i c b , fixent définitivement à 96512 c o u l o m b s la
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quanlilé d'électricité nécessaire à la décomposition d'une quantité d'électrolyie égale à son équivalent e x p r i m é en g r a m m e s , a v e c la condition d e Becquerel.
D e la loi d e F a r a d a y , et d u c o m p l é m e n t d o n n é à celte loi par Becquerel o n déduit la loi de propoi lionnalité entre la force électro-motrice minirna nécessaire à la d é c o m p o - sition d'un électrolyte et la chaleur de formation de cet électrolyle. M a i s , contre cette loi surgissent de n o m - breuses exceptions, qui motivent les r e m a r q u a b l e s recher- ches d e Joule, Favre, Berthelot, T h o m s o n , Ilehlmoltz, Raoult, B r a u n , G i b b s ; et de ces t r a v a u x dérive la théorie actuelle de la pile, dont les réactions sont d e m ê m e ordre q u e les réactions électrolytiques.
K o h l r a u s c h , Lcnz, Bouly, A r r h é n i u s O s t w a l d détermi- nent la conductibilité des éleetroh les dissous; I'oiiicaré étudie les electrolytes t o n d u s tant an point de v u e de leur conductibilité q u e des p h é n o m è n e s qui se produisent à leur contact avec les électrodes Minet, en 1887, d a n s u n e étude approfondie de l'élcctroj.\ se des sois à l'état d e fusion ignée, détermine les conditions les plus favorables de composition, de m a s s e et d e température d u bain, p o u r n u e la décomposition s'opère a v e c u n e force eleclromotrice constante et la plus petite possible.
Plus tard, Daniel Berthelot eflectue u n travail considé- able sur la conductibilité des c o m p o s é s organiques.
P e n d a n t q u e se poursuivent toutes ces e.xpéi iences, les théories sur la constitution d e s electrolytes se succèdent et, après celle de Grotthus, qui date de 1805, et celle de Clausius.de 1844, o n voit arriver, en 1887,la célèbre théorie d'Arrhénius.
K o h l r a u s c h et O s t w a l d étudient la façon dont l'électricité se p r o p a g e d a n s l'électrolyte,et déterminent la vitesse avec laquelle les- ions se m e u v e n t a u sein des solutions.
C o m m e application des théories de l'électrolyse, n'ou- blions p a s la galvanoplastie, qui fut découverte, e n 1837, par Spencer on Angleterre, et en m ô m e t e m p s en Russie par le physicien Jacobi. L e s travaux d e R u o l z et deChristofle, e n France, qui firent suite a u x découvertes d e ces savants, parvinrent à rendre pratiques la dorure et l'argenture gal- vanique. Enfin, la construction, e n 1860, d e l'accumulateur électrique par Planté, vient c o u r o n n e r les g r a n d e s inven- tions, d a n s le d o m a i n e des réactions électrolytiques.
Actuellement, l'électrochimie industrielle a pris u n e très g r a n d e extension d a n s les p a y s m o n t a g n e u x o ù la p r o d u c - tion d e l'énergie électrique est réellement é c o n o m i q u e ; en France, d a n s le D a u p h i n é et la Savoie, plusieurs usines sont installées aujourd'hui.
P a r m i les n o m b r e u s e s industries électrochimiques, n o u s citerons l'électrolyse d e l'eau, p o u r la préparation de l'hy- d r o g è n e et de l'oxygène, a u m o y e n de l'appareil d u colonel R e n a r d ; la préparation de l'acide c h r o m i q u o et celle de l'acide p e r m a n g a n i q u e ; l'électrolyse d u chlorure d e s o d i u m o u sel m a i in p o u r la préparation d u chlore, qui se rend a u pôle positif, et d u s o d i u m , qui se rend a u pôle négatif. L e s o d i u m naissant, en présence de l'eau de la solution, d o n n e la soude. L e s ôlectrolyseurs e m p l o y é s d a n s celle préparation sont divisés en d e u x parties par u n dia- p h r a g m e poreux, afin d'empêcher les pro Juifs de la d é c o m - position électrolytique de se recombiner. N o u s m e n t i o n n e - rons l'électrolyseur de Hulin; celui de Gall et Monllaur;
les éleclrolyseurs bien c o n n u s de Kollner et Câliner, enfin, celui de P e y r u s s o n , caractérisé par la f o r m e hélicoïdale' des électrodes.
Si l'on opère s a n s d i a p h r a g m e , o n peut, par électrolysc d u chlorure de s o d i u m , obtenir d e l'hypochlorito de soude.
L a fabrication d u chlorate d e potassium par électrolysc d u chlorure d e potassium a lieu a u x usines d e Vallorbe. O n prépare encore par électrolyse le persulfate d ' a m m o n i u m , le perchlorate d e p o t a s s i u m , l'hydrosulfite de s o d i u m et u n e foule d'autres sels. N o n seulement, les corps m i n é -
r a u x , m a i s quantités d e produits organiques sont actuelle- m e n t fabriqués par l'électrochimie.
P a r m i les applications u n p e u spéciales d e s procédés électrolytiques, n o u s citerons le vieillissement artificiel d e s alcools, la préparation des matières colorantes, et le t a n n a g e électrique. Appliquée a u raffinage des m é t a u x , du cuivre n o t a m m e n t , l'électrolyse d o n n e des résultats à la fois excellents et très é c o n o m i q u e s . L e raffinage électrique est basé sur le p h é n o m è n e suivant : lorsque l'anode solu- ble d'une c u v e électrolytique est constituée par une m a s s e métallique i m p u r e , le p a s s a g e d u courant trans- porte le m é t a l p u r à la cathode, tandis q u e toutes les impuretés t o m b e n t s o u s f o r m e s d e b o u e s a u fond de la c u v e . L ' a l u m i n i u m s'obtient par électrolyse d e l'alumine d i s s o u l e d a n s le fluorure double d a l u m i n i u m et de sodium.
O n réalise le blanchiment électrique a u m o y e n de l'appa- reil éleeirolysour d'IIermile, disposé p o u r utiliser les pro- duits do la décomposition électrolytique d u chlorure do s o d i u m . Citons envoie la préparation de l'ozone,et la fabri- cation de l'acide indique (et c o n s é q u e m m e n t des mirâtes 'urt einploj es en agriculture) par c o m b i n a i s o n directe dos é l é m e n t s d e l'air, o x y g è n e et azote, s o u s l'influence de l'électricité. D a n s les premiers appareils e m p l o y é s à la préparation électrochimique d e l'acide nùriquc, o n taisait passer l'air d a n s d e s tubes o ù jaillissaient d e s étincelles électriques. Plus tard, o n e m p l o y a l'arc électrique avec d e foits courants alternatifs à haute fréquence. Dans l'appareil de Birkelancl-Eyde, cet arc, jaillissant entre dos électrodes creuses e n cuivre, refroidies par u n courant d'eau et disposées perpendiculairement à la ligne des pôles d'un puissant électro-aimant, prend la f o r m e d'un disque l u m i n e u x éblouissant.
R e v e n o n s m a i n t e n a n t a u four électrique.
L a construction de la partie extérieure d u foui électrique n e présente p a s d e g r a n d e s difficultés, car les matériaux dont o n dispose sont s u f f i s a m m e n t réf'ractaires p o u r cet u s a g e . L a m a ç o n n e r i e d u four n'est rien; les m a t é r i a u x les plus importants p o u r les fours électriques sont les élec- trodes et le lit de fusion. Cela forme, p o u r parler c o m m e s'il s'agissait des fours métallurgiques ordinaires, la che- m i s e intérieure d u four. Si l'on emploie, e n général, une m a ç o n n e r i e , elle n e joue j a m a i s q u e le rôle d u muraille- m e n t des fours métallurgiques, par c o n s é q u e n t le rôle de m a s s e protectrice contre les déperditions d e chaleur ou celui d e soutien d e la c h e m i s e intérieure. L e s éléments 'Je construction des fours électriques les plus imporlants sont d o n c bien, c o m m e n o u s le disions, les électrodes et le lit de fusion.
P o u r la construction d e s élcclrodes, le c a r b o n e est, de b e a u c o u p , la matière la meilleure. N o u s s a v o n s q u e m ê m e les sortes d e c a r b o n e a m o r p h e s , le c h a r b o n de b.us, le coke, le noir d e f u m é e , sont d'autant plus conductrices qu'on les chauffe plus fortement, qu'on les rapproche plus d e l'état graphitique. D e toutes les substances conduisant métalliquement, c'est le c a r b o n e qui supporte les plus hauts degrés d e chaleur; m a i s , a u x températures d e s four-' électriques, il d o n n e toujours lieu à des réactions, d u n e part e n agissant c o m m e u n réducteur énergique et, d autre part,en se dissolvant d a n s tous les m é t a u x qui <*o transfor- m e n t facilement en carbures Si ces réactions doive.! è n v exclues, il faut refroidir les pôles en c h a r b o n o u bien oui ployer des pôles faits a v e c les m é t a u x à extraire qui, natu- rellement, devront 01 ro aussi refroidis p o u r e m p ê c h e r leur fusion. O n \ o i t d o n c , qu'a pai t quelques rares exception-, c'est toujours le cuibonc qui reste la ce u l e matière conve- nable p o u r la confection des électrodes
Mais,
s o u s quelle f o r m e le c a r b o n e doit-il être employé'?Quels sont les c h a r b o n s à prendre p o u r la confection dos électrodes? O n a tâtonné l o n g t e m p s ; on a e m p l n j e, pour préparer les électrodes, les p r o c é d é s les plus bizarres et
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c'est à peine si, d e n o s jours, o n peut répondre à cette ques- tion d'une façon définitive.
H u m p h r y D a v y employait d e s baguettes de c h a r b o n de bois éteints s o u s le m e r c u r e ; m a i s ces baguettes s'usaient trop vite p o u r fournir u n arc d e l o n g u e durée. O n chercha alors u n e matière plus c o m p a c t e .
Foucault p r o p o s a le c h a r b o n d e cornue, c'e-t-â-dire le charbon p r o v e n a n t d e la décomposition d e s hydrocarbures gazeux qui se d é p o s e contre les parois des cornues ù gaz.
Ce charbon était plus d u r q u e le c h a r b o n de bois, m a i s il m a n q u a i t d'homogénéité, il renfermait aussi des matières terreuses, n o t a m m e n t de la silice qui fondait et faisait
«-ouvent éclater les électrodes. R é c e m m e n t , Moissan. d a n s un four électrique, a ossay é d e m p l o y cr des électrodes on charbon de c o r n u e fades a u tour. S o u s l'action de l'arc, le carbonc.se transformait ou graphite et l'extrémité de ces électrodes s'élargissait en f o r m e d'éventail.
Après Foucault, o n e s s a y a d e préparer des c h a r b o n s artificiels; c'est B u n s e n qui y réussit le premier en 1838.
11 agglomérai) a v e c d e la colle de la houille sèche fine- ment pulvérisée et faisait cuire a u four les électrodes ainsi obtenues; m a i s , c o m m e ces électrodes se fendillaient, il eut l'idée, pour leur d o n n e r plus de solidité, d e les tremper dans u n sirop d e sucre et d e les soumettre à u n e seconde cuisson.
F u 1810, Staito ut E d w a r d s brevetèrent u n procédé ana- logue à celui d e B u n s e n (\)
En !849, L e Molt ajoute d u g o u d r o n a u sirop de sucre et emploie d e s p o u d r e s d e c h a r b o n différentes, qu'il fait cuire plusieurs h e u r e s et purifie ensuite p-.r i m m e r s i o n dans les acides.
En 1852, W a t s o n et Slaler r e c o m m a n d e n t les brindilles de bois purifiées à la c h a u x et, cuites plusieurs fois, après avoir été t r e m p é e s à c h a q u e cuisson d a n s l'alun et d a n s la mélasse.
Plus tard, eu 1857, L a c a s s a g u e et Thier.s reviennent a u charbon de c o r n u e lavé et purifié.
Vers la m ê m e é p o q u e , Jaequelin fabrique u n charbon lès pur a v e c d e s g o u d r o n s provenant de la distillation pyrogénee d e la houille, a u t r e m e n t dit avec d u g o u d r o n des usines à gaz.
U n p e u plus tard, A r c h e r e a u a le premier l'idée d e c o m - primer la pâte à travers u n e filière.
Hn 187(1, Carré réalise de g r a n d s perfectionnements d a n s la l'abi ication d e s électrodes, en e m p l o y a n t , p o u r les c o m - primer, u n e presse hydraulique d e g r a n d e puissance
La pâte de ses c h a r b o n s était c o m p o s é e c o m m e il suit : C o k e très p u r pulvérisé 55 parties Noir d e f u m é e calciné 20 — S n o p d e sucre et g o m m e 25 — En 1877, G a u d o i n réussit é g a l e m e n t à fabriquer d'excel- lents c h a r b o n s et, plus tard, Napoli réalise encore d e n o u - veaux progrès d a n s cette industrie.
O n reconnaît q u e les c h a r b o n s d u r s ont u n e meilleure conductibilité q u e les c h a r b o n s tendres, et conviennent mieux q u a n d o n travaille avec d e b a s potentiels, des cou- rants intenses et des arcs courts. A v e c les hauts potentiels, les courants p e u intenses et les arcs longs, la dureté et la conductibilité d u c h a r b o n ont m o i n s d'importance.
C o m m e , d a n s l'électrolyse d u chlorure de s o d i u m , les anodes sont assez r a p i d e m e n t détruites par le chlore, on a cherché assez vite à graphiter le c h a r b o n p o u r le rendre plus résistant.
Pour cela, Castner exposait les a n o d e s , e m p a q u e t é e s dans d u c h a r b o n d e bois pulvérisé, à u n courant de 0,6 à 0,7 a m p è r e par millimètre carré d e section , elles étaient de
(') MINET, Les Fours électriques cl leurs applications (Kncyc\o\->iihc des a i d e - m é m o i r e s ) p . 70 et suiv.
ce lait portées a u rouge blanc, dégageaient des h y d r o - carbures gazeux,perdaient 3 à 7 % d e leur poids,devenaient graphiteuses et, partant, plus aptes à résister a u chlore.
L e docteur Leasing, d e N u r e m b e r g , a i m a g i n é u n c h a r b o n p o u r a n o d e s , de composition spéciale, dont le prix est a n a l o g u e à celui des a g g l o m é r é s ordinaires, et qui résiste très bien à l'action d u chlore.
Kellner rend ses c h a r b o n s graphiteux en y lançant u n courant puissant qui les porte a u r o u g e blanc. P e n d a n t l'opération, il prend la précaution de les entourer de p o u d r e d e c h a r b o n qui les protège contre l'oxygène de l'air.
Enfin, Girard et Street, a v e c leurs fours spéciaux qui seront décrits au chapitre I X de cet o u v r a g e , obtiennent u n g i a p b i t a g c parfait des électrodes.
L e procède e m p l o y é de n o s jours p o u r la fabrication des électrodes est dérivé d u procédé Carré, m a i s a v e c d e nota bles perfectionnements, cl des modifications assez considérables a u sujet des matières premières. C e n'est plus d u sirop d e sucre ni de la g o m m e , m a i s d u g o u d r o n de houille qu'où emploie pour l'agglomération. C e n'est plus seulement d u c o k e de bouille et d u noir de f u m é e qui servent de bases d a n s cette industrie, c'est toute la séiie des combustibles : houille, anthracite, graphite naturel, graphite artificiel, c h a r b o n de cornue et c h a r b o n restant c o m m e résidu de la distillation des pétroles et c o n n u pour cela s o u s le n o m d e c o k e do petro'e.
N o u s a d o n s étudier avec quelques détails celte l'abi ica- tion, et n o u s verrous quels soins il faut appoiter a u x diverses opérations qui ont p o u r lu.it de transformer le chai b o n de toi re ou de puissantes électrodes, capables de suppoiter les plus formidables courants élccliiques.
( A suicre ) I s i d o r e ISAY, Inijenteur Chimiste.
A P r o p o s d u Projet d e loi relatif a u x
USINES H Y D R A U L I Q U E S
Sur les cou/s d'eau non navigables ni flottables
La Houille Blanche a. constamment tenu tes leclcirs au courant de tous les faits nouveaux en matière de législation des chutes d'eau. D a n s son n u m é r o de septembre 1 9 0 2 , elle a reproduit, en leur entier, les divers projets de loi qui obt fait l'objet des controverses les plus importantes au congiès de la houille blanche à Grenoble. Elle a analysé tous les travaux auxquels ont d o n n é heu la discussion de ces projets devant les chambres de commerce, et les sociétés savantes et dans les livres récents N o s lecteurs n'ont qu'à se reporter aux tables des matières des années 1 9 0 3 cl 1 9 0 4 pour retrou- ver les articles de M M Bougaull, Pinaf, Michourl, le comte
d'Agoull, A d e r , sur celte question, ainsi que le'tcxle m extenso d u nouveau projet de loi
Enfin, M . Côte, dans les numéros d'août, septembre et oc- tobre 1 9 0 5 , reproduisant sa conférence à la Société des luge- ils de France, sur « L'Economie industrielle des forces hydrauliques et leur législation » a fait, dans la deuxième partie de cette étude, un commentaire détaille d u projet de loi déposé le 15 janvier 1 9 0 4 , par M M o u g c o t , alors ministre de l'agriculture.
C e projet ayant été, pour des raisons qu'on va voir plus loin, déposé à nouveau sur le bureau de la C h a m b r e des Députés, à la séance d u 2 1 février 1 9 0 8 , par M . R u a u , un grand n o m b r e de nos lecteurs nous ont d e m a n d é si le texte de 1 9 0 4 avait reçu des modifications N o u s ne croyons pouvoir mieux leur répondre qu'en reproduisant ci-après le rapport présenté à la C h a m b r e de C o m m e r c e fie Grenoble en sa séance d u 7 m a i 1 9 0 8 , par M . C O R N I E R , son vice-président.
