Contribution à l'étude des contacts solides. - Sulfure de plomb et sulfure d'argent

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Contribution à l’étude des contacts solides. - Sulfure de plomb et sulfure d’argent

René Audubert

To cite this version:

René Audubert. Contribution à l’étude des contacts solides. - Sulfure de plomb et sulfure d’argent.

J. Phys. Theor. Appl., 1917, 7 (1), pp.209-223. �10.1051/jphystap:019170070020900�. �jpa-00241995�

209

CONTRIBUTION A L’ÉTUDE DES CONTACTS SOLIDES (1).

^{SULFURE DE PLOMB}

ET SULFURE D’ARGENT;

Par M. RENÉ AUDUBERT.

Je me suis proposé d’étudier les phénomènes de rectification pour des mélanges ^de corps qui présentent ^à l’état pur des caractères bien différents : le sulfure d’argent, ^et le sulfure de plomb. ^{Ce der-}

nier corps ^se rapproche ^{des métaux, sa} résistance est grande ^et augmente ^{avec la} température (‘-’).

Le sulfure d’argent ^{a une} résistance beaucoup plus grande ^encore

et un coefficient négatif. Sa résistance décroît lorsque ^la température

croît. L’étude de pareils mélanges ^devait présenter ^un intérêt pra-

tique, ^{car les} détecteurs les plus employés actuellement en télégraphie

sans fil et les plus ^{sensibles sont des} galènes plus ^{ou moins} argenti-

fères.

Friedrich (3) ^a étudié les températures de fusion de tels mélanges

et n’a trouvé qu’un seul eutectique pour ^une concentration de 76 0/0

de sulfure d’argent ^environ.

J’ai employé ^{comme matières} premières ^du sulfure de plomb ^{et du}

sulfure d’argent purs précipités ; ^ces deux corps ^{ont été} fondus soit purs, soit mélangés ^en proportions déterminées ; ^le précipité ^était toujours additionné d’un peu de soufre pour produire ^{une atmos-} phère sulfurante et éviter tant l’oxydation que la dissociation. Dès que la fusion était complète, ^ce qui ^ne prenait que quelques ^minutes

dans le four Perrot, ^le liquide ^{était versé dans un moule en fer froid}

pour obtenir ^une solidification rapide ^{et une masse aussi} homogène

que possible. Après ^{avoir exécuté des mesures avec} les échantillons

obtenus, ^ceux pour lesquels les résultats ont été le plus ^{nets ont été} analysés.

Le tracé des courbes i = f’ (e) comporte ^la connaissance de i et de e ; j’ai effectué les mesures d’intensité et de force électromotrice

au moyen ^du dispositif ^suivant.

Le détecteur est traversé par ^{un courant} dérivé provenant ^d’une (1) Voir Journal de Physique, ^{Mai-Juin 1917.}

(2) GuiNCHANT, ^C. R., ^t. CXXXIV, p. 1224; ^1902.

(3) FRIEDRICH, Bande, 4 Heft, 14 ; ^1907.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019170070020900

batterie d’accumulateurs ; ^un potentiomètre permet ^de régler ^{la ten-}

sion qui ^{lui est} appliquée ; ^une résistance auxiliaire est placée ^dans

le circuit des accumulateurs pour servir lorsque ^la résistance de c ontact est faible. Sur le circuit dérivé est intercalé un galvanomètre

shunté et un inverseur qui permet ^de changer ^{le sens du courant} qui ^traverse le détecteur.

La mesure des intensités a été faite au moyen d’un micro-ampère-

mètre Chauvin et Arnoux G, d’une résistance de 92~~,G ^{et dont la}

graduation ^{allait de 0 à 100-10-6} ampères. ^J’ai employé deux shunts : l’un de 10

l’autre de 1

qui ^m’ont permis ^{de mesurer des cou-}

rants allant de 10 x ^10-6 ampères ^{à 9.000 X 10-6} ampères.

La mesure des différences de potentiel ^{a été} faite par la méthode

électr ométrique ; toute autre méthode comportant ^un voltmètre aurait nécessité des corrections qui ^ne pouvaient ^être négligées.

Une planchette paraffinée ^{munie de} godets ^{à mercure} permettait,

soit d’avoir la déviation 6’ de l’électromètre produite par ^un élément Weston de force électromotrice e (’), ^{soit la déviation 0 due à la dif-}

férence de potentiel x appliquée ^{au contact. De ces lectures on}

tirait x par la relation :

La déviation ^0’ était de 32mm,5, ^ce qui ^donnait omm,32 pour ^une di-

f ’ d

1 d ¹ d"

l 5

férence de potentiel ^de 100 ^{d’où une} précision atteignant e 1000 d ^de volt.

Afin d’étudier l’influence de la force pressante ^sur l’allure de la

caractéristique, j’ai employé ^un dispositif qui permettait ^d’exer-

cer sur la pointe métallique du détecteur des forces pressantes ^va- riables.

Au fléau d’une balance est fixée à angle ^{droit avec le fléau une} t i ge ^{verticale à} l’extrémité de laquelle ^{se trouve la} pointe ^mé- t alli que ^du détecteur; ^la pression exercée par la- pointe ^est propor- ti onnelle au poids déposé ^{dans le} plateau placé du même côté que la tige.

Le sulfure de plomb pur étudié dans ^ces conditions a donné une

caractéristique sensiblement symétrique ^{dans le} premier ^{et le troi-}

(1) La force électromotrice d’un élément Weston est donnée par :

e ⁼

1.0183 [1

0,0000 ⁴⁰⁶ (t

26) + 0,00000095 (t

20)2].

211

sième quadrant. D’après ^ce qui

^{été dit} antérieurement, ^{le cristal}

employé ^{sans force} électromotrice auxiliaire ^ne peut constituer qu’un

très mauvais détecteur. Le sulfure d’argent ^{dans les} mêmes conditions

a fourni au contraire une caractéristique ^{dont la} dissymétrie ^est

notable et de même allure _que celle obtenue avec un cristal bon dé- tecteur. Cependant, ^{utilisé comme} détecteur, le sulfure d’argent ^a

donné de très mauvais résultats; ^il faut attribuer cette apparente anomalie à des phénomènes ^de cohération qui ^se produisent ^dans

le sulfure d’argent pur ^{avec une} grande ^intensité.

J’ai étudié ensuite lès caractéristiques ^de mélang es ^{de sulfure} d’argent et de sulfure ^de plomb ^{dont la} concentration était variable;

le résultat de ces recherches est contenu dans les caractéristiques ^du

tableau f). ^On peut ^{les résumer ainsi :}

1° En partant ^de mélanges ^{dont la teneur en sulfure} d’argent ^est

très faible, l’inclinaison de la tangente ^à l’origine ^{sur l’axe des abs-}

cisses diminue jusqu’à ^la caractéristique ^{n° 7} qui ^est celle obtenue pour la concentration de 76,07, c’est-à-dire très voisine de la concen-

tration eutectique (fig. 2), puis ^{croît pour des} concentrations supé- rieures, ainsi que l’indique l’allure des courbes n°S 7, 8, 9, 10;

~° Le rayon de courbure ^au voisinage ^{du sommet croît} jusqu’à ^un

maximum pour ^une concentration qui ^est voisine du point ^eutec- tique ;

3° Le sommet, point ^oû le rayon de courbure ^est minimum, ^se rap-

proche d’abord de l’axe des abscisses puis ^s’en éloigne ;

4° Le sommet s’éloigne ^de l’origine jusqu’à ^la caractéristique ^du point eutectique. ^{On observe, en outre, une marche très nette des} phénomènes parasites de cohération mentionnés plus ^{haut et dont le}

détail sera donné plus ^loin.

Il faut cependant signaler ^une anomalie : la caractéristique

obtenue avec du sulfure de plomb pur, ^devrait log iquement ^{se trou-}

ver au-dessus de la caractéristique ^{n° 1} 1), ^{obtenue avec}

un mélange ^de ~Q, ¹⁹ 0/0 d’argent, ^ce qui ^{n’a pas lieu.}

Voyons maintenant comment du tracé des courbes i .

/ (e) ^on

peut ^tirer le coefficient de sensibilité du cohéreur :

On a :

213 A la force électromotrice

e, correspond ^{donc le aourant :}

d’où par addition de (1) ^et (2) :

Divisant les deux membres de cette égalité par e 2 il vient :

Si donc l’on construit la courbe :

pour :

La sensibilité du détecteur est donc représentée par l’ordonnée ^à

l’origine ^{de la courbe} (3).

A titre d’exemple, ^et pour ^{mettre en} évidence leur ordre de gran-

deur, je ^{me bornerai à} reproduire ^{ici l’un} des tableaux de mesures

qui m’ont servi pour ^la construction des courbes caractéristiques.

Si on se reporte ^aux tableaux, ^on peut approximativement ^obtenir

par voie graphique ^la sensibilité de chaque ^détecteur.

215 Les résultats obtenus sont les suivants :

Pour l’échantillon qui ^contient 20gr,19 0/0 ^{il faut suppo-}

ser que la sensibilité ^est supérieure ^{à ~1,G X f 06.}

En effet, _pour ^{toutes les autres} variations de Z~ e- ~ Z’ ^{en fonction}

de e j’ai obtenu des courbes, dont l’allure était la même, ^le rap- port Z~ e~ ~, 2~ ^{passe par un} minimum pour ^une valeur de e voisine du

sommet de la courbe.

TABLEAU N° 1.

On voit par ^ce tableau que la sensibilité passe par ^un minimum pour ^une concentration voisine de celle du point eutectique.

Etant donné l’allure de la caractéristique pour des concentrations v oisines de celles du point eutectique, ^{et la} grande dissymétrie que

présentent ^{de tels} échantillons, il faut admettre qu’employés ^avec

une force électromotrice auxiliaire ils constitueront d’excellents dé- tecteurs. On a vu plus haut que la sensibilité d’un détecteur augmen- tait à mesure que le ^sommet de la caractéristique ^se rapprochait ^de

.

l’origine, la valeur de la force électromotrice auxiliaire devra donc

se rapprocher de la valeur de l’abscisse correspondant ^{au sommet de}

la caractéristique, puisque l’introduction d’une force électromotrice auxiliaire est équivalente ^{à un} transport ^{des axes au} point ^{de la ca-} ractéristique qui a pour abscisse ^une différence de potentiel ^corres- pondant ^à la force électromotrice auxiliaire.

Comme on peut ^{s’en rendre} compte, ^la sensibilité croît avec la

force pressante. ^{Il est} probable qu’elle ^doit passer par ^un maximum,

puisque ^la caractéristique ^{tend à devenir une} droite pour des valeurs

élevées de la force pressante.

Si on se reporte ^aux caractéristiques étudiées par M. Tissot (’)

pour les ^contacts suivants : carborundum, laiton ; pointe ^{de cuivre}

sur plan ^de molybdénite, zincite, chalcopyrite, ^on remarque que la sensibilité de ces détecteurs est de beaucoup inférieure à celle des détecteurs à sulfure que j’ai étudiés. Or ces derniers constituent des détecteurs d’une sensibilité peu supérieure ^{au son à} celle des con- tacts étudiés par le capitaine ^{Tissot et cités} plus haut ; ^{ce résultat}

n’a rien de surprenant, ^en effet, ^la sensibilité des détecteurs à sulfure

d’argent ^{et de} plomb ^est diminuée par l’existence de phénomènes parasites, ^en particulier la cohération, ^{dont la} durée, ^surtout pour le sulfure d’argent, ^est grande. D’ailleurs la définition adoptée pour la sensibilité n’est exacte que ^si l’on considère uniquement ^le phéno-

mène de redressement du courant alternatif en courant cont.inu, ^car

elle ne tient pas compte ^{des autres effets} parasites, ^en particulier ^de

la cohération .

Influence ^{de la} force pressante.

^{Toutes les} modifications pro- duites sur le contact se traduisent _par une transformation de la ca-

ractéristique. Les résultats de ^mes expériences ^et les effets de la force pressante, ^{en accord avec ceux} déjà ^obtenus par Tissot (2), ^sont

résumés dans les courbes (fig. 2 ^et 3).

Toute augmentation ^{de la force} pressante ^{se traduit sur la carac-}

téristique :

1° Par une augmentation de l’inclinaison de la tangente ^à l’origine

sur l’axe des abscisses;

2~ Par une augmentation ^du rayon de courbure au sommet ; 3° Par une diminution de la dissymétrie ;

4~ Par un rapprochement ^{du sommet de} l’origine.

Pour des valeurs suffisamment grandes ^{de la force} pressante, ^la

caractéristique ^{tend à devenir une droite.}

Si nous convenons d’appeler résistance au contact le rapport e, 2

(1) ^{J. cle 4e} série, t. Y, p. 88’7.

(9) TIssoT, ^{J. de} Phys., ^4e série, ^t. ~’ ; ^{novembre 1910.}

217

l’augmentation ^de pression ^{se traduit} par ^une diminution de la résis- tance, ^{ce résultat a} déjà été trouvé par Blanc (’), dans les études

qu’il ^{a faites sur les contacts} imparfaits.

L’augmentation de la force pressante ^{se traduit} par ^une diminu- tion de la résistance; ^toute diminution de la force pressante ^{se tra-} duit au contraire par ^une augmentation ^de résistance. Si on diminue la force pressante, après l’avoir fait croître, la résistance ne repasse pas par les ^{mêmes valeurs. Les} valeurs nouvelles ^sont inférieures à celles que ^l’on avait obtenues pour des forces pressantes croissantes.

Avec un même échantillon de Ag2S ^PbS j’ai ^{obtenu les} caractéris-

tiques 1, ^{2, 3} 3).

J’ai d’abord soumis le contact à une force pressante « ^de 13~r,~0, j’ai obtenu la courbe 1 ; puis, pour ^une force pressante ^de 46gr,75, j’ai ^{obtenu la} courbe 2 ; enfin, pour ^une force pressante ^de 13~,05, j’ai obtenu la courbe 3.

La courbe 3, ^{comme on} peut ^{s’en rendre} compte, ^{ne coïncide} pas

avec la courbe 1 pour les mêmes valeurs de _7t, les points ^{de la}

courbe 3 ont des abscisses inférieures aux points ^{de la courbe 1} pour des ordonnées égales.

Il _y a donc, ainsi que 1B1. Blanc l’avait déjà dit, ^une partie ^du phénomène qui ^est irréversible.

Ces résultats semblent donc bien confirmer la théorie de Schaw (2~

qui suppose que la ^force pressante augmente notablement l’adhé-

rence.

On

donc tout lieu de croire que ^la modification apportée ^réside

dans les couches de passage ^et de

_supposer qu’elle ^{consiste en une}

«

soudure de ces couches par diffusion, ^{de telle sorte} que, dans

«

leur épaisseur, ^les propriétés ^{du métal tendent à} devenir les

«

mêmes que dans les couclies profondes » .

M. Blanc, qui ^{a mesuré} directement la valeur du rapport e ^{et sa}

variation en fonction de la force pressante, ^{a trouvé} que ^la résistance était inversement proportionnelle ^{à la force} pressante ^exercée.

L’étude graphique ^{des courbes} 2) m’a permis ^de conclure que ^ce résultat était confirmé pour ^des points ^{voisins du sommet de la carac-} té ristique .

( 1 ) BLANC, ^{J. cle 4, série, t.} IN7, p. 141.

Philosophicalltlagazine, ^{t. I,} p. 265 ; ^1931.

Influence du pcissage du ^courant.

Quand ^{on soumet un détec-}

teur à contact solide au passage d’un ^courant d’un certain sens, ^on constate que l’intensité croit d’abord rapidement puis plus ^lentement

pour tendre enfin ^{vers une} certaine limite à laquelle ^{elle semble se}

fixer définitivement.

Fm. 2.

Si l’on inverse le sens du courant on observe le même phéno-

mène. Mais la limite vers laquelle tend l’intensité prend ^{une valeur}

différente de celle obtenue dans le premier ^cas, plus grande ^ou plus petite suivant que la pointe métallique ^{est reliée au} pôle négatif ^ou

au pôle positif.

Si on soumet le contact à des différences de potentiel croissantes,

l’intensité tend toujours ^{vers des limites} qui ^{croissent avec les diffé-}

rences de potentiel. ^En repassant par valeurs décroissantes par ^ces mêmes différences de potentiels ^on obtient les mêmes valeurs cor-

respondantes ^de l’intensité. Le phénomène ^est donc réversible.

Appelons cohércction la diminution du rapport Le passage du courant à travers le contact produit ^{donc une} cohération.

Dans bien des cas cependant j’ai observé que si l’on établit ^{à tra-}

vers le contact un courant d’intensité donnée, la cohération se pro- duisait d’abord normalement, puis brusquement ^le rapport -: ^attei-

gnait ^une valeur extrêmement petite; dans d’autres ^{cas où} la cohération était normale, ^une augmentation extrêmement petite ^de

la différence de potentiel produisait ^cette brusque cohération,

219

Ce fait semble s’expliquer ^{de la} façon ^{suivante :}

Une couche de résistance imparfaite ^{est soumise à une tension}

donnée, ^{si cette tension} augmente ^{elle est dans bien des cas suffi-}

sante pour rendre conductrice la couclie ^de diélectrique ^{et le courant}

n’éprouve plus ^aucune difficulté à passer. Cette tension qu’on peut

appeler ^Tens£on li1nite de cohération varie ^avec la concentration des échanti llons .

FIG. 4.

Influence de la force pressante

la déformation de la caractéristique.

N.-B. - Il semble que ^le phénomène irréversible de l’influence de la force pressante

la valeur du rapport - ^semble disparaître pour des courants intenses. A partir ^du point:M la courbe

3

confond

la courbe

1.

Pour une concentration de faible teneur en sulfure d’argent, ^elle

est plus ^faible que pour le sulfure d’argent pur; ^si onétudie sa valeur pour ^des mélanges ^{de sulfure de} plomb ^{et de sulfure} d’argent ^à

.concentrations variables, ^{on constate} que la tension limite ^de cohé-

221 ration passe par ^{un maximum} pour des concentrations voisines de la concentration correspondant ^au point eutectique.

Il faut en outre signaler ^une cohération très faible et très lente

qui ^semble provenir de l’élévation de température ^{du contact sous}

l’influence du courant. Cette cohération lente a été observée par Tissot qui, ^en soumettant le contact à différentes températures, ^{a re-} marqué qu’une élévation de température produit ^{le même effet} qu’une augmentation ^{de la force} pressante. ^La caractéristique ^se

déforme et tend à devenir une droite.

En définitive, ^{la force} pressante, ^la température ^{et le courant} pro- duisent les mêmes effets, c’est-à-dire une cohération.

On est frappé ^{de l’étroite} analogie ^{que ces} phénomènes présentent

avec ceux que M. Blanc(’) ^a remarqués ^en étudiant l’influence du passage du ^{courant à travers} les ^contacts imparfaits ^et qu’on peut résumer ainsi :

«

Quand ^{on établit} brusquement ^{à travers le contact un courant}

«

d’intensité déterminée, la résistance tombe à une valeur beaucoup

«

plus ^{faible et continue à diminuer} peu à peu, d’abord rapidement

«

puis plus ^{lentement en} paraissant ^{tendre vers une limite...}

«

Quand ^la résistance est devenue à peu près fixe, après ^un temps

«

suffisant si l’on revient à une intensité plus ^{faible le contact} impar-

«

fait prend ^une résistance différente mais parfaitement ^fixe. Letemps

«

n’a, plus ^{aucune influence et de} plus ^la nouvelle résistance est

beaucoup plus stable que la première.

«

Si on augmente ^au contraire l’intensité une fois que la résistance

«

est devenue constante, ^une nouvelle diminution progressive ^se pro-

«

duit faisant tendre la résistance vers une nouvelle limite inférieure

«

à la première.

«

Si on modifie l’intensité avant que la résistance ait fini de dimi-

«

nuer, ^sa vitesse de chute augmente si l’intensité augmente, ^et

«

diminue si l’intensité diminue.

Un phénomène cependant présenté ^{par les contacts} pointe ^métal- lique-cristaux ^{fait exception aux} règles concernant les contacts

imparfaits formulées par ^Blanc.

Ce phénomène, analogue ^{à une} polarisation, ^{très net avec les cris-}

taux riches en sulfure d’argent et surtout avec le sulfure d’argent

pur, ^est le suivant :

(1) BLANC, ^{J. de} Phys. , ^4e série, ^t. VIII, p. 7! 5.

On établit le courant dans le sens des intensités les plus grandes,

et on attend que ^le raiJport i 1 ait atteint sa valeur limite, puis ^brus- quement ^on change ^{le sens du courant,} I’intensité ^conserve pendant

un certain temps ^{la valeur} qu’elle avait dans le premier ^{sens, dimi-}

nue rapidement, reste constante pendant ^un instant très court, puis

diminue plus ^lentement pour s’arrêter définitivement à sa valeur limite.

L’allure de cette polarisation ^est indiquée 5).

Fic.5.

Cette courbe indique la variation de l’intensité ^en fonction du

temps quand, après avoir fait passer le ^courant dans le ^{sens où} l’inten- sité atteint ses valeurs les plus grandes, ^{on l’inverse} brusquement. ^Lie temps ⁰¹ⁿ dépend ^du temps pendant lequel ^{le courant a} passé ^dans

le premier ^{sens. Le} temps ^nn’ pendant lequel l’intensité reste cons- tante est de l’ordre de quelques secondes. Cette polarisation ^{est à} prévoir ^{si l’on admet que} l’électrolyse ^{du cristal} joue ^{un rôle} impor-

tant et dans ce cas cette hypothèse ^{semble très} vraisemblable

puisque ^{ce sont les cristaux riches en sulfure} d’argent qui présentent

nettement ce phénomène ^de polarisation.

Les considérations précédentes permettent d’expliquer l’allure de

ce phénomène. ^En effet, ^le passage du ^courant dans le premier ^sens

a pour effet de produire ^une cohération, c’est-à-dire que pour ^une

différence de potentiel ^constante l’intensité augmente. ^{Si on inverse}

brusquement ^{le sens du courant, le nouveau} passage ^{du courant tend}

à détruire cette cohération et à ramener le contact dans les condi-

tions où il se trouvait avant tout passage de courant, c’est-à-dire que

pour ^une différence de potentiel ^constante l’intensité décroît. Si on

223 suppose alors que ^la dissymétrie ^{est une} propriété indépendante ^de

l’action du passage du ^{courant et} que l’effet de dissymétrie varie peu

avec les différences d’intensité que l’on ^observe (ce que l’expérience .

vérifie du reste) pendant ^cette première phase ^la diminution de l’in- tensité est due à deux actions qui s’ajoutent, l’effet de dissymétrie

d’une part ^et la décohération ou la dépolarisation ^d’autre part. ^Lie

contact est alors replacé ^dans les conditions dans lesquelles ^{il se}

trouvait avant tout passage ^{du courant.} Mais nous savons d’après ^ce qui précède qu’une deuxième cohération va se produire ^d’abord

intense puis plus ^lente. Cette nouvelle cohération va contrarier l’effet

produit par la dissymétrie, les deux effets s’équilibrent, ^on conçoit alors que l’intensité puisse ^rester constante ; ^{c’est ce} que traduit la

portion ^{NN’ de la courbe de la} fig. ^la cohération devenant

plus ^{faible l’action} provenant ^de l’effet de dissymétrie l’emportera ^et

l’intensité diminuera mais naturellement plus lentement que pendant

la première phase.

Cette sorte de polarisation ^{très nette avec} le sulfure d’argent ^et

les cristaux qui ^en contiennent en assez grande proportion ^n’a pu être observée avec le sulfure de plomb, ^ce qui permet ^de supposer que ^la dissociation électrolytique du sulfure est la cause prépondé-

rante de ce phénomène, qui s’explique ^alors aisément si l’on re-

marque que ^dans le premier ^{sens du courant, celui} qui assigne ^à

l’intensité ses valeurs les plus grandes, ^{le cristal au} voisinage ^de

la pointe métallique présente ^des végétations capillaires d’argent métallique qui favorisent le passage ^du courant, l’inversion de ^ce dernier tend à faire alors disparaitre ^cette polarisation qui ^{est indé-} pendante ^du phénomène de cohération proprement dit, lequel ^{se loca-}

liserait dans la couche de séparation ^{du cristal et de la} pointe.

ÉLECTROMÈTRE ABSOLU BISPHÉRIQUE ;

-Par MM. A. GULLLET et M. AUBERT.

Par substitution d’une boule conductrice à l’armature plane ^de

l’électromètre plan - sphère (’ ), ^on réalise aisément un électromètre

bisphérique. Mais, si la construction d’un tel appareil ^est rapide,

par contre, le calcul de l’action mutuelle f qui s’exerce entre les

(1) JouJ’nal de Plcysilice, decembre 1912.