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VARIÉTÉS

I

LES MÉTHODES MODERNES D'ÉCLAIRAGE ÉLECTRIQUE PAR ARCS

Dans ces dernières années, on a entendu fréquemment des ingénieurs émettre l'opinion que l'éclairage électrique par ares avait fait son temps, et qu'il devait céder la place aux lampes à incandescence à filament métallique. De fait, nous voyons cellesci prendre tous les jours plus d'extension et remplacer bien souvent des lampes à arc. Ces dernières seraient-elles donc condamnées et appelées à disparaitre? Nous ne le pensons pas. Ces deux modes d'éclairage subsisteront côte à côte, leurs applications étant différentes, et l'on peut prévoir que les arcs, grâce à leur rendement lumineux élevé, sont assurés d'un bel avenir. C'est sur le fonctionnement économique des arcs modernes, que je désire attirer l'attention; mais afin de mieux le mettre en lumière, j'envisagerai d'abord brièvement la question de l'éclairage électrique, en général.

Il existe deux méthodes de production de la lumière : l'une, indirecte, recourt à l'incandescence; l'autre, la méthode directe, utilise la luminescence. C'est cette dernière surtout, que l'on cherche actuellement à appliquer.

Quand, en fournissant à un corps de l'énergie sous une forme quelconque calorifique, électrique ou autre on élève sa température, il arrive un moment où ce corps devient lumineux on dit qu'il est porté à l'incandescence. La lumière émise est due à la transformation en ondes lumineuses d'une partie de l'énergie dépensée. Elle augmente avec la température, mais

si élevée que celle-ci puisse être, fùt-elle portée au point où le corps se volatilise, elle ne représente jamais qu'une très minime fraction de l'énergie totale; le reste est inutilisé pour le but poursuivi, et se dissipe sous forme de chaleur rayonnante.

Ce mode de production de la lumière par incandescence, est donc bien une méthode indirecte: elle donne surtout de la chaleur, que l'on ne désirait pas, et ne fournit l'énergie lumineuse que comme une sorte de sous-produit. On conçoit dès lors qu'il ne sera jamais possible d'arriver par cette voie à un mode d'éclairage réellement économique.

La chaleur est l'état infime de l'énergie sous tous ses aspects, elle se laisse toujours très facilement ramener à cette forme; mais la transformation inverse est, dans tous les cas, une opération peu pratique et à mauvais rendement. Aussi, chaque fois qu'on passe d'abord par la forme caloritique de l'énergie avant d'atteindre celle qu'on poursuit, comme dans la machine à vapeur, le moteur à gaz, la lampe à incandescence, on doit se contenter d'un coefficient d'utilisation assez faible, ce qui oblige à mettre en jeu des quantités de plus en plus considérables d'énergie, si l'on veut en augmenter la manifestation pratique. Tout le progrès réalisé dans les lampes à incandescence a consisté uniquement à élever la température du filament, de manière à disposer de plus de chaleur. On est ainsi arrivé à un rendement lumineux de 2 %; c'est-à-dire, qu'avec les lampes les plus perfectionnées, on ne retire en lumière que de l'énergie fournie. Alors qu'une transformation complète nous donnerait 50 bougies environ par watt, on s'estime très heureux quand actuellement on obtient 1 bougie, et l'on ose à peine espérer 1 1/4 ou 1 1/2 bougie par watt ! Cela en atteignant les plus hautes températures pratiquement réalisables, et en choisissant les meilleurs corps radiants.

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La lampe à arc ordinaire que tout le monde connaît fonctionne aussi par incandescence. L'arc proprement dit ne fournit en effet que fort peu de la lumière émise, 5 % environ. La majeure partie provient du charbon positif creusé en cratère et porté à l'incandescence. Le rendement relativement élevé de cette lampe est dû surtout à la haute température à laquelle elle fonctionne et qui est ici celle d'ébullition du carbone. Malgré cela et à cause même de ce caractère d'incandescence, l'utilisation de l'énergie. est encore bien incomplète; on n'obtient guère que 2 bougies par watt.

C'est dans ces dernières années seulement, grâce à la décou

verte des nouveaux arcs intensifs, que la technique de l'éclairage électrique a fait véritablement un pas en avant. Laissant de côté les méthodes peu pratiques qui donnent la lumière comme un sous-produit de la chaleur, on s'est efforcé de réaliser la transformation directe de l'énergie électrique en lumière, en recourant à la luminescence. On arrive de cette manière aux rendements beaucoup meilleurs de 3 et même de 5 bougies par watt, bien que la température de ces nouvelles sources d'éclairage soit notablement plus basse que celles dont nous venons de parler.

Ces nouvelles lampes à are se divisent en deux catégories bien distinctes: les lampes à flamme et les arcs lumineux. Dans ces deux types, la lumière émise provient exclusivement de l'are lui-même, et ils ne diffèrent entre eux que par la façon dont ce résultat est obtenu.

L'are à flamme, connu seulement depuis 6 ou 7 ans, utilise, comme l'ancienne lampe à arc, des électrodes en charbon. L'are est rendu lumineux au moyen de sels minéraux, mélangés intimement au carbone des crayons et vaporisés par la chaleur inévitable dégagée par le passage du courant. Le rôle du carbone se borne donc à créer, entre les extrémités des crayons, une atmosphère de vapeurs conductrices, rendue éclairante par les substances minérales. Ces dernières jouent simplement le ròle d'illuminants et n'ont rien à voir avec le courant électrique. Telle est la caractéristique de ce genre de lampes, auxquelles on a donné le nom d'arcs à flamme à cause des fumées produites par la volatilisation des sels colorants. Ceux-ci viennent surtout de l'électrode positive, qui sera par conséquent toujours formée d'un charbon minéralisé; l'électrode négative peut ètre formée, à la rigueur, par un charbon ordinaire, sauf dans le cas de courant alternatif, où chaque électrode devenant successivement positive et négative, on fait usage, pour les deux, de charbon minéralisé.

Ces lampes fonctionnent sous un voltage de 40-80 volts, avec les crayons verticaux ou inclinés en V.

L'are lumineux, appliqué pour la première fois en 1903 aux États-Unis, diffère essentiellement de l'arc à flamme. Tandis que dans celui-ci l'illuminant est indépendant du courant, ici les vapeurs conductrices sont elles-mêmes la source de la lumière. Les vapeurs de carbone donnant très peu de clarté, on a dù faire appel à d'autres corps, dont les plus employés sont le Fer et le Titane. Une autre caractéristique est que seule l'électrode

négative joue un rôle actif; elle se consume en donnant naissance aux vapeurs lumineuses de l'arc. Elle est ordinairement en magnétite, oxyde magnétique de Fer, Fe3 01, allié à des composés de Titane qui augmentent l'intensité lumineuse. On ajoute souvent à ce mélange de l'oxyde de chrome qui a la propriété de prolonger la durée de ce crayon : elle peut atteindre à l'air libre 150 à 175 heures, pour un crayon de 20 cm.

Quant à l'électrode positive, elle est passive et ne prend aucune part à l'éclairage. On la fait ordinairement en cuivre, et on lui donne des dimensions suffisantes pour la maintenir à basse température.

Cette lampe ne fonctionne qu'en courant continu, avec une tension de 75-80 volts. Dans le cas de courant alternatif, il faut Jui adjoindre un redresseur; les soupapes à mercure semblent remplir très bien ce but (1). L'expérience a montré que l'on se trouvait dans les meilleures conditions de fonctionnement, en disposant les crayons verticalement, dans le prolongement l'un de l'autre, le cuivre en haut.

En résumé, la différence essentielle entre ces deux types de lampes est donc celle-ci : La lampe à flamme est un arc à vapeurs de carbone colorées; l'arc lumineux est formé de vapeurs métalliques lumineuses par elles-mêmes.

En éclairage, plus peut-être que dans tout autre domaine des applications de l'électricité, le succès d'une installation dépend avant tout d'un choix judicieux des appareils, donnant à chacun le rôle qui lui convient le mieux. Il est dès lors important d'insister sur les caractéristiqués des différents modes d'éclairage, puisqu'elles déterminent, pour chacun d'eux, les applications où il présente un avantage notable sur les autres et pour lesquelles il convient de l'employer de préférence.

Pas plus que les autres types de lampes, les arcs intensifs ne peuvent convenir partout et toujours; pour pouvoir délimiter leur champ d'application, examinons leurs propriétés, leurs avantages et leurs inconvénients.

Dans l'arc à flamme, la température des extrémités des électrodes doit être suffisante pour assurer la vaporisation régulière des produits éclairants. Si le courant est trop faible, les élec

(1) La construction de ces soupapes repose sur le principe suivant : le courant passe aisément du graphite à la vapeur de mercure, mais non du mercure au graphite, dont on fait l'électrode positive.

trodes ne s'échauffent pas assez et l'arc perd de sa luminosité. C'est donc comme grosse unité d'éclairage, à forte puissance, qu'il convient de l'employer. Avec la même dépense, il donnera une lumière beaucoup plus intense que l'ancien arc à charbon, mais il ne pourra servir économiquement à produire le même éclairage que celui-ci en utilisant moins de courant.

Pour l'arc lumineux au contraire, la lumière émise directement par les vapeurs conductrices dépend beaucoup moins de la température des extrémités des crayons. Elle ne diminue pas rapidement, comme dans le cas précédent, avec la décroissance du courant. Ce type de lampe convient donc mieux pour un éclairage de faible puissance. Cette première remarque montre déjà que chacun de ces deux types d'arcs aura des applications très différentes; mais il convient de pousser plus loin ce parallèle.

L'arc à flamme est à base de carbone. Or on sait que si on laisse ce corps brûler à l'air libre, il se consume rapidement. Pratiquement, on doit remplacer les crayons après 15 à 16 heures de fonctionnement. Comme ils coûtent sensiblement plus cher que les charbons ordinaires, les frais d'exploitation de la lampe à air libre sont élevés. Aussi, n'utilise-t-on guère que l'arc enfermé où les charbons ont une durée de 100 à 120 heures. A cause des fumées dégagées, la fermeture ne peut être celle de la lampe à carbone ordinaire. Il est nécessaire de prévoir ici une circulation effective de l'air occlus, de manière à éliminer ces vapeurs en les entraînant dans une sorte de chambre de condensation. On est arrivé à ce résultat en utilisant des globes de forme particulière, divisés en deux compartiments séparés par une partie étranglée. L'arc se produit dans le compartiment supérieur, dont la température est élevée; le compartiment inférieur reste à température relativement basse et les fumées viennent s'y déposer; l'étranglement sépare nettement la partie opaque du globe de la partie utile qui reste transparente. Avec l'arc enfermé, les charbons sont toujours disposés verticalement, tandis qu'à l'air libre ils sont le plus souvent inclinés en V.

Au début, on a eu beaucoup d'ennuis avec les crayons des lampes fermées. La consommation des électrodes étant fortement réduite, la quantité d'illuminant introduite dans l'arc devenait insuffisante, et de ce fait la lumière émise trop faible. Pour obvier à cet inconvénient, on a fait usage de charbons contenant une plus forte proportion de principes minéraux. On a cependant dû agir avec prudence, car une teneur élevée de matières non conductrices rendait difficile le passage du courant,

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