L'ÉLECTRICITÉ A BORD DES AUTOMOBILES
Le dernier Salon de l'Automobile a révélé à ses visiteurs un fait nouveau: la prise de possession de la voiture par l'électricité.
Entendons-nous bien tout de suite. Il ne s'agit point du tout d'une révolution dans le mode de traction de la voiture, de l'avènement, enfin durable, de la voiture électrique. Non. Le moteur à explosions, avec ses incomparables qualités de puissance, de légèreté, de solidité et d'économie, demeure maître absolu de tout véhicule qui va sans chevaux sur les routes. Il s'agit seulement d'une grande amélioration dans le confort de la voiture: l'automobile a fait mettre l'électricité chez elle.
Désormais, en effet, une automobile qui se pique de modernisme ne tolère plus que, la nuit, la route soit éclairée devant elle autrement que par l'électricité. Elle ne souffre plus qu'on lance son moteur à la manivelle; elle le veut mis en marche à l'électricité. C'est l'électricité qui actionne son avertisseur; qui demain fera mouvoir la pompe d'air pour les pneumatiques, voire les glaces de la limousine; qui embrayera, freinera et opérera les changements de vitesses. Voilà donc bien du nouveau!
Cette transformation s'accompagne fatalement de quantité d'expressions nouvelles dont il va falloir que les gens du monde, ou simplement les gens instruits, connaissent le sens. Nous ne les passerons pas en revue ici mais s'il plaît aux lecteurs de L'Illustration, nous allons faire sous leurs yeux une analyse sommaire des phénomènes auxquels nous devons le courant électrique, et nous verrons ainsi les expressions nouvelles venir à nous familièrement.
L'électricité apporte à l'automobile le premier bienfait d'un éclairage quasi parfait. Je ne vanterai pas longuement les avantages de l'éclairage radieux. Un coup de pouce, et l'on a de la lumière, de la lumière au point précis où on la désire! Un coup de pouce, et tout retombe dans les ténèbres! Plus d'allumettes, plus de flamme et de fumée, plus de liquides sales, plus de préparatifs, et par contre, vraiment, on a le soleil la nuit!
Mais ici vous m'arrêtez. Pourquoi n'éclaire-t-on pas les automobiles au moyen de piles? Les piles sont connues du public et de maniement assez simple.
Certes. Mais elles sont fragiles, encombrantes, pesantes, et surtout elles sont extrêmement onéreuses. La plupart, et les moins mauvaises, sont des appareils dans lesquels on dissout peu à peu du métal, à la façon du sucre dans de l'eau, et un métal très cher, le zinc. Laissons donc les piles aux timides sonneries d'appartements.
Alors, pourquoi n'éclaire-t-on pas les automobiles au moyen d'accumulateurs? Nous allons voir qu'en effet la batterie d'accumulateurs s'impose à notre cas. Mais, si on voulait lui confier la totalité du service d'éclairage, il faudrait lui donner un volume énorme dont le poids et l'encombrement seraient prohibitifs. Et puis, leur nom indique leur défaut: ils ne créent pas du courant, ils ne peuvent que garder en réserve l'énergie dont on les a gavés. Or, loin de toute usine électrique, privés des spécialistes qui savent réussir la délicate opération, comment seraient-ils soumis à une recharge? Il est donc nécessaire que l'automobile fabrique elle-même, de par son moteur, l'électricité dont elle a besoin; qu'elle ait à son bord, en réduction, une petite usine électrique, usine non seulement analogue aux plus puissantes, mais encore aggravée de complications inconnues à un secteur de lumière. Ces complications tiennent d'abord aux changements d'allures si variables d'un moteur d'automobile qui. à tout moment et selon les difficultés de la route, ralentit ou accélère, et détermine ainsi dans la source du courant des variations de débit qui vont depuis le rougeoîment des lampes jusqu'à leur grillade instantanée! Elles tiennent ensuite aux arrêts mêmes de ce moteur: quand la voiture attend le soir la sortie d'un théâtre, ou lorsqu'elle est en panne dans la rase campagne, la nuit, il est indispensable qu'elle ne soit pas plongée dans les ténèbres bien que le moteur, générateur de son courant, demeure inanimé. Une batterie d'accumulateurs, mais petite et trapue, nous est donc indispensable, puisqu'il y a des heures où d'elle seule nous pouvons attendre du courant. Elle ne fait alors que nous restituer l'énergie confiée à elle par notre moteur.
Donc, c'est le moteur de la voiture qui fabrique l'électricité par elle dépensée. Comment le peut-il faire? Il le fait au moyen de cette machine admirable qui constitue le seul moyen pratique jusqu'ici trouvé par les hommes pour faire naître le courant nécessaire à leur éclairage, à leur locomotion, au transport de la force à distance, etc., et qui s'appelle une machine électro-magnétique. La dynamo, qui dorénavant donnera à nos voitures l'éclairage, et la magnéto, qui depuis dix ans fournit à nos moteurs l'allumage, sont deux soeurs de cette illustre famille. Mots un peu particuliers qui ne recouvrent cependant que des idées fort simples, on va le voir.
Fig. A.-Aimant permanent et électro aimants.--1. Aimant permanent (morceau d'acier dur recourbé puis aimanté).--2. Electro-aimant (morceau de fer entouré d'une longue spirale qui lui confère les propriétés magnétiques pendant tout le temps qu'elle est traversée par un courant).--3. On donne aux deux extrémités d'un électro-aimant une forme appropriée qu'on nomme masse polaire; l'ensemble est l'inducteur de la dynamo.
Chacun de nous a eu certainement un jour ou l'autre entre les mains un aimant en fer à cheval (fig. A) et en connaît au moins sommairement les propriétés. Si l'on jette sur cet aimant de la poussière de fer, de la limaille très fine, on voit qu'elle s'attache sur lui, en forme de houpettes très hérissées, à ses deux extrémités qu'on appelle ses pôles. La physique démontre que d'un pôle à l'autre sont, pour ainsi dire, tendues, invisibles et impalpables, des lignes de force, assez comparables, si l'on veut se contenter de cette image grossière, à des élastiques extrêmement ténus.
Or. un aimant nu, en acier, tel que celui-ci. un aimant dit permanent parce que sa force ne peut pas changer à notre gré, est peu puissant. On obtient un aimant beaucoup plus fort, à dimensions égales, en prenant du fer doux, c'est-à-dire aussi pur que possible, en entourant le corps de la pièce, ou bien chacune de ses jambes, d'un grand nombre de tours de fil de cuivre recouvert de coton, dont on forme une bobine, et en faisant passer dans cette longue et fine canalisation un courant électrique, celui d'une pile par exemple, qui a pour objet de l'exciter, de lui donner temporairement les propriétés magnétiques On a ainsi, créé un électro-aimant, l'organe-roi de toutes les applications de l'électricité, depuis la sonnerie jusqu'à la locomotive électrique, depuis le tramway jusqu'à la télégraphie sans fil. L'électro-aimant est capable d'un travail beaucoup plus grand que l'aimant permanent puisqu'il peut donner normalement jusqu'à 20,000 lignes de force par centimètre carré, alors que son maigre camarade n'en fournit au maximum que 5,000 à 6,000.
Ainsi pourvus d'une source importante de magnétisme, livrons-nous à une petite expérience qui va nous révéler un autre phénomène d'importance extrême puisque, s'il n'existait pas, aucune des applications industrielles de l'électricité ne serait elle-même réalisée.
Prenons un fil de cuivre recouvert de coton (les lignes de force traversent aisément le coton, alors que le courant électrique est arrêté par lui). Faisons de ce fil une boucle que nous tenons entre le pouce et l'index, et attachons ses deux bouts à un galvanomètre, appareil qui nous dira ce qui va se passer dans ce fil.
Fig. B.-Expérience schématique montrant qu'un
courant est induit dans le fil aux moments où
la spire coupe les lignes de force de l'inducteur.
Plaçons vivement la boucle ou spire en plein dans les lignes de force (fig. B). L'aiguille du galvanomètre a bougé; puis elle est tout de suite revenue à l'immobilité. Retirons la spire hors des lignes de force: j'aiguille a encore bougé, puis est revenue à zéro.
Nous en concluons avec raison ceci: chaque fois que nous avons, au moyen de notre spire, coupé les lignes de force de l'électro-aimant, et seulement au moment précis où nous les coupions, un courant électrique s'est produit dans cette spire, y a été induit, pour parler le langage technique. C'est, en effet, l'énergie mécanique de notre main qui s'est transformée en énergie électrique.
Si peu de travail s'est mué en courant. Quelle abondance d'électricité n'obtiendrons-nous pas quand nous demanderons au moteur de notre voiture de se substituer à nous pour déplacer la spire dans le champ magnétique!
Mais comment le moteur s'y prendra-t-il pour effectuer ces coupures extrêmement rapides des lignes de force? Au lieu de présenter et de retirer la spire aux lignes de force, nous la ferons tourner au milieu d'elles, tout simplement. A cet effet, nous prendrons un axe en fer, terminé par une portée à chaque bout afin qu'il puisse prendre sur lui-même un mouvement de rotation; nous bobinerons sur lui un grand nombre de tours de fil, afin que le courant produit soit, plus puissant, et nous chargerons le moteur de faire, au moyen d'un engrenage, tourner très rapidement cet induit. Si nous mettons aux extrémités de ce bobinage une lampe, elle s'éclairera tant que l'induit tournera (fig. C).
Fig. C.--Induits schématiques--1. Le fil, guipé de coton ou de soie, est bobiné un grand nombre de fois sur une pièce en fer doux, afin que la tension du courant produit soit plus grande; une lampe attachée à ses deux extrémités pourra recevoir ce courant alternatif et s'allumer quand l'induit tournera à une vitesse suffisante.--2. La batterie ne pouvant accepter de courant alternatif, l'induit est muni d'un collecteur qui, au moyen de balais, redresse le courant alternatif; la lampe est ainsi alimentée par du courant continu qui lui vient tantôt de la dynamo, tantôt de la batterie.
Voici donc constituée, par un électro-aimant et par un induit qui tourne entre ses masses polaires, une dynamo. Mais tout aussitôt les difficultés d'application commencent.
Tout d'abord le courant qui est produit de la sorte est du courant alternatif, c'est-à-dire (je ne puis en donner les raisons ici) qu'il va de droite à gauche pendant un demi-tour de l'induit, et de gauche à droite pendant l'autre demi-tour. La lampe électrique s'en accommode fort bien, mais le personnage désagréable dont la présence dans notre jeu est inévitable, je l'ai montré, la batterie d'accumulateurs, va tout de suite brouiller nos cartes. Comme elle ne peut supporter le courant alternatif, elle exige que la dynamo, qui est chargée de la nourrir, ne lui fournisse que du courant continu, un courant qui aille toujours dans le même sens! Ainsi le constructeur est-il obligé d'installer sur la dynamo un petit organe supplémentaire, heureusement fort simple, qu'on appelle un collecteur-redresseur, et qui a pour objet de transformer le courant alternatif de la dynamo en un courant de sens constant. Les ouvrages spéciaux expliquent le fonctionnement de cet organe.
La seconde difficulté est celle-ci: les accumulateurs cherchent à jouer un vilain tour à la dynamo. A force de s'emmagasiner dans la batterie, le fluide électrique prend en quelque sorte du ressort, de la tension, et, au fur et à mesure que la dynamo envoie aux accumulateurs du courant, ils cherchent à s'en défaire, c'est-à-dire à le décharger en elle! Tant que leur tension demeure inférieure à celle de la dynamo, tout demeure normal, car, de deux courants directement opposés, c'est évidemment le plus fort qui détermine le sens de courant général Mais si les accumulateurs l'emportent, même momentanément (et il suffit que le moteur ralentisse beaucoup, dans une rampe par exemple, pour que le courant de la dynamo baisse au point de devenir pratiquement nul), ils ce déchargent, sans cérémonie, dans la dynamo, laquelle est ainsi mise à mal.
Donc, ici encore, il a fallu imaginer un organe de sécurité, un conjoncteur-disjoncteur qui automatiquement fermât la porte au courant qui veut aller vers la dynamo et l'ouvrît au contraire au courant qui va vers la batterie; qui, en outre, et toujours automatiquement, aux moments où la dynamo ne donne aux lampes qu'un courant trop pauvre pour l'éclairage (ralentissement extrême du moteur), ou même n'en donne pas du tout (arrêt du moteur), envoyât à ces lampes le courant des accumulateurs.
Troisième difficulté. Les accumulateurs sont susceptibles d'acquérir un maximum de tension connu, qu'ils ne dépasseront jamais, sous peine d'en être tout désorganisés. Il est donc indispensable que la dynamo se conforme à ce maximum et ne soit pas capable d'envoyer aux lampes un courant plus élevé que celui qui peut être fourni par les accumulateurs. La résistance des lampes est par conséquent déterminée par le nombre d'accumulateurs qui forment la batterie, et non par la puissance de la dynamo. Or, comme la dynamo donne un courant de tension d'autant plus grande qu'elle tourne plus vite, et que le moteur qui l'entraîne peut parfois l'entraîner à de folles allures, il est indispensable qu'elle soit assagie, qu'elle comporte un régulateur qui calme soit sa vitesse soit son excitation, qui la mette «au pas» et protège ainsi les lampes contre des variations de tension désagréables à la vue, ou contre des exagérations de courant qui les brûleraient sur-le-champ. Comment cette régulation peut-elle être faite? Je me bornerai à répondre que c'est là un des points encore où la bataille des constructeurs est le plus acharnée: sept ou huit procédés sont en présence.
Le problème de l'éclairage électrique des automobiles présente donc de singulières difficultés, on le comprend. Il est probablement superflu que je déclare n'avoir fait ici que l'effleurer à peine.
Maintenant, pour nous consoler de tant de peines, veut-on bien que nous fassions une dernière expérience qui, elle, va nous donner une surprise heureuse?
Supposons que la dynamo que nous venons de construire soit détachée du moteur qui l'entraîne pour produire du courant, et qu'elle soit arrêtée. Relions ses deux balais aux deux bornes de la batterie d'accumulateurs au moyen de fils: voici tout à coup notre induit qui se met à tourner follement sur lui-même entre les branches de l'aimant! Il est devenu moteur.
En effet, dans une dynamo, les phénomènes sont réversibles: si on lui donne du mouvement (en faisant tourner son induit). elle rend du courant elle est génératrice; et si au contraire on donne du courant à son induit, elle rend du mouvement (elle se met à tourner), elle est motrice.
Ces observations faites, récapitulons, si vous le voulez bien, les moyens que l'électricité met ainsi à notre disposition dans une automobile moderne. Nous avons:
1. Une source indéfinie de courant, la dynamo. Tant que le moteur de la voiture tourne, le torrent passe. Qu'en ferons-nous? Nous diviserons ce torrent en ruisseaux que nous enverrons un peu dans tous les coins de notre voiture, comme un montagnard avisé détourne en filets l'eau du torrent pour en arroser ces prairies. Des fils porteront le fluide aux phares d'autres aux lanternes, un autre au falot réglementaire du numéro de police d'arrière. Nous profiterons de notre richesse de lumière pour en apporter un peu à l'intérieur même de notre carrosserie, à un plafonnier qui permettra à Monsieur de dire, à Madame d'émerveiller les passants; pour en donner aussi à notre mécanicien qui ainsi surveillera comme en plein jour le débit de l'huile, l'indicateur de vitesse, ou même l'ampèremètre et le voltmètre du tableau qui lui disent si sa petite usine électrique se porte bien; pour lui en donner encore au bout d'une baladeuse qui, en cas de panne, lui permettra de mettre des clartés dans les entrailles de sa machine! Enfin, le solde de ce torrent ainsi réparti sera absorbé par notre caisse d'épargne, notre batterie d'accumulateurs.
2. Nous avons à bord cette batterie, qui ne demande qu'à nous rendre le courant prêté. Elle le met à notre disposition pour trois effets différents. Par elle, nous pouvons tout d'abord faire de l'éclairage, ainsi que je l'ai démontré. Par elle il nous est loisible ensuite de faire de la traction. Installons un petit moteur électrique auprès du volant du moteur de la voiture, et envoyons-lui un peu du courant enfermé dans la batterie: voici ce gros moteur réveillé et lancé! Construisons un moteur électrique microscopique; munissons-le d'une petite roue à dents de scie qui vient gratter sur un disque en tôle; enfermons le tout dans un étui métallique, avec un pavillon qui amplifie le son... et, lorsqu'un peu du courant de la batterie passera dans ce moteur lilliputien, le monstre fera entendre son barrissement! Par un jeu de tout petits moteurs encore, un inventeur a proposé, comme je l'ai dit, qu'on fît manoeuvrer les glaces. Demain on réalisera de la même façon des crics et des pompes.
Par la batterie enfin nous pouvons faire du chauffage. On sait qu'un courant électrique échauffe toujours le fil au travers duquel il passe. La température ainsi produite est imperceptible si la grosseur et la longueur du fil sont calculées de telle sorte que le phénomène n'ait guère lieu; mais, inversement, il est facile de créer au courant une résistance déterminée qui, pour une valeur donnée, provoquera le simple échauffement du fil à 40 ou 50 degrés par exemple, ou son incandescence même; on constituera ainsi un tapis souple pour les pieds de Madame et un allumoir pour le cigare de Monsieur.
Tels sont donc les principaux éléments d'une installation d'électricité dans une automobile de 1914. Quel est maintenant l'avenir?
Fig. D.--Les principales applications du courant électrique à bord d'une automobile de 1914.
L'avenir est hérissé de plus de difficultés que je n'en ai énuméré encore! Car il s'agit aujourd'hui de simplifier, donc de serrer de plus près la perfection. La première victime, semble-t-il, sera la petite magnéto, si fidèle, si timide... Elle allume le moteur: sa soeur la dynamo ne le fera-t-elle pas aussi bien qu'elle?
La seconde absorption sera celle du moteur-démarreur: puisque, je l'ai expliqué, une dynamo est réversible et peut jouer, au gré du conducteur, le rôle de génératrice ou de réceptrice de courant, pourquoi continuerait-on à séparer cette double fonction pour la confier à deux organes distincts?
Et puis pourquoi la dynamo, à son tour, ne subirait-elle pas une transformation heureuse? Elle est pesante; or, un organe du moteur à explosions doit nécessairement être pesant: le volant. Pourquoi la «dynamo-magnéto-démarreur» ne serait-elle pas muée en volant? Les services électriques d'une automobile seraient ainsi «condensés» en un unique organe.
Mais une forêt de problèmes enchevêtrés sépare encore de cette lueur lointaine les inventeurs... les inventeurs aux bottes de sept lieues.
L. BAUDRY DE SAUNIER.