La quête historique du réservoir électrique : du gazomètre à la batterie moderne

“ Les énergies renouvelables intermittentes productrices d'électricité, en particulier l'éolien et le solaire, posent des problèmes d'organisation du réseau de distribution qui est appelé à être assez profondément modifié dans les prochaines années. ”

“ Dans le présent, qui seul nous occupe, l’électricité est déconcertée par la concurrence du gaz, ce rival qu’elle croyait vaincre sans peine, et paralysée par les difficultés de sa propre exploitation. Il lui manque, pour régulariser sa marche, un bon réservoir, frère du gazomètre, où emmagasiner l’éclairage pendant que l’abonné s’éclaire peu ou point. ”

“ Elle gagne les usines à gaz, et sa puissance destructive s’étale avec ampleur : appareils de fabrication, d’épuration du gaz, les gazomètres se dissocient sous son action ; le gaz, les foyers incandescents sont libérés ; leur rencontre produit des cataclysmes ; des flammes gigantesques s’élèvent à des hauteurs énormes, comme pour souligner aux populations effrayées l’ampleur du châtiment. ”

“ C'est que l'énergie électrique, à toutes les qualités qui ont provoqué son extraordinaire développement, joint un grave défaut, que jusqu'à présent on doit considérer comme constitutionnel, c'est son incapacité à se prêter à aucune espèce d'accumulation sous une forme économiquement réalisable. ”

“ L’ÉCLAIRAGE A L’INCANDESCENCE PAR LE GAZ Les perfectionnemens de l’éclairage public et privé ont été extrêmement rapides de notre temps. Le gaz et l’électricité règnent aujourd’hui partout, au dehors comme à l’intérieur de nos habitations, et y répandent la lumière à profusion. ”

“ Lorsque les sept cornues d’une batterie sont chargées, ce qui se fait à la pelle par les ouvriers, le fourneau, qui ne refroidit jamais, est porté à une haute température ; par l’action de la chaleur intense, les éléments constitutifs de la houille se séparent, il se forme des huiles empyreumatiques, du goudron, des sels ammoniacaux et divers gaz.
Ces gaz, qui s’emmagasinent provisoirement dans la tête de la cornue, s’échappent par un tube et arrivent dans un collecteur cylindrique, placé horizontalement au-dessus des fourneaux et qu’on appelle barillet. ”

“ Dès à présent, on peut deviner ce qui se passe : les matières gazeuses, montant par les tuyaux d’ascension, se réunissent dans le collecteur ; les matières solides ou liquides, déversées dans le barillet, s’en échappent et coulent vers la terre par la conduite qui leur est réservée.
Devant les batteries, des tas de charbon de terre sont répandus ; la houille est mise face à face avec le foyer qui va la dévorer. C’est là une précaution naturelle ; mais il est de première nécessité dans les usines à gaz de ne jamais employer que des charbons secs. ”

“ Le gaz a rendu et rend encore d’immenses services, tant au point de vue domestique qu’au point de vue industriel ; mais l’utilisation du gaz, tout au moins en ce qui concerne l’éclairage et la force motrice, doit faire place à l’électricité, plus moderne, plus pratique et plus propre. ”

“ La lampe à pétrole est encore en usage de nos jours. Mais, dans les grandes villes, elle cède de plus en plus la place à l’éclairage au gaz et à l’électricité. C’est l’électricité qui triomphera de tous les autres modes d’éclairage, car il est le plus propre, le plus pratique et le moins coûteux. D’autre part, l’électricité se transporte.avec une facilité remarquable et ne nécessite pas comme le gaz des conduits coûteux ; c’est ce qui permet aux grandes entreprises de fournir de l’énergie et de la lumière dans les petites communes, ce qui est presque impossible en ce qui concerne le gaz. ”

“ Tout a été disposé pour comparer l’ancien éclairage au nouveau. On a conservé le gaz dans quelques-uns des lustres, on l’a remplacé par l’électricité dans d’autres ; sur l’un d’eux enfin on a superposé les deux sortes de lampes, et voici quel a été le résultat : la lumière par incandescence est absolument fixe, tout à fait silencieuse. Étant enfermée dans une ampoule, elle ne dégage ni fumée ni gaz délétères, ni rien qui puisse altérer les peintures ou les étoffes ; elle développe moins de chaleur que le gaz, on peut la diminuer ou l’exagérer à volonté par les variations du courant. ”

“ Il n’y a pas d’utopie, je crois, à dire ce que tout le monde pressent ; il suffit aujourd’hui de quelques légers perfectionnemens de détail, d’un dernier effort de la science, facile après tant d’autres, pour que l’électricité détrône la vapeur dans tous les services de l’industrie. Tant que nous devrons chercher en bas la force qui est en haut, vous pouvez combiner à votre guise les lois et les réformes sociales, vous aurez toujours des esclaves, les tristes prisonniers du charbon, rivés à un labeur qui semble fait pour les criminels ”

“ Mais, sans nous arrêter aux objets de détail, ne nous reste-t-il pas comme un monde tout nouveau à découvrir dans l'application de l'électricité à la production d'une force motrice assez régulière et assez économique pour remplacer avec avantage la force de la vapeur? Le problème, pour être grave, n'est pas insoluble, et peut-être cette grande révolution est-elle plus prochaine qu'on ne le croit. ”

“ Il n’est douteux pour personne que l’homme ne sache un jour remplacer la chaleur par un nouveau moteur, comme il a remplacé par elle les moteurs animés, l’air et l’eau, dont il a successivement su tirer un si merveilleux parti. Déjà même la force mystérieuse de l’électricité ne s’apprête-t-elle pas à détrôner le charbon et la vapeur d’eau ? ”

“ S’ils obtenaient ces résultats, leur procédé ne tarderait pas à s’étendre, et ce serait, dans toutes les grandes villes d’Europe, à Paris et à Londres comme à Berlin, une évolution mémorable des industries de l’éclairage. La lumière serait presque exclusivement demandée à l’électricité, tandis que le gaz, perdant son pouvoir éclairant et gagnant un pouvoir calorifique supérieur, ne servirait plus qu’au chauffage ou à la cuisine, et peut-être encore aux petits moteurs industriels. ”

“ L’application rationnelle des combustibles comporte des problèmes d’un autre genre : par exemple, savoir si l’on doit transporter le charbon lui-même, ou transporter la force produite dans les gazogènes d’une centrale électrique au moyen de ce charbon. La seconde solution gagne chaque jour du terrain et tend même, en Angleterre comme en Allemagne, vers de larges projets de centralisation étatiste. L’électricité a un grand avantage : c’est qu’en tournant un commutateur, on arrête sa consommation, tandis qu’une machine, alimentée sur place par une chaudière, dépend de celle-ci. ”

“ L’utilisation de la houille blanche a amené la construction sur place d’immenses usines qui produisent du courant électrique sous haute-tension afin de le faire parvenir à une distance quelquefois très éloignée. Là, des transformations modifient le courant, ils diminuent la tension, selon les besoins. L’électrification convient merveilleusement aux nations dont la production en charbon est très faible.
L’électricité qui est la dernière forme connue de l’énergie se transforme facilement en chaleur, travail mécanique, chimique et réciproquement. ”

“ L’emploi tout récent do l’électricité paraît plus simple encore que celui de l’air ou de l’eau, puisqu’il permet l’emploi de véritables réservoirs, substitués aux appareils hydrauliques improprement dénommés accumulateurs, et qui ne sont guère, en réalité, que des régulateurs comparables au volant des machines à vapeur. L’électricité permet encore, pour les aiguilles, de réaliser facilement, avec de faibles frais d’installation, le problème du verrouillage et du contrôle des lames. ”

“ Parfois, il sera nécessaire d'avoir un réducteur pour la charge et un autre pour la décharge. Cela se présentera par exemple, lorsque la batterie marchera en tampon, servira de volant, de réservoir d'énergie, soit à la station centrale, soit en un point quelconque du réseau, la dynamo fonctionnant alors sous puissance constante. La batterie se chargera, si la dynamo fournit plus que l'énergie demandée sur le réseau, elle viendra en aide à celle-ci, au contraire, si l'énergie demandée sur le réseau est plus grande que celle que peut fournir la machine. ”

“ Et l’on dira que tous les phénomènes qui se passent dans un système matériel isolé ne sont que des transformations d'énergie. Quand on charge une batterie d’accumulateurs, on dépense de l'énergie mécanique pour faire tourner la djnamo qui produit le courant électrique ; cette dépense d'énergie mécanique correspond à une production d'énergie électrique, qui, elle-même, se transforme en énergie chimique dans les plaques de plomb des accumulateurs. ”

“ Néanmoins les accumulateurs d’électricité sont beaucoup moins encombrans que les accumulateurs de gaz, d’air ou d’eau sous pression ; aussi ces sortes d’appareils rendent-ils de grands services. L’usage en est déjà très répandu aux États-Unis pour le mouvement des voitures automobiles ”

“ 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. ”

“ L'inducteur joue le rôle de l'âme.
Le courant électrique va, sur son trajet, engendrer toutes ces manifestations si multiples qui ont modifié si complètement l'industrie moderne et nos habitudes ; c'est la vie électrique, si l'on peut dire, qui éclate ainsi sous toutes ses formes. Dans beaucoup d'installations on ajoute, auprès de la machine, une batterie d'accumulateurs qui, par l'intervention d'un con joncteur-disjoncteur, peut brusquement entrer en jeu en cas de besoin ; nous retrouvons là encore le
volant électrique, image du volant vital, l'énergie de réserve. ”

“ C'était encore une machine souterraine branchée sur un transport de force par courant continu; les constructeurs y mirent à profit l'expérience qu'ils avaient acquise dans l'établissement des tramways électriques, notamment par l'emploi d'une batterie d'accumulateurs-tampon, qui pendant les arrêts de la machine d'extraction absorbe l'électricité produite et vient en aide à la génératrice, au moment où la machine d'extraction doit dépenser un excès de puissance, comme, par exemple, au départ ou pendant les manœuvres. ”

“ En effet, d’un côté les installations à la tension de 1100 volts ne présentent aujourd’hui plus de difficultés, et d’un autre, dans les exploitations de quelque importance, on fait presque toujours marcher simultanément plusieurs machines. Lorsque le service n’est pas très intense, comme dans les premières heures de la journée ou les heures de la nuit, les batteries d'accumulateurs suffisent à donner la quantité nécessaire de courant. ”

“ Si l'intensité de décharge est beaucoup plus forte que celle de charge, on peut faire usage de deux survolteurs fonctionnant en tension pendant la charge et en dérivation pendant la décharge.
La suppression des éléments de réduction a l'inconvénient de rendre la batterie solidaire d'un survolteur à mettre en route ; la batterie perd une de ses qualités, celle de secours immédiat. ”

“ Ajoutons l’impossibilité de se ravitailler en route, et on comprendra pourquoi le rayon d’action des électromobiles actuels ne dépasse guère 50 à 60 kilomètres. Mais si le réservoir d’énergie présente d’aussi grands inconvéniens, reconnaissons d’abord que la science, pour l’instant, ne nous offre pas mieux et, qu’en revanche, le moteur actionné, la « dynamo, » est aussi parfait que l’accumulateur l’est peu. ”

“ Dans les grandes villes, où il est, en général difficile de placer des conduites, les véhicules portent le générateur de courant, c'est-à-dire une batterie d'accumulateurs. Ces appareils sont placés sous les banquettes, dans des tiroirs permettant leur remplacement facile à l'usine de chargement. Ce système a l'avantage de rendre tous les véhicules indépendants les uns dos autres, de permettre de faire fonctionner, à l'usine, les machines génératrices dans les conditions du rendement maximum. Il a l'inconvénient d'augmenter considérablement le poids mort de la voiture. ”

“ Le transport est en outre très préjudiciable à la' conservation des accumulateurs. — Si la charge en ville est indispensable dans certains cas (charge des batteries de grande capacité pour les hauts débits : rayons X. haute, fréquence) , on ne saurait conseiller ce système pour l'électrolyse et la galvanisation : quand pour ces emplois, on ne dispose pas d'une source à domicile permettant de charger la batterie, mieux vaut renoncer aux accumulateurs et adopter les piles. ”

“ Quel que soit le moyen employé pour utiliser comme moteur une force naturelle, chute d'eau, marées, vents, sources chaudes et glaciers, c'est en la transformant sur place en énergie électrique que l'on peut l'emmagasiner ou la transporter d'une manière économique et pratique. On peut l'emmagasiner sur place dans les accumulateurs-qui se transportent, ou la faire circuler dans des conducteurs pour la conduire au point où l'on veut l'employer. La grande quantité d'électricité qui va devenir nécessaire désormais ne peut provenir que de l'utilisation des forces naturelles. ”

“ Il est facile de voir que si l'on réduit le potentiel, il devient nécessaire d'employer une intensité d'autant plus élevée.
Lorsque le courant ne pourra être emprunté à une station centrale, c'est à une batterie d'accumulateurs qu'il faudra avoir recours. Mais, pour obtenir l'intensité correspondant, dans le tableau, au voltage de 12 volts, il faudra choisir des éléments d'une certaine capacité. ”

“ Dans la plupart des cas, la source de courant que l'on utilise dans cette application de l'énergie électrique est une batterie de piles primaires à décharge lente, telles que les Leclanché, les piles au sulfate de cuivre Daniell, Collaud, Meidinger, et les piles à l'oxyde de cuivre de Lalande et Chaperon. Lorsque les bureaux sont très chargés, on a quelquefois recours aux batteries d'accumulateurs et même, comme à Chicago, par exemple, à des dynamos à courant continu, commandées par des moteurs thermiques, exactement comme dans les stations génératrices pour lumière ou force par l'électricité. ”

“ Non seulement elle est adoptée dans bon nombre d'établissements publics ou particuliers àisposant d'une force motrice, mais elle fait déjà, dans un certain nombre de villes et de localités, l'objet de systèmes de distribution de lumière qui présentent une certaine analogie avec les installations du gaz. Dans une usine centrale sont installées les machines électriques mises en mouvement, soit par une force naturelle, comme une chute d'eau, soit par un moteur à vapeur. ”

“ C'est l'application de cette réversibilité que nous voyons se faire partout autour de nous à l'heure actuelle avec les stations électriques ; que ce soient des stations à vapeur ; que ce soient des stations hydrauliques, dites aussi hydro-électriques. Au point où la force motrice, l'énergie mécanique, est produite par des chaudières et une machine à vapeur, ou bien encore par des roues à eau, des turbines hydrauliques diverses, nous trouvons la station génératrice, les dynamos (qui sont en réalité souvent des alternateurs) fabriquant le courant. ”

“ Dans les débuts, alors qu'on ne connaissait que la pile primaire comme source d'énergie, on se bornait à relier les deux pôles de la batterie aux deux bornes du régulateur à actionner. Mais quand l'invention d'Edison, complétant celle de Gramme, permit de disposer des foyers économiques pouvant être alimentés facilement, on pensa à monter des usines importantes, capables de fabriquer d'énormes quantités de courant, courant envoyé aux lampes par des canalisations, par un procédé analogue employé pour le gaz, dont l'électricité devenait le rival. ”

“ La centrale, menée plus industriellement, peut en outre utiliser des combustibles plus médiocres et obtenir des sous-produits. En revanche, il existe quelques inconvénients secondaires : centralisation excessive de l’énergie exposant à un arrêt général en cas d’accident, frais d’installation, perte dans le trajet et nécessité d’une organisation méthodique pour remédier à l’arrêt simultané de nombreux consommateurs. Tout compte fait, la dépense de charbon par cheval-heure peut être souvent réduite à la moitié, quelquefois au tiers, par substitution de centrales aux moteurs particuliers. ”

“ Le rapport de la Commission Nationale des Grands Travaux, qui s’est occupée de la rationalisation de la production de l’électricité a insisté énergiquement sur la nécessité de cette concentration. Les procédés modernes de combustion, seuls, permettent l’emploi de combustibles de qualité inférieure, jadis invendables. L’utilisation de ces combustibles constitue actuellement un avantage sérieux pour notre industrie charbonnière. Est-ce à dire que les centrales doivent se désintéresser du problème et imposer une gêne excessive aux voisins ? ”

“ Les deux moyens de production de la force motrice se concilieront dans une large mesure d'abord parce que la quantité de force motrice consommée ira sans cesse en augmentant, ensuite parce que la machine à vapeur reste indispensable à côté du moteur hydraulique pour remédier aux sécheresses et aux congélations d'eau des rudes hivers.
Parmi les bienfaits de l'électricité, l'un des plus grands, en permettant l'utilisation de la houille blanche, aura été de rompre le lien qui maintenait en contact étroit la production et l'emploi de la force : le transport de l'énergie est la grande conquête. ”

“ L’emploi de la turbine permet d’atteindre d’énormes énergies individuelles en réduisant l’encombrement. Le moteur à gaz industriel est surtout le moteur à gaz pauvre alimenté par un gazogène, le moteur à gaz de hauts fourneaux ; mais c’est aussi le petit moteur à gaz d’éclairage pour l’usage domestique. Le moteur à huile lourde se présente comme très économique dans son emploi et peu encombrant, mais délicat, manquant d’élasticité et comportant la mise en mouvement d’une grande masse. Quant à l’électricité, elle a, comme agent, des avantages évidents, dont le premier est la souplesse. ”

“ Nous pouvons aussi stimuler l’innovation énergétique avec de nouvelles mesures incitatives. Les clivages dans ce Congrès sont sans doute trop forts maintenant pour voter un plan complet pour lutter contre le réchauffement climatique, mais il n’y a pas de raison que le Congrès ne fixe pas au moins des critères en matière d’énergies vertes qui créent un marché pour l’innovation. ”

“ Mais ce qui est correct pour le gaz naturel l’est tout aussi pour les énergies propres. En trois ans, notre collaboration avec le secteur privé a déjà positionné l’Amérique à la première place au monde des fabricants de batteries de haute technologie. En raison des investissements fédéraux, l’utilisation d’énergies renouvelables a presque doublé et des milliers d’Américains ont obtenu un emploi. ”