LE PHARE D'ECKMUHL (suite) - LES MACHINERIES.

Le système imaginé par l'ingénieur Bourdelles, Directeur du Service des Phares, est caractérisé par des éclats lumineux d'une durée d'un dixième de seconde (environ) donnant l'apparence de l'éclair. 1:10 de seconde est le temps moyen nécessaire à la perception d'un éclat de lumière blanche, temps évalué à 1/8 à 1/12 de seconde par le laboratoire de M. Charpentier. La fréquence des éclairs a été fixée à 5 secondes.
Mécaniquement, l'optique de Fresnel est supportée par un arbre vertical guidé, reposant sur une crapaudine. A cet arbre est fixé à un flotteur annulaire reposant à la surface d'une cuve contenant du mercure. La poussée du liquide est calculée de manière à équilibrer le poids du système tournant sur son pivot. L'énergie mécanique nécessaire à la rotation du système est réduite à celle absorbée par le frottement entre flotteur et mercure. Cette faible énergie est fournie par un mouvement d'horlogerie.

La lumière blanche est fournie par un arc électrique entre deux charbons alimentés par un courant de 25 ampères (nuit claire) ou 50 ampères (temps bouché) sous 45 volts, délivrant respectivement une puissance de 12 ou 18 millions de bougies. L'éclairage est doublé, portant respectivement encore la puissance à plus de 20 ou 30 millions de bougies.

Fig 1. Coupe verticale selon l'axe de rotation

Fig 2. Coupe horizontale de l'appareil optique

Le système optique se compose, pour chacune des deux sources lumineuses , de quatre lentilles annulaires (dites lentilles de Fresnel) projetées par M. A. Blondel, Ingénieur du Service Central des Phares. C'est un système bi-focal dont les parties dioptriques et catadioptriques ont des foyers distincts disposés sur l'axe commun des charbons et de l'appareil à des distances telles qu'ils se trouvent dans les plans horizontaux passant par les régions où l'incandescence de chacun des charbons atteint à peu près son maximum. Le charbon inférieur étant ainsi convenablement placé au foyer inférieur, qui est celui des éléments dioptriques, envoie à l'horizon, dans le plan focal, la lumière la plus intense qu'il émet. Le reste de cette lumière, avec celle du charbon supérieur est distribuée jusqu'aux abords du phare. Le charbon supérieur est semblablement disposé par rapport au foyer supérieur, qui est celui des éléments à réflexion totale. La lumière du faisceau correspondant est, par suite, distribuée de la façon la plus avantageuse; les deux faisceaux superposent à peu près leurs effets, du moins vers l'horizon où il est nécessaire d'envoyer le maximum d'intensité lumineuse.
Les optiques reposent sur un plateau en fonte supporté par un arbre vertical en fer forgé, qui est guidé en sa partie supérieure par un manchon en bronze et maintenu à sa partie inférieure par un coussinet également en bronze. L'arbre s'engage dans ce coussinet au moyen d'un pivot démontable en acier qui repose sur une crapaudine. A cet arbre est fixé un flotteur annulaire en fonte tournée qui plonge dans une cuve à mercure. Des vis de réglage permettent de centrer exactement le flotteur dans sa cuve. Un jeu de 5 millimètres seulement est ménagé entre les parois verticales de ces deux organes, afin de réduire le volume de mercure nécessaire. Le jeu est de 1 centième de millimètre entre le fond de la cuve et la face inférieure du flotteur.
Le coussinet peut se mouvoir verticalement dans un écrou, de façon à permettre de régler la hauteur de la crapaudine et, par suite, celle du plateau par rapport à un pont roulant qui sert à l'introduction et au changement des régulateurs de la lumière électrique. Ce pont porte deux chemins de roulement qui sont mis l'un ou l'autre, suivant le cas, en concordance avec une troisième voie fixée sur le plateau. Le régulateur en service est poussé sur cette dernière voie jusqu'à des arrêts qui le placent dans sa position normale, où il se trouve en contact avec des peignes en cuivre qui ferme le courant électrique sur chaque lampe.
Les deux conducteurs qui partent des machines se rendent chacun dans un auget annulaire rempli de mercure et constitué d'une matière isolante. Chacun des deux conducteurs qui aboutissent au régulateur plonge de même dans un auget et ferme le courant par l'intermédiaire du mercure, malgré la rotation de l'appareil.
L'axe de ces augets coïncide avec celui de l'arbre. Ils sont placés sur un support en fonte qui maintient l'arbre à sa partie supérieure et repose sur le plancher métallique de la lanterne. A côté de ce support et sur le même plancher, se trouve la machine à mouvement d'horlogerie qui fait tourner l'appareil. La cuve et le flotteur reposent sur le plancher de la chambre située au dessous de la lanterne et constituée par le soubassement de cet ouvrage.
Grâce à la poussée du mercure qui supprime le poids des parties mobiles, ainsi qu'au pivot et à la crapaudine qui réduisent à une faible valeur le travail du frottement, la révolution complète de l'optique peut s'exécuter en 20 secondes, avec un poids moteur à peine supérieur à celui qu'exige la machine de rotation à elle seule.
Le poids du mercure nécessaire n'est que de 105 kilogrammes.
Les avantages de ce système de rotation sont surtout sensibles pour les feux électriques, car les poussières produites par la combustion des charbons paralysent le fonctionnement du chariot à galets primitivement en usage. Il assure aussi la régularité et la longue durée de l'appareil de rotation, qui ne pourraient être réalisées avec les grandes vitesses qu'exigent les feux éclairs.

Les appareils optiques du phare d'Eckmühl ont été construits par MM. Sauter, Harlé et Cie.

Régime de courant électrique :

Les deux régimes adoptés pour chacun des deux feux électriques associés, sont 50 et 25 ampères ; les diamètres correspondants des charbons sont de diamètre 16 et 10 millimètres. On maintient le régime de 50 ampères dans les deux optiques par tous les temps où il est nécessaire de donner aux feux électriques toute leur puissance. On a recours au régime plus économique de 25 ampères quand la transparence atmosphérique permet de se contenter d'une puissance moindre et, malgré cette réduction d'intensité, la portée lumineuse du feu dépasse encore sa portée géographique, en sorte que ses éclats restent visibles même quand il est au-dessous de l'horizon.
Par les temps de forte brume, l'éclat du foyer lumineux, si intense qu'il soit, ne peut parvenir à percer le brouillard, et l'efficacité lumineuse du phare ne s'étend plus au-delà de quelques centaines de mètres. On fait alors usage de signaux sonores et l'on fait fonctionner les deux lampes au régime de 25 ampères.

Production du courant électrique :

Après des essais multiples faits au Dépôt des Phares par M. Blondel, Ingénieur des Ponts et Chaussées, pour remplacer les machines magnétos de Méritens par des dynamos à courant alternatifs, moins encombrantes et plus économiques. Pour alimenter le Phare d'Eckmühl, cet ingénieur a proposé d'installer des alternateurs diphasés du type Labour, qui ont donné de bons résultats. Ils se prêtent aux différents régimes, permettent une régulation convenable de l'arc et possèdent une self-induction suffisante pour pallier à toutes les éventualités de la pratique.
Les alternateurs sont sont actionnés par des courroies séparées et tournent à la vitesse de 800 tours par minutes.Chaque alternateur comprend trois parties :

1- L'excitatrice E qui est une petite dynamo à courant continu, composée d'un électro-aimant inducteur i et d'un anneau Gramme j calé sur l'arbre, et muni d'un collecteur c sur lequel frottent deux balais ff. Ceux-ci recueillent un courant continu engendré par la rotation ;

2- Les inducteurs fixes ou électro-aimants I formés de noyaux en tête feuilletée serrés par des boulons dans une couronne en fonte CC servant de culasse, et sur lesquels sont enroulées des bobines en fil de cuivre isolé bb. FIG 8 Les inducteurs présentent huit pôles radiaux alternativement Nord et Sud, et leurs huit bobines b sont reliées en série en un seul circuit, alimenté par le courant de l'excitatrice, qui produit le magnétisme des pôles ;

3- L'induit, formé d'un noyau en tôles feuilletées JJ, calé sur l'arbre et muni de dentures dans lesquelles sont logées seize bobines en fil de cuivre isolé.

Fig 7. Elévation latérale d'un alternateur

Fig 8. Coupe longitudinale d'un alternateur

Ces bobines sont réparties en deux circuits superposés, chevauchant l'un sur l'autre d'une demi-largeur de bobine, de façon à produire des courants alternatifs diphasés. Les huit bobines dont le fil est marqué en traits pleins constituent le premier circuit ; les huit autres, dont le fil est représenté en traits pointillés, constituent le second circuit. Pendant la rotation de l'induit, les courants engendrés dans chacun des circuits sont recueillis par les bagues B, B', B ; la bague B' est commune à l'un et à l'autre ; les deux bagues B appartiennent chacune à un circuit.
L'embrayage mécanique est disposé de manière à relier les circuits des induits en parallèle deux à deux, en amenant les courants de même phase en concordance.
Les balais D, D'*, D, qui frottent sur les bagues, communiquent par des connexions en tiges de cuivre avec des bornes placées sur le bâti de la machine, et d'où partent les câbles conducteurs, aboutissant au tableau de distribution.

Le tableau de distribution TT est formé d'un panneau sur lequel sont fixés les conducteurs et les appareils. Les bornes 1 à 12 du tableau sont reliées par des conducteurs isolés, aux bornes des machines.
Les appareils de manoeuvre comportent :
1- Quatre interrupteurs J, J', K, K' qui permettent de fermer ou d'ouvrir les circuits des machines sur les lampes ;
2- Un coupleur (ou interrupteur de couplage) que l'on ne doit fermer qu'après avoir accouplé les alternateurs et que l'on doit ouvrir avant de les des-accoupler. Ce coupleur a pour but de conserver la même polarité aux deux excitatrices, et, par suite, aux pôles inducteurs semblablement placés des deux alternateurs. Si cependant la polarité de l'une d'elles venait à s'inverser, il suffirait , après avoir ouvert l'interrupteur de couplage, de soulever à la main l'un des balais ff de l'une quelconque des excitatrices, de façon à déterminer la rupture brusque du courant qui la traverse. Cette manoeuvre intervertit le sens de ce courant, et la concordance des polarités se trouve ainsi rétablie d'elle-même.
Les appareils de mesure consistent, pour chacune des deux lampes, en un voltmètre et un ampèremètre qui font connaître la tension et l'intensité du courant passant par cette lampe. D'autre appareils servent au réglage ; ce sont :
1- Deux rhéostats à manette R, R. Chacun d'eux est affecté à une machine, et sert à régler l'intensité du courant inducteur produit par l'excitatrice. La manette a été fixée en place par une vis au moment de l'installation, et elle ne doit être déplacée QUE d'après un ordre émanant de l'Ingénieur chargé du service du phare ;
2- Quatre réducteurs J, J', K, K' à raison d'un par circuit des induits. Ils servent à ramener au régime 25 ampères 45 volts chacun des courants produits qui, sans l'interposition de cet appareil, présenterait trop d'intensité et pas assez de stabilité. On doit s'abstenir de modifier l'écartement de l'armature des réducteurs, à moins d'un ordre spécial de l'Ingénieur.

Manoeuvre des interrupteurs :
Les deux régimes auxquels le phare est appelé à fonctionner, selon les circonstances atmosphériques, donnent lieu aux manœuvres suivantes :

Lumière n°1 dans les 2 optiques : Fermer J et J' ou K et K', suivant la machine employée.
Lumière n°2 dans les 2 optiques : Accoupler les machines, fermer le coupleur puis tous les interrupteurs.

Colonne d'embrayage.

Fig 6. Accouplement des alternateurs et colonne d'embrayage

La colonne d'embrayage G permet de faire passer à volonté la courroie de chaque alternateur de la poulie fixe sur la poulie folle et de solidariser mécaniquement les deux poulies fixes, lorsqu'on veut coupler les alternateurs pour obtenir la lumière n°2. Cette colonne comprend :
1- Une boite de graissage g tenue par le socle de fonte S.
2- Un arbre court tournant dans des coussinets en bronze et aux extrémités duquel sont calées les deux poulies folles P', P'. Celles-ci sont traversées par deux doigts d'embrayage mobiles qui peuvent pénétrer dans des trous correspondants percés dans les joues des poulies fixes P, P ;
3- Deux fourchettes mobiles FF permettant de faire passer chaque courroie sur l'une ou l'autre de ces poulies ;
4- Deux manchons MM munis de gorges circulaires entraînant les doigts d'embrayage, et qu'on peut faire à volonté coulisser, dans un sens ou dans l'autre, à l'aide de deux leviers LL.

Régulateurs et réglage de l'arc électrique :
Les régulateurs de l'arc électrique sont de type Serrin modifié, et permettent de réaliser les deux régimes de marche sans autre changement que celui des crayons.

                Le Régulateur Serrin

Pour faciliter au gardien de quart le réglage fréquent de l'écart des charbons et la position de l'arc électrique par rapport à l'appareil, l'image des crayons est projetée, au moyen d'un petit prisme et d'une lentille, fixés à l'appareil optique, sur une plaque d'ivoire où l'on peut l'examiner avec facilité. Ce système de projection est double, c'est à dire qu'on l'effectue sur deux points de l'optique.
L'écran en ivoire porte un trait noir de repère sur lequel doit se projeter constamment le milieu de la partie la plus incandescente du crayon inférieur. Dès que l'arc se déplace, le gardien hausse ou baisse le foyer lumineux de façon à le ramener au repère, au moyen d'une simple vis située sur la cage du régulateur, et qui opère le déplacement des deux crayons à la fois. Le réglage de l'écart de leurs pointes s'effectue au moyen d'une autre vis, et s'apprécie sur la projection, où il se trouve amplifié dans une proportion connue.

Machines motrices :
Les deux machines servant à entraîner les alternateurs n'offrent rien de véritablement intéressant. Ce sont des moteurs à vapeur d'une puissance de 12 chevaux (env. 9kW), d'une grande simplicité, mais aussi très solides, qualités nécessaires dans le cas particulier de leur emploi pour le service des phares, car leur conduite est confiée à des hommes, presque tous anciens marins et peu aptes à faire d'habiles mécaniciens.

Ces dernières consomment chaque année 125 tonnes de charbon acheminé par caboteurs depuis Saint-Nazaire jusqu'au port de Kérity.

Machines motrices

Fig 3. Aéro-condenseur automatique e=10/1000

Signal sonore à air comprimé :
De nombreuses expériences ont été exécutées en France, en vue de déterminer les meilleurs conditions d'établissement et de fonctionnement des signaux sonores à air comprimé, récemment substitués aux anciens signaux à vapeur.
Ces expériences ont tout d'abord prouvé, qu'à dépense égale d'énergie, les sons graves portent plus loin que les sons aigus. Le « mi » (326 vibrations complètes pare seconde) est une note fondamentale convenable et facile à réaliser.
On a également constaté que, de deux instruments produisant des sons identiques, l'instrument placé le plus haut est celui qui est entendu le plus loin, dans des circonstances atmosphériques ordinaires. Il convient donc de placer les signaux sonores au sommet des phares auxquels ils sont associés.
La comparaison d'instruments d'espèces différentes a porté surtout sur des sirènes et des des trompettes a anche vibrante. On a été conduit à considérer la sirène comme mieux appropriée aux stations de premier ordre situées à proximité des routes de la grande navigation.
La pression la plus favorable de l'air comprimé destiné à actionner les sirènes a été déterminée également et fixée à 2 kilogrammes. L'expérience a enfin conduit à adopter le diamètre extérieur de 150 millimètres pour le tambour mobile.
Il restait alors à régler le débit d'air à employer. Les expériences ont fait reconnaître que l'intensité sonore croît de moins en moins vite à mesure qu'on fait augmenter l'énergie potentielle de l'air consommé par seconde de son. Il est alors sans utilité d'accroître au delà d'une certaine valeur la puissance motrice affectée à une sirène.
On a finalement adopté une force motrice de d'environ 8 chevaux vapeur pour une durée de son égale à 3 secondes par minute, ce qui correspond, par seconde de son, l'air étant employé à 2 kilogrammes, à une dépense d'air de 400 litres mesurés à la pression atmosphérique, ou à une énergie de 3400 kilogrammètres.
La machinerie de la sirène du phare d'Eckmühl permet de mettre l'instrument en action instantanément, dès qu'apparaît la brume. Ce résultat est obtenu par l'emploi d'un approvisionnement d'air comprimé contenu dans des réservoirs « accumulateurs » chargés à la pression de 15 kilogrammes.

Fig 10. Plan du bâtiment des machines e=5/1000

Fig 11. Coupe transversale du bâtiment des machines e=10/1000

Ces réservoirs, au nombre de trois, sont en tôle soudée et leur capacité de 5 mètres cubes chacun. Ils contiennent la provision d'air nécessaire au fonctionnement de la sirène pendant le temps que le moteur exige pour être mis en marche. L'air sortant du réservoir distributeur est ramené par un détendeur à la pression de régime de 2 kilogrammes.
La sirène du phare d'Eckmühl est établie au sommet de l'édifice ; elle est montée au-dessus d'un réservoir FIG 4 & 5 de 500 litres de capacité , placé sur la galerie supérieure du phare.

Fig 4. Sirène à air comprimé. Coupe verticale

Fig 5. Plan de l'installation

Les émissions de son sont réglées par une machine de rotation à mouvement d'horlogerie qui permet d'émettre un son toutes les minutes, portant à 5 ou 6 milles par temps clair et à 2 milles environ en cas de brume très épaisse.

Toute la machinerie du signal sonore a été également exécutée par MM. Sautter et Harlé.

Cabane de la corne de brume

Corne de brume démontée

Compresseurs d'air :
La compression de l'air est obtenue au moyen d'un compresseur, du système Genty, actionné par les machines motrices, par l'intermédiaire d'une transmission à courroie.
Ce compresseur, dont les organes principaux sont représentés sur les FIG 6 à 11 se compose de 4 cylindres à simple effet, groupés deux à deux et fonctionnant en tandem. Les deux groupes sont actionnés par un arbre mû par les machines motrices qui sont munies de puissants volants ; les pistons de chaque groupe se déplacent en sens inverse l'un de l'autre.
Tous les pistons ont une course commune de 200 millimètres. Les diamètres des 4 cylindres sont respectivement : A=290mm et B=225mm pour le premier groupe ; C=160mm et D=120mm pour le second groupe. Les pistons et les fonds ce cylindres sont munis d'un clapet multiple à billes qui sert, soit à l'aspiration, soit au refoulement.
Les deux groupes de cylindres peuvent travailler indépendamment l'un de l'autre, quand il s'agit de comprimer à une pression peu élevée, un grand volume d'air, ou bien on peut les accoupler au moyen d'un distributeur quand il s'agit, comme dans le cas du phare d'Eckmühl, d'obtenir un volume d'air moindre à la pression relativement élevée de 15 kilogrammes.
Le premier groupe comprime l'air jusqu'à 4 kilogrammes et le second groupe porte la pression à la valeur voulue. L'air extérieur arrive par le tuyau a FIG 6 & 7 puis il pénètre dans la chambre A' ; le piston A, pendant son ascension, le fait traverser le premier clapet et pendant sa descente suivante, l'air passe au-dessus de lui. A la nouvelle ascension, le piston A refoule l'air dans le cylindre B où sa pression s'accroît en raison de la diminution de volume qu'il subit ; la descente du piston B fait ensuite passer l'air au-dessus de lui et, à l'ascension suivante, l'air augmente suffisamment de pression pour pouvoir soulever les billes du fond supérieur et passer dans la chapelle E, en communication avec un réfrigérant G.
L'air, au sortir du réfrigérant, passe par le tuyau b dans un distributeur circulaire à manette H FIG 8 à 11 et, selon la position du levier, il se rend soit au réservoir à basse pression, soit au deuxième groupe de cylindres qui s'élève à une pression plus haute. Dans ce dernier cas, on amène le distributeur dans la position de la FIG 10. La lumière g n'admet plus d'air atmosphérique dans la chambre C' et le plus grand cylindre seul aspire l'air qui arrive par le tuyau a. A sa sortie du réfrigérant, cet air arrive dans la lumière d qui ne communique plus avec le tuyau f, mais avec la lumière h qui l'envoie dans la chambre d'aspiration G', puis dans la conduite b' qui, par suite de la position du tiroir, ne communique plus avec le tuyau f mais avec le tuyau e' ; l'air est envoyé ensuite par la conduite f' dans les réservoirs à haute pression.
La circulation d'eau dans les réfrigérants est assurée par une pompe à fourreau montée sur le bâti du compresseur et mise en mouvement par une manivelle calée sur son arbre de couche.

Fig 6. Compresseur d'air. Vue de face

Fig 7. Compresseur d'air. Coupe verticale

Fig 8 à 11. Boite de distribution

Toutes les installations optiques et mécaniques du phare d'Eckmühl ont été projetées et exécutées sous la direction de M. l'Inspecteur Général des Ponts et Chaussées Bourdelles, Directeur du service des Phares, par M. Ribière, Ingénieur en Chef du Service Central avec le concours de MM. Meurs et Ciolina, conducteurs attachés à ce service.

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