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Les progrès de la lampe de mine

La Nature, 1er février 1931

Mis en ligne par Denis Blaizot le dimanche 21 juin 2009

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L’éclairage des mines de houille a toujours présenté des difficultés spéciales à cause de la présence du grisou dans les galeries et de son dégagement par certaines poches à l’abatage.

On lutte contre les dangers d’accumulation du grisou par une ventilation énergique et ordonnée.

Enfin, on supprime, ou tout au moins on réduit beaucoup, les risques d’explosion par l’emploi exclusif de lampes de sûreté pour l’éclairage.

C’est vers 1815 que Davy d’une part, George Stephenson d’une autre (l’inventeur de la locomotive était alors ouvrier dans une mine de Newcastle), imaginèrent d’envelopper la flamme de la lampe à huile d’une toile métallique continue. Cette toile disperse la chaleur de la flamme par conductibilité, si bien qu’en aucun point, la température d’inflammation du grisou n’est atteinte.

Peu à peu, la lampe de Davy fut perfectionnée de façon à devenir plus éclairante, puis, vers la fin du siècle dernier, elle évolua rapidement dans le même sens que l’éclairage ordinaire.

De 1890 à 1900, l’antique lampe à huile fut supplantée par la lampe à essence, puis après 1910, et surtout après la guerre, celle-ci fut à son tour remplacée par la lampe électrique à accumulateur.

 LES LAMPES A FLAMME

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Si la lampe à huile chauffe peu, tise moins de verres et s’éteint moins facilement, la lampe à essence par contre, présente un pouvoir éclairant presque double - environ 0,6 bougie - et peut être rallumée au fond au moyen de bandes d’amorces paraffinées ; celles-ci sont le seul procédé de rallumage autorisé en France dans les milieux grisouteux, elles doivent être fusantes et non fulminantes. Les manipulations et remplissages d’essence ! la lampisterie demandent un local isolé et certaines précautions, mais une fois les lampes égouttées, l’essence est maintenue seulement par l’ouate du réservoir et ne présente plus aucun danger.

Les lampes actuelles ont la plupart un double tamis et une cuirasse protectrice au-dessus du verre. L’alimentation d’air qui avait lieu précédemment par le haut se fait actuellement plutôt par le bas : la couronne inférieure d’admission d’air comporte aussi une double toile métallique, elle assure une meilleure évacuation des gaz brûlés et surtout des fumées produites par .les amorces au rallumage, dans le cas des lampes à essence. Le rallumeur est le plus souvent manœuvré par une clé latérale, en raison du danger que présentait le modèle à tirant vertical inférieur quand ce rallumeur avait pu être repoussé en haut en cas de mauvais état de l’organe de retenue — et mettre ainsi en communication directe l’intérieur de la lampe avec l’extérieur.

Un des soucis de tous les constructeurs est d’empêcher absolument la possibilité d’ouvrir les lampes une fois descendues au fond, et on a imaginé dans ce but plusieurs fermetures de sûreté. Aujourd’hui, le rivet de plomb est peu à peu abandonné, car il n’empêche pas, mais révèle seulement après - et pas toujours nettement - une ouverture frauduleuse. La fermeture magnétique est partout adoptée et de plus en plus renforcée, pour éliminer totalement les fraudes, ce qui conduit à employer à la lampisterie - au lieu d’aimants permanents - des électro-aimants plus puissants. Une prescription ministérielle de juin 1927 impose un effort minimum de 400 grammes pour comprimer le ressort du verrou et il existe maintenant plusieurs types de fermeture magnétique puissants et éprouvés, par exemple : la fermeture Arras à verrou de coincement horizontal qui s’ouvre sous un effort moyen de 600 grammes ; la fermeture Villiers-Petit à verrou vertical, qui s’ouvre sous un effort moyen de 7 kg et qui a été adoptée pour la lampe « Standard » de la Commission française du Grisou.

Les lampes à flamme, dérivées du prototype Davy, comportaient en 1912 les types principaux ci-après agréés par le Ministère des Travaux publics :

  • A huile : Marsaut, Fumat (3 variantes), Thomas Grey.
  • A essence : Marsaut, Fumat (2 variantes), Wolf, Muller, Arras,

Elles n’ont subi depuis que des modifications de détail, l’effort des constructeurs s’étant porté sur la lampe électrique.

 LES LAMPES ÉLECTRIQUES

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Leur pouvoir éclairant est plus grand, de 1 à 3 bougies suivant le système optique et l’intensité de l’ampoule ; elles donnent une sécurité très supérieure par suite de l’absence de flamme et de combustion et par la suppression des organes délicats tels que galerie, joints, tamis, séparant les atmosphères intérieure et extérieure ; même avec les lampes mal entretenues, le seul danger

d’accident par le grisou reste la rupture instantanée du verre protecteur et de l’ampoule avant l’extinction totale du filament : On a d’ailleurs cherché à éliminer ce risque exceptionnel par un dispositif assurant l’extinction préalable. Leur construction extérieure est plus simple et plus robuste, et par suite moins sujette à dérangements et réparations. Enfin, elles permettent une sensible économie d’exploitation, le prix de revient de la lampe-poste étant, dans les modèles récents perfectionnés,

à peine la moitié de celui de la lampe à essence, et l’entretien étant plus simple et plus rapide. Leur seul inconvénient est de ne pas révéler la présence du grisou ce qui oblige à conserver comme témoins des lampes à flamme.

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Les premières lampes électriques, à piles ou à accumulateurs, étaient construites un peu dans le même esprit que les lampes à flamme : faible intensité, matériaux légers pour obtenir un poids réduit : de 1 kg 500 à 2 kg 500, c’est-à-dire à peine plus que la lampe à essence.

Par la suite, on s’est appliqué à réaliser une enveloppe plus robuste, presque toujours circulaire, une intensité lumineuse plus grande avec un accumulateur assez large pour assurer non seulement une décharge plus longue que le poste de 8 heures, mais une durée utile des plaques assez grande pour réduire les frais de remplacement : la lampe actuelle la plus courante en France atteint un poids d’environ 3 kg avec une ampoule de 1,75 watt (consommant un peu plus de 1 watt par bougie). Il existe bien des lampes un peu plus faibles (1,2 watt), soit en vue d’en réduire le poids et le prix, soit en vue d’allonger la vie des plaques, mais la tendance actuelle va plutôt, comme à l’étranger, vers la lampe plus lourde et plus puissante : avec une lampe de 4 kg et 3,5 watts, le mineur est placé dans de meilleures conditions de travail et de rendement, d’autant plus que l’ampoule plus puissante a un meilleur rendement lumineux.

L’enveloppe de lampe affecte à peu près toujours la même forme : un pot cylindrique contenant l’accumulateur et surmonté d’une tête ajourée renfermant le verre, l’ampoule et les organes de contact. L’accumulateur est souvent fixé dans le pot de façon que la lampe en service courant ne se démonte qu’en 2 parties essentielles : la tête et le pot qui, ayant un emplacement unique sur un chevalet servant à la fois d’étagère et de banc de chargement, réduisent au minimum les manipulations à la lampisterie. La tête est vissée sur le pot et maintenue par un verrou magnétique de sûreté ; on cherche en outre à atténuer l’éclat du filament de l’ampoule par des verres dépolis ou striés et à supprimer en atmosphère grisouteuse le danger - excessivement rare d’ailleurs - de bris de l’ampoule par un dispositif de rupture automatique du circuit.

L’accumulateur qui constitue l’âme même de la lampe a fait l’objet de recherches très poussées.

On en distingue deux catégories principales.

Le type le plus classique, à plaques circulaires au plomb, utilise soit l’acide libre, soit l’acide immobilisé au silicate’ de soude ou à la laine de verre ; ce dernier système, agissant seulement physiquement et non chimiquement sur l’électrolyte, assure une plus longue conservation des plaques, mais demande un peu plus de soins pour la mise en service et la surveillance.

Le type plus récent, à plaques planes au fer-nickel ou au cadmium-nickel, emploie comme électrolyte une solution de potasse ; il a une constitution aussi mécanique que la lampe elle-même et conduit à l’emploi exclusif de pièces d’acier, de sorte que le pot de lampe peut servir en même temps de bac d’accumulateur : c’est l’accumulateur-pot par excellence où les révisions intérieures, très rares du reste, sont extrêmement faciles ; il suffit de dévisser la bague bloquant le plateau qui ferme le pot pour soulever hors du liquide l’ensemble des plaques, de sorte que celles-ci sont visibles et remplaçables individuellement.

L’accumulateur alcalin présente sur l’accumulateur au plomb l’avantage de peser moitié moins à capacité égale et d’avoir une vie utile trois ou quatre fois plus longue. En outre, il ne s’altère pas chimiquement en cas d’abandon prolongé ou de négligence d’entretien.

En 1912, les types de lampes agréés par le Service des mines étaient IfJS suivants : Cotté, Lux, Universelle, Trin, Joris.

Depuis cette date, beaucoup d’autres modèles ont été adoptés dont les principaux sont : Arras- LD, Lemaire, Mariemont, Friemann et Wolf, Concordia, C. F. A. M. 

Récemment, M. Daloz, inventeur déjà célèbre, notamment par ses recherches avec M. Constantin sur le bateau à hélice aérienne, a imaginé un dispositif de sécurité pour les lampes électriques de mines, qui a été agréé par la Commission française du Grisou et qui élimine le risque déjà bien faible de mise en contact accidentelle du filament incandescent avec l’atmosphère explosive extérieure. Le contact entre l’accumulateur-pot et la lampe est assuré par un rupteur spécial qui ne peut être réenclenché qu’à la lampisterie ; l’espace compris entre l’ampoule et le verre cloche protecteur est rempli d’air sous pression et cette pression seule maintient le rupteur en circuit, si bien que la lampe s’éteint dès que l’air peut s’écouler à la moindre cassure du verre.

 LA DÉTECTION DU GRISOU

La lampe électrique de sûreté ne donnant aucun renseignement sur l’atmosphère extérieure dont elle est isolée, force est donc de conserver au fond des lampes à flamme et des grisoumètres, pour connaître à tout instant l’état de l’atmosphère et ses dangers d’explosion, et l’on utilise généralement pour cette mesure de la teneur en méthane la lampe grisoumétrique Chesneau, brûlant de l’alcool, dont la flamme s’allonge quand la teneur en grisou augmente (fig. 6).

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Récemment, M. Daloz a réalisé une solution différente en utilisant le principe de l’appareil Coquillon-Le Chatelier. Il a construit un grisoumètre qui mesure, après combustion, la contraction d’un certain volume d’air prélevé dans l’atmosphère, contraction qui est égale au double du volume du grisou, dans les mêmes conditions de pression et de température (fig. 5).

Le grisoumètre Daloz est constitué essentiellement par une petite chambre close reliée à la branche de petit diamètre d’un manomètre en U à liquide coloré ; la combustion du mélange gazeux est provoquée dans cette chambre eudiométrique par un filament de platine porté au rouge par le courant emprunté à l’accumulateur d’une lampe de sûreté ; l’ensemble, complété par un dispositif de lecture à graduation, un interrupteur et divers organes de sécurité, est fixé sur une lampe électrique LD Arras, à accumulateur alcalin, et pèse au total 3 kg 750, lampe comprise. Il présente l’aspect d’un tube en cuivre à fenêtres, ayant environ 3 cm de diamètre et de la hauteur de la lampe au flanc de laquelle il est fixé.

Il fonctionne de la façon suivante : l’appareil est transporté dans la position fermée sur le lieu de prélèvement où l’on ouvre la chambre-cloche en dévissant la tige supérieure ; le gaz y pénètre, y est brassé par quelques va-et-vient de la vis, puis y est enfermé en revissant la tige à bloc. Dans cette position seulement, le contact du dessous permet l’allumage du platine, et la combustion dure environ 10 secondes j le contact est alors libéré et après une minute d’attente on lit sur la graduation la dénivellation dans le tube fin (éclairé par la fente et l’ampoule de la lampe) qui traduit la teneur en grisou (environ 20mm pour 1 pour 100 de grisou).

Cette grande sensibilité est obtenue pour des teneurs jusqu’à 3 pour 100 de grisou, c’est-à-dire la majeure partie des cas en pratique. Si, toutefois, on veut. pouvoir mesurer de plus hautes teneurs, l’appareil est muni d’un « tâteur » permettant de faire simultanément 2 mesures à faible .et à forte sensibilité, avec le même tube manométrique.

Comme sécurité, le grisoumètre et la lampe sont équivalents, puisqu’on ne peut provoquer la combustion que dans la position fermée de la cloche, et même si celle-ci, appuyant sur une surface malpropre, n’est pas étanche, elle est encore éloignée de l’atmosphère par un chemisage assez long pour empêcher toute combustion extérieure (mais dans ce cas la mesure est faussée et l’on s’en aperçoit immédiatement, car la dilatation pendant la combustion ne reste pas constante) ; si le tube manométrique vient à être cassé ou vidé, la combustion ne peut pas davantage se propager à l’extérieur, en raison de l’étroitesse du canal reliant la chambre au manomètre.

Comme sensibilité, les essais effectués à la Station de Montluçon du Comité des Houillères de France ont montré qu’avec un appareil en bon état, et une montre à secondes ordinaire pour les temps de combustion et d’attente, la teneur en grisou de l’air examiné peut être mesurée à 1/1000 près en valeur absolue.

L’appareil, d’un maniement très simple, peut être confié à un agent quelconque, tant soit peu soigneux, qui peut ainsi inspecter très rapidement divers chantiers et relever périodiquement les teneurs grisouteuses aux endroits qui lui sont indiqués.

 Conclusion

Comme on voit, la question de l’éclairage et de la sécurité dans les mines grisouteuses a fait en ces dernières années de sérieux progrès et l’on s’éloigne de plus en plus de l’époque, vieille à peine de plus d’un siècle, où l’on en était réduit, pour diminuer les risques, à entretenir au fond de la mine un condamné de droit commun, « pénitent » ou « fireman », qui allait à plat ventre, portant une torche enflammée au bout d’un bâton, allumer les poches de gaz pour éviter la diffusion du mélange explosif dans les galeries.

A. B.

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