COMMENT ON FABRIQUE UNE LAMPE DE T.S.F.?

La télégraphie sans fil connaît en ce moment dans le monde des amateurs un succès sans pareil. De tous côtés, paraissent des opuscules ou des traités plus savants écrits par des spécialistes, qui guident les premiers pas d'enthousiastes néophytes ou augmentent les connaissances des pratiquants et leur permettent de se perfectionner. Les journaux de vulgarisation scientifique et même les quotidiens renferment maintenant maintes colonnes à ce sujet, et ici même ont paru des articles très complets sur les appareils couramment employés aujourd'hui et leur fonctionnement. Mais il est une question que l'on a jusqu'à présent peu abordée, croyons-nous, celle de l'origine de ces lampes qui permettent la détection, l'amplification et la transmission des ondes, faisant faire à la T.S.F. des pas de géant. En effet, la connaissance de leur fabrication est moins abordable aux profanes que celle de leur utilisation, le milieu technique étant assez fermé! Il nous a donc paru de quelque intérêt d'en faire aujourd'hui un rapide exposé, comme nous l'avons fait naguère pour les lampes d'éclairage.

Historique. -- Au début de la guerre, on ignorait pour ainsi dire en France l'existence des lampes à 5 électrodes ou tout au moins on ne les utilisait pas.

Ces appareils se présentaient alors soit sous la forme du tube allemand de Von Lieben - vaste ampoule allongée, séparée en deux parties par une grille de métal perforée comme une écumoire, un filament rappelant celui des lampes à incandescence se trouvant d'un côté, une tige métallique ou anode qui jouait le rôle de plaque se trouvant de l'autre - soit sous la forme de l’Audion américain de De Forest ; C'est ce dernier que l'on doit considérer comme le point de départ de la lampe actuelle (fig.1 )

Dans les tout premiers jours de la guerre, le colonel Ferrié, depuis général, ayant eu la bonne fortune de recevoir d'Amérique des appareils à lampes: un oscillateur ou hétérodyne et un amplificateur à transformateurs, ainsi qu'une demi-douzaine d'audions, chargea de leur étude M. Abraham, professeur de physique à la Sorbonne, mobilisé à la Télégraphie militaire.

M. Abraham, qui avait suivi depuis longtemps toutes les questions de T.S.F. et avait été chargé d'ailleurs en 1913 d'une mission d'enquête à ce sujet aux Etats-Unis, s'intéressa immédiatement aux nouveaux instruments. En fort peu de temps, il reproduisit à son laboratoire de I’Ecole Normale Supérieure l’oscillateur rapporté d'outre-mer; puis il s'efforça de réaliser à Paris même, dans l'intérêt de la défense nationale, quelques modèles de lampes, en s'adressant au maître verrier Berlemont, connu dans le monde scientifique pour sa fabrication des appareils de physique où il entre des montures de verre. Mais à ce moment, les essais d'Abraham furent interrompus momentanément par son départ pour Lyon, où il était affecté au grand poste de T.S.F. de la Douan dont on commençait l'installation.

Malgré ce déplacement, M. Abraham, qui de tous les spécialistes avait le plus de foi dans l'immense utilité et l'avenir des tubes à vide, continua ses essais, malgré tout, avec le plus grand esprit de suite.

S'étant renseigné, il sut qu'il existait à Lyon même une usine de lampes à incandescence appartenant aux établissements Grammont et ayant comme marque la Lampe Fotos. Il se présenta à la porte de l'usine, demanda à voir le directeur, fut reçu par un « ayant droit » (car le directeur était alors mobilisé), se fit connaître ; et quelque temps après (4 novembre 1914), la maison Grammont put reproduire en le copiant un premier audion.

Mais il ne donna pas d'emblée toute satisfaction. Le directeur de l'usine, M.Biguet, fut rappelé des armées dans la première quinzaine de novembre, et on se mit sérieusement au travail, Abraham apportant sa science et Biguet sa technique de la fabrication des lampes à incandescence.

Très rapidement, l'appareil changea de forme; et, le 1^er décembre, sortit le premier type à électrodes symétriques autour d'un axe commun, type que les radios de 1915 ont bien connu: le filament est devenu rectiligne, entouré par une grille en hélice, le tout étant à l'intérieur d'une plaque cylindrique ; le système était alors placé verticalement dans l'ampoule (fig. 2)

Entre temps, Abraham et Biguet s'aperçurent que, pour avoir des lampes comparables entre elles, il fallait qu'elles soient vidées à fond, que les électrodes et le verre soient parfaitement purgés de gaz; en un mot, que la lampe soit « dure ». Pour arriver à ce résultat, ils trouvèrent des méthodes analogues à celles que nous décrivons plus loin, car ce sont elles que l'on emploie encore actuellement dans leurs grandes lignes.

Le 31 décembre, Abraham et Biguet firent au colonel Ferrié un premier envoi de 10 de ces lampes, en même temps qu'Abraham adressait au colonel un rapport donnant la description de l'appareil et de son mode de fabrication

A partir de ce moment, la plupart des officiers et techniciens se sentirent violemment attirés par la lampe à 5 électrodes; et si merveilleuses étaient ses propriétés, si vaste paraissait le champ qu'elle ouvrait aux points de vue scientifique et surtout industriel, que la passion intéressée s'en mêla… Chacun apporte un mode de montage plus ou moins nouveau, tandis qu'Abraham et Biguet continuaient et perfectionnaient la fabrication de ces tubes à vide que tout le monde demandait.

Cette fabrication augmente régulièrement. Mais Abraham, pour des raisons de service, est rappelé à Paris le 1^er mai 1915.

Telle qu'elle était, la lampe présentait les défauts suivants: une assez grande fragilité, car le système se trouvait monté en porte à faux et les chocs déformant l'ensemble amenaient des courts-circuits et des ruptures de filament; une incommodité d'emploi résultant de la nature du culot: il fallait, après avoir vissé la lampe, établir les connexions de grille et plaque avec des fils souples partant de l'appareil et allant s'attacher sur les tiges métalliques qui débordaient de part et d'antre du culot. Les constructeurs n'étaient pas encore parvenus à se servir du culot à broches, bien qu'ils aient demandé son établissement dès décembre 1914 aux fournisseurs spécialistes; mais en vain.

Le colonel Ferrié ayant parlé à Abraham de la fragilité de ces lampes lors de son retour, celui-ci lui indiqua aussitôt le remède: faire supporter solidement la grille par les deux bouts. Cette indication fut transmise de Paris à qui de droit par téléphone et peu à peu la lampe parvint à son état actuel: Le système filament grille plaque y est rendu plus rigide que dans la lampe précédente, et pour cela on a placé la plaque horizontalement, soutenue en son milieu par un fil gros et court; la grille, formée toujours d'une hélice, est fixée par les deux extrémités; enfin le filament est posé bien symétriquement. Quant au culot, il comporte 4 broches - 2 pour amener le courant au filament, 1 à la grille, 1 à la plaque - et bien entendu leur disposition est telle qu'on puisse placer la lampe toujours en position nécessaire dans la matrice, même à tâtons: dans ce but, les broches sont placées de façon dissymétrique.

Tel est le type dit Télégraphie Militaire (T.M.), que tout le monde connaît aujourd'hui (fig. 3)

Il fut construit pour les besoins de l'armée pendant la guerre, au nombre de centaines de mille, d'abord par les établissements Grammont seuls (Fotos), puis concurremment par Grammont et par la Compagnie générale d'électricité (Métal)A la fin de la guerre, Grammont interrompit sa fabrication. Aujourd'hui, nous avons comme fabricants: La Compagnie générale des lampes Métal; la Radiotechnique ; La Société indépendante de T.S.F. (S.I F.).C'est cette dernière qui a bien voulu nous permettre de suivre dans ses ateliers les phases de la fabrication.

Lampes T.M. -- Pour éviter des redites, et nous permettre de nous attacher surtout aux traits caractéristiques de cette fabrication, nous prions nos lecteurs de bien vouloir se reporter à l'article sur la Confection des lampes d'éclairage paru dans La Nature du 24.février 1923: dans les grandes lignes, les opérations du montage des tubes à vide, les tours de main sont les mêmes. Nous les supposerons donc connus. Cependant, d'ores et déjà une remarque générale doit être faite: la production de ces tubes n'ayant pas besoin, pour le présent, d'être intensive comme celle des lampes d'éclairage, et leurs organes étant d'ailleurs plus compliqués, on emploie beaucoup moins de machines automatiques, une grande partie du travail se fait uniquement à la main.

Suivons d'abord l'établissement de la petite lampe type T.M., partout en usage, et dressons un tableau de ses éléments: du tube de cristal pour la confection du pied; du tube plus mince pour faire le queusot; des fils conducteurs, dont l'extrémité sera façonnée pour former monture; un filament; Une grille, une plaque, une ampoule pour enfermer le tout, un culot (fig. 5).

Passons rapidement sur le découpage du tube en tronçons à la longueur voulue, qui s'obtient au moyen d'une pointe de diamant introduite à l'intérieur du petit cylindre de verre en rotation; et sur son évasement, que l'on effectue à la main sous la pression d'une tige de fer recourbée, tandis qu'une machine le fait tourner sur son axe et le chauffe au chalumeau à gaz. Beaucoup plus intéressantes sont la préparation et la mise en place des fils conducteurs.

Ceux-ci se composent de trois métaux: cuivre, platinite (ferronickel gainé) ou platine, nickel Pour les réunir, l'ouvrière dispose les bouts de fil de cuivre en éventail entre les doigts de sa main gauche, en chauffe les extrémités dans la flamme d'un chalumeau qui les amène à fusion en formant une toute petite boule, et pique dans cette boule l'extrémité des tronçons de platinite ou de platine longs de quelques millimètres; elle opère de même pour les bouts de nickel, et finalement elle a obtenu des fils conducteurs qui seront places dans l'ampoule: la partie nickel à l'intérieur, la partie platine noyée dans la masse du pied en fusion avec laquelle elle fera corps. La partie cuivre à l'extérieur pour amener le courant. Le pinçage de la base du tube de verre fondu emprisonnant les cinq conducteurs - 2 pour le filament, 2 pour la grille, .1 pour la plaque -s'obtient au moyen de l'ordinaire machine à faire le pied (fig. 6)

Il s'agit maintenant de garnir ce pied, c'est-à-dire de disposer à l'extrémité des fils conducteurs, convenablement recourbés en Potences (munies ou non de crochets) au moyen d'une pince plate, la plaque, la grille et le filament. On obtient la plaque en la découpant dans une bande de nickel et en la roulant en forme de cylindre long de 1,5 centimètre sur 9 millimètres de diamètre; la grille, en enroulant un fil de molybdène dans la gorge d'une vis (tige filetée de 4 millimètres de diamètre) ; le filament est fait ordinairement d'un fil de tungstène de 55/1000 de millimètre, Mais l'assemblage de ces pièces forme une opération délicate! Pour la plaque et la grille, on emploie à cet effet la soudure électrique, réalisée au moyen d'une machine spéciale. Sur un bâti, est disposée une double mâchoire de cuivre dont une partie est fixe et l'autre mobile; l'ouvrière applique les deux pièces à souder ensemble à plat sur la mâchoire fixe et donne un coup de pédale qui serre la mâchoire mobile, en même temps que passe un courant de très grande intensité produit par un transformateur; un claquement sec se fait entendre : La brasure a eu lieu instantanément, Cette machine, d'origine américaine, porte le nom de spot-welder (fig. 7) Pour mettre en place le filament, dans les petites lampes, on en loge les extrémités dans les crochets des potences; dans les grosses, on les soude au « spot ».

Les différentes opérations qui précèdent le montage du pied garni à l'intérieur de l'ampoule -- coupage de celle-ci, lavage, queusot age -ne diffèrent en rien de celles que nous avons décrites tout au long dans notre article sur la fabrication des lampes à incandescence pour l'éclairage; de même, la fixation de tout le dispositif dans sa prison de verre se fait à l'aide de la machine à fermer (fig. 8)dont nous avons naguère observé en détaille fonctionnement. Mais, en arrivant au vidage de la lampe, il faut s'étendre davantage.

Pompage. Il est nécessaire de faire le vide dans les lampes le plus complètement possible, en enlevant non seulement l'air qui est contenu dans l'ampoule, mais encore en expurgeant les électrodes des gaz qui y sont occlus, c'est-à-dire qui les imprègnent à la manière dont l'eau imprègne un morceau de bois qui a longtemps séjourné dans un baquet Pour effectuer cette opération, on va se servir de pompes excellentes, les meilleures que l'on connaisse; ce seront soit des pompes moléculaires, soit des pompes à condensation de vapeur de mercure, dont l'étude sortirait de notre cadre. Disons seulement que ces types de pompes, basés sur les propriétés cinétiques des gaz, peuvent pousser le vide à un point énorme, peut-être plus loin que 1/100000 de millimètre de mercure, c'est-à-dire plus loin que le cent-millioniéme d'atmosphère.

On comprendra donc que, dans les pompes utilisant du mercure, il faudra employer des artifices spéciaux pour ne pas être gêné par la vapeur du mercure, qui, à la température ambiante, est de 1/1000 de millimètre de mercure, c'est-à-dire 100 fois plus forte que la pression dont nous parlions plus haut ; par exemple, on fera passer la canalisation de vide dans une enceinte refroidie par de l'air liquide ou plus simplement par de la neige carbonique dissoute. dans l'acétone.

Pour pomper les lampes, on va les monter sur un bâti qui comprend une sorte de tablette au-dessous de laquelle court horizontalement une canalisation de verre reliée à la pompe, canalisation sur laquelle sont soudés des tubes de verre verticaux passant à travers la tablette. Ce sera au bout de ces tubes que l'on soudera les lampes à pomper, une quin- zaine à la fois dans le cas de petites lampes, et quelquefois une seule quand il s'agit d'une grosse (Fig. 9)

Au-dessus de la tablette, est placée une étuve en amiante, s'abaissant et se levant à volonté; elle a pour destination de permettre de chauffer la lampe pendant qu'on y fait le vide. Enfin , les électrodes sont connectées aux divers circuits électriques qui vont y faire Passer des courants, comme nous allons l'expliquer dans un instant. Le rôle de ces courants est d'amener un fort échauffement des électrodes, de même que l'étuve produit un échauffement de l'ensemble de la lampe. On ne connaît en effet qu'un moyen d'évacuer les, gaz occlus dans les métaux et dans le verre, c'est d'amener ces matériaux à une haute température dans le vide.

Tout d'abord, on fait passer dans le filament des courants de plus en plus intenses, de façon à l'amener progressivement à l'incandescence. Ensuite, on s'efforce de chauffer la grille et la plaque et, pour ce faire, on porte ces deux électrodes à une forte tension positive par rapport au filament. Dans ces conditions, on sait que, le filament incandescent émettant des électrons ou particules d'électricité négative, ceux-ci, attirés par les électrodes grille et plaque, se précipitent sur lesdites électrodes; au moment du choc, leur énergie cinétique se transformera en chaleur, et ce bombardement électronique produira un échauffement de la grille et de la plaque assez considérable pour les porter à l'incandescence... et même pour les fondre à l'occasion !

Les gaz occlus dans les électrodes se dégagent, envahissent l'ampoule, où la pression vient par suite à remonter. Dans ce vide imparfait, les électrons rencontrent un grand nombre de molécules gazeuses et les ionisent fortement; il en résulte une lueur bleue dans l'ampoule, lueur d'autant plus intense que le vide est plus mauvais.

On recommence plusieurs fois l'opération, jusqu'à ,ce qu'on puisse faire chauffer fortement les électrodes sans constater un dégagement gazeux important. A ce moment, le pompage est terminé et on sépare la lampe de la pompe au moyen d'un coup de chalumeau sur la partie rétrécie du queusot. L'opération dure, tout compris, environ une heure pour les petites lampes et plusieurs heures pour les grosses.

Au cours du vidage, le filament, allumé dans un mauvais vide, survolté, et soumis au choc des particules ionisées positivement qu'il attire, s'use assez rapidement ; la lampe sortie de la pompe est déjà « vieille » .Un moyen d'obvier à cet inconvénient consiste à employer, comme source d'électrons pour bombarder la plaque, non plus le filament lui-même, mais la grille, dans laquelle on fait passer un courant électrique; c'est ce qui explique pourquoi cette grille t est soutenue par deux fils distincts qui traversent le pied de la lampe (voir fig. 3).

Divers types de lampes. - Comme personne ne l'ignore, les tubes à vide peuvent servir à bien des usages, dont les principaux sont: .la détection des ondes de T.S.F.; - l'amplification des courants, notamment en T.S.F. et en téléphonie ; - la création du courant alternatif à partir du courant continu (hétérodyne, postes d'émission en T.S.F.)

Une même lampe peut remplir ces trois rôles. Aussi, durant la guerre, le général Ferrié avait-il tenu à ce qu'on ait une lampe «  omnibus » , pouvant servir à la fois à la détection, à l'amplification et aux petites émissions: c'est le type T.M. courant.

Depuis lors, bien des types ont été mis en service; mais en France on est resté fidèle au type T.M. pour les appareils de réception en T.S.F. Quant aux lampes dites « de transmission » , les plus grandes modifications leur ont été apportées.

Dans les postes de transmission à lampes, en effet, une partie (de 50 à 50 pour 100) de l'énergie fournie par les machines, et que la lampe transforme en ondes électriques, reste dans l'appareil. Cette énergie se transforme en chaleur qui échauffe fortement les électrodes et par suite la lampe tout entière. Cet échauffement risque, si l'opération du pompage a été mal conduite, de faire dégager les gaz qui sont restés cachés dans quelque coin des électrodes ou du verre. Le vide devient alors moins bon et; à partir d'un certain moment, adieu la transformation de l'énergie des machines en ondes électriques !

Ce phénomène se manifestera d'autant plus plus tôt que la lampe aura été moins bien vidée, mais il se produira toujours si elle arrive à trop chauffer.

Aussi, pour éviter cet échauffement, est-on amené à augmenter les dimensions des lampes, en même temps qu'on augmente la qualité du vide.

Les types des lampes de transmission sont assez nombreux et leurs dispositifs divers. Notre figure 10 en représente un modèle. Dans cet appareil, on a cherché à éloigner le plus possible les différentes entrées du courant( ce qui permet d'employer de très hautes tensions) tout en gardant le montage par un seul pied: ceci a conduit à faire des ampoules cornées, que l'on obtient en soudant à la main sur le sommet de petits appendices en verre, ou cornes. Dans d'autres modèles, au contraire, on soutiendra de part et d'autre sur des pieds différents les systèmes grille-plaque-filament. Notre lampe a en outre un filament beaucoup plus gros: 200/1000 de millimètre. Sa plaque, en molybdène et non en nickel, est relativement petite et travaille au rouge orangé (1200 degrés) sans que l'appareil se détériore. Dans d'autres lampes de même puissance, la plaque, qui peut être en nickel; est beaucoup plus grande, mais ne supportera sans accident qu'une température bien inférieure.

Essayage. - Quand les lampes ont été munies de leur culot à quatre broches -- l'opération se pratique exactement de la même façon que pour les lampes d’éclairage -- on les soumet à une épreuve, un essai. Cet essai consiste à leur faire subir certaines mesures électriques ayant pour but de vérifier que les caractéristiques sont comprises entre des limites définies.

On placera pour cela chaque lampe successivement sur un tableau où des appareils variés mesurent les divers courants qui la traversent.

Supposons qu'il s'agisse d'une lampe T.M. En premier lieu, on fait passer dans le filament un courant que l'on règle au moyen d'un rhéostat, de façon qu'il y ait juste 4 volts aux bornes du filament, ce que l'on constate au moyen d'un voltmètre ; un ampèremètre mesure le courant qui traverse le filament lui-même : il doit être compris entre 0,6 et 0,75 ampère, cette condition définissant la grosseur du filament. On réunit alors la grille et la plaque et on les porte au voltage de + 80 volts par rapport au filament : dans ces conditions, tous les électrons émis par le filament sont recueillis par l'ensemble grille- plaque elle courant correspondant porte le nom de courant de saturation. Pour un filament de longueur et de diamètre déterminés, cette condition définit la température du filament (valeur: 10 à 20 milliampères).

L'opérateur fait ensuite des mesures sur le courant plaque, en fonction du voltage grille, et, pour y parvenir, il réunit la grille au potentiel 0,0 et au potenliel -3 volts par rapport à l'extrémité négative du filament. Le courant plaque doit alors être compris entre 3,5 à 5,5 milliampères et la variation de ce courant, en passant du voltage grille de 0,0 à -2 vollS, doit être au moins de 0,6 milliampère. Enfin, on mesure au moyen d'un galvanomètre le courant grille lui-mème. Au cours de l'expérience précédente, il devra être plus petit qu'un millionième d'ampère. D'après une théorie que nous ne voulons pas développer ici, il est d'autant plus petit que le vide a été plus poussé. C'est donc une véritable mesure du vide que l'on effectue en même temps.

Passons maintenant aux lampes de transmission. On chauffe le filament sous un voltage déterminé, et on vérifie que l'ampérage du courant de chauffage est compris entre des limilès déterminées, notamment qu'il est plus grand qu'une valeur donnée, ce qui indique que le filament n'a pas été trop usé au pompage. D'autre part, nous avons vu que ces lampes doivent pouvoir chauffer sans dégager de gaz, ce qni nuirait à leur fonctionnement. Ces dégagements gazeux ayant pour effet de modifier les courants qui passent dans la lampe dans des conditions déterminées, on opère souvent de la façon suivante à l'essayage : on réunit la plaque à un fort voltage positif par rapport au filament (souvent plusieurs milliers de volts) et on règle le courant filament-plaque au moyen du voltage grille de façon à dépenser dans l'appareil une énergie déterminée. La lampe se met à chauffer et, si elle est bonne, elle doit dans ces conditions garder pendant un temps déterminé (1/4 d'heure par exemple) le mème côurant plaque sur le même voltage grille. C'est là une garantie de bonne évacuation, car, dans le cas contraire, la présence des gaz qui se dégagent pendant cette opéra- tion ferait varier lesdits courants. Ainsi, dans la lampe de la figure 10, on peut dépenser une énergie de + 250 watts sans risquer d'accident.

Les si nombreux amateurs qui utilisent aujourd'hui les lampes de T.S.F. seront très certainement heureux de connaître comment ont été confectionnés les tubes à vide qui garnissent leurs amplificateurs détecteurs, et hétérodynes, et nous remercions très sincèrement la Société indépendante de Télégraphie sans fil d'avoir bien voulu nous donner, par la visite de ses ateliers et 1'étude de ses procédés perfectionnés, le moyen de les renseigner.