Électricité, mise en valeur de l'

L'historique des premiers usages de l'énergie électrique au Canada est très complexe, et sa documentation, incomplète.

Électricité, mise en valeur de l'

L'historique des premiers usages de l'énergie électrique au Canada est très complexe, et sa documentation, incomplète. Comme c'est souvent le cas pour toute nouvelle technologie, divers aspects des phénomènes scientifiques mis en jeu sont utilisés pour la mise au point d'applications pratiques avantageuses sur les plans économique ou social, pour l'industrie et le grand public.

La mise à l'essai de ces inventions sur le terrain donne toujours lieu à de nouvelles découvertes, ce qui modifie constamment le tableau. De plus, si la nouvelle technologie vient concurrencer celle d'entreprises déjà bien établies, son acceptation et son développement peuvent s'en trouver affectés. Ce qui complique encore les choses, c'est que la nouvelle technologie va habituellement de pair avec une nouvelle terminologie qui s'introduit lentement, se modifie graduellement et peut même tomber en désuétude.

Les premières expériences sur le courant électrique (et non sur l'électricité statique) s'effectuent avec différentes sortes de batteries produisant de l'électricité chimiquement. L'énergie est appelée courant continu (c.c.). Le c.c. a des caractéristiques techniques très spécifiques et constitue, à bien des égards, la forme la plus simple de l'énergie électrique.

Les premières dynamos (génératrices), qui produisent de l'électricité à l'aide de l'énergie mécanique, donnent un courant qui s'inverse périodiquement (aujourd'hui appelé courant alternatif ou c.a.). Les expérimentateurs ne savent pas comment utiliser le c.a. et doivent munir leurs dynamos d'un collecteur afin de produire du c.c.

Les nouvelles dynamos et batteries procurent désormais aux scientifiques et aux ingénieurs une source fiable d'énergie pour leurs expériences. Ils ne tardent pas à appliquer cette technologie aux télécommunications (le télégraphe) et à l'éclairage (la lampe à arc), qui nécessitent tous deux un appareillage très simple. Les lampes à arc créent de la lumière en faisant jaillir une étincelle qui passe d'une électrode à l'autre. Cette lumière brille bien plus que toutes les sources d'illumination jamais inventées auparavant, mais l'éclairage à arc présente quelques inconvénients, dont celui de nécessiter une tension assez élevée pour créer l'étincelle. Les lampes montées en série doivent être alimentées avec une tension constante, d'où la difficulté de les allumer et de les éteindre individuellement. Finalement, pour démarrer les premières lampes, il faut les court-circuiter et donc mettre les électrodes en contact, puis les séparer après la création de l'étincelle. Comme le fonctionnement des lampes provoque l'usure d'une électrode, il faut les régler manuellement presque chaque jour. Ces inconvénients rendent les lampes à arc très peu pratiques pour l'intérieur, mais elles conviennent bien pour l'éclairage extérieur des rues ou de secteurs.

En Europe et en Amérique du Nord, on effectue des démonstrations d'éclairage à arc. À Montréal, en 1878, et à Toronto, en 1879, on monte de petites installations d'essai. À Toronto, en 1881, J.J. Wright conçoit et installe un des premiers systèmes d'éclairage à arc permanent dans plusieurs magasins, dont celui de Timothy Eaton, mais les lampes sont bien plus efficaces dans les rues adjacentes. Plusieurs entreprises installent à titre d'essai des lampes à arc fonctionnant avec des génératrices activées à la vapeur, puis, finalement, le droit exclusif de fournir l'éclairage électrique à Toronto est accordé à la Toronto Electric Light Co., société issue de la fusion de ces entreprises. À Ottawa, on installe l'éclairage à arc dans plusieurs usines, et, plus tard, l'Ottawa Electric Co. fournit l'éclairage à arc à l'aide de trois dynamos entraînées par une roue hydraulique.

En 1883, des systèmes d'éclairage à arc permanents fonctionnent déjà dans les rues de Toronto, Montréal et Winnipeg, et, en 1890, de nombreuses autres villes, dont Ottawa, Hamilton, Pembroke, London, Victoria, Vancouver, Halifax, Saint-Jean, St. John's, Moncton et Sherbrooke, sont déjà, elles aussi, éclairées à l'arc. Durant cette période d'expérimentation, de nouveaux types de lampes à arc sont mis au point, tels que les systèmes Jablochkov Candle, Brush, Hochhausen-Vandepoele et Thomson-Houston, qui donnent un éclairage beaucoup plus constant.

Entre-temps, plusieurs inventeurs s'emploient à perfectionner une lampe pour l'intérieur qui produirait une lumière moins éblouissante. L'éclairage au gaz reste à la mode pendant des années. On produit différents manchons qui donnent une flamme incandescente brillante et, en introduisant un bâton de chaux dans la flamme, on augmente sa brillance (lumière oxhydrique). Thomas Edison, aux États-Unis, et J.W. Swan, au Royaume-Uni, mettent à l'essai des lampes incandescentes électriques enfermées dans des ampoules de verre. À titre expérimental, on installe des systèmes d'éclairage Edison à Montréal dès 1879, puis en 1882, et à Toronto en 1883. Comme ils ne fonctionnent pas très bien, ils sont retirés. La première installation réussie est celle de la Canada Cotton Co. Mill à Cornwall, en Ontario, à l'automne 1882. Au Québec, la Montreal Cotton Co. Mills de Valleyfield (aujourd'hui Salaberry-de-Valleyfield) se dote d'un système Edison en septembre 1883 (l'éclairage électrique est un don du ciel pour les filatures et les scieries poussiéreuses, car il réduit le risque d'incendie).

En 1886, on met en place une petite centrale d'éclairage par incandescence dans l'édifice du Parlement d'Ottawa, et, en janvier 1887, à Victoria en Colombie-Britannique, on termine la construction d'une centrale considérée comme la première centrale d'éclairage public par incandescence au Canada. Edison devient bientôt le principal promoteur de l'éclairage par incandescence à courant électrique continu aux États-Unis et au Canada. Les ampoules d'éclairage utilisent généralement des filaments en carbone à vie brève et à faible rendement. Des filaments en tungstène et de meilleurs câblages et systèmes de commande les améliorent. Dans divers secteurs, on met à l'essai des lampes à incandescence pour éclairer les rues, mais les premières ampoules ne brillent pas suffisamment pour concurrencer les lampes à gaz ou à arc. Les génératrices à c.c. ont aussi l'avantage de pouvoir charger les batteries d'accumulateurs.

Toutes ces installations sont conçues pour ne fournir de l'énergie qu'à une zone restreinte d'un rayon d'au plus 400 m. Edison imagine un système triphasé de 220/110 V qui double ce rayon, mais, au-delà, la résistance des conducteurs fait trop chuter la tension.

Les expériences sur le courant alternatif se poursuivent durant cette période. Les ingénieurs découvrent qu'ils peuvent remédier à l'inconvénient de l'énergie alternativement croissante et décroissante du c.a. monophasé en modifiant le câblage dans la génératrice de manière à obtenir un courant diphasé ou triphasé qui, lui, fournit une énergie plus uniforme. Ils adaptent aussi le c.a. à l'éclairage à arc et à incandescence et construisent des moteurs à c.a. qui rivalisent avec les moteurs à c.c. L'invention du convertisseur (aujourd'hui appelé transformateur) marque alors un tournant dans ce domaine. Cet appareil comprend deux enroulements de dimensions différentes. La tension dans le premier enroulement (ou enroulement primaire) induit une tension plus grande ou plus faible (selon le nombre de spires dans les enroulements) dans le deuxième enroulement (ou enroulement secondaire), avec une intensité (ampérage) de courant correspondante plus faible ou plus grande. Les ingénieurs découvrent que plus la tension est élevée, plus les pertes d'énergie sont réduites. Ainsi, en transformant (en élevant) la tension de sortie de 2 200 V d'une génératrice à 11 000 V ou 50 000 V ou davantage (aujourd'hui 750 000 V), on réduit fortement les pertes d'énergie. Les ingénieurs peuvent donc, pour la première fois, transporter efficacement de l'énergie sur de longues distances.

Ces découvertes donnent lieu à une vive concurrence entre les partisans du c.c. (Edison) et ceux du c.a. (Westinghouse). Entre autres choses, les tenants du c.c. qualifient la tension alternative du c.a. de « meurtrière ». En 1888, on monte la première installation permanente enregistrée au Canada d'un système à c.a. Westinghouse à Cornwall, en Ontario. Deux ans plus tard, des installations similaires sont déjà en place dans d'autres endroits du Canada. Les statistiques montrent que plusieurs entreprises ont adapté leurs centrales à c.c. de façon qu'elles puissent aussi produire du c.a., surtout pour éclairer les demeures des clients qui en font la demande.

AUn autre utilisateur important de l'énergie électrique apparaît dans les années 1880 : le tramway pourvu d'un moteur électrique à c.c., lequel s'est rapidement répandu dans les zones urbaines. En général, les sociétés de tramways génèrent et distribuent leur propre énergie. En 1893, on utilise pour la première fois l'énergie des chutes du Niagara, au Canada, afin de produire de l'électricité. Une société de chemin de fer (qui deviendra l'International Railway Co.) y installe deux génératrices de 740 kW pour faire fonctionner son tramway électrique et aussi pour distribuer de l'énergie. La transmission du courant se fait à la tension des génératrices et non sur de grandes distances.

La rivalité entre partisans du c.a. et partisans du c.c. atteint son paroxysme durant l'aménagement des chutes du Niagara aux États-Unis. Le projet prévoit la génération et le transport d'énergie pour les industries et, en particulier, pour les nouvelles industries électrochimiques et électrométallurgiques de la région de Buffalo, dans l'État de New York. Les tenants du c.c. proposent de générer de l'énergie électrique et de la convertir en énergie mécanique pour la transporter hydrauliquement ou encore au moyen d'air comprimé ou de câbles et de poulies. De leur côté, les partisans du c.a. suggèrent d'utiliser le nouveau transformateur (qui ne fonctionne pas avec du c.c.) pour élever la tension de 2 200 V à 11 000 V, puis de transporter l'énergie par des fils jusqu'à Buffalo. Le système à c.a. de George Westinghouse et de Nikola Tesla finit par l'emporter, ce qui donne naissance, en 1895, à l'un des aménagements électriques les plus importants au monde.

Le transport de l'énergie électrique sur de grandes distances revêt une importance cruciale pour le Canada, où de nombreux emplacements hydroélectriques dans des régions éloignées peuvent être aménagés pour l'industrie. En 1897, la centrale électrique de la rivière Batiscan, au Québec, est reliée à Trois-Rivières, à 25 km. C'est probablement la première fois au Canada que le transport de l'électricité s'effectue sur une longue distance. Cette ligne transporte alors 11 000 V. En 1901, on entreprend d'exploiter l'énergie des chutes de Shawinigan pour l'industrie des pâtes et papiers et la nouvelle industrie de l'aluminium. En 1903, une ligne de 50 000 V partant de ces chutes atteint Montréal. En moins d'une décennie, elle transporte 100 000 V.

L'ensemble de l'industrie de l'appareillage électrique se développe presque aussi rapidement. Cette nouvelle source d'énergie a besoin de génératrices, d'alternateurs, de moteurs, de lampes, d'appareils de mesure, de commutateurs et surtout de fils de cuivre de qualité à bon marché. Il faut normaliser tout cela pour rendre l'équipement interchangeable mondialement. Il faut modifier les codes du bâtiment de telle sorte que les installations et l'utilisation de l'équipement électrique soient sécuritaires. La majeure partie de cette technologie est importée au Canada lorsque la Westinghouse Co. et la General Electric (auparavant Edison Electric) construisent des usines à Hamilton et à Peterborough, respectivement. Cependant, de nombreuses sociétés canadiennes fabriquent une partie de leur équipement. La demande du fil de cuivre stimule l'exploitation minière canadienne. Les sociétés minières ainsi que celles des pâtes et papiers, grandes consommatrices d'énergie électrique, ont aussi participé à l'évolution de la technologie. Le développement de l'énergie hydroélectrique et l'exploitation des ressources naturelles au Canada se sont ainsi effectués de concert.


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