CHAPITRE PREMIER

Re: : IONISATION ATMOSPHERIQUE

PE A. — L'IONISATION EN GENERAL "1 L’atmosphère qui nous entoure, est électrisée et 24 vette électricité, comme nous l’avons déjà dit, se com- 4 pose de trois éléments :

T2 — un champ électrique terrestre, à direction hori-

” zontale ;

a .. — un champ électrique de l'air ou gradient de = % potentiel, dû à ce fait qu’il existe une différence

de potentiel entre deux points pris sur une même LH verticale, entre les couches hautes de l’atmosphère et la surface de la terre.

La valeur du champ normal est très variable et ces variations se font sous l’action de nombreux facteurs, telles que la température, la pression atmosphérique, l’état hygrométrique, les pluies, les nébulosités, les vents, la neige, le sol.

Il existe, en outre, des variations journalières et saisonnières.

— J'ionisation de l'air et la conductibilité.

L'ionisation dé l’air est due à la présence de ces particules extrêmement petites que LANGEVIN a dénommées les ions, et dont la genèse s’explique ainsi :

Sous une influence quelconque, telle que le rayonnement radioactif, une molécule neutre d’un gaz perd un électron ; elle devient alors un ion moléculaire positif, tandis que l’électron mis en liberté, s’attache à une molécule voisine neutre, qui devient un ion moléculaire négatif.

Ces deux ions moléculaires, négatif et positif, en vertu de leur pouvoir inducteur, s’entourent d’un certain nombre de molécules neutres, et il y a ainsi constitution d’ions légers, qui sont caractérisés :

:— par leur masse : 10 fois la masse diatonique,

— par leur dimension : 4-8 angstroms,

— par leur mobilité : 1 cm/st dans un champ de 1 volt.

Si l'atmosphère n’est pas pure et qu’on y trouve de la vapeur d’eau, des petites poussières, des globules liquides ultra-microscopiques, des microbes même, un certain nombre des ions se fixe sur ces particules, et on aura ainsi toute une gamme d’ions différents par leur masse, leur dimension et aussi par leur mobilité qui varie en sens inverse de leur grandeur.

On peut ainsi classer les ions d’après leur.mobilité, “lassification analogue à la classification des radiations solaires d’après leur longueur d’onde, et comme on a un spectre solaire, on a aussi un spectre d'ions.

RTE

BaLpir donne le tableau suivant pour les ions atmosphériques :

Mobilité Catégorie limite inférieure limite supérieure Grosseur ions légers ...... 10.000.104 cms/v 4-8 À ions intermittents légers ne..." 100.104 ems/v 10.000.104 ems/v 80 À ions intermittents à TOR OS TNA: 10,104 cms/v 100.104 cms/v 80.260 À - ions lourds ou de Langevin ... 2, 5, 104 cms/v 10.10-4 cms/v 260-550 Â : . 2.5.104 cms/v 550 À et plus

Dans une atmosphère quelconque, il y a toujours formation d'ions, sous l'influence des substances radioactives, des radiations solaires, des rayons cosmiques, des décharges électriques, etc Mais, en même temps, ces ions se recombinent, redonnant des molécules neutres, si bien qu’à un moment donné, le nombre d’ions qui se forment ou qui se détruisent, peut être égal : l’atmosphère est stable, mais cette stabilité n’est au fond que fictive et n’est jamais atteinte, sauf dans les cas exceptionnels de temps sxtrêmement calme.

Les ions sont la cause de la conductibilité de l’air, surtout les ions légers, du fait de leur très grande mobilité. On comprend dès lors les relations qui peuvent exister entre le champ électrique, la conductibilité et l’ionisation atmosphérique. Si les ions, surtout les ions légers, sont très nombreux, la conductibilité

LULTGES

est forte et la différence de potentiel entre deux points tendra à s’égaliser, donc le champ électrique, sera faible, le champ électrique moyen est fort.

La présence des gros ions dans l’atmosphère, ions très peu mobiles, coïncidera avec un champ électrique fort. Il existe un parallélisme entre la valeur du champ et la teneur en gros ions, tandis que la conductibilité et teneur en petits ions d’une part, et champ électrique d’autre part, sont inversement proportionnels.

Les ions diffèrent donc par leur grandeur et aussi par leur charge négative ou positive. MERCIER et JOYET admettent que les ions négatifs et positifs diffèrent encore par leur constitution : tandis que les ions posiüifs peuvent être formés à partir de l’une quelconque des molécules qui se trouvent dans l'air, les ions négaüfs sont probablement formés d’un certain nombre de molécules d'oxygène et de vapeur d’eau seulement, qui s’attachent à un électron libéré par le processus d’ionisation.

Une atmosphère donnée, sera donc caractérisée par non seulement le nombre d'ions, la charge de ces ions et leur grandeur : il faut donc mesurer les ions.

B. — MESURE DE L'IONISATION

« Mesurer, c’est définir », disait THOMSON, et ie but de cette mesure, ce n’est pas seulement de compter le nombre d’ions par centimètre cube, mais encore de

Lp fre ee

voir quelle est leur charge. Le principe de cette mesure repose sur le phénomène de la déperdition électrique : tout corps électrisé mis dans l'air, perd de sa charge et celà, d’une façon d’autant plus rapide que l’air est plus conductible, donc plus ionisé : ce corps quelconque, s’il est électrisé positivement, attirera les ions négatifs et sa charge sera neutralisée progressivement. S’il est électrisé négativement, il attirera les ions positifs. Il suffira donc de mesurer le temps de déperdition pour avoir une idée de l’ionisation. C’est là, certes, un procédé imparfait.

Le premier appareil construit sur ce principe fut l’électroscope à deux feuilles d’or. Si l’on met cet appareil en contact avec un corps électrisé, les deux feuilles s’écartent : chargé d'électricité positive, il se décharge dans une atmosphère négative ; chargé d'électricité négativé, il se décharge dans une ambiance positive et les deux feuilles d’or retombent. La durée de la chute mesure l’ionisation.

De nombreux appareils ont été construits depuis ; nous allons les passer rapidement en revue. Les principaux sont :

— Appareil de KOLLER ;

— Appareil de ELSTER et GEITEL ;

— Jonomètre de VLES ;

— Ionomètre de DENIER et SALOMON ;

-— Appareil de ELSTER et GEITEL. Il consiste en un électroscope à feuille d’or, qui note la chute de potentiel d’un cylindre chargé d'électricité et qu’on place dans une atmosphère quelconque.

OP Re

Il existe de nombreuses causes d’erreurs, telles que le vent, la protection insuffisante du cylin-

dre de déperdition.

Dans l’ionomètre de DENIER et SALOMON, la chambre d’ionisation est remplacée par une tige

métallique.

Appareil de GERDIEN, complété par SWANN.

Cette méthode consiste à accélérer la décharge de lPélectromètre de WuüLF, en aspirant lair étudé, à la vitesse de 4 m. par seconde, dans un cylindre formant un condensateur cylindrique ; larmature externe est reliée à la cage de lélectroscope; l’armature interne est une électrode cylindrique connectée aux fils de l’électromètre ; électrode axiale est chargée, positivement ou négativement, elle attire les ions négatifs ou

positifs.

Par cet appareil, la valeur de la conductibilité est donnée par la formule suivante :

LCI Vo h = — — — log — Ans Co M C — capacité totale du système ; L' — capacité soumise à la déperdition ; t — temps mis pour produire la déperdition ;

Vo — voltage initial ; V — voltage après déperdition.

IONOMÈTRE DE VLÈS. — Il se compose d’une cage en bois, cylindrique, recouverte de cellophane, formant un cylindre vertical de 30 cms de large sur 80 de haut, supportée par une tige métallique reliée à la terre. Dans ce cylindre, à 25 cc. de l’orifice supérieur, un disque circulaire en grillage métallique, de 22 cms de diamètre, relié à travers un isolateur à un électroscope placé en dehors constitué par une cage métallique à fenêtre de verre, reliée à la terre et une armature centrale isolée supportant une feuille d’aluminium.

Les déplacements de la feuille d'aluminium sont

repérés sur une division circulaire.

En bas, un plateau métallique, monté sur une lige mobile qui peut coulisser dans le pied du cylindre. La grille métallique est chargée par contact avec une tige de verre ou une baguette d’ébonite, on mesure le temps de déperdition de l’électroscope entre les divisions toujours identiques de l’échelle (30-20), à partir de la verticale qui est la position de repos de la feuille

d'aluminium.

L’ionomètre ouvert aux deux bouts, l'air est soumis à son renouvellement spontané.

Cet appareil a été imaginé par VLES, dans un but spécial : celui d'étudier les variations de la croissance des plantes suivant qu’elles étaient placées dans un

milieu relié au sol ou isolé.

Dans cet appareil, le nombre d’ions s’obtient par ane formule simple :

T A : constante de l’appareil, variable suivant la distance grille plateau ; T : temps de déperdition.

APPAREIL DE CONSTANTIN. — C’est un double ionomètre, avec deux électroscopes jumelés, qu’on charge lun positivement, l’autre négativement : le temps de décharge de chaque électroscope donne les mesures, le premier, des ions négatifs ; le deuxième, des ions positifs.

APPAREIL DE WALTER. — Il a pour base la mesure de la charge électrique, prise par une sphère isolée, primitivement déchargée par mise à la terre, isolée pendant une fraction de seconde, pendant laquelle celle est soumise à la pluie des ions atmosphériques, et déchargée dans un appareil amplificateur qui cause une déviation de l’aiguille.

Il s'oppose donc aux autres appareils qui sont du type à décharge. Il se compose d’une boule tenue en Pair au-dessus de l’appareil et parfaitement isolée, un moteur qui fait les manipulations. et un système constitué par une lampe électromètre actionnant un microampèremètre, sur lequel on lit les impulsions de l'aiguille. Il comporte ses batteries de pile.

Des voyants de couleur se présentent devant une fenêtre et indiquent le temps des diverses manœuvres.