CHAPITRE IV

ÉLECTRICITÉ ATMOSPHERIQUE.

7 '28. — Premières idées sur l’identité entre la fondre et l’éleetrtelté. — Expérience de Uallbard. — A peine les premiers effets de l’étincelle électrique étaient-ils connus, que les physiciens firent de suite la comparaison entre l’électricité et la foudre. Il leur sembla que « les phénomènes électriques sont, comme le disait l’abbé Nollet, de petites imitations de ces grands phénomènes qui nous effrayent, et qu’une nuée est vis-à-vis d’un objet terrestre, ce qu'est le corps électrisé enprésencede celui qui ne l’est pas. » Mais toutes les analogies constatées n’apportaient que des présomptions en faveur de l’opinion qui attribuait les deux ordres de phénomènes à une même cause : il fallait des preuves. C'est Franklin qui indiqua la méthode à suivre, et c’est Dalibard qui démontra d’une manière irréfutable l’identité si .longtemps soupçonnée. Dalibard réussit à s’emparer de la foudre et la fit servir à répéter toutes les expériences d’électricité alors connues.

Il profila du pouvoir des pointes, comme Franklin l’avait conseillé ; il fit dresser à Marly-la- Ville une barre métallique isolée et Irès-aiguë à sa partie supérieure. La partie inférieure, terminée par une boule, pouvait être mise en communication avec divers appareils. Un nuage orageux ayant passé au-dessus de la pointe, l'extrémité inférieure de la barre se

tu

ÉLECTRICITÉ

chargea exactement comme si la pointe avait clé en présence d'une machine électrique : on en tirait des étincelles.

72tt. Ktptrlrnrn de Franklin rt dr Hamas. — En 1752, Franklin letlla des expériences du même genre; mais comme le clocher de Philadelphie, sur lequel il voulait élever une barre de métal, tardait à s’achever, Franklin, impatient de soumettre ses idées théoriques à une vérification expérimentale, lança dans les airs un cerf-volant armé d’une |>ointc métallique. La corde du cerf-volant, qui communiquait avec la tige de métal, sc terminait par un cordon de soie, que l’observateur tenait à la main. Un premier nuage orageux passa sans donner d’effet, la corde de chanvre ne conduisant pas assez bien l’électricité; mais une petite pluie survint, mouilla la corde, et Franklin put en tirer des étincelles.

Que la corde ait mal conduit l'électricité, ce fut un grand bouhcur pour le célèbre physicien, car les expériences de de Romas, exécutées un peu plus tard , montrèrent tous les dangers que comportait ce genre de tentatives. De Romas s'étant servi pour enlever son cerf-volant d'une corde filée, analogue uux cordes métalliques des violons, put tirer • des étincelles de plusieurs pieds de longueur, qui éclataient avec un bruit

effrayant. Heureusement, dans la prévision de ces puissants effets, le prudent expérimentateur avait soutenu la corde au moyen d’un treuil de verre porté par un chariot mobile; des pieux métalliques formaient une enceinte oit il s’interdisait d’entrer, et en même temps un excitateur convenable servait à établir la communication entre le sol et la corde conductrice. Lu mort de Richtnanu , qui, n’ayant pas pris les précautions nécessaires, fut foudroyé dans des circonstances semblables, vint avertir, d’une manière cruelle, des périls qu’entraînent ces expériences.

730. Méthodes actuelles d’obaer» ation. — L’appareil d expérimentation de Marly-la- Ville, qui a servi à établir l’ideutité entre la foudre et l’électricité, est mis à profit encore aujourd’hui, mais sous une autre forme, pour étudier l’électricité dont l’atmosphère est chargée. Dans les observatoires, des pointes élevées sont disposées comme celle de Marlyla- Ville, et des électroscopes mis en communication avec l’extrémité inférieure de ces pointes permettent de déterminer la nature et l’intensité de la charge. Pour éviter le malheur de Richmann, une tige métallique mise en communication avec le sol est disposée très-près de la barre métallique, qui ne peut dès lors garder qu'une charge dont il n’y a rien à craindre. Ces appareils fixes ne servent qu’aux observatoires. Dans les voyages, ou emploie des électroscopes à lames d'or, dont une tige aiguë remplace le bouton fixé d’habitude A ces instruments ; ou bien encore, comme l’a fait M. Becquerel, on va puiser l’électricité dans la portion élevée ,< f de l’atmosphère, en lançant verticalement une fléché métallique communiquant pur une corde conductrice à la tige de l'éleclroscope. A mesure que

ÉLECTHICltE ATM0SPHEH1UUE.

la flèche s’élève, la corde se déroille, el quand elle est à sa lin. elle quitte rélectroscope auquel elle n’est retenue que par un anneau.

731. Carillon électrique.— Canton, qui faisait des expériencesd'électrieité atmosphérique, fatigué de surveiller constamment les appareils pour saisir les instants où ils se chargeaient, imagina une petite sonnerie qui devait se faire entendre, dès que l’électricité apparaîtrait : c’est le carillon électrique. Cet appareil (fig. 308) est formé de trois timbres T, T, T" portés par une traverse métallique AA'; le timbre du milieu, mis en communication avec le sol par une chaîne conductrice G, est suspendu à un lil de soie : les timbres extrêmes sont suspendus à de petites chaînes de métal. Entre eux sont de petites balles métalliques soutenues au moyen de lils de soie. Si l’on attache la traverse à l’extrémité inférieure de la barre terminée en pointe, qui s’élève dans l’air, les balles seront attirées par les timbres extrêmes quand la barre se chargera, elles frapperont sur les timbres, puis seront aussitôt repoussées et frapperont sur le timbre du milieu où elles perdront leur électricité. Alors, attirées de nouveau par les timbres extrêmes, elles continueront indéfiniment leurs mouvements. Gel appareil est ingénieux ; mais, il ne faut pas s’y tromper, il ne peut signaler que des charges électriques bien supérieures à celles qui agiraient déjà sur un électroscope ordinaire.

732. Récoltât». — On reconnaît avec des éleetroscopes sensibles, que l’air est presque toujours chargé d 'électricité. Gette électrisation peut être constatée non-seulement quand l’atmosphère est nuageuse, niais encore au moment où le ciel est parfaitement serein; toujours ou presque toujours les lames de l’électroscope divergent. Par un temps serein, l’électricité est toujours positive ; et pendant les belles journées, une assez grande régularité s’observe dans les variations de l’état électrique de l'atmosphère. la) plus souvent on trouve un minimum à 2 heures, un maximum à 10 heures du matin, un second minimum à 2 heures après midi, et un nouveau maximum a 10 heures du soir. On observe en outre que les signes d’électricité atmosphérique sont d’autant plus sensibles que l’on s’élève davantage. Gela tient a ce que les couches inférieures étant toujours humides et par suite conductrices, perdent peu à peu leur fluide par leur communication avec le sol. Par les temps orageux, il est évident d’avance que l’étal électrique ne doit présenter aucune régularité, mais, en outre, ou trouve que les nuages sont chargés, uuilôt d’électricité positive, tantôt d’électricité négative. Enfin, un fait qui peut surprendre, c’est que les déviations de l’éleclroscopc sont moindres pendant l'été que pendant l'hiver. Eu apparence,

4tti ELKCTHICITK.

ce résultat est eu contradiction avec cc fait parfaitement connu que, dans nos pays, les orages n’ont guère lieu qu’en été; niais la contradiction disparait, si l’on remarque que pendant l’hiver, l’air est humide et que l'électricité, qui s’y trouve, s’écoule plus facilement dans le sol à travers les couches inférieures de l’atmosphère rendues plus conductrices; tandis que pendant l'été, l’air est sec et l'électricité des hautes régions no peut franchir l’air mauvais conducteur que sous la forme d'étincelles.

733. Causes de l'électricité atmosphérique. — Les causes de l'élcctricité atmosphérique ne sont pas connues ; il semble toutefois que l'on doit considérer l'évaporation de l'eau comme la cause principale de son développement. M. Pouillet a montré que l'eau, chargée de sel. dégage les deux électricités, quand elle se réduit en vapeur : l'électricité positive s’échappe avec la vapeur, et l’électricité négative reste sur le vase où l'évaporation a lieu. Pour le prouver, M. Pouillet adapte à l’un des plateaux de l'électroscopc condensateur un anneau, qui supporte un creuset chauffé à une très-haute température. Quelques gouttes d’eau salée sont-elles versées dans le creuset, elles s’évuporent et le plateau reste chargé d'électricité négative. Mais comme les deux électricités se développent toujours simultanément, il en résulte que la vapeur, eu se dégageant, a emporté avec elle l’électricité positive.

734. — dette expérience n’est pas complètement démonstrative : l'eau, qui tombe, prend l’état sphéroïdal, elle ne s'évapore abondamment qu’au moment où elle vient à mouiller le creuset refroidi, et alors elle décrépite et des gouttelettes sont projetées en frottant contre les parois du vase. Deux physiciens allemands, M. llicss d'une part, et M. Reich de l’autre, ont répété ces expériences, et ils n’ont trouvé aucun développement d'électricité, toutes les fois que le creuset n’était pas chauffé jusqu’à produire l’état sphéroïdal de l’eau. La charge ne commence à être manifeste que lorsque la température s’abaisse et que des gouttelettes projetées de tous côtés frottent les parois du vase. Si l'on évite le frottement des gouttelettes d’eau, on n’aperçoit aucun signe d'électricité.

Malgré l’exactitude non douteuse des expériences des deux physiciens allemands, il est difficile d'admettre qu’un phénomène, comme celui de l’évuporation ne produise aucun dégagement d’électricité, quand on voit par des expériences sans nombre, que toute modification physique, imprimée à un corps, produit un dégagement semblable. Peut-être faudrait-il des instruments plus sensibles que l’électroscope pour arriver à des résultats incontestables.

735. Kna|[H orageux électrisés positivement et négativement. —

Quoi qu'il en soit, quand le ciel est débarrassé de nuages, l’électricité est toujours positive; dès lors on comprend que les nuages en se formant doivent se charger de l’électricité positive contenue dans l’atmosphère ; mais

ELECTRICITE ATM0SPHER1QIE.

ce que l'on n'a pas compris tout d’alx>rd c’est comment il se forme des nuages chargés d électricité négative; aujourd'hui l'on s’en rend assez bien compte. Uu'un nuage faiblement électrisé- se trouve au-dessous d’un nuage très-fortement chargé, des phénomènes d’influence auront lieu ; l'électricité positive du nuage le plus faible sera repoussée tout entière,- puis une décomposition de fluide neutre se fera, et sur le nuage le plus faible se développera du fluide négatiL Alors que, par une cause quelconque, ce nuage ainsi influencé soit en communication avec le sol; si, par exemple, il touche le flanc d’une montagtie, il perdra son électricité positive libre et se trouvera chargé d’électricité négative.

Voici une preuve de la vérité de celte théorie. Quand par un jour serein on lance un jet d’eau à une grande hauteur dans l'atmosphère, les gouttes, qui tombent, sont chargées d'électricité négative : on le constate, en les recevunt sur un éleclroscope.

7111». Éclair. — De tout ce qui précède, il résulte que l’oclair n'est qu'une étincelle électrique, jaillissant soit entre le nuage électrisé et la terre, soit encore entre deux nuages orageux. L’identité des phénomènes une fois reconnue, en théorie il ne reste rien à ajoutera notre étude de l’étincelle ; toutefois l’éclair présente des particularités qu’il est indispensable de signaler

longueur. — Un fait qui a toujours étonné, c’est l'immense longueur des éclairs, qui est quelquefois de plusieurs lieues. 11 est, en effet, difficile d’admettre, que deux nuages soient assez fortement électrisés , pour qu’une couche d'air de plusieurs lieues d’épaisseur soit rompue par l’action attractive des deux fluides, qui tendent à se réunir. Mais la longueur de l'éclair s’explique par la présence d’une multitude de petits corps conducteurs interposés entre les deux points de départ, à savoir : des gouttes d’eau qui tombent et des lambeaux de nuages détachés. Tous

KLECTHICITE.

ccs coiuluctcui's su trouvent soumis à l'influence successive, exactement comme cela aurait lieu pour une série de cylindres placés à la suite les uus des autres (0.77) et dout les deux extrêmes seraient chargés. Lue étincelle apparait entre chaque conducteur cl celui qui le précède ; si les conducteurs ne sont pas de grande dimension, celte myriade d’étincelles constitue pour l'œil comme une étincelle unique.

On reproduit ce phénomène eu [>etit dans les laboratoires, en se servant d’un tube de verre AU (fig. 309), sur lequel sont collées eu spirale, l’une à la suite de l’autre, de petites feuilles d’étain. Ouand ou lient i’un des bouts du tube à la (nain et que l’on approche l’autre extrémité d’une machine électrique chargée, une étincelle jaillit entre chaque lame et celles qui en sont voisines; le spectateur, placé un peu loin, croit apercevoir une seule étincelle d’une grande longueur.

Forme. — L’éclair affecte d’ailleurs, le plus souvent, la forme sinueuse en xigxag, que présente l’étincelle d’une machine électrique, quand on place lu main à une certaine distance du conducteur.

Durée. — La courte durée de l’éclair est devenue proverbiale, et nulle expression 11e convient mieux (tour exprimer un phénomène rapide ; car un éclair dure moins qu’un millionnièrae de seconde. Les expériences de Wlieutsloiie ont mis le fait hors de doute; et si tout le monde ne peut pas répéter l’expérience de Wheutstone, tout le monde peut du moins observer des phénomènes, qui la renferment en principe et qui ont été sans aucun doute les occasions qui l’ont provoquée. Au moment où l’éclair jaillit, les yeux, qui se portent sur des corps en mouvement, les aperçoivent dans une immobilité complète ; les chevaux emportésau grand galop , la voiture qu’ils traînent, les roues qui tournent, tout enliti est saisi comme au repos ; la durée de l’éclair a donc été tellement courte que pas un objet, pas un animal n’a eu le temps de prendre un déplacement sensible.

Whcatstone a construit un instrument, qui lui a permis non-sculcmeut d’observer le fait, tuais aussi de le mesurer, lise servait d’une roue qu’il faisait tourner autour d’un axe avec rapidité; chaque rayon décrivait d’abord un chemin appréciable en un millième de seconde ; puis la vitesse de rotation fut rendue dix, ceut fois plus grande, si bien qu’en dernier lieu, un rayon se déplaçait d’une quantité notable pendant l’intervalle de temps mesuré par millionnième de seconde seulement. Cette roue fut observée à diverses reprises par Whcatstone, lorsque l’éclair jaillissait et illuminait subitement les objets placés dans une obscurité profonde, et 1a durée de l’éclair était si courte qu’il ne lui fut pas possible d’observer le moindre mouvement des rayons.

737. Éclair* de diverses espaces. — Cependant, ilost des éclairs, qui paraissent comme des lueurs incertaines, persistant pendant une durée trèsappréciable qui |<eut monter à plus d’uue seconde. Ils ne sont probablement

KI.ECT1IIC1TÉ ATMOSPHÉKIULE.

que la succession de plusieurs éclairs, apparaissant à des intervalles de moins d’un dixième de seconde, et dont la lueur nous semble continue. Plus d'une fois, nous avons eu l’occasion d’observer ce phénomène.

On connaît enfin une troisième variété d’éclairs se montrant beaucoup plus rarement que les précédents : ce sont les éclairs en boule. Les récits des circonstances de leur apparition sont aujourd’hui assez nombreux et assez authentiques, pour qu’il ne soit plus possible de douter de leur réalité. Les phénomènes auxquels ils donnent naissance sont tout à fait inexplicables dans l’état actuel de la science : on a vu, dans quelques cas, une boule de feu arriver dans le voisinage du sol, se porter à droite, à gauche, d’une manière en apparence très-capricieuse, et cela avec une vitesse assez petite. Habituellement, après s’être ainsi déplacée pendant un certain temps, la boule éclate en produisant une violente explosion, elle foudroie les objets voisins et laisse, autour d'elle, celte odeur caractéristique qui accompagne la foudre.

738. Tonnerre. — Le tonnerre n’est que le bruit produit par les couches d’air violemment déplacées par l’éclair et revenant très-vite sur ellesmêmes : c’est en grand le bruit de l’étincelle électrique. Quelquefois mais rarement, le coup est sec; le plus souvent, c’est un roulement qui gronde, puis éclate tout à coup, s’apaise, éclate et gronde plusieurs fois de nouveau, jusqu’à ce qu’enfin tout bruit cesse. Ordinairement le tonnerre éclate à nos oreilles plusieurs secondes seulement après que l’éclair al brillé.

Les diverses circonstances de ce bruit s’expliquent et par la longueur de l’éclair et par les échos qui servent à le répercuter. De cette grande longueur, en effet, il résulte que tous les points de l’éclair sont inégalement éloignés de l’observateur, et tous les bruits produits simultanément aux divers points n’arrivent «pie successivement à l'oreille. Ainsi, l’observateur est-il à 340 mètres de l’extrémité la plus voisine de l’éclair ? il commencera à entendre le bruit une seconde après que la lumière aura paru, et s’il se trouve à trois fois 340 mètres de l'autre extrémité, le bruit venant de ce second point ne lui parviendra qn’après trois secondes, les bruits issus des points compris entre les deux extrêmes arriveront successivement, ce qui fera durer le tonnerre pendant deux secondes.

739. Ces explications rendent compte aussi du renforcement avec lequel le tonnerre éclate à certains instants. Par sa forme en zigzag, l’éclair doit présenter un certain nombre de points situés à une même distance de l’observateur; les détonations qui ont lieu, en ces différents points, arrivant simultanément à l’oreille, produisent un bruit intense.

Les échos expliquent aussi le roulement du tonnerre; ces échos ont pour cause la proximité des nuages, du sol , des édifices ou des monta-

4ïO

EI.KCTRIGITE.

gnes. Il suffit d’avoir entendu un coup de canon dans les montagnes pour se rendre compte de cette dernière influence? quelquefois même le bruit ressemble à s’y méprendre à celui du tonnerre. Aussi c’est dans les gorges profondes des régions montagneuses que le roulement du tonnerre se prolonge assez longtemps, quelquefois il se fait entendre sans interruption, |iendant toute la durée de l'orage, surtout si les éclairs se succèdent à de courts intervalles. Le phénomène acquiert alors un caractère de graudeur, qu’il ne pré-sente jamais, quand l’orage éclate au-dessus d'une ville ou d'une vaste plaine.

740. eiivu de la fondre. — Les effets de la foudre sont en grand ceux de l’étincelle électrique. 11 y a donc lieu de les distribuer en trois classes : effets physiques, chimiques et physiologiques.

741. K fiel» pii j»ique» — La foudre échauffe, fait rougir et fondre les (ils métalliques fins qu’elle atteint et qu'elle parcourt. Voici un exemple entre mille (*) : Le paquebot de New- York reçut un coup de foudre dans la journée du 10 avril 18:27. Une chaîne de fer, de 40 mètres de long et en communication avec la mer par une de ses extrémités, fut fondue presque entièrement : le diamètre des barreaux qui formaient les chaînons était de 6 millimètres.

Mais les effets ne sont pas toujours aussi puissants; les coups de foudre comme les étincelles de nos machines agissent avec une énergie en rapport avec la charge des nuages. Ainsi un coup de foudre, qui tomba sur la tour de Newbury, se propagea le long de la tige en fer du pendule de l’horloge sans la fondre; cette lige cependant n’avait que la grosseur d’une forte plume d’oie.

742. Des phénomènes de fusion sont aussi opérés par la foudre, qui traverse les matières terreuses. Des tubes creux, à parois vitreuses, se forment dans le sable, au point où la foudre a frappé : on les nomme des futyurites. Pendant longtemps ces tubes ont été connus et leur mode de formation avait été expliqué, avant que des preuves certaines eussent établi la vérité de l’explication ; mais le professeur Hagen de Kœnigsberg saisit la nature sur le fait. Le 17 juillet 1823, le tonnerre tomba sur un bouleau près du village de Rauschen; les habitants étant accourus virent, auprès de l’arbre, deux trous étroits et profonds. Le professeur Hagen fit creuser avec soin tout autour de ces trous, et il trouva un tube vitrifié très-brillant à l’intérieur et identique à ces tubes qu’on avait souvent rencontrés dans le sable et dont, sans démonstration suffisante, on attribuait la formation à la foudre. Avec une forte étincelle de la batterie, on a produit en petit des tubes semblables aux fulgurites.

(*j C’est dans la savante notice d’Aragu , sur le tonnerre, que nous avons puisé nos exemples.