MESURE DE LA DÉCLINAISON MAGNÉTIQUE
Les expériences de magnétisme ne peuvent réussir que dans des laboratoires spéciaux d'où le fer soit rigoureusement exclu : toutes les serrures, ainsi que les garnitures métalliques des fenêtres et des portes, doivent être construites en cuivre rouge ou en laiton, et il est nécessaire de soumettre les murs eux-mêmes à un rigoureux examen, car les architectes encastrent souvent des barreaux de fer ou des ancres en fonte massive dans les maçonneries.
L'opérateur enfin est tenu de déposer à la porte tous les objets magnétiques qu'il porte sur lui : un trousseau de clefs, un binocle, quelquefois même des boutons métalliques peuvent faire dévier les boussoles et provoquer d'interminables oscillations des aiguilles, et, par suite, des erreurs d'autant plus graves que la cause n'en est pas soupçonnée.
Les observatoires magnétiques sont généralement installés dans des pavillons à rez-de-chaussée, isolés au milieu de vastes jardins : il est peu de Facultés qui ne puissent réaliser une semblable disposition, indispensable au succès des manipulations qui suivent.
Théorie.
La déclinaison est l'angle que fait le méridien magnétique avec le méridien astronomique.
On la compte à partir du nord astronomique en allant vers le nord magnétique. Elle est orientale ou occidentale, selon (|ue le pôle nord de Taiguille est à Test ou à Touest du méridien astronomique.
La mesure de la déclinaison comprend deux opération? distinctes :
ï° La détermination de l'angle que fait l'axe magnétique d'un barreau aimanté avec une ligne de foi du plan horizontal prise pour origine;
2° Celle de l'angle que fait celte ligne origine avec la méridienne du lieu : cette dernière mesure est purement astronomique.
La première de ces opérations se fait aujourd'hui dans les observatoires à l'aide du magnétomètre de Gauss, installé à demeure et généralement disposé pour relever les variations de la déclinaison : mais les boussoles de Gambey et de Brunner sont restées les instruments classiques des laboratoires d'enseignement, et nous consacrerons cette Manipulation à leur maniement.
Une seule mesure ne peut donner correctement la valeur de la déclinaison : il est nécessaire de combiner plusieurs lectures, pour deux motifs. Et d'abord l'axe magnétique d'un barreau n'est pas une ligne matérielle qu'on puisse prendre pour repère, et il ne coïncide jamais rigoureusement avec l'axe géométrique de ce barreau; deuxièmement, la boussole peut présenter une excentricité relative du centre d'oscillation de l'aiguille et du cercle répétiteur. On s'affranchit de celle double cause d'erreur par la méthode du retournement et par une observation simullanée des positions occupées par les deux extrémités du barreau : il y a donc quatre observations à faire, deux avant et deux après le retournement, en supposant même que l'aiguille aimantée soit immobile dans le méridien magnétique. Or il est toujours long, quelquefois impossible et souvent inexact d'attendre que celte aiguille ait pris une position stable, et Ton préfère relever les positions extrêmes de l'aiguille dans son mouvement oscillatoire, ce qui double le nombre des valeurs à noter dans cette expérience et les porte à huit et même à seize lorsqu'on mesure les angles par deux verniers.
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La (léterminalion du méridien astronomique se fait très correctement par le procédé suivant, dit des hauteurs correspondantes. On observe le SoJeil quelque temps après son lever à l'aide de la boussole de Gambe> (^), faisant office de théodolite : l'image de l'astre sera, par exemple, tangente, à gauche et au-dessous, aux deux fils du réticule, ainsi qu'on le voit {fig' 70). Puis on renouvelle cette même observation
Fig. 70.
dans l'après-midi, sans déplacer la lunette, en faisant simplement tourner la boussole autour de son axe vertical; on fixe l'instrument au moment précis où le Soleil repasse à la même hauteur au-dessus de l'horizon que le matin, son image étant tangente à droite et au-dessous aux deux fils du réticule, et l'on prend la bissectrice de l'angle formé par les deux plans verticaux ainsi déterminés : c'est la direction du méridien.
Cette manière d'opérer est très correcte à l'approche dos solstices, mais il est nécessaire de corriger le résultat de l'observation si l'on opère à tout autre moment de l'année. Appelant e la variation de la déclinaison du Soleil par jour, (5 cette déclinaison et X la latitude du lieu, ce terme de correction est égal à
o, i6e(tangX — tango);
au printemps, le méridien vrai est à l'ouest; en automne, il est à l'est du méridien observé : l'écart peut dépasser 8'.
( ' ) Il est indispensable de recouvrir Toculaire de la lunette d*un verre noir ou fortement enfumé.
234 CHAP. 11. — ÉLECTRlCITt ET MAGNÉTISME.
La méthode que nous venons de décrire exige deux observations : on peut se contenter d*en faire une seule, si Ton v joint la détermination de Tlieure vraie correspondante ('). En effet, le temps vrai étant H, le Soleil se trouve à ce moment dans un plan horaire faisant avec le méridien un angle a= loW; on en déduit l'angle du vertical de l'astre avec le méridien, en résolvant un triangle sphérique dont les sommets sont le zénith, le pôle et l'astre. Les Tables donnent la distance zénithale du pôle et la distance polaire du Soleil.
Cette détermination n'est du reste à faire qu'une fois : car le méridien peut être tracé sur les murs du laboratoire par de> marques immuables auxquelles on rapportera toutes les expériences ultérieures. Dans les villes, on prend souvent pour repère la pointe d'un paratonnerre éloigné, la flèche ou la croix d'un clocher, voire môme Taréte verticale d'un édifice élevé.
Des'* iption.
La boussole de Gambey {/Ig. 71) se compose d'un cercle azimutal fixe AB, monté sur un trépied à vis calantes : le barreau aimanté est suspendu par un paquet de fils de cocon qui s'enroule sur le treuil H, Deux colonnes en cuivre CD et CD soutiennent une lunette £F mobile dans un plan vertical: grâce à un double système de lentilles et d'écrans représentés à gauche de la figure, cette lunette peut faire fonction de microscope et de télescope, à la volonté de l'opérateur. Toute la partie supérieure de l'appareil est portée par un axe vertical autour duquel on peut la faire tourner : deux verniers opposés permettent de relever les angles.
Le cercle horizontal est généralement divisé en Seo*', chaque degré en 6 parties, et les verniers en 60 parties, ce qui permet des appréciations à 10" près (-).
( « ) Voir, pour la détermination do l'heure vraie, la XXXI* Manipulation de notre Cours élémentaire p. 171.
(") Si le cercle est divise en demi-degrés, et que le vernier soit au n, c'està-dire formé de 29 demi-degrés partagés en 3o parties égales, on peut évaluer la minute. La division étant au J de degré, le vernier au |^ ( 69 sixièmes de degré partagés en 60 parties) donnera le \ de minute; avec une division au r,
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Le barreau a o",5oo de long, o™,oi5 de haut et o°»,oo3 d'épaisseur : à chacune de ses extrémités se trouve un anneau muni de fils en croix, dont rinterseclion coïncide sensiblement avec l'axe géométrique. L'aiguille repose dans unétrier
qui permet le retournement. Avant de suspendre Taimant, on glisse dans cet étrier une masse de cuivre rouge de même poids et on la laisse tourner sur elle-même sous l'influence de
de degré, le môme Teroier au ^ fournira le i^ de minute. II est difficile d'aller an delà et ce n'est qu'avec des cercles admirablement construits qu'on peut répondre d'une mesure à 5 secondes près.
la torsion jusqu'à ce que celle lorsion ait disparu. La masse est alors en\e\ée et remplacée par Taimant : pendant celte opération, on a soin de tenir l'étrier pour l'empêcher de tourner.
Une boîte d'acajou, fermée à sa partie supérieure par des glaces bien pures et à faces parallèles, préserve l'aiguille des agitations de l'air.
La boussole de MM. Brunner est plus fréquemment employée aujourd'hui; elle constitue un véritable théodolite, pourvu d'une lunette pour les visées lointaines et d'un microscope pour l'observation des repères du barreau : l'appareil optique à double fonction de Gambey est donc dédoublé, et l'instrument y gagne en précision.
La lunette FF' et le microscope (y?^. 73) sont montés sur un même axe horizontal et dirigés parallèlement l'un à l'autre : cet axe passe par le centre du cercle vertical DD, qui est luimême mobile autour d'un axe vertical passant par le centre du cercle horizontal AB.
L'aiguille est suspendue dans une enveloppe cylindrique G en bronze, fermée par des glaces amovibles : le fil est accroché au tambour à treuil J, qui surmonte le tube en verre 11. Cette pièce peut tourner sur elle-même; de plus, on en efTectue le centrage à l'aide de trois vis. On peut donc relever l'aiguille, la centrer par rapport au limbe horizontal et détendre le fil de suspension.
Le barreau d'acier est prismatique : il porte sur ses extrémités de petits disques polis, en argent ou en laiton doré, placés verticalement et présentant un trait de repère. Ce Irait doit lui-même être rigoureusement vertical.
L'appareil est muni de deux niveaux N et N' à bulle d'air il est monté sur un solide trépied à vis calantes ou mieux encore sur un massif en maçonnerie, parfaitement stable et indépendant des planchers.
Manuel opératoire.
Quelle que soit la boussole employée, il importe avant tout de s'assurer que le fil de suspension de l'aiguille ne présente aucune torsion préalable. Ce fil est formé de quelques brins
XLIl*' H. — xVESURE DE LA DÉCLINAISON MAGNÉTIQUE.
de soie, pris à un cocon, disposés parallèlement, enduits de suif et en nombre minimum, de façon que le couple de torsion soit très faible. On y suspend d'abord un barreau de
Fig. 72.
cuivre de même poids que le barreau aimanté et Ton tourne le treuil jusqu'à ce que Taxe du barreau soit parallèle à Taxe de Tenveloppe cylindrique.
Voici la suite des opérations à effectuer avec une boussole de Gambey :
i« On règle la verticalité de Taxe, en agissant sur les vis calantes;
2« On couvre d'abord la partie centrale de l'objectif et l'on vise les mires avant et arrière qui définissent la méridienne;
a38 CHAP. II. — ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME.
on détermine ainsi Tangle du méridien astronomique avec la ligne origine.
3** La partie annulaire B de l'objectif étant ensuite couverte par un écran, Topérateur vise Textrémilé de Taiguille en faisant tourner l'instrument autour de son axe vertical, puis il retourne la lunette et vise l'autre extrémité. Chaque lecture est effectuée à l'aide des deux verniers.
On note la moyenne des quatre observations : il y en aurait huit à faire si l'aiguille n'était pas entièrement immobile, parce qu'il faudrait relever les excursions de l'aiguille à droite et à gauche de sa position d'équilibre.
4° Le barreau est retourné sur lui-même de manière à diriger vers la terre la face qui regardait le ciel, et l'on répèle les lectures comme ci-dessus, La moyenne est inscrite ei combinée avec la précédente. En résumé, seize lectures font connaître l'angle de l'axe magnétique du barreau avec la ligne 0-180 du cercle azimutal.
5° Couvrant alors de nouveau la partie centrale de l'objectif, on vise une seconde fois les mires dans le but de s'assurer que l'instrument n'a subi aucun déplacement.
La déclinaison est la somme algébrique des deux angles formés parle méridien astronomique et par l'axe magnétique du barreau avec la ligne origine.
Résultats.
D'après la carte de Lamont, la déclinaison était occidentale et elle avait les valeurs suivantes en i85o dans les principales villes de l'Europe dont les noms suivent :
Paris 20'. 35,8 0.
Greenvvich 22.29,5
Bruxelles 20.40,7
Vienne i3.33,5
Leipzig 15.43,8
En janvier 1876, la déclinaison était
A Montsouris, de 17". 26,2
A Lille, do 17.22,0
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En janvier 1896, elle était
A Paris (parc Sainl-Maur) i5°.6',8
