On donne généralement ces lois sous la forme suivante
La quantité de chaleur dégagée pendant l'unité de temps est proportionnelle à la résistance du conducteur et au carré de l'intensité du courant.
Si donc nous désignons par ^ la quantité de chaleur dégagée en une seconde, nous aurons, en appelant A un coefficient constant dont nous donnerons plus loin
la signification :
X = ARP.
Ou à cause de la relation : £ = RI :
Z^Ael.
Si enfin nous appelons t le temps pendant lequel a duré le phénomène et si nous appelons X la quantité de chaleur pendant ce temps même, nous aurons :
X=AcI^
ou
X=AeQ.
La quantité de chaleur est proportionnelle au produit de la quantité d'électricité Q qui a traversé le conducteur par la différence de potentiel qui a provoqué le mouvement de l'électricité.
Il est utile de signaler que ces lois ont été vérifiées par Joule pour les courants proprement dits (elles portent son nom) et par Riess pour les décharges conductives.
Le coefficient A qui entre dans les équations précédentes n'est autre que l'équivalent calorifique du travail (inverse de l'équivalent mécanique de la cha-
leur), de telle sorte que -r représente la quantité de travail W à laquelle correspond par voie d'équivalence la quantité de chaleur X. La deuxième formule que nous avons donnée revient donc à :
que nous avons indiquée comme servant à définir 1 unité de potentiel.
En général, dans la pratique, on connaîtra R et I : ce sera donc plutôt la première formule qu'il conviendra d'employer. Elle montre notamment que, si dans un même circuit on place à la suite plusieurs conducteurs, qui seront dès lors traversés par le même courant, les quantités de chaleur dégagés dans les divers conducteurs seront proportionnelles à leurs résistances.
Mais que se passe-t-il, si l'on place ces divers conducteurs non pas simultanément, mais successivement entre deux points dont la différence de potentiel est maintenue invariable ? Pour le savoir il faut avoir recours à une troisième forme de la relation indiquée tout d'abord : des équations
\=.kz\t et 1 = -^
on déduit immédiatement :
X = Ap- ou VV:=^-n->
c'est-à-dire que les quantités de chaleur dégagée seront en raison inverse de la
résistance (il faut l'emarquer que, bien entendu, l'intensité du coui'ant ne reste pas la même alors, et qu'elle est d'autant plus grande que le conducteur interposé est moins résistant).
79. La quantité de chaleur dégagée dans un conducteur est intéressante à considérer à divers égards et notamment parce qu'elle mesure l'énergie disponible dans des conditions données. La dernière relation est importante ; elle montre en effet que, si l'on a le moyen de maintenir constante ia différence de potentiel £ qui existe entre deux points, on pourra disposer dans le conducteur qui relie ces deux points de telle quantité d'énergie que l'on voudra, à la condition de donner à la résistance R une valeur convenable ; il est possible que dans la pratique cette quantité d'énergie ne puisse varier qu'entre certaines limites parce que R sera astreint généralement à des conditions déterminées ; mais, absolument, cette quantité d'énergie peut prendre toutes les valeurs possibles ^
80. Les phénomènes calorifiques peuvent, comme nous l'avons dit, être assez intenses pour amener les fils conducteurs à l'incandescence : cette question est très-importante à cause des applications à la chirurgie pour le galvanocautère {voy. Cautère) et à l'éclairage {voy. ce mot) dans les lampes électriques à incandescence.
C'est à ce même ordre d'idées qu'il faut rattacher la formation de l'arc voltaïque qui est la base des lampes électriques à arc.
Lorsqu'on approche l'un de l'autre deux conducteurs en charbon, par exemple, en communication avec les pôles d'une pile ou les bornes d'une machine dont la différence de potentiel est de 50 volts ou plus, on peut en général les amener au contact sans qu'il y ait étincelle (l'étincelle même de très-petite longueur correspondant à des différences de potentiel beaucoup plus considérables , près de 5000 volts pour une étincelle de 1 millimètre). Le courant une fois établi par le contact, il est possible de séparer les charbons sans interrompre le courant et il se produit alors entre les pointes des charbons, qui sont portées à l'incandescence, un arc lumineux, et chaud, arc voltaïque. On observe, même dans le vide, des modifications des charbons correspondant au transport de carbone du charbon -h au charbon — . On peut concevoir que les molécules de carbone ainsi transportées forment une chaîne conductrice qui relie le charbon et, assurant la continuité du circuit, permet le passage du courant. On vérifie d'ailleurs que cet arc est sensible aux mêmes actions qui agissent sur les courants mobiles, pouvant se déplacer, se mouvoir sous l'influence d'aimants ou de courants, etc.
Mais cette chame conductrice de molécules est très-résistante et c'est à cause
* Un cas intéressant à signaler est celui où le conducteur se compose de deux parties et que l'on puisse seulement recueillir l'énergie (sous forme quelconque, sous forme calorilique, par exemple) dans l'une de ces parties. Soient R et R' les résistances de ces deux parties, on aura pour la totalité de l'énergie :
R-fR'
et, comme dans un même courant l'énergie est proportionnelle à la résistance, l'énergie w disponible en R, par exemple, sera donnée par:
w R £2Rf
ou w =
On reconnaît aisément que cette valeur varie avec R et atteint sa plus grande valeur pour R = R', c'cst-à-dii-e lorsque le conducteur utile a une résistance égale à celle du conducteur non utilisé.
de cette résistance même qu'il se produit un de'gagenient de chaleur qui est suffisant pour produire l'incandescence.
Pour une différence de potentiel donnée et un débit donné du courant, l'arc peut s'accroître jusqu'à une certaine longueur, lorsque les charbons s'écartent ; mais, lorsque la distance des charbons devient trop grande, l'arc s'éteint et le courant s'interrompt ; pour le rétablir, il faut ramener les charbons au contact : on peut alors les écarter de nouveau pour reproduire l'arc.
81. Les étincelles ou décharges disruptives donnent également naissance à des phénomènes lumineux et calorifiques ; elles peuvent provoquer l'inflammation des corps combustibles, des méhmges détonants, fondre et même volatiliser les métaux. On met en évidence l'élévation de température qu'elles produisent dans l'air à l'aide de l'expérience classique dite thermomètre de Kinnersley, qui n'est autre en somme qu'un thermomètre à air à l'intérieur duquel on fait éclater les étincelles.
L'étude des effets des étincelles n'a pas été faite d'une manière complète : en particulier on n'a pas déterminé les lois de leurs actions physiques.
Il existe quelques autres phénomènes calorifiques qui dépendent du passage de l'électricité, notamment ceux qui se produisent dans les soudures de deux conducteurs de nature différente; mais, quelque intéressants que soient ces phénomènes (phénomènes de Peltier et de Thompson), ils ne sont point d'une application usuelle et leur connaissance n'est pas nécessaire pour la compréhension des autres lois dont il nous reste à parler.
82. Effets chimiques; électrolyse; lois de Faraday. Le passage de l'électricité à travers les corps composés est susceptible de produire des actions chimiques, soit qu'il s'agisse d'étincelles ou décharges disruptives, soit qu'il s'agisse de décharges conductives ou de courants.
Les étincelles provoquent tantôt la décomposition des corps composés et tantôt au contraire la combinaison des corps en présence : c'est ainsi que l'ammoniaque est décomposée au moins partiellement en azote et hydrogène par le passage d'une série d'étincelles, tandis que le mélange d'oxygène et d'hydrogène s'enflamme et produit de l'eau par le passage d'une étincelle. Mais il ne semble pas qu'il y ait là une action spéciale et les étincelles agissent probablement par la chaleur qu'elles dégagent seulement ; il n'y a donc pas lieu d'insister, d'autant qu'on ne sait rien de précis.
8o. Tout autre est l'action produite par le passage de l'électricité à travers une série continue de conducteurs, qu'il s'agisse d'une décharge conductive comme Faraday l'a montré en utilisant les charges électriques fournies par la machine de Nairne ou qu'il s'agisse d'un courant proprement dit. Nous ne nous occuperons en détail que de l'action des courants, l'autre action étant analogue et obéissant d'ailleurs aux mêmes lois.
Pour qu'un corps soit décomposé par le passage du courant, diverses conditions sont nécessaires : il faut que le corps soit à l'état liquide, soit que cet état soit naturel à la température ordinaire, soit qu'elle soit obtenue par la fusion, soit encore qu'elle soit le résultat de la dissolution dans un liquide.
Une autre condition, c'est que le liquide soit conducteur : cela est à peine nécessaire à dire, car, s'il en était autrement, le courant ne pourrait s'établir, l'électricité ne pouvant passer.
On fait généralement l'opération en plaçant le liquide à décomposer, Vélectrolyte, dans une auge dans laquelle plongent deux lames conductrices, charbon ou
mt'tal ; ces lames qu'on appelle les électrodes doivent être maintenues à des potentiels diffe'rents, étant mises en rapport avec les pôles d'une pile ou avec les bornes d'une machine ; l'opération elle-même s'appelle Yélectrolyse.
Enfin ajoutons que la décomposition correspond à une certaine dépense d'énergie qui naturellement doit être fournie par le courant qui dès lors doit avoir une intensité convenable.
Nous nous occuperons en parlant des piles {voy. ce mot) des relations qui existent entre l'énergie dépensée dans l'électrolyte et celle qui est fournie par la pile ; une question analogue sera indiquée en parlant des machines d'induction.
84. Il serait difficile de donner une règle générale qui s'appliquât à tous les cas dans lesquels peut se produire l'électrolyse ; les composés organiques, les composés des métalloïdes entre eux, n'obéissent pas à une loi déterminée. Au contraire, les composés métalliques, les sels binaires ou tertiaires, en y comprenant les acides (qui peuvent être considérés comme des sels d'hydrogène), se décomposent suivant une règle uniforme que l'on peut énoncer ainsi :
Dans l'électrolyse des composés métalliques le corps se sépare en deux parties: l'une, le métal, se porte vers le point où le potentiel est le moins élevé; l'autre, corps simple (s'il s'agit d'un sel binaire) ou radical composé (s'il s'agit d'un sel proprement dit), se porte vers le point où le potentiel est le plus élevé.
Dans l'auge où se produit l'électrolyse, on peut dire que le métal se porte vers l'électrode négative, tandis que l'autre partie se porte vers l'électrode positive. On dit également, et cela revient au même, que le métal est entraîné dans le sens du courant et que l'autre partie remonte le courant.
Cette règle est générale, bien qu'on n'observe pas toujours sur les électrodes ce qu'elle indiquerait ; nous reviendrons tout à l'heure sur ce point, mais nous devons d'abord insister sur une condition de l'expérience qui montre comment se produit le phénomène.
85. Quelle que soit la nature de l'électrolyse et quelle que soit celle des corps qui sont mis en liberté, on n'observe jamais trace de ces corps dans la continuité du liquide, mais seulement au contact avec les électrodes : les quantités des corps mises en liberté sont celles qui étaient combinées d'après les lois de la chimie, et tout se passe dès lors comme si un certain nombre de molécules se décomposaient en deux parties. Il faut rendre compte du fait qu'il n'y a pas transport matériel de ces éléments, bien qu'on les retrouve séparés sur les électrodes. On y arrive aisément à l'aide d'une hypothèse due à Grothus et que l'on peut expliquer ainsi :
Considérons entre les deux électrodes une chaîne de molécules; le premier effet du courant serait de les orienter toutes, amenant le métal du côté de l'électrode négative; par une seconde action, la décomposition se ferait simultanément pour toutes ces molécules mettant ainsi le métal en liberté dans chacune , puis alors, en vertu de l'affinité, chaque molécule de métal se combine avec la molécule non métallique (simple ou composée) voisine : il se reforme donc dans toute l'étendue de la chaîne des molécules du sel primitif et dont le nombre est moindre de un seulement que le nombre des molécules qui existaient précédemment : une molécule de métal seulement est rendue libre à l'extrémité de la chaîne qui est en contact avec l'électrode négative, tandis qu'à l'autre extrémité de la chaîne une molécule de l'autre partie du sel se trouve également rendue libre.
Diverses expériences semblent justifier cetle hypothèse ; il est inutile de nous y arrêter.
86. Il peut arriver que, à la suite del'électi^olyse, les éléments mis en liberté se retrouvent tels que la règle l'indique: c'est ce qui arrive, par exemple, si l'on opère sur du chlorure du magnésium fondu que le courant décompose en chlore et en ma'^nésium que l'on peut recueillir, si Ton a fait usage d'électrodes de charbon d'une forme particulière.
Mais en général, on n'observe pas, au moins en entier, les effets résultant de l'aclion du courant tels que l'indique la règle générale. Cela tient à ce qu'il se produit des actions secondaires des corps mis en liberté soit sur le liquide dissolvant, soit sur les électrodes. Ces actions secondaires ne sont d'ailleurs liées en rien aux phénomènes électriques et elles se produisent uniquement en vertu des propriétés chimiques des corps et des réactions chimiques qui peuvent prendre naissance.
A rélectrode négative le métal qui se porte de ce côté peut agir soit sur l'électrode même, soit sur le liquide dissolvant. Le premier cas ne se produit guère que si l'électrode est constituée par du mercure auquel aboutit le fil conducteur ; si le métal est susceptible de former \m amalgame, comme le potassium, le sodium, l'argent, l'or, etc., il se dissoudra en communiquant au mercure un état pâteux reconnaissable ; d'ailleurs par la distillation on pourra retrouver le métal en le séparant du mercure : on sait que c'est ainsi que Davy découvrit les métaux alcalins.
Si le métal du sel électrolysé est susceptible de décomposer l'eau à la température ordinaire (métaux alcalins et alcalino-terreux), cette décomposition se fera au moment oii le métal sera mis en liberté, absolument comme si on mettait directement un fragment de métal dans le liquide. Dans ce cas, naturellement, il se produira une base (hydrate alcalin ou alcalino-terreux), qui restera en disso- . lulion dans l'eau, et de l'hydrogène se dégagera. On pourra mettre en évidence la présence de la base à l'aide d'un réactif coloré et il sera possible de recueillir riiydrogèiie dans une éprouvette.
Des actions entièrement analogues, au fond, mais donnant des résultats différents, se manifestent à l'électrode positive ; il pourra arriver que le corps mis en liberté, corps simple ou radical composé, agisse sur l'électrode même ou sur le liquide dans lequel le sel est dissous.
Si l'électrode est attaquable par le corps mis en liberté, il se formera un sel qui sera de même genre que le sel décomposé ; son espèce, sera déterminée par la nature de l'électrode. Si l'on a décomposé un chlorure, un sulfate, un azotate d'un sel quelconque et, si l'électrode est une plaque de cuivre, il se formera du chlorure de cuivi'e, du sulfate de cuivre, de l'azotate de cuivre. 11 va sans dire que ces actions se feront par voie d'équivalence.
Si l'électrode est inattaquable par le corps mis en liberté celui-ci, en général au moins, agira sur l'eau de la dissolution. Dans quelques cas, il pourra y avoir une simple action physique; l'électrolyse d'un chlorure donnera du chlore et, si l'électrode est en charbon inattaquable par le chlore, celui-ci se dissoudra dans l'eau. Mais le plus souvent le corps mis en liberté à l'électrode positive décomposera l'eau, s'emparera de l'hydrogène pour former un sel d'hydrogène du même genre que le sel décomposé (c'est-à-dire pour former l'acide correspondant)? tandis que l'oxygène sera mis en liberté. 87. 11 est inutile de donner des exemples détaillés de ces divers cas; outre
qu'ils sont fort simples, ces diverses Dctions ne dépendent que des propriétés chimiques et non des lois de rélectricité, la règle générale étant applicable de la même façon dans tous les cas.
Nous insisterons seulement sur quelques exemples qui présentent des particularités utiles à signaler.
Examinons d'abord le cas où l'on décompose de l'eau acidulée par un acide quelconque, l'acide sulfurique H-SO'% par exemple. Par l'action du courant le métal, l'hydrogène H, se dégagera à l'électrode négative où on le recueillera à l'état de liberté, ce corps n'agissant ni sur l'électrode, quel qu'il soit, ni sur l'eau. A l'autre électrode se porte le radical SO' qui agit sur l'eau, s'empare de son hydrogène pour reformer le corps H^SO* et met l'oxygène en liberté. En résumé, il s'est reformé autant d'acide qu'il y en avait eu de décomposé et il ne reste d'autres traces de la décomposition que l'hydrogène H' qui est à l'électrode négative et l'oxygène 0 qui est à l'électrode positive, c'est-à-dire que le résultat est le même que si l'électrolyse avait porté directement sur l'eau et que si l'acide n'avait joué aucun rôle. On voit que le phénomène n'est pas celui-là. Ajoutons que, en réalité, l'action est un peu moins simple : il peut se former de l'eau oxygénée.
Considérons le cas où l'on agit sur un sel d'un métal peu oxydable, du sulfate de zinc, par exemple, et supposons que l'électrode positive soit une lame de cuivre. Par le passage du courant le sel sera décomposé, le zinc se portera à l'électrode négative où on le retrouvera à l'état métallique : le radical SO* se portera sur l'électrode positive qu'il attaquera pour reformer du sulfate de cuivre sans autre action. Comme ces actions se font par voie d'équivalence, on voit que le résultat de l'action électrolytiquc et de l'action secondaire est finalement d'amener la substitution, équivalent à équivalent, d'un métal à l'autre, le zinc se trouvant mis en liberté, tandis que le cuivre s'est substitué au zinc dans le sel. L'effet est encore plus intéressant à signaler lorsque les électrodes sont constituées par le métal qui est dans le sel décomposé, soit, par exemple, des électrodes en cuivre et une dissolution de sulfate de cuivre. Ce sel est décomposé, le cuivre se porte sur l'électrode négative où il se dépose sur du cuivre; le radical SO* se porte sur l'électrode positive, cuivre, qu'il attaque pour reformer du sulfate de cuivre CuSO* en quantité précise'ment égale à celle qui a été décomposée. De telle sorte que dans ce cas particulier toute l'action se réduit au dépôt de cuivre d'un côté et à la dissolution du cuivre de l'autre, la dissolution ne subissant aucune modification : tout se passe donc comme si la dissolution n'avait point été décomposée et qu'il y eût simple transport d'une certaine quantité de cuivre de l'électrode positive à l'électrode négative. C'est cette action que l'on utilise dans l'industrie pour la galvanoplastie et le dépôt des métaux, or, argent, nickel, etc.
88. L'électrolyse est régie par des lois qui ont été découvertes par Faraday et qui portent son nom. Elles peuvent se réduire aux deux énoncés suivants :
Pour un même électrolyte, la quantité de métal mis en liberté est indépendante de la richesse de la solution et proportionnelle à la quantité d'électricité traversant Télectrolyte.
Pour une même intensité de courant la quantité de métal mis en liberté est proportionnelle à l'équivalent chimique de ce métal.
89. La première loi peut s'énoncer autrement : la quantité de métal mis en liberté par seconde est proportionnelle à l'intensité du courant.
Cette remarque est importante d'une manière générale. Nous avons choisi arbitrairement les phénomènes électro-magnétiques pour mesure des intensités du courant : cette loi nous montre que nous eussions pu prendre des effets chimiques et que les mesures eussent été proportionnelles ou même qu'elles eussent été identiques, à la condition de faire choix d'uni lo's convenables se correspondant. Il résulté de là que les unités d'intensité et de quantité peuvent être définies par les actions chimiques, ainsi que nous l'avons dit incidemment : on peut prendre, par exemple, la définition suivante :
Le coulomb est la quantité d'électricité qui, traversant une dissolution d'un sel d'argent (ou de cuivre), met en liberté l-^sr^SS (ou 0'"?%5307) de métal.
L'ampère, c'est l'intensité d'un courant qui débite i coulomb en une seconde.
Il est à remarquer que l'on ne serait pas arrivé à cette concordance, si l'on avait pris les effets calorifiques comme propres à servir de mesure à l'intensité du courant. 11 n'y a pas proportionnalité entre la quantité de chaleur dégagée en une seconde par un conducteur donné et l'intensité du courant définie comme on le fait d'après les phénomènes électro-magnétiques.
90. La première loi que nous avons donnée montre que, quel que soit le point d'un circuit oîi on intercalera l'électrolyte, le résultat sera le même, puisque l'intensité est la même en tous les points d'un circuit et que la résistance du circuit ne change pas, quel que soit l'ordre dans lequel on dispose les parties qui le constituent.
Lorsque l'on veut vérifier h. deuxième loi, il faut placer à la suite divers électroljtes dans le circuit et non pas successivement : en effet, ces électrolytes ayant des résistances différentes, si l'on ne modifie pas la source du courant, la pile, l'intensité ne pourra conserver la même valeur dans les diverses parties de l'expérience, tandis que, au contraire, les électrolytes divers seront bien traversés par le même courant, s'ils sont à la suite dans le même circuit. Il va sans dire qu'on pourrait les placer successivement et vérifier la loi, si, dans chaque cas, on modifiait la source' d'électricité et la résistance du reste de circuit de manière que l'intensité du courant mesurée à l'aide d'un galvanomètre restât la même.
Cette seconde loi de Faraday présente, au point de vue théorique, une importance considérable, en montrant sous une forme nouvelle les liens intimes qui rattachent la chimie à la physique et par suite à la mécanique. Nous n'avons pas à insister sur ce côté de la question.
91. Les décharges conductives se comportent d'une manière générale comme les courants au point de vue de l'électrolyse, ainsi que les courants qui sont fournis par une machine électrique : seulement, dans ce cas, les effets sont peu considérables à cause du faible débit de ces machines, ce qui correspond à une intensité très-petite du courant produit.
Aucune loi précise n'a été vérifiée absolument d'ailleurs.
92. Mais il est un ordre de phénomènes fort importants notablement diffe'rents des précédents et qui méritent d'appeler l'attention : ce sont les faits de combinaison provoqués par ce que l'on a appelé les décharges obscures ou plus souvent maintenant les effluves électriques et qui correspondent à un écoulement d'électricité sans étincelle et sans dégagement de chaleur. On obtient ces effluves notamment en maintenant à des potentiels très-différents deux conducteurs entre lesquels se trouve une lame isolante, une lame de verre, par exemple;
la décharge se fait à travers cette lame, à travers les gaz qui l'entourent, et agit
sur eux.
On peut, par exemple, employer un tube de verre recouvert d'une feuille de platine et d'étain ; à l'intérieur de ce tube et dans l'axe on place un fil de platme (de préférence un fil de platine platinisé) que Ton peut protéger par un mnice tube de verre. Pour produire des effets énergiques, on met en communication ce fil et la lame extérieure d'autre part avec les deux bornes d'une bobine d'induction.
Dans d'autres cas on peut avoir des décharges obscures en plaçant dans un tube deux fils de platine dirigés dans l'axe, séparés par une distance que l'on peut faire varier et terminés dans les parties en regard par un petit pinceau en platine platinisé.
>lous ne pouvons insister sur les résultats obtenus par l'emploi de ces appareils; il nous suffira de dire qu'ils ont permis d'obtenir de nombreux et intéressants composés dans des conditions où la combinaison ne se fait pas sans i'inlluence de l'électricité ; les actions sont d'ailleurs des actions lentes.
Parmi les actions des décharges obscures ou des effluves, il faut citer d'une manière toute spéciale la production de l'ozone; on sait que c'est cette substance <}ui produit l'odeur si caractéristique que l'on sent auprès des machines électriques ou appareils qui ont fonctionné pendant un certain temps.
Ajoutons pour terminer que M. Berthelot a pu aller plus loin et qu'il a obtenu des combinaisons par l'emploi du même appareil dont les deux armatures, au lieu d'être maintenues à des potentiels très-diférents, étaient seulement en communication avec les deux pôles d'une pile : le circuit restant ainsi ouvert, il n'y avait pas courant dans le sens vrai du mot. Que se produisait-il alors? était-ce une action d'influence, ou bien un courant d'une intensité extrêmement minime suffit-il pour agir à la longue ?
93. Effets magnétiques. Les courants électriques sont susceptibles de produire des effets magnétiques dont nous réduirons à deux les manifestations directes : un courant électrique détermine df.ns son voisinage un champ magnétique ou modifie celui qui existait déjà ; un courant électrique aimante le fer doux et l'acier ou modifie l'aimantation des aimants.
L'existence d'un champ magnétique produit par un conducteur traversé par un courant peut se mettre en évidence de diverses façons*.
* Les. notions de cliamp magnétique et de lignes de foi-ces tendent à s'introduire d'une manière générale dans l'exposé et l'explication des phénomènes électriques et magnétiques: il est donc nécessaire de les préciser.
L'expérience prouve (voy. Mag>étisme) qu'un aimant agit par attraction ou par répulsion sm^ un morceau de fer doux ou sur un aimant placé à distance. Au lieu d'admettre comme on le faisait autrefois que l'aimant fait naître à distance une force attractive ou répulsive, on préfère imaginer que, par sa seule présence, l'aimant modifie, d'une façon que nous ignorons d'ailleurs, le milieu dans lequel il se trouve ; théoriquement cette modification s'étend à l'infini, dans la pratique elle est limitée à une distance plus ou moins grande qui dépend de l'intensité de l'aimant. L'étendue dans laquelle cette modification est appréciable est ce que l'on appelle le champ magnétique de l'aimant considéré. Ce serait alors le milieu ainsi modifié qui agirait en ses divers points sur les corps qui y sont placés.
Pour se faire une idée de ce champ magnétique, il suffit de savoir comment en chaque point se comporterait une petite aiguille aimantée suspendue par son centre de gravité qui y serait abandonnée à elle même: l'action qu'elle éprouverait serait déterminée par la direction qu'elle prendrait alors et par l'intensité du couple qui la dirigerait, intensité sur laquelle on pourrait être renseigné par la rapidité des oscillations qu'effectuerait cette aiguille écartée de sa position d'équilibre.
Pour se représenter ce champ magnétique on convient de le caractériser par des lignes,
On peut reconnaître l'existence du champ magnétique en remarquant qu'une aiouille aimantée placée dans le voisinage d'un conducteur traversé par un courant prend une direction différente de celle qu'elle prend lorsque le courant n'existe pas, c'est-à-dire que le courant a modifié le champ magnétique terrestre, â changé la direction des lignes de force. Nous n'insisterons pas sur les faits que l'on observe alors, ils ont été étudiés d'une manière complète dans le chapitre Électro-magnétisme du mot Magnétisme.
On reconnaîtrait d'ailleurs aisément en mesurant la durée des oscillations que la valeur de l'action qui ramène l'aiguille à sa position d'équilibre a aussi varié.
Non seulement le courant fait varier le champ magnétique, mais il en fait naître un lorsqu'il n'existe pas: en effet, on peut, en disposant convenablement un aimant choisi, annuler l'effet du magnétisme terrestre, annuler le champ mao^nétique, c'est-à-dire qu'une aiguille aimantée n'y prend pas une direction d'équilibre stable, qu'elle y est dans toutes les positions à l'état d'équilibre indifférent. Si alors on fait passer un courant dans un conducteur, l'aiguille magnétique se dirige immédiatement perpendiculairement à la direction du courant, le pôle nord à la gauche de ce courant : un champ magnétique a donc été créé par le passage du courant.
On peut mettre autrement en évidence la création du champ magnétique par la formation d'un spectre magnétique, comme on le fait pour les aimants : la forme des lignes de force varie naturellement avec la forme du conducteur traversé par le courant. Lorsque le conducteur est rectiligne, ces lignes de force sont des droites perpendiculaires à la direction du courant et divergeant à partir <le celui-ci.
94. Le champ magnétique créé par un courant produit exactement les mêmes effets que celui qui, produit par un ou plusieurs aimants, présenterait la même disposition des lignes de force. A cet égard, il y a plus qu'analogie, on peut dire qu'il y a identité entre un aimant et un ensemble de courants constituant ce qu'Ampère a appelé un sole'noïde. Ampère a désigné sous ce nom un ensemble de courants circulaires, de même sens, ayant leurs plans parallèles et leurs centres sur une même ligne droite qui est Vaxe du solénoïde. Dans la pratique on ne peut réaliser cette définition et on remplace cette combinaison de courants par un conducteur enroulé en hélice à spires assez serrées et dont une partie est ramenée parallèlement à l'axe : on peut démontrer que l'effet produit doit être le même.
lignes droites ou courbes, qui sont choisies de telle façon que, en chaque point, elles ont la direction que prendrait une aiguille aimantée que l'on y placerait; de plus, ces lignes sont tellement disposées que, en chaque point, leurs distances aux lignes voisines sont inversement proportionnelles à l'action magnétique en ce point, en un mot, elles sont d'autant plus resserrées que l'action magnétique est plus considérable, que le champ magnétique est plus intense.
En réalité, il devrait exister une ligne de force passant par chaque point dé l'espace, puisque, en chaque point, l'aiguille aimantée aune direction déterminée; ce n'est que conventionnellement et comme mode de représentation qu'on les imagine plus ou moins distantes.
On peut avoir une idée nette de ces lignes de force par les fantômes ou spectres magné- <iques {voy. Magnétisme) obtenus à l'aide de la limaille de fer.
Le champ électrique est uniforme, si les lignes de force sont droites et équidistantes : c'est le cas produit par un aimant situé à une grande distance, mais qui alors doit être puissant; c'est le cas du champ magnétique terrestre. Il est varié, si les lignes de force sont courbes et présentent des écarts différents : c'est le cas des aimants situés à une petite distance.
On a reconnu (roy. M.vguétisme) que dans toutes les circonstances un solénoïde se comporte comme un aimant, l'une des extrémités jouissant de toutes les propriétés d'un pôle nord, l'autre de toutes les propriétés d'un pôle sud. On peut définir aisément les pôles d'un solénoïde sans avoir à se préoccuper comme on le faisait autrefois du sens de l'hélice {dextrorsum ou sinistrorsum) : l'expérience montre que le pôle nord est l'extrémité telle qu'en la regardant on voit le courant tourner en sens contraire des aiguilles d'une montre, tandis que, lorsqu'on regarde un solénoïde par l'extrémité sud, on voit le courant tourner dans le sens des aiguilles d'une montre.
95. Un courant électrique,, par cela même qu'il donne naissance à un champ magnétique, est susceptible de produire des effets d'aimantation, ce qui est un autre mode de manifestation de ses propriétés magnétiques, 11 peut suffire d'un courant assez intense passant dans un conducteur perpendiculaire à la direction d'une tige de fer ou d'acier pour que cette tige soit aimantée, le pôle nord étant à la gauche du courant : mais l'effet sera plus considérable, et c'est généralement ainsi que l'on opère, en plaçant la tige de fer ou d'acier à
Fig. 10.
l'intérieur d'un solénoïde : cette tige devient un aimant dont le pôle nord est du même côté que le pôle nord du solénoïde, c'est-à-dire à gauche du courant qui provoque l'aimantation.
L'effet est tout à fait le même que s'il avait été produit par un aimant au point de vue de la durée; l'aimantation est permanente, si l'on a opéré sur un barreau d'acier; elle esttransitoirelorsqu'il s'agit d'un barreau de fer, disparaissant d'autant plus promptement que le fer est plus doux, plus rapproché de l'état de pureté absolue. En réalité, un barreau de fer n'est jamais absolument doux, il ne perd jamais toute l'aimantation qui lui a été communiquée, il reste un peu de magnétisme rémanent, suivant l'expression consacrée, il peut en rester très-peu.
Un barreau de fer doux placé ainsi dans un solénoïde et susceptible de s'aimanter et de se désaimanter à volonté constitue ce que l'on nomme un électroaimant, dont les propriétés ont été étudiées d'une manière générale à l'article Maoétisme. Nous devons signaler, sans insister, que l 'électro-aimant est la base de la presque totalité des appareils dahs lesquels on utilise le courant électrique pour produire des mouvements, tels que télégraphes, enregistreurs, régulateurs de lumière électrique, etc.
Disons encore que l'analogie si complète des solénoïdes et des aimants et cette propriété que possèdent les courants de produire l'aimantation ont conduit Arapère à donner une théorie des phénomènes magnétiques qui les rattache intimement et absolument aux courants, supprimant ainsi l'hypothèse d'un ou de plu-
sieurs a^Tents spéciaux, fluides magnétiques, hypothèse qui avait été acceptée jusqu'à lui {votj. Mag.nétisme).^
96. Indiquons que des phénomènes magnétiques peuvent être produits aussi par des décharges conductives ou même simjjlement par des étincelles. Ces phénomènes magnétiques ont été mis en évidence par l'aimantation d'aiguilles et de barreaux d'acier. On savait d'ailleurs depuis Franklin que les étincelles des machines peuvent produire des effets de ce genre, comme le fait la foudre.
Aucune loi n'esta signaler concernant ces effets.
97. Effets mécaniques. Électro-dynamique. Les effets mécaniques produits par les courants et dont il nous reste à parler consistent, en résumé, en ce que, lorsqu'un conducteur traversé par un courant se trouve à quelque distance d'un conducteur traversé par un courant ou d'un aimant, il existe entre ces corps des actions qui se traduisent suivant les circonstances par des attractions, des répulsions, ou simplement par des changements de direction, et qui amènent ces corps à des positions relatives d'équilibre.
Le fait qu'un courant agit sur un aimant est une conséquence de ce que nous avons dit précédemment sur la production d'un champ magnétique par le courant, puisque nous savons déjà que le champ magnétique agit sur les aimants. Mais ce fait peut nous conduire plus loin : à cause de l'égalité de l'action et de la réaction, nous pouvons prévoir que, puisque le courant agit sur l'aimant, inversement l'aimant doit agir sur le courant. Mais, comme nous ne pouvons admettî-e l'action à distance dans ce cas plus que dans tous les autres, nous en devons conclure que le courant a subi l'action de l'aimant par l'intermédiaire du milieu, que c'est le champ magnétique produit par l'aimant qui a agi sur le conducteur traversé par le courant. Mais alors on conçoit que, puisque d'une part un courant donne naissance à un champ magnétique et que, d'autre part, un courant subit l'action d'un champ magnétique, un conducteur traversé par un courant doit agir sur un conducteur traversé par un courant. Toutes les circonstances dont nous avons à parler se rattachent ainsi aux relations qui existent entre les courants et les champs magnétiques.
Enfin, il est aisé de conclure que de toutes les actions mécaniques qui peuvent exister entre les aimants, entre les aimants et les courants, entre les courants, ce sont ces dernières qui doivent être considérées comme les plus simples, comme celles qui sont primitives, puisque l'action d'un aimant peut être remplacée par celle d'un solénoïde, c'est-à-dire par celle d'un courant d'une forme déterminée et relativeoient compliquée.
On désigne sous le nom à' Électro-dynamique l'ensemble des faits et des lois qui se rattachent à l'action des courants sur les courants, comme on désigne sous le nom à' Électro-magnétisme l'ensemble des lois qui régissent les actions réciproques des aimants et des courants. D'après ce que nous venons de dire l'électro-magnétisme doit être une conséquence de l'électro-dynamique : c'est, du reste, ce que l'expérience véritie.
98. Lorsque l'on observe l'action d'un conducteur fixe traversé par un courant sur un conducteur mobile, on n'étudie en réalité qu'une action résultante : on peut concevoir, en effet, qu'un élément de courant, c'est-à-dire un courant d'une longueur infiniment petite, puisse agir sur un autre élément de courant conformément à des lois déterminées ; l'action doit dépendre évidemment des intensités des courants, de leur distance et de leur direction respective. Connaissant cette loi élémentaire, la détermination de l'action d'un courant A, de
forme et de dimensions quelconques, sur un courant B, également de forme et de dimensions quelconques, n'est plus qu'une question de mécanique facile à poser, mais dont la solution exige en général des calculs longs et compliqués. Il s'agit, en somme, de chercher la résultante des actions exercées par tous les éléments du courant A, agissant sur tous les éléments du courant B: c'est donc une composition de forces élémentaires.
99. L'établissement de la loi élémentaire n'était pas aisé à obtenir ; on ne peut opérer sur des courants élémentaires, des éléments de courant, mais sur des courants finis. Il s'agissait de remonter des résultats de l'observation du fait complexe à la loi élémentaire , c'est ce que fit Ampère.
S'appuyant sur des expériences variées, il conclut d'abord, intuitivement, on peut dire, que :
Deux éléments de courant parallèles s'attirent, s'ils sont de même sens, et se repoussent, s'ils sont de sens contraire;
On peut remplacer au point de vue des effets produits un élément de courant par un circuit s'écarlant infiniment peu de cet élément, ayant les mêmes extrémités, le courant ayant le même point de départ et le même point d'arrivée;
La force qui résulte de l'action d'un élément de courant sur un autre élément est dirigée suivant la droite qui joint les milieux de ces éléments.
Ampère put alors écrire la forme générale de la valeur qu'il attribuait à cette force en s'appuyant sur ces indications ; cette formule contenait des coefficients numériques inconnus qu'il s'agissait de déterminer.
Malgré cette indétermination la formule se prêtait à certains calculs ; Ampère put l'appliquer à calculer l'action qui devait s'exercer entre des courants de forme simple, entre un courant rectiligne fini et un courant rectiligne infini parallèle, par exemple, entre des courants circulaires situés dans le même plan. Comparant alors la condition théorique à laquelle il arrivait et qui contenait encore un ou plusieurs des coefficients inconnus avec les résultats d'une expérience qui réalisait les circonstances indiquées, il parvint à trouver la valeur des coefficients et à donner la formule représentant la loi élémentaire ^
100. Gomme nous l'avons indiqué d'une manière sommaire, la connaissance de la loi élémentaire permet de calculer la grandeur et la direction de la force qui résulte de l'action réciproque de deux courants quelconques ; il faut dire que dans toutes les vérifications qui ont été faites il y a eu concordance parfaite entre les résultats de l'expérience et ceux du calcul.
On conçoit que l'application delà formule d'Ampère implique une unité déterminée d'intensité; on aurait pu baser sur cette donnée le choix de l'unité d'intensité-, mais ce n'est pas ce système qui a été adopté.
1 Si ds, ds', représentent les longueurs dea deux éléments de courant, i et i' les intensités
correspondantes, r la distance de leurs milieux, x et a' les angles que font ces éléments
avec la droite qui joint leurs milieux, 6 l'angle que font entre eux les plans qui passent
respectivement par cette droite et par chacun des éléments, on a en désignant par f la
valeur de la force :
. ii'dsds'f. . , ^1 ,\
I = 5 I sm a sin -J. cos 9 — ^ COS a COS a 1 •
- On Va fait pour un système déterminé d'unités, le système électro-dynamique, dan? lequel l'unité d'intensité est l'intensité d'un courant qui, passant dans un conducteur rectiligne de longueur infinie, exerce sur un courant d'égale intensité, de longueur égale à O^.Ol, et situé à une dislance de 0",01, une action mesurée par la dyne.
A cette unité d'intensité correspondent naturellement les valeurs des autres unités liées à la première et au travail mécanique pai- les relations qvie nous avons données.
101. Ampère a appliqué sa formule à la détermination de l'action d'un courant ano'ulaire sur un solénoïde et à celle de l'action d'un solénoïde sur mi solénoïde, et il est arrivé ù des lois entièrement analogues à celles que l'expérience avait conduit Biot et Arago à adopter pour l'action d'un courant angulaire sur un aimant et à celles que Colomb avait trouvées pour l'action d'un aimant sur un aimant.
Nous insisterons seulement sur un cas particulier qui est intéressant : c'est celui dans lequel on considère l'action d'un élément de courant sur un pôle d'un aimant. On trouve que dans ce cas la force appliquée au pôle est perpendiculaire au plan qui contient l'élément de courant et le pôle, dirigée dans un sens tel qu'elle tende à entraîner le pôle vers la gauche du courant ; elle est proportionnelle à l'intensité du courant, à l'intensité du pôle, et en raison inverse du carré de la distance qui les sépare.
Si nous concevons maintenant un courant passant dans un arc de cercle dont le pôle occupe le centre, on peut aisément déterminer la force appliquée au pôle : en effet, décomposons par la pensée l'arc de cercle en éléments égaux: ils produiront tous la même force élémentaire; de plus ces diverses composantes appliquées au même point ont la même direction, puisqu'elles sont perpendiculaires au plan du cercle qui contient le pôle et tous les divers éléments de courant. La résultante sera donc égale à la somme de ces composantes, elle sera donc proportionnelle au nombre des éléments, c'est-à-dire à la longueur de l'arc de cercle. Si donc i représente l'intensité du courant, / la longueur de l'arc de cercle, r son rayon, m l'intensité du pôle magnétique et f la force, on pourra écrire par un choix convenable d'unités :
mil / ■ ™ï *
On voit alors que l'unité d'intensité sera déterminée par cette relation, car il faut que l'on ait i=l, si l'on fait simultanément m = l, /=1, r=l et f= { . On est donc ainsi conduit à la définition de l'unité d'intensité dans le système électro-magnétique, qui est celui qui a été adopté et sert à définir les unités électriques C. G. S. Il est inutile d'insister davantage sur cette question que jious avons traitée plus haut (45).
102. La formule que nous venons de donner est applicable à des appareils de mesure propres à la mesure des couinants, aux boussoles des tangentes et des sinus, qui consistent essentiellement en un cercle dans lequel un conducteur fait plusieurs tours et au milieu duquel se trouve suspendue une aiguille aimantée assez petite pour que l'on puisse considérer sans erreur sensible le pôle comme coïncidant avec le centre du cercle. Si alors n est le nombre des tours de sj)ire, on aura pour longueur du conducteur l = n. S^tr et la valeur de la force prendra la forme :
L'aiguille aimantée est soumise à l'action du courant, mais également à l'action du magnétisme terrestre, qui tend à la ramener dans le plan du méridien magnétique ; sous l'influence de ces deux forces, elle prend une position d'équilibre qui, dépendant de l'intensité i, permet de déterminer sa valeur.
Si le plan du cercle placé primitivement dans le plan du méridien magnétique n'a pas été déplacé et si lors de l'équilibre l'aiguille fait un angle a avec ce plan, on reconnaît aisément que la condition d'équilibre est :
/"cos a = y sina,
y étant l'action magnétique exercée sur l'aiguille par la terre, action qui peut s'exprimer par y = mil, H représentant l'intensité du champ magnétique. On aura donc :
— ; — cos a = ma sm a,
d'où
Hr
l'intensité du courant est donc proportionnelle à la tangente de l'angle de dévia ■ tien ; à cause de cela cet appareil est dit bousaole des tangentes.
Fie. 11.
On voit que l'on a la valeur absolue de l'intensité du courant, si l'on connaît H en unités absolues; r et w sont déterminés pour un appareil donné.
Sans vouloir insister sur un autre mode d'emploi de cet appareil*, nous
* Dans ce cas, on déplace le cercle autour de l'axe vertical jusqu'à ce que l'aiguille soit contenue dans son plan. Si p est l'angle que fait alors ce plan avec le méridien, on démontre d'une manière analogue que l'on a :
t = ,T — sin a ;
l'appareil est dit alors une boussole des sinus.
dirons d'une manière générale que les galvanomètres sont basés sur la même idée on ne peut seulement leur appliquer la même formule parce que le cadre que recouvrent les fils n'est pas circulaire et que l'on ne peut négliger la distance du pôle de l'aiguille au centre du cadre. Aussi n'existe-t-il pas de relation simple entre la déviation de l'aiguille et l'intensité du courant et faut-il établir empiriquement une table comme nous l'avons expliqué ailleurs (voy. Galvanomètre) ; ce n'est que dans le cas de très-petites déviations que l'on peut admettre qu'il y a proportionnalité entre la déviation et l'intensité.
105. Nous avons dit précédemment que pour la mesure de l'intensité des courants alternatifs il fallait avoir recours à V électro-dynamomètre , qui peut d'ailleurs servir également pour la mesure des courants continus. Cet appareil repose sur les lois de l'électro-dynamique ; en le réduisant à sa plus simple expression, il s'appuie sur ce que, si l'on a un courant circulaire mobile à l'intérieur d'un courant circulaire fixe ayant même centre, le courant mobile se déplacera (si rien ne fait obstacle à son mouvement) jusqu'à se placer dans le plan du cercle fixe, de manière que le sens du courant soit le même dans les deux cercles.
Dans l'appareil, le cercle fixe est remplacé par une bobine circulaire; à l'intérieur de celle-ci est une petite bobine circulaire suspendue par deux fils métalliques fins très-rapprochés constituant une suspension bifilaire et par lesquels le fil de la bobine est mis en communication avec le circuit parcouru par le courant, courant qui traverse également le fil de la bobine fixe. Au début, alors que le courant ne passe pas, on a disposé les deux bobines de manière que les plans des spires soient perpendiculaires. Aussitôt qu'un courant passe, la bobine mobile est déviée, tendant à se mettre parallèlement à la bobine fixe, elle tourne donc dans un certain sens ; les variations de sens du courant sont sans inconvénient parce qu'elles se produisent à la fois dans les deux bobines et qu'il n'y a pas par suite changement dans la direction relative de l'un des courants par rapport à l'autre.
Malgré l'action qui se produit entre les bobines, la bobine mobile ne parvient pas à la position de parallélisme à la bobine fixe parce que son déplacement fait naître dans la suspension un effort inverse qui croît avec le déplacement même, si bien que l'équilibre se produit et que la bobine mobile s'arrête après avoir dévié d'un certain angle. On peut déduire la grandeur de l'action produite de la grandeur de la déviation : on peut aussi agir sur l'appareil de suspension de manière à ramener la bobine mobile à sa position primitive, la grandeur de l'action exercée est alors mesurée par la torsion qu'il faut faire subir aux fils de suspension.
11 importe de remarquer que dans l'un et l'autre cas la grandeur de l'action n'est pas propartionnelle à l'intensité du courant, mais bien au carré de cette intensité, parce qu'elle dépend à la fois de l'intensité de courant qui circule dans la bobine fixe et de celui qui parcourt la bobine mobile, elle dépend donc de leur produit ; comme ces courants sont égaux l'action est bien proportionnelle au carré de l'intensité du courant que l'on veut étudier.
104. Nous nous sommes occupé surtout des actions mécaniques des courants : il nous faut dire quelques mots des actions mécaniques des décharges disruptives, des étincelles, actions mécaniques qui sont d'ailleurs d'une tout autre nature. Elles consistent généialement en ce que, sur le trajet que parcourt une étincelle, on place un corps mauvais conducteur dont l'épaisseur ne soit
DICT. ENC. XXXllI. H
pas trop grande; ce corps est biisé ou percé. L'expérience réussit avec des étincelles d'une machine ou d'un condensateur lorsqu'il s'agit de carton, de bois; dans ce cas, ou a attribué les effets observés à une action calorifique par laquelle les liquides contenus dans ces substances seraient vaporisés ; ce serait la brusque augmentation de volume résultant du changement d'état qui produirait les ruptures, les solutions de continuité.
Mais cette explication ne saurait s'appliquer au cas où des étincelles d'uii' condensateur ou d'une machine d'induction produisent des armatures, des trous dans des lames de verre même d'une grande épaisseur; il faut là qu'il y ait une action directe, mais quelle est sa nature? on l'ignore.
Il est probable que des décharges conductives traversant des conducteurs dont les uns sont mobiles doivent produire des actions qui se traduisent par des mouvements des parties mobiles ; il n'existe pas de recherches complètes à cet égard.
lOo. Le dégagement de chaleur produit dans un conducteur par le passage d'un courant correspond à une certaine quantité d'énergie qui se manifeste sous cette forme calorifique ; la décomposition d'un sel en dissolution exige également une certaine quantité d'énergie que l'on peut calculer, puisque l'eu connaît la quantité de chaleur correspondante par les données de la thermochimie ; enfin les actions mécaniques qui se manifestent sur des aimants ou des courants par le passage des courants sont également représentées par une certaine quantité d'énergie sous forme de travail mécanique, quantité que l'on peut d'ailleurs comparer aux précédentes, puisque l'on connaît la relation, d'équivalence qui existe entre le travail mécanique et la chaleur.
On voit que, toutes les fois qu'un courant produit une action, cette action correspond à une certaine quantité d'énergie que nous pouvons évaluer, par exemple, en unités de chaleur. Il faut qu'il y ait une cause, une origine à cette énergie, soit dans le circuit même, soit dans le voisinage.
Lorsque l'on étudie les conditions qui donnent naissance à des phénomènes électriques en général, et plus spécialement à des courants, on reconnaît que suivant les cas diverses causes peuvent être invoquées et que le phénomène électrique considéré peut être occasionné par des actions physiologiques, par des actions calorifiques, par des actions chimiques, par des actions mécaniques ou par des actions magnétiques.
Les actions physiologiques considérées comme produisant des phénomènes électriques seront étudiées au mot Electro-physiologie; la production dephénomènes électriques par des actions calorifiqHCs au mot Thermo-éleciricité, par des actions chimiques au mot Piles, par des actions mécaniques aux mots Machines électriques et b'orcTiox, et enfin par des actions magnétiques au mot Induction. Ce sera pour ainsi dire la contre-partie du présent article, en ce qui concerne les effets produits au moins.
La transformation réciproque des divers modes d'énergie, qui est un des points de vue les plus intéressants et les plus importants de la physique moderne, trouvera dans cette étude une vérification capitale.
II. 106. Électricité atmosphérique et terrestre. L'atmosphère est le siège de phénomènes électriques qui se manifestent de diverses façons : tantôt d'une manière brusque en produisant des effets considérables, comme il arrive par des temps orageux, et tantôt d'une façon à peine sensible et telle qu'il faut
employer des appareils délicats pour mettre ces pliénomènes en évidence. Nous nous occuperons d'abord de ces derniers.
Les diverses couches de l'atmosphère ne sont pas dans le même état électrique, elles ne sont pas au même potentiel : les observations montrent qu'elles sont d'autant plus électrisées positivement qu'on s'élève davantage; par convention les couches qui sont au contact de lu terre sont supposées au potentiel
zéro.
En réalité nous ne savons pas quel est l'état électrique absolu du globe : si la terre et sun atmosphère étaient isolées dans l'espace et si, à une époque quelconque, l'ensemble avait été à l'état neutre, puisque l'atmosphère est positive, il en faudrait conclure que la terre est négative, afin que la totalité de l'électricité fût en quantité telle que par une autre répartition tout put revenir à l'état neutre. Mais en réalité nous ne savons en rien si les conditions que . nous imaginons ont pu être remplies; nous ne savons si à une époque quelconque la terre a été à l'état neutre, nous ignorons si elle ne subit pas l'in- Ihience d'astres ou de corps situés dans les espaces célestes.
Ce n'est en somme que la différence de potentiel entre les diverses couches atmosphériques ou entre celles-ci et le sol que nous pouvons observer ; nous ifavons aucun moyen de reconnaître l'état absolu d'une couche déterminée au point de vue électrique; un électroscope, quelque sensible qu'il soit, ne fournit aucune indication lorsqu'il est placé dans une couche d'air, quel que soit le degré d'électrisation de celle-ci. C'est un fait d'observation qu'il est d'ailleurs facile d'expliquer par l'hypothèse que nous avons admise sur le rôle électrique du nùlieu ambiant.
107. Pour observer des effets électriques à l'aide d'un électroscope à feuilles d'or il faut mettre les feuilles d'or en équilibre électrique avec une couche située à un autre niveau que celui oii elles se trouvent, il faut les amener au même potentiel. C'est à quoi l'on arrive, par exemple, en enlevant le bouton qui surmonte l'appareil et le remplaçant par une longue lige verticale terminée en pointe : la partie supérieure de celle-ci, à cause de sa pointe, prend le potentiel de l'air environnant et, par le conducteur métallique, les feuilles d'or prennent le même potentiel; si, comme il arrive ordinairement, il n'a pas la même valeur que celui de la couche dans laquelle se trouvent les feuilles d'or, celies-ci divergent : on peut, suivant la méthode ordinaire, reconnaître la nature de l'électrisation en approchant de l'appareil un bâton de verre ou un bâton de résine électrisé par frottement.
Lorsque l'on fait des observations dans une station météorologique fixe, on peut remplacer l'éleclroscope par un électromètre de Thomson, qui permet d'évaluer la différence de potentiel et non pas seulement de la mettre en évidence. Dans ce cas on peut avoir un conducteur métallique vertical d'une grande longueur; pour que, à la partie supérieure, l'équilibre électrique s'établisse proniptement, on a proposé de remplacer la pointe par une baguette de papier roulé imprégné d'azotate de plomb; lorsqu'on l'enÛamme, le papier brûle en s'eftilant en pointe et les gaz qui résultent de la combustion en se dégageant amènent rapidement l'égalité de potentiel, comme cela avait été indiqué par Volta. L'appareil devient beaucoup plus sensible que par l'action de la pointe; à vrai dire, il peut subsister quelques doutes et l'on peut se demander si la combustion même n'est pas une source d'électrisation. On peut plus sûrement employer le procédé indiqué par sir William Thomson, qui établit la commun!-
I6i ELECTRICITE.
cation de l'appareil avec un vase métallique isolé contenant de l'eau qui s'écoule goutte à goutte par un tube métallique de petit diamètre ; l'égalisation de potentiel entre le vase et la couche d'air est prompteraent obtenue par ce procédé.
On ne peut employer cette disposition lorsqu'il s'agit d'observations faites dans des voyages, des explorations. L'éiectroscope porte alors une courte tige à la partie supérieure; on a d'autre part un conducteur métallique simple terminé d'une part par un anneau que l'on enfile sur la tige de ra[)pareil et à l'autre extrémité une flèche. On lance cette Uèche qui, terminée en pointe, se met successivement au même potentiel, ou à peu près au moins, que les couches qu'elle traverse; arrivée à une certaine hauteur l'anneau est entrahié, glisse sur la tige métallique et quille l'électioscope, qui reste chargé comme il était à l'instant où le contact a cessé, c'est-à-dire comme la couche dans laquelle était la flèche à cet instant. 11 a fallu s'assurer, pour pouvoir compter que les résultats de ces , observations sont exacts, que le frottement de la flèche contre l'air ne pouvait communiquer d'électrisation à l'éiectroscope. On fait aisément cette vérification en recommençant la même expérience, mais lançant la llèche hoiizontaleraent, c'est-à-diie dans une couche qui est au même potentiel que l'éiectroscope, et reconnaissant que les feuilles d'or ne divergent pas.
d08. Ainsi que nous l'avons dit d'une manière générale, le potentiel des diverses couches s'accroît à mesure que l'on s'élève ; si l'on cherche à déterminer la forme d'une couche ([ui est à un potentiel déterminé, on reconnaît qu'elle est horizontale, si le terrain au-dessus de laquelle elle se trouve est plan ; mais, s'il est accidenté, s'il présente des parties saillantes, des constructions qui s'élèvent au-dessus du plan horizontal, cette couche se relève également au-dessus de cette partie, suivant ainsi la forme de la surface matérielle ; ces surélévations sont d'autant moindres que la couche considérée est à une plus grande altitude, si bien que, à partir d'une certaine hauteur, elles s'effacent de plus en plus, et que les couches d'égal potentiel tendent à devenir des plans horizontaux.
En faisant des observations en un même point, on trouve que l'état électrique change d'un instant à l'autre, présentarit en général deux maximaet deux minima chaque jour, et que de plus la valeur moyenne de la journée (qui correspond à peu près à celle que l'on observe à onze heures du matin) varie d'un jour à l'autre.
Toutes les circonstances atmosphériques influent d'ailleurs et modifient d'une manière très-notable les conditions électriques.
Quelques chiffres donneront une idée approximative de la grandeur des phénomènes et de ses variations. Sir "William Thomson a trouvé que pour deux points distants verticalement de 1 pied la différence de potentiel atteignait, à l'île d'Arran, la valeur de 25 volts. D'autre part l'électricité en janvier à Bruxelles a été trouvée treize fois plus considérable, qu'en juin.
109. Quelle est l'origine de cette électricité? existe-t-elle naturellement dans l'atmosphère, sa répartition changeant seulement sous des influences qui n'ont pas été définies nettement jusqu'à présent? ou bien est-elle la conséquence d'actions diverses qui, à chaque instant, provoquent une rupture électrique et amènent ainsi une différence de potentiel entre la terre et l'atmosphère? Pour expliquer qu'il en puisse être ainsi, on a invoqué comme cause les combustions vives ou lentes qui se font à la surface du sol, la respiration des animaux,
l'évaporation des liquides, etc. Toutes ces causes peuvent avoir une certaine influence; il semble douteux qu'elles donnent une explication complète et il est préférable d'avouer que l'on ne connaît pas l'origine réelle de l'électrisation de l'atmosphère.
Les effets de cette électrisation ne sont pas mieux connus, d'une manière générale, que ses causes. Laissant de côté les phénomènes qui se produisent dans les temps d'orage et dont nous parlons un peu plus loin, nous ne pouvons guère rien citer de certain. Il résulterait cependant d'intéressantes recherches et d'expériences faites dans les régions polaires par M. Lemstrœm que, comme on le soupçonnait, les aurores boréales ou aurores polaires sont des conséquences de l'électrisation du sol et de l'atmosphère.
11 paraît vraisemblable que l'état électrique de l'atmosphère agit sur les êtres vivants; chez certains sujets nerveux les approches de l'orage s'accompagnent de sensations, mal déterminées d'ailleurs, dont on ne connaît pas la cause, mais qu'il semble d'autant plus naturel de rattacher à l'état électrique que souvent ces sensations disparaissent ou s'atténuent considérablement au premier coup de tonnerre qui ramène l'équilibre électrique, au moins ])Our un temps. 11 n'est pas douteux que, lorsque la différence de potentiel entre deux couches voisines est considérable, le corps doive être le siège de phénomènes électriques, de manifestations électriques" diverses. Le fait a été observé et on connaît les récits classiques des étincelles que lançaient les piques des soldats de Bélisaire et les feux qui surmontaient les javelots des légionnaires de César. On a même cite des cas dans lesquels en élevant les mains pendant la nuit on voyait des aigrettes lumineuses qui se produisaient au bout des doigts. Il n'a pas été constaté que, dans ces conditions assez spéciales pourtant et qui dénotent une électrisation intense, il ait été observé de sensations spéciales, d'effets particuliers.
Si l'on n'a pas de renseignements précis sur l'action de l'électricité atmosphérique normale sur l'homme et les animaux, on a pu faire des expériences sur les végétaux. Une plante placée au centre d'une cage métallique en treillage métallique à très-larges mailles peut être considérée à tous égards comme dans les conditions ordinaires d'air, de chaleur, de lumière, d'humidité, mais elle doit être au potentiel zéro, n'étant influencée en rien par les phénomènes électriques qui se produisent dans l'atmosphère en dehors de la cage. On a fait pousser comparativement des plantes ainsi protégées contre l'électricité et des plantes de même espèce à l'air libre entièrement; malheureusement les résultats n'ont pas été tous concordants et, tandis que MM. Grandeau, Leclerc et Celi, ont trouvé que les plantes sous cage étaient moins vigoureuses que celles à l'air libre, M. Naudin arrivait à un résultat inverse : il est vrai que les recherches n'avaient pas potté sur les mêmes plantes et que les conditions climatologiques n'avaient pas été les mêmes. Mais, lorsque l'on songe à l'influence que l'électricité exerce sur les combinaisons de l'azote, même lorsque cet agent agit à trèsfaibles doses, comme l'a montré M. Berthelot (92), on ne peut s'empêcher de croire que l'électricité atmosphérique doit jouer un rôle réel dans les phénomènes chimiques de la végétation. Nous pensons qu'elle n'est pas sans action sur les animaux.
110. L'atmosphère, indépendamment des phénomènes d'électricité permanente dont nous venons de parler, peut être également le théâtre de phénomènes intenses qui se traduisent par de violentes décharges électriques, éclatant soit entre deux nuages, soit entre un nuage et la terre : c'est la foudre qui,
indépendamment des effets directs qu'elle produit sur les corps qui se trouvent sur le passage de l'électricité, se manifeste à nous par un phénomène lumineux, l'éclair, par un phénomène sonore, le tonnerre.
Les analogies des effets produits par la décharge des machines électriques et des condensateurs avec les effets produits par la foudre n'avaient pas été sans frapper les physiciens qui s'étaient occupés de ces questions. Mais la démonstration de l'identité de l'agent qui est fourni par les machines et par les nuages orageux est due à Franklin (1752); ajoutons que, à la même époque, des démonstrations tout analogues furent faites par DaJihard et par de Romas. Après quelques années, les expériences dans lesquelles on recueillait l'électricité des nuées orageuses furent abandonnées; elles étaient fort dangereuses et sans grand intérêt.
Nous ne reviendrons pas sur l'historique de la question non plus que sur la démonstration de l'identité des phénomènes; ces questions sont classiques. Nous devons insister sur un point qui n'est pas encore complètement élucidé: quelle est la cause de l'électrisation des nuages orageux? Ces nuages sont beaucoup plus chargés d'électricité que ne l'est normalement la couche d'atmosphère dans laquelle ils se trouvent; il semble difficile d'admettre que c'est une exagération de la cause de l'électrisation ordinaire qui produit cet effet.
On a attribué l'électrisation des nuées orageuses au frottement de deux masses d'air animées de vitesses contraires ou au frottement de deux nuages l'un contre l'autre; ces conditions ne paraissent pas toujours se rencontrer en temps d'orage.
On a pensé que cet effet pouvait être dû à un changement de capacité ; les particules de vapeur qui contribueront à former un nuage, considérées isolément, présentent une surface totale considérable; lorsqu'elles sont réunies et constituent le nuage, l'électricité se porte à la mrface du nuage dont l'étendue est beaucoup moindre que la somme des surfaces des particules qui le composent : la capacité de l'ensemble a donc diminué et la quantité d'électricité entraînée par ces particules à un faible potentiel correspond alors à un potentiel beaucoup plus élevé.
Un nuage chargé agit par influence soit sur les nuages voisins, soit sur la terre, et, lorsque la distance a atteint une valeur convenable, l'étincelle éclate comme cela a lieu pour des corps électrisés dans les laboratoires (55). Il n'y a pas de différence, si ce n'est en ce qui concerne la quantité d'électricité mise en mouvement et la grandeur des effets produits.
Nous n'insisterons pas davantage sur cette question de la foudre, qui est complétée sur différents points aux mots Fulguration et PabaIonnerres.
Novis nous bornerons à ajouter quelques mots sur le curieux phénomène des éclairs en houle qui ont été niés quelquefois, mais dont l'existence paraît cependant incontestable; on n'en saurait donner actuellement une explication absolument satisfaisante; nous dirons cependant que M. Planté, dans de trèsintéressantes expériences qu'il a faites, à l'aide de la machine rhéostatique, qui fournit en grande quantité de l'électricité à haute tension {voy. Piles), est parvenu à produire des effets très-analogues, à l'intensité près, bien entendu, à ces éclairs en boule.
m. C'est par une convention, avons-nous dit, que l'état électrique du sol est considéré comme représentant le potentiel zéro; il n'en faudrait pas conclure
que à un instant quelconque, tous les points de la terre sont au même potentiel. Il n'en est rien en réalité.
Non-seulement en temps d'orage les parties du sol soumises à l'influence des nuages électrisés ne sont pas au même potentiel que les parties qui, à quelque distance, ne sont pas soumises à l'influence, mais même en temps ordinaire il existe des différences appréciables entre des points plus ou moins distants; on a pu, en enfonçant dans le sol à* quelques centaines de mètres de distance des plaques métalliques que l'on réunissait extérieurement par un fil conducteur isolé, observer les courants qui le traversaient; de la mesure de l'intensité on peut déduire la différence de potentiel aux deux extrémités.
II semble que la mer est un assez bon conducteur pour que tous les points de sa surface soient à peu près au même potentiel : on observe en effet que de part et d'autre de l'océan Atlantique la différence ne dépasse pas en général 1 ou 2 volts. Mais quelquefois, dans le cas de ce que l'on appelle les orages électriques, il se produit des différences beaucoup plus considérables.
Il y a là toute une série de questions sur lesquelles on est loin d'être bien renseigné; on manque encore de données précises.
112. Comme on le sait, la terre se comporte comme un vaste aimant, elle détermine un champ magnétique qui est bien connu maintenant. On ne peut cependant guère concevoir que la terre possède réellement un aimant vers sa partie centrale.
Mais on sait qu'un solénoïde peut remplacer un aimant : les effets observés pourraient donc s'expliquer par des courants qui circuleraient dans les régions équatoriales de l'est à l'ouest. L'existence de ces courants impliquerait nécessairement celle de potentiels variant d'un point à l'autre.
On peut concevoir l'origine de ces courants : elle pourrait être due à la THERMO-ÉLECTRICITÉ, le solcil cliauffant le plus fortement les points sur lesquels ses rayons tombent normalement, tandis que les points diamétralement opposés sont refroidis par le rayonnement vers les espaces célestes; cela ne suffirait pas, mais il faut remarquer que, entre ces deux points, une demi- circonférence est plus chaude que l'autre ; cela établit une dissymétrie qui se perpétuera malgré le mouvement de rotation du globe et qui peut suffire à expliquer la production de ces courants. Leur existence n'a pas été démontrée absolument par l'expérience; il était intéressant de montrer que, s'ils existent conformément à l'iijpothèse d'Ampère, on peut expliquer leur origine.
III. Ho. Emploi industriel de l'électricité. Sans vouloir entrer dans le détail des applications industrielles de l'électricité, il est un certain nombre de cas que nous devons signaler, car ils se rattachent intimement aux questions d'hygiène ou de médecine légale. Il est, en effet, un certain nombre de circonstances dans lesquelles l'emploi de l'électricité a amélioré les conditions de l'iiygiène; dans quelques cas, au contraire, il a fait naître des inconvénients que nous ne pouvons passer sous silence. Nous ne nous occuperons d'ailleurs que des applications dans lesquelles l'électiicité a une influence directe; nous serions entraînés trop loin, si nous voulions montrer l'influence indirecte que les appareils dans lesquels sont appliquées les propriétés de l'électricité ont sur les conditions hygiéniques. En particulier, nous passerons sous silence la question de l'emploi de l'électricité à l'éclairage, ce sujet étant traité dans une autre partie {voij. Écl.urage).
Parmi les industries qui ont été améliorées considérablement par l'emploi de l'électricité, nous citerons en première ligne celles de la dorure et de l'argenture : on sait combien dangereuses et funestes étaient les opérations qui avaient pour but le dépôt des métaux précieux par suite de l'emploi du mercure. Les accidents presque inévitables que l'on observait autrefois ont complètement disparu depuis que ces dépôts se font par les actions électrolytiques; la dorure et l'argenture électriques, comme les opérations de cuivrage, de galvanoplastie, de nickelage, etc., sont absolument inoiïensives.
Lorsque des étincelles éclatent dans une atmosphère tenant en suspension des particules solides, elles amènent une précipitation rapide de ces particules; c'est là un fait nouveau qui a été signalé par M. Loge en 1884. On a pensé que cette propriété pouvait être appliquée dans diverses circonstances et notamment pour résoudre le problème important que rencontrent les raffineurs de plomb, à savoir la précipitation des fumées ou plomb volatil des fourneaux ; la question est évidemment importante au point de vue de l'hygiène, l'application paraît avoir donné de bons résultats lors des premiers essais qui ont été faits en Angleterre. On peut prévoir que, si les résultats sont satisfaisants, ce procédé pourra trouver son application dans un certain nombre d'industries dans lesquelles il existe des poussières nuisibles.
Nous citerons sans insister l'emploi qui a été fait de l'électrolyse à la rectification des alcools suivant la méthode de MM. ÎVaudin et Schneider. Ce procédé appliqué à des alcools de mauvais goût semble y détruire ou transformer les alcools supérieurs ou les produits qui s'y rattachent, et l'on sait que la présence de ces produits a été signalée comme rendant dangereux l'usage des alcools que l'industrie retire maintenant des produits les plus variés.
Nous signalerons également en passant l'emploi avantageux de l'électricité pour l'inflammation des mines, évitant ainsi l'emploi des mèches dont la combustion irrégulière amenait souA'ent des accidents graves.
Nous indiquerons avec quelques détails au mot Lnductiox l'emploi qui est fait de l'électricité pour le transport du travail mécanique; il est à espérer que l'on trouvera là une solution du problème des moteurs nécessaires à la petite industrie, moteurs ne développant qu'une force minime et ne dépensant que lorsqu'il fonctionne utilement. Ce résultat, si on y arrive dans des conditions économiques convenables, permettra à l'ouvrier et surtout à l'ouvrière le travail à domicile, au moins pour certaines industries, travail à domicile qui, d'une manière générale, est préférable au point de vue hygiénique au travail dans les ateliers. En particulier, l'application des moteurs électriques à la machine à coudre évitei'ait les inconvénients qui ont été signalés chez les femmes qui, pendant une grande partie de la journée, se servent de cette machine dont elles ont à entretenir le mouvement à l'aide d'une pédale. Ce procédé est déjà employé dans de grands ateliers de confection ; il est à souhaiter que le prix de ces njoteurs et leur dépense journalière puissent être assez réduits pour que leur emploi soit possible même dans le cas d'une machine unique, ce qui est le cas d'une ouvrière travaillant chez elle; ce résultat pourra être atteint, croyonsnous, le jour où il existera dans les villes une distribution d'électricité comme il existe actuellement des distributions d'eau et de gaz.
114. A côté des avantages que présente l'emploi industriel de l'électricité, il convient de citer les inconvénients.
Ici non plus nous ne parlerons pas des inconvénients indirects, ceux qui
proviennent de l'emploi d'instruments quelconques où l'électricité joue un rôle, mais où cet agent n'est pas la cause même des inconvénients signalés: telle est, par exemple, la crampe des télégraphistes, qui n'a pas de rapport avec l'électricité qui parcourt le manipulateur.
Nous ne connaissons, en somme, qu'un inconvénient direct, mais il est "rave : c'est celui qui peut résulter du contact avec des conducteurs parcourus par des courants intenses. Ce cas peut se présenter dans les machines d'induction puissantes qui sont employées dès à présent pour l'éclairage électrique et qui le seront certainement avant peu pour le transport de l'énergie. Ces accidents, sur lesquels nous n'avons pas à insister, peuvent consister seulement en brûlures, mais ils peuvent être plus graves et l'on a malheureusement déjà plusieurs cas de mort à citer.
On ne sait pas encore quels sont les éléments dangereux, ceux qu'il faut éviter surtout : est-ce la quantité d'électricité qui surtout est à craindre? Est-ce la variation de potentiel, variation brusque surtout? Les deux éléments doiventils exister simultanément pour que le danger soit sérieux? On ne sait encore. 11 nous semble résulter cependant de la discussion de quelques faits sur lesquels nous avons eu des détails précis, et de (|uelques expériences en cours, que la variation brusque de potentiel serait surtout l'élément dangereux. A cet égard, les machines donnant des courants alternatifs seraient particulièrement à redouter.
On ne sait pas davantage quelles sont les conditions qui, pour un courant donné, amènent les accidents les plus graves ; nous ne parlerons pas du cas où l'individu se trouverait compléter un circuit directement, ce cas ne pouvant guère se présenter dans la pratique. Mais l'individu atteint peut établir une dérivation, c'est-à-dire toucher en deux points différents les conducteurs traversés par le courant; il peut ne les toucher qu'en un point, soit qu'il soit isolé, soit que, ce qui sera le cas le plus général, il soit en communication avec la terre. De plus, les résultats seront-ils les mêmes, quelles que soient les parties du corps par lesquelles les contacts s'établissent ? On ne sait guère rien sur toutes ces questions; cependant, on peut considérer comme probable que le danger sera plus considérable, si le courant qui s'établit passe dans le voisinage des centres nerveux.
On ignore également quelle est la valeur du potentiel à partir de laquelle commence un danger sérieux, ou plutôt, car les deux éléments interviennent sans doute, quelles sont les valeurs du potentiel et de la quantité d'électricité qui peuvent provoquer dans l'organisme des désordres graves.
11 semble vraisemblable qu'il faudra établir une réglementation de l'électricité comme on l'a fait, par exemple, pour l'emploi des machines à vapeur. Une commission spéciale est chargée de préparer les bases du règlement à intervenir; on conçoit, en raison du vague des données actuelles, qu'elle soit quelque peu embarrassée.
Nous croyons que les machines pour lesquelles la différence de potentiel aux bornes n'atteint pas 200 volts ne peuvent amener d'accidents graves; vraisemblablement l'effet se réduit toujours dans ce cas à une forte commotion; c'est une limite qui n'est pas d'ailleurs encore absolument précise, aussi nous pensons que même pour ces machines il conviendrait de prendre des précautions générales que l'on peut résumer ainsi :
Les conducteurs qui se trouvent à la portée des ouvriers et du public ne
170 ÉLECTRIQUES (Organes)
doivent jamais être nus: ils doivent être recouverts d'une enveloppe isolante.
La machine devra être placée de manière qu'on ne puisse en approcher par mégarde et que, seuls, les ouvriers charge's de sa surveillance puissent y avoir accès.
Le sol, dans le voisinage de la machine, doit être recouvert d'une substance isolante.
II conviendrait de n'approcher des machines, surtout lorsque l'on a à toucher quelques pièces, même lorsque celles-ci ne sont pas en communication avec le circuit électrique, que les mains recouvertes de gants de caoutchouc.
Une bonne habitude dans le même cas (elle n'est pas toujours applicable), c'est de mettre une main dans la poche : on évite ainsi souvent de fermer directement le circuit. Cette habitude peut être recommandée, même dans les laboratoires, lorsque l'on fait usage de bobines d'induction un peu puissantes.
Ces dispositions nous paraissent de nature à éviter les accidents; elles ne sont pas telles qu'elles puissent apporter un trouble sérieux dans les industries électriques; elles sont à peu près identiques à celles qui sont proposées à la Commission dont nous parlions plus haut par la Sous-Commission qui a été chargée de préparer un projet de règlement.
En résumé, les inconvénients que présente l'emploi industriel de l'électricité au point de vue de l'hygiène semblent pouvoir être évités par des dispositions facilement réalisables; les avantages sont incontestables, et nous ne doutons pas que, à ceux que nous avons signalés sommairement, il s'en joigne d'autres à l'avenir au fur et à mesure que se développeront les applications de l'électricité, de cet agent dont l'emploi a déjà modilié si profondément les conditions de certaines industries et dont, sans doute, nous ne prévoyons pas encore exactement le véritable rôle qu'il est appelé à jouer dans l'avenir, dans un avenir qui n'est peut-être pas très-éloigné {voy. Electro-physiologie et Electrothkrapie).
G. M. Gariel.
ÉLECTRIQUE (Éclairage). Voy. Éclairage.
ÉLECTRIQUES (Orgakes ET Tisso). L'anatomie descriptive n'a ricu ajouté d'essentiel à ce que Redi, Sténon (1675), Gorenzini (1698), Hunter, etc., ont dit des organes électriques de la Torpille, puis du Gymnote, de leurs vaisseaux et de leurs nerfs. Hunter les décrit comme organes particuliers, méritant bien le nom d'organes électriques que leur a donné Walsh (Hunter, Transact. philosophiques de Londres, 1775 et 1775. Œuvres, trad. franc., t. IV, p. 513 et p. 519). Au lieu d'un organe de chaque côté de la tête et des poches branchiales des Torpilles, il signale sur le gymnote l'existence d'un grand organe et d\m petit, de chaque côté du corps, allant depuis l'abdomen jusqu'auprès de l'extrémité de la queue ; la disposition en prismes verticaux, avec cloisons interposées pour le tissu de l'un, en bandelettes obliques pour celui de l'autre, la subdivision horizontale des prismes en cellules ou alvéoles remplis d'une substance comme gélatineuse. Plus tard fut décrit l'organe sous-cutané placé sur les côtés du corps du Malaplérure observé au Sénégal par Âdanson, par Broussonnet (1782). Geoffroy Saint-Hilaire, etc., en ont ensuite décrit un placé de même sur le Mormjrus oxyrhynchus Geoffroy, du Nil et autres.
Depuis lors les descriptions des naturalistes et des anatomisles ne tirent guère que se répéter, et il faut arriver jusqu'à de Blainville [Cours de physiologie. Paris, in-8°, t. II, p. -446) pour trouver, sous le titre de parenchyme
ELECTRIQUES (Organes). 171
électrique, la notion de l'existence dans les appareils électriques des poissons d'un tissu distinct de tout autre. Il ne fait du reste que donner d'après l'examen de la Torpille une description analogue à celle de ses prédécesseurs, à laquelle celle de Savi et de Matteucci n'ajoute rien d'essentiel, au point de vue ana-
tomique (1844).
Un peu après (1846), j'ai indiqué la présence d'un tissu spécial, le tissxi électrique propre à l'appareil de tous les poissons électriques connus, décrit plus loin (Ch. Robin, Recherches sur un organe particulier qui se trouve sur les poissons du genre des Raies [Comptes rendus des séances de VAcad. des sciences. Paris, 1846, in-4°, t. 11, p. 821, et Annales des sciences naturelles, 1847, t. Yll, p. 195, et pi.]).
De nombreux travaux ont depuis été publiés sur la structure et les usages des organes composant cet appareil.
§ I. Des poissons pourvus d'organes électriques. On n'a jusqu'à présent trouvé d'appareil électrogène que sur des poissons. Ce sont :
1" Toutes les espèces du genre Mormyrus L., du Nil et des fleuves du Sénégal. Ruppel le premier a vu leur appareil situé sur les côtés de la queue : tels sont en particulier les M. oxyrhijnchus Geoffroy {Centriscus niloticus Schn.), i/. dorsalis Geoffroy, M. longipennis Ruppel, etc.
2° Le Malaptérure électrique [Malapterurus electricus Lacépède ou Silurus electricus L.), de la famille des Malacoptérygiens abdominaux comme les précédents et qui babite aussi le Nil et le Sénégal.
ô" Le Gymnote ou Anguille électrique [Gymnotus electricus L.), connu depuis longtemps, des rivières et des bassins d'eau douce de l'Amérique tropicale.
4° Le Gymnarchus niloticus Cuvier, de la famille des Malacoptérygiens apodes comme le précédent, sur lequel Erdl a décrit un appareil électrique, sur les côtés de la queue aussi, en 1847. Il babite le Nil.
5» Sept genres de la famille des Torpilles [Torpédo D.) comprenant environ 20 espèces de l'ordre des Plagiostomes. Ce sont les seuls poissons dont l'appareil électrique soit placé sur les côtés de la tête.
6" En 1846, j'ai fait connaître un appareil composé d'un élément spécial {Comptes rendus de VAcad. des sciences, in-4°, t. XXII, p. 821) qui existe sur les côtés de la queue des espèces aujourd'hui connues au nombre de 55 environ du genre Raie, tel qu'il a été délimité par Diiméril. L'identité de sa structure avec celle des organes électriques existant de chaque côté de la tête des Torpilles m'a conduit à le considérer comme un véritable appareil électrique, dont la présence resserre les liens zoologiques qui font considérer les Raies et les Torpilles comme appartenant à une même famille de poissons cartilagineux {1865). J'ai fait connaître l'identité de sa fonction avec celle de l'appareil analogue des poissons précédents. Starck, qui avait vu cet appareil en 1845, n'en <ivait pas déterminé la nature.
Les poissons de ces deux dernières familles sont les seuls qui habitent la mer.
On sait que jamais on n'a démontré l'existence d'appareils électriques dans les poissons appelés Trichiurus electricus, Tetrodon electricus et Rhinobatis electricus.
Sur des Raies de moyenne grandeur, larges de 68 à 70 centimètres, chaque organe long de 50 centimètres pèse 25 grammes ou environ. Sur les Torpilles
172 ÉLECTRIQUES (Organes).
le poids (les deux organes électriques représente plus du cinquième du poids total du corps. Ainsi, sur une Torpille entre autres, dont le disque était large de 24 centimètres et demi, et qui mesurait 39 centimètres du bout de la queue au bord antérieur du disque sur la ligne médiane, le poids total du corps était de 870 grammes, et chaque organe électrique pesait 95 grammes, soit environ 200 grammes pour l'appareil entier. Cliez tous les poissons leur densité est plus grande que celle de l'eau.
La couleur des organes propres de cet appareil est un gris perlé demi-transparent, traversé par des lignes ou cloisons de tissu lamineux blanchâtre, trèsrapprocliées et entre-croisées en losanges ou hexagones plus ou moins réguliers.
Structure des appareils électriques. Le ti^su électrogène est constitué essentiellement par une espèce particulière d'élément anatomique, dont le premier j'ai donné la description; on le retrouve dans tous les appareils électriques des poissons {élément ou substance électrique ou électrogène), et il n'existe dans aucun autre tissu. Cet élément anatomique composé d'une masse fondamentale, transparente, finement granuleuse, dans laquelle existent çà et là des noyaux sphériques en certains points, ovoïdes ailleurs, hyalins ou fînenement granuleux, sans nucléole, larges de O'^,001 à 0'",009. Quelques-uns sont entourés d'une aréole circulaire de fins granules.
Cette substance a l'aspect et la demi-transparence de la gélatine, mais sa résistance et sa ténacité dilfèrent un peu d'une espèce à l'autre. Je lui ai retrouvé ces cai actères générjux chez les Torpilles, deux Gymnotes et un Malaptérure. 11 importe de noter que dans la partie antérieure homogène et lisse de chaque disque la substance électrogène est plus transparente, moins grenue, à noyaux plus souvent ovoïdes, un peu plus pâles et bien plus écartés les uns des autres que dans ses curieux prolongements, qui, par cloisonnement, limitent les élégants alvéoles de la face des disques, qui est inférieure chez les Torpilles par rapport à leur face dorsale et postérieure sur les autres poissons par rapport à la tête. 11 en sera fait mention plus loin. La substance de ces prolongements est plus grenue, les noyaux y sont deux à trois fois plus rapprochés les uns des autres et un peu plus granuleux eux-mêmes. 11 résulte de là que, sur les disques vus de côté par transparence, la substance saillante en cloisons aréolaires, à surface mamelonnée, est plus foncée que celle de la partie homogène formant, en quelque sorte, le corps même du disque.
Un fait analogue existe dans les disques du Gymnote. Mais l'examen direct et la déchirure montrent qu'il y a continuité de matière, malgré ces différences d'aspect, et que c'est la même substance présentant des différences de configuration d'une portion à l'autre de l'étendue d'un même disque. L'acide azotique durcit et rétracte partout de la même manière cette substance, en la rendant bien moins transparente, grenue, jaunâtre par lumière transmise, et blanche opaque par lumière réfléchie; l'acide acétique la rend aussi plus grenue, moins transparente, et la rétracte un peu. Chez les Gymnotes, qui possèdent deux appareils électriques, la substance est la même dans le petit et dans le grand
organe.
L'ébullition, même pendant trois heures, ne change rien au volume de l'appareil électrique des Raies. Il prend seulement un aspect blanchâtre mat. Le tissu cellulaire de ses cloisons est seul enlevé par liquéfaction. Par suite l'organe devient moins résistant, facile à rompre et à dissocier, les disques sont un peu recourbés seulement alors. Il ne donne ainsi que des traces de
ÉLECTRIQUES (Op.gakes). 175
"élaline venues du tissu cellulaii'e, mais pas de chondnne, ni autre albuminoïde. Sur les Raies cet élément est disposé sous forme de disques ayant de 2 à 4 millimètres de largeur sur leurs grandes faces et 1 millimètre au plus d'épaisseur. Us sont plus ou moins régulièrement quadrihiLères, pentasonaux ou hexagones. Us sont isolés de toutes parts les uns des autres par des cloisons de tissu lamiueux, renfermant un certain nombre de fibres élastiques. Leur face antérieure est lisse, leur face postérieure est au contraire creusée d'alvéoles ou excavations dont le fond est lui-même creusé d'autres alvéoles de plus en plus petits, s'eiifouçant jusqu'à 1 ou 2 dixièmes de millimètre de la surface antérieure, que cependant ils ne traversent jamais.
Ces disques sont empilés les uns contre les autres par leurs larges faces, de manière à former des piles ou rangées longitudinales de longueur variable, et qui ont pour largeur celle des disques eux-mêmes. Ces piles sont au nombre de quatorze à vingt-quatre, et même à trente-cinq, suivant les espèces, dans la partie la plus volumineuse de l'organe des Raies. Elles sont disposées assez régulièrement en couches concentriques par rapport à l'axe de l'organe. Leur nombre est trop considérable chez les Torpilles, les Gymnotes, etc., pour qu'il soit possible de le déterminer exactement.
Les disques qui forment ces piles ou rangées ne sont pas en contact immédiat, pas plus que ces piles elles-mêmes. Ils sont maintenus en contact en même temps qu'isolés par des cloisons de tissu lamineux interposées à leurs larges faces; d'autres cloisons, plus épaisses, isolent et maintiennent de la même manière les rangées, et sont ainsi interposées aux petites faces des disques [cloisons principales). Celles-ci se dirigent suivant une ligne courbe allongée dans le sens de la longueur de la queue, comme ces l'angées ellesmêmes.
Dans les cloisons principales rampent les plus grosses branches vasculaires et nerveuses. Daus les cloisons particulières à chaque disque, c'est-à-dire interposées à leurs larges faces, rampent les ramitications nerveuses et vasculaires destinées à chaque disque spécialement. Les nerfs ne se mêlent pas aux subdivisions vasculaires.
Pour chaque cloison les vaisseaux se distribuent, à l'exclusion des filets nerveux, dans la portion de la cloison qui est appliquée contre la face postérieure d'un disque {face inférieure, sur les Torpilles) ; les nerfs vont, à l'exclusion dos capillaires, dans la portion de la cloison qui touche la face antérieure {face supérieure sur les Torpilles) du disque placé au-dessous du précédent.
Dans l'appareil des Torpilles, les disques hexagones de substance électrogène n'ont guère qu'une épaisseur totale de 1/4 de millimètre; la cloison interposée a une épaisseur égale, de sorte que dans chaque pile de ces disques, sur une hauteur de 1 millimètre environ, on compte deux cloisons et deux disques. La face antérieure de ceux-ci est lisse. Leur face postérieure n'est pas aréolaire comme chez les Raies, ni chargée de saillies papilliformes comme sur les Gymnotes, mais elle est feuilletée, c'est-à-dire qu'elle est épaissie par de minces feuillets, presque parallèles les uns aux autres, très-rapprochés, étendus d'un côté à l'autre du disque, et entre eux s'enfonce, sans leur adhérer beaucoup, le tissu cellulaire vasculaire mou de la cloison. La hauteur de ces feuillets égale la moitié ou les deux tiers de l'épaisseur totale des disques, telle qu'elle a été indiquée plus haut. Ces particularités se voient bien sur les disques dont la coupe se trouve tournée vers l'œil de l'observateur, mais elles se remarquent
474 ELECTRIQUES (Organes).
moins nettement sur les disques observés de face, parce que les leuillets s'inclinent et s'appliquent les uns contre les autres.
Sur les Gymnotes, la substance électrogène n'est pas disposée en disques polygonaux à angles arrondis comme chez les Raies, les Torpilles, le Malaptérure, etc. Elle offre sous ce rapport des particularités de conformation et d'arrangement réciproque fort remarquables, qui pourtant n'ont pas encore été signalées. Dans le grand et le petit appareil, cette substance est disposée eu longues bandelettes quadrilatères; ces dernières sont larges de 1 millimètre environ dans le petit appareil, et de 2 à 3 millimètres dans le grand. Elles sont toutes un peu plus étroites vers leur extrémité interne ou profonde qu'à l'autre bout, qui est tourné vers la peau. Elles sont plus minces que ne le sont les disques électrogènes des Raies. Sur les Gymnotes longs de 50 centimètres, leur épaisseur ne dépasse pas 2 à 5 dixièmes de millimètre. Ces dimensions restent les mêmes pour toute la longueur de chaque disque. Ces bandelettes ont donc deux faces, dont l'une lisse est toujours tournée vers la tête de l'animal; l'autre postérieure est chargée de saillies non pas lamelleuses, mais cylindroïdes, villiformes, etc., aussi hautes ou longues que la lame, bandelette ou disque, est épais.
La longueur de ces bandelettes est considérable, car elles s'étendent sans interruption de la face profonde du grand organe à celle qui est sous-cutanée, au moins dans une grande partie de son étendue.
Dans le petit organe, la direction générale des bandelettes et de leurs deux faces est la même ; seulement, au lieu de se porter plus ou moins transversalement de la face interne vers la portion superficielle de l'organe, elles se portent de la face interne et inférieure vers le point opposé en se courbant parallèlement à sa surface externe.
Ainsi dans tous les organes électriques, quelle que soit la forme des disques, de l'élément anatomique propre qui les compose essentiellement, la face antérieure de ceux-ci (qui est supérieure sur les Torpilles) est lisse. C'est sur elle que se terminent les nerfs. La face opposée contre laquelle se distribuent les capillaires sanguins propres à l'appareil est au contraire partout rugueuse, mais d'une manière particulière pour chaque espèce de poissons. Elle l'est en raison de la présence d'élevures ou saillies feuilletées sur les Torpilles, papilliformes lobées ou non au sommet sur les Gymnotes, limitant des alvéoles de forme et de largeur variées sur les Raies, et ainsi des autres. J'avais noté cet état lisse de la face antérieure des disques sur les Haies en 1846; il a été indiqué en 1852 par Paccini sur les torpilles et le Gymnote.
On peut s'assurer facilement qu'entre les disques et les cloisons qu'ils touchent il n'y a pas de couche épithéliale tapissant celles-ci, et que ce n'est pas non plus un liquide qui remplit les espaces que limitent ces dernières, comme le croyait encore Valentin {Eandwœrterbuch der Physiologie. Braunschweig, 1842, in-8», p. 254 et 277).
Aucune trace de liquide quelconque du reste ne prend part à la constitution de ces organes, n'est interposée à une lace ni à l'autre des disques et à leurs cloisons. 11 importe même de noter que les hquides auxquels les physiciens font en théorie jouer un rôle lors de la production de l'électricité par ces appareils (p. 185 et 184) ne sont pas distincts, séparés ni séparables delà substance propre des disques de l'appareil. 11 n'y a ici que l'eau qui est principe immédiat constitutif de la substance électrogène d'une part, des albuminoïdes demi-
ÉLECTRIQUES (Orgases). 17;j
solides, qui entait partie constituante essentielle et sans laquelle elle n'est rien; il n'y a d'autre part que le plasma sanguin dont, à l'égard de ses albuminoïdes liquides, l'eau est dans le même état moléculaire ou chimique qu'elle l'est dans les albuminoïdes des disques électrogènes.
Le tissu des cloisons minces interposées aux disques de l'appareil des Torpilles est très-mou, gélatinilorme, dépourvu complètement ou presque entièrement de libres élastiques. Celles-ci sont au contraire larges et souvent anastomosées dans les cloisons plus épaisses, plus résistantes, moins transparentes, qui séparent les piles de disques les unes des autres.
Ainsi les appareils électriques ne sont pas formés de tubes ni d'espaces interlamellaires pleins de liquide.
^ m. Des vaisseaux et des nerfs du tissu électrogène. Des artérioles et des veinules qui rampent dans les cloisons partent des groupes de capillaires larges de 1/15 à 1/55 de millimètre, quelquefois disposés en bouppes, mais le plus souvent en anses très-flexueuses, qui s'enfoncent sur les Raies, dans les alvéoles de la face postérieure du disque, et les remplissent avec le tissu cellulaire gélatinilorme de la cloison, entre les lamelles sur les Torpilles, etc.
Ainsi, tubes nerveux appliqués contre la face antérieure et lisse de chaque disque, à l'exclusion de tout vaisseau ; capillaires disposés en anses flexueuses, et remplissant les alvéoles dont est creusée la face postérieure des disques, à l'exclusion de toute terminaison nerveuse.
Tels sont les rapports des disques propres au tissu électrogène de tous les poissons qui le possèdent, avec les vaisseaux d'une part et les nerfs de l'autre. Entre les vaisseaux capillaires d'un disque et ses terminaisons nerveuses il y a donc interposition de la substance de celui-ci offrant là, sur les Raies, par exemple, une épaisseur d'environ O^^jlO à 0"'",20, tandis que la hauteur des bords du disque est de 1 millimètre environ. Les portions de substance électrogèue formant cloison de séparation entre les alvéoles de chaque disque (ou bandelettes comme sur les Gymnotes) ont une épaisseur de 0'"",05 à 0"™,10 environ, et la profondeur totale de ceux-ci est de trois à six dixièmes de millimètre environ.
On voit enfin que, dans les appareils électriques, les nerfs se jettent constamment sur la face lisse des disques du tissu électrique, à l'exclusion de tout vaisseau, se terminent sur celle de ces faces qui est tournée vers le siège du jod/eposi'iif de l'appareil, tandis que les capillaires se distribuent sur la face opposée, à l'exclusion de tout nerf, c'est-à-dire sur la face par laquelle s'échappe le courant d'électricité produite, face tournée vers le siège du pôle négatif.
Les nerfs de l'appareil électrique des Torpilles sont fournis par la racine antérieure ou non ganglionnaire des nerfs de la 5^ et de la 8"^ paires. Sur les Raies, les Gymnotes, les Silures, les Mormyres, les nerfs proviennent de la moelle épinière dorsale et caudale. Un et quelquefois deux filets naissent de la racine antérieure ; deux ou trois viennent du chiasma qu'elles forment en se réunissant, et deux à quatre de la paire antérieure, ou à la fois des paires antérieure ou postérieure qui font suite à ce chiasma. Ces nerfs ne donnent pas de branches à d'autres organes : ils sont entièrement et exclusivement destinés à l'appareil électrique.
Arrivés, après un court trajet, contre la face interne de l'organe, ils se ramifient. La plupart des principales branches pénètrent immédiatement dans les cloisons principales ; les autres rampent à la surface, en s 'anastomosant ensemble,
