DE LA TRANSMISSION ÉLECTRIQUE PAR LE SOL

Les premières recherches électriques par le sol remontei>t à Vannée 1747. A cette époque, le D' Watson, qui, par des expériences préalables sur la Tamise, avait reconnu le pouvoir conducteur des liquides, s'imagina de faire entrer la terre pour moitié dans un circuit parcouru par une décharge électrique, et s'assura que dans un circuit ainsi composé, comme dans un circuit entièrement métallique, la transmission électrique était instantanée. Les expériences qu'il entreprit à cet égard furent faites successivement avec des fils de 45 mètres, de 1609 mètres et de 3218 mètres de longueur, et toujours la réussite fut complète. Ces expériences furent ensuite répétées par MM. Franklin^ de Luc, Lemonnier et Tabbé NoUet, mais elles n'ajoutèrent rien à la découverte du savant anglais.

Après la découverte de la pile de Volta, plusieurs savants, entre autres MM. Ei'man, Basse (de Berlin) et Aldini, cherchèrent à répéter, en 1803, avec les courants voltaïques, les expériences que Watson avait faites avec des décharges d'électricité statique ; ils reconnurent que le phéno* mène de la propagation du courant s'opérait de la même manière, mais sous certaines conditions. M. Feschner prétendit même que Ton pourrait utiliser cette propriété de transmission du sol dans la télégraphie électrique. Il est vrai qu'à cette époque la question de la télégraphie était loin d'être résolue, mais une chose curieuse à constater, c'est que tous ceux qui se sont occupés, dans le commencemant du siècle actuel, de réaliser cette belle idée , ne cherchèrent pas à appliquer à leur système cette propriété si importante de la ti'ansmission électrique par le sol, qui était pourtant découverte depuis longtemps. Ce ne fut qu'en 1838 que M. Steinheil, physicien allemand^ eut l'idée d'en tirer parti pour un télégraphe électrique qu'il avait imaginé. Les expériences furent faites à Munich^ sur un circuit de 1 lieue | d'Allemagne , et elles lui montrèrent qu'effectivement la terre pouvait transmettre avant^eusement un courant voltaïque et être employée dans les transmissions télégraphiques, si le fil conducteur, qu'il appelait fil d^ aller ^ se terminait à son extrémité libre par une plaque enterrée dans le sol et que la pile fût elle-même en rapport avec la terre de la même manière. D'autres expériences lui prouvèrent ensuite que cette faculté de ti'ansmission de la terre, était d'autant plus grande que les plaques avaient elles-mêmes plus de surface, et que le terrain était plus biunide. Cette découverte était une véritable révéla-

tion, car elle permettait d'épargner sur toutes les lignes télégraphiques le fil de retour^ et de réduire de moitié leur dépense d'installation. Aussi, tous les physiciens se mirent-ils à Vœuvre pour étudier les conséquences qui pouvaient résulter de cette question nouvelle. MM. WHeatstone et Cooke firent, en 1841, des essais qui eurent pour résultat d'établir que la terre agissant comme un vaste réservoir d^ électricité^ ou, sous quelques rapports^ comme un excellent conducteur^ la résistance d'un circuit da/ns lequel elle se trouve introduite se trouve grandement diminuée ; de sorte qu'avec son intermédiaire, une pile peut agir aune bien plus grande distance avec un fil conducteur de plus petit diamètre.

Ce fait était déjà d'une grande importance, car il prouvait que la terre, loin d'être un plus mauvais conducteur que le fil métallique, favorise, au contraire, la marche du courant, surtout quand la longueur du circuit est considérable, et, quand on put établir que la résistance du sol peut être par le fait considérée comme nulle, la question de l'établissement de la télégraphie électrique se trouva dès lors résolue pratiquement.

Rôle de la terre dans les transmissions électriques & travers le sol. .— Quel rôle joue la teiTC dans les transmissions électriques à travers le sol?... C'est une question qui a été fort agitée et qui divise encordes savants. Agit-elle comme un simple conducteur, ou bien ne joue-t-elle simplement que le rôle d'un absorbant comme on l'avait toujom^s admis pour l'électricité statique ? Telles sont les deux opinions qui sont en présence. Ceux qui veulent soutenir la première disent que, bien que la terre en elle-même soit un mauvais conducteur, elle supplée à cette mauvaise conductibilité par l'immensité de sa section, et que, d'ailleurs, les cours d'eau qui sillonnent le globe en tous sens sont d'admirables véhicules qui peuvent faire parcourir au fluide un chemin immense sans l'affaiblir, toujours en raison de leur section relativement très-considérable. Toute cette théorie peut du reste être résumée dans le voyage en zigzags et quasi fantastique qu'un illustre physicien fait faire à un modeste courant télégraphique pour aller de Paris à Berlin. Ceux qui soutiennent la seconde hypothèse, et c'est aujourd'hui le plus grand nombre, demandent aux premiers comment tant de courants envoyés de tant d'endroits différents peuvent arriver à destination sans se confondre, sans s*affaiblir ou se renforcer, lorsqu'on sait qu'un même conducteur métallique ne peut servir de véhicule à deux courants sans que les intensités de l'un ou de l'autre se trouvent altérées dans des sens différents. D'ailleurs, pourquoi

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admettre que la terre puisse servir de réservoir commun ou d'absorbant à rélectricité des machines, alors qu'on lui refuse cette qualité pour rélectricité de la pile qui ne peut cependant pas être d'une espèce différente ? Toutes ces raisons ainsi posées ne sont, nous devons le dire, d'un côté comme de l'autre, que des arguties plus ou moins spécieuses qui montrent qu'on s'est bien plutôt attaché à des définitions incomplètes du mot conductibilité^ qu'au fond même de la question. En effet, d'après ce que l'on a vu page 33, la résistance d'un milieu plus ou moins conduc* teur est indépendante de la distance séparant les électrodes en contact avec ce milieu et varie senlement avec la grandeur de celles-ci . Or, pour qu'il en soit ainsi, il faut que la conductibilité directe d'une électrode à l'autre n'entre poui* rien dans le phénomène de la conduction, et dès lors la transmission s'effectue à travers le milieu, comme si les deux électrodes étaient en rapport avec des absorbants d'électricité. Pourtant, les formules d'après lesquelles M. Kirschoff a déduit le principe que nous avons posé précédemment, dérivent complètement des lois de la conductibilité. Les différentes interprétations qui ont été données du phénomène de la transmission par le sol sont donc, par le fait, toutes les deux parfaitement vraies ; seulement, si on assimile ce phénomène à une action de conductibilité, on ne peut pas admettre que le sol se comporte entre les deux plaques comme un simple conducteur plus ou moins résista/nt dans lequel le courait aurait une direction déterminée. C'est dans rinterprétation de ce rôle de la terre, que git toute la différence entre les deux opinions, et nous allons voir par les expériences de M. Wheatstone, que nous allons rapporter, que ce rôle de Ri terre est effectivement bien différent de celui d'un simple conducteur interposé entre les deux électrodes.

Si de l'un des pôles C d'une batterie voltaïque P (fig. 21), on fait partir un long fil de 177 kilomètres Ae longueur parfaitement isolé avec de la gutta-percha et disposé à l'air libre de manière à venir ensuite rejoindre l'autre pôle en Z, et que quatre galvanomètres A et B, B' et A' soient interposés dans le circuit, les deux premiers près de la pile, les deux autres dans le voisinage du milieu du circuit, il arrivera, si on opère la fermeture de ce circuit en C, que les galvanomètres A et B dévieront les premiers, et les galvanomètres A' et B' les derniers. Nous en avons expliqué les raisons p. 72. Mais si, au lieu de faire communiquer directement B avec la pile par le conducteur ZE, on fait communiquer Z et B

avec la terre à Taide de deux plaques différentes T, T', les effets changeront complètement : le galvanomètre A déviera d'abord, puis A', puis B', puis B. Il est certain que si la terre entre les plaques T, T' jouait le rôle de simple conducteur, les choses devraient se passer comme dans la première expérience, car on ne peut invoquer dans ce cas que la ré-

Flg. 3i.

sistance du sol, en rallongeant le circuit, place le galvanomètre B au milieu de celui-ci, puisque cette résistance s'efface complètement devant celle du circuit métallique, ainsi que l'expérience le prouve ; force est donc d'admettre que la terre ne remplit pas le même rôle que le conducteur £Z. Or, il s'agit maintenant de savoir si la théorie de l'absorption ou de la conductibilité, par voie de dispersion en tous sens, rend compte du phénomène.

D'après ce que l'on a vu p. 71, on sait que quand un conducteur est mis en rapport avec l'un de? pôles d'une pile dont l'autre pôle communique à la terre, il se charge successivement : en conséquence, le galvanomètre A déviera d'abord, puis le galvanomètre A', puis B', puis B. Pour que ce courant de charge devienne un courant permanent, que faudra-i-il ? Que cette charge s'écoule au fur et à mesure de sa production ; or, c'est précisément le rôle que remplit la terre. Mais, dira-t-on, pourquoi faut-il pour qu'il y ait courant dans ce cas, que la pile soit ellemême en conununication avec la terre ?... C'est précisément pour absorber l'électricité contraire à celle qui doit charger le conducteur, absorption sans laquelle celui-ci ne pourrait jamais se charger, ainsi qu'on Ta vu par les expériences rapportées p. 71. Ainsi, quoi qu'on fasse, tout s'explique, tout est simple avec la théorie de l'absorption ou de la conductibilité par dispersion ; au contraire, tout est complexe, tout est con-

DE l'électricité.

tradictoire avec la théorie de la conductibilité directe ; d'ailleurs, quant aux résultats produits, quelle dififérence peut-il y avoir entre un courant résultant de l'absorption par la terre et un courant résultant de la recomposition des deux fluides au milieu du circuit ? Ne sont-ce pas les mêmes actions qui sont en jeu ? le même fluide qui circule ? les mêmes résistances qui sont à vaincre ?

Voici, du reste, encore une autre expérience tout aussi décisive due à

M. Caselli.

Fig. iS.

Si on réunit aux deux pôles d'une pile P (fig. 22) les deux extrémités d'un long circuit télégraphique interrompu en A, et qu'on introduise en B et C deux galvanomètres sensibles^ ces deux galvanomètres dévieront sous l'influence des dérivations à la terre qui se feront tout le long du circuit ; mais sî, au lieu de compléter le circuit pai' le conducteur ED indiqué en pointillé sur la figure, on termine le conducteur ÂB par une plaque T mise en rapport avec le sol, et que la pile elle-même communique également au sol par une plaque T', la communication métallique n'existant plus entre le pôle — et le fil TB, on observera que le galvanomètre C déviera seul, et que le galvanomètre B n'indiquera plus la présence d'aucun courant, comme il l'avait fait primitivement. Pour qu'il en soit ainsi, il faut d'une part que la terre entre les plaques T et T' ne se comporte pas comme le conducteur .ED indiqué en pointillé sur la figure, et joue en quelque sorte, entre le conducteur AE et le pôle négatif de la pile, le rôle àe solution de continuité ; d'autre part, que les courants qui, dans le premier cas, ont fait dévier à la fois les deux galvanomètres B et C aient été la conséquence de V absorption continue par le sol des charges électriques successivement et séparément transmises aux deux

fils AB et AC par chacun des deux pôles de la pile. En effet, si le courant entre les fils AB et AC n'avait fait que se dériver^ les deux galvanomètres B et C auraient dû dévier quelle qu*eût été la liaison du fil AB avec la pile, et quel qu'eût été le rôle de la terre entre les plaques T et T'. Cette expérience fournit donc deux preuves au lieu d'une de la dispersion électrique à travers le sol dans les transmissions télégraphiques.

En faveur de Thypothèse contraire, M. Matteucci a opposé certaines expériences faites par lui, desquelles il résulte que la résistamce de la terre varie avec la longueur du circuit ; mais cette variation de résistance, qu'il est, du reste, très-difficile de préciser exactement, en raison des effets de la polarisation électrique, ne prouve absolument rien en faveur de la conductibilité directe de la terre ; car, par suite de cette polarisation électrique, la résistance du sol exprimée par la différence entre la résistance totale du circuit et la résistance du fil métallique augmontée de celle de la pile, croît avec la longueur du circuit métallique, ainsi que nous le verrons plus tard ; d'ailleurs cette augmentation de résistance serait même contraire aux déductions de M. Kirschoff.

Quoi qu'il en soit de ces théories, il n'en est pas moins certain que l'interposition de la terre dans un circuit est d'autant plus avantageuse que la résistance du sol, étant un chiflâre constant pour une petite distance comme pour une grande (quand toutefois les conditions de communication avec le sol restent les mêmes), s'efface devant la résistance d'une long;ue ligne, et diminue ainsi de près de moitié la résistance du circuit que le courant aurait à parcourir sans cette disposition : nous allons voir maintenant les particularités que présente ce genre de transmission.

EUTets de la oommunication d'un circuit télé^aphique avec le sol par rapport aux courants qui le partsourent. —

Un circuit télégraphique se composant d'une partie métallique bonne conductrice et d'une partie médiocrement conductrice plus ou moins humide (le sol) mise en relation avec la première par l'intermédiaire de plaques métalliques plus ou moins grandes, il était à supposer que les effets de polarisation produits dans les circuits mi-partie métalliques, mi-partie liquides, devaient se retrouver à un degré plus ou moins marqué sur les circuits télégraphiques, et donner lieu à certaines perturbations qu'il était important de connaître, pour pouvoir se prémunir en conséquence. J'ai entrepris à cet égard de nombreuses expériences qui m'ont conduit à des résultats assez curieux.

J^ai d'abord reconnu que, par le fait même de l'emploi d'un métal oxydable pour les lames de communication avec le sol, il se produit à travers un circuit télégraphique un courant naturel provenant d'une réaction analogue à celle qui se passe dans une pile, et dans laquelle Tune des lames se constitue négativement et l'autre positivement. Pour qu'il en soit ainsi, il suffît que les terrains dans lesquels ces lames sont enterrées soient différemment humides, et alors le courant qui prend naissance est dirigé (à travers le circuit métallique) de la plaque enterrée dans le terrain le plus sec à la plaque enterrée dans le terrain le plus humide. Il est d'autant plus fort que la différence d'humidité des terrains est plus grande, que la surface de la plaque électro-positive est plus attaquable et que la plaque électro-négative est plus grande.

Ces courants, pour un circuit métallique de 1735 mètres en fil de fer de 3 millimètres, ont pu atteindre une intensité représentée par 9** 17' de la boussole des sinus de M. Bréguet, dont le multiplicateur n'avait que 30 tours, ce qui leur supposait une force électro-motrice représentée par 1005, alors que celle d'un élément de Daniell était représentée, avec la même boussole, par 5670.

J'ai, en second lieu, reconnu que, par suite de la polarisation des plaques enterrées^ les courants transmis à travers les circuits télégraphiques sont loin d'avoir la fixité qu'ils ont dans les circuits complètement métalliques, et donnent lieu à divers efifets qui peuvent être résumés ainsi qu'il suit :

1® Quand les plaques de communication du circuit avec le sol sont d'inégale surface, par exemple quand on emploie à l'ime des stations une conduite d'eau ou de gaz et à l'autre une plaque métallique immergée dans un puits, la résistance du circuit est beaucoup. plus grande quand la grande plaque est positive que quand l'inverse a lieu. La différence de résistance d'un circuit de 5205 mètres de longueur, complété par le sol, a pu varier de 202 tours de rhéostat à 231 tours, c'est-à-dire de 6938 à 7935 mètres (en fil de fer de 3 millimètres), et pour un circuit de 1735 mètres de 96 tours à 120 tours, c'est-à-dire de 3297 mètres à 4122 mètres.

2® Quand la grande plaque est positive, la résistance du circuit augmente sensiblement avec la prolongation de la fermeture du courant, tandis qu'elle reste sensiblement constante dans le cas contraire.

3° Les différences de résistance du circuit avec la disposition différente

des pôles de la pile, par rapport aux plaques de communication avec le sol, augmentent avec la longueur du circuit métallique^ mais seulement quand la grande plaque est positive. Ces différences avec des circuits de 1735 mètres et de 5205 mètres ont été 742 mètres et 878 mètres.

A® Avec des plaques de communication de mêmes dimensions, Vaug— mentation de résistance du circuit, par suite de la prolongation de la fermeture du courant, s'effectue toujours à peu près de la même manière, quel que soit le sens du courant par rapport à ces plaques (les effets étant symétriques de part et d'autre).

5® La résistance du sol est d'autant plus grande que les plaques de communication sont plus petites.

6® La résistance du circuit est d'autant moindre que les plaques sont enterrées dans un terrain plus humide (1).

Théoriquement parlant, on devrait tenir compte des différents effets dont nous venons de parler dans l'établissement des lignes télégraphiques, mais comme Faction des courants n'est jamais très-prolongée sur ces lignes, et que les différences de résistances dont nous avons parlé s'effacent complètement devant la résistance des lignes un peu longues, ils n'exercent par le fait qu'une très-minime influence. Toujours est-il qu'il résulte des expériences que nous avons rapportées, que la résistance de la terre, ou plutôt la résistance à la pénétration et à la diffusion du courant dans le sol, n*est pas nulle ^ comme beaucoup de personnes semblent le croire, et que dans de très-bonnes conditions, c'est-à-dire en prenant comme plaques de communication des conduites d'eau, elle peut atteindre 3876 mètres de fil télégraphique de 4 millimètres, avec un circuit métallique de 1 1,900 mètres et une pile de 20 éléments Daniell. On peut donc toujours conclure que, dans les conditions ordinaires, il n'est pas avantageux d'employer le sol comme complément d'un circuit quand celui-ci ne dépasse pas 4 à 5 kilomètres. Avec deux plaques de fer de 60 décimètres carrés de surface, cette résistance a pu atteindre 7167 mètres.

Bien que l'emploi de plaques métalliques soit essentiel pour les transmissions des courants à travers le sol, on peut cependant obtenir sans cela des contacts à la terre, sinon très-bons, du moins suffisants, pour

(1) Voir mon Mémoire sur 2es iransmisHons électriques à travers le «ol, dans le tome IV des Annales télégraphiques^ p. 465.

les transmissions télégraphiques. Ainsi, par exemple, on peut employer à cet effet les rails des chemins de fer ; malgré les pièces de bois qui les soutiennent et qui sembleraient devoir les isoler, la communication est néanmoins assez bonne. Du reste, avec des courants ayant une tension suffisante, on peut obtenir des transmissions sur un circuit télégraphique dont le fil est brisé et dont un bout touche seulement à terre. C'est même un moyen de reconnaître approximativement en quel point de la ligne a eu lieu cette nipture.

Conductibilité ppoppe de la terre. — Bien que tous les faits fournis par l'expérience démontrent que la terre, dans les transmissions électriques, joue le rôle d'un absorbant, il est impossible cependant de ne pas admettre que, dans certains cas, elle ne remplisse le rôle d'un simple conducteur ; car, en définitive, elle représente un corps humide, et si une rivière, un terrain marécageux se trouvent placés sur le parcours du courant, ce genre de conductibilité doit évidemment exercer un certain effet dans la transmission électrique. Toutefois, cet effet ne peut être bien sensible passé 300 ou 400 mètres, car Texpérience démontre que le corps de Thomme, qui est certainement un corps humide dans des conditions de conductibilité plus favorables que la terre, présente entre les deux mains une résistance de près de 400 kilomètres dp fil télégraphique de 4 millimètres de diamètre ; mais en admettant même l'intervention d'une rivière, il est facile de voir que la résistance qui serait fournie par le liquide^ en la rapportant exclusivement à sa conductibilité propre dans un sens déterminé, serait environ 38 fois supérieure à celle de la ligne entière, si cette ligne avait seulement 10 kilomètres, et en admettant des plaques de communication avec le liquide de 1 mètre de surface, encore faudrait-il supposer à l'eau une conductibilité égale a celle de la solution de sulfate de cuivre. Il est donc permis de considérer comme nulle, dans les transmissions télégraphiques, la conductibilité directe de la terre, et si la qualité plus ou moins humide du sol dans le voisinage des plaques enterrées exerce une certaine action sur la résistance qu'il présente, c'est uniquement parce qu'elle favorise plus ou moins l'écoulement du fluide en terre. M. Guillemin a du reste fait une séAe d'expériences qui mettent ce fait hors de doute.

Dérivations à. travers le sol utilisées pour les eomniunieations électriques. — La conductibilité de la terre a été mise à contribution dans certaines expériences télégi'aphiques et a fourni des

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résultats qui, au premier abord, semblaient tenir du merveilleux ; il s'agit de communications télégraphiques établies entre deux points sans l'intermédiaire de fils conducteurs. -

Cette idée qu'on voit surgir de temps k autres dans les journaux avec accompagnement de points d'exclamation et de commentaires admiratifs, réellement comiques pour ceux qui sent au courant de la question, n'est certes pas nouvelle; ilyaplus de 30 ans, elle fut uon-seulement conçue, mais même expérimentée entre Portsmouth et Gospord, par M. Van Rees.

L'expérience était disposée de la manière suivante :

A Portsmouth était disposée une pile assez énergique dont les deux pôles étaient en communication, par des fils et de larges plaques A et B {fîg. 33), avec le bras de mer qui sépare cette ville de Gospord. Un manipulateur I était interposé sur Vun de ces fils, et le récepteur T, qui était à Gospord, communiquait avec le bras de mer de la même manière que la pile, c'est'à-dire par des plaques C, D. Une distance d'nne demilieue sans fils conducteurs séparait donc le manipulateur du récepteur, et pourtant le récepteur fonctionnait parfaitement quand on faisaàt réagir le manipulateur.

Fig. 23.

Pour peu qu'on réQéchisse à la disposition de cette expérience, il est aisé de voir que la réaction électrique ne se manifeste dans ce cas sur lerécepteur, que par l'effet d'une dérivation du courant. Celui-ci, arrivant en effet aux deuK plaques A et B de la pile immergée, se divise entre deux circuits, l'un complété par ces deux plaques et le liquide interposé, l'autre par les deux plaques immergées C et D du récepteur, le circuit métallique de celui-ci, et le conducteur liquide séparant la pile

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du récepteur. En écartant convenablement Tune de Tautre les plaques de la pile ainsi que celles du récepteur, et en leur donnant des dimensions en rapport avec les résistances que le courant doit vaincre, on peut, avec une pile peu résistante, rendre l'intensité du courant dérivé à travers le récepteur suffisante pour le faire fonctionner, du moins quand la distance qui le sépare du générateur électrique n'est pas très-considérable. Mais, pour de grandes distances, le problème nous parait à peu près insoluble avec les moyens dont on peut généralement disposer, et c'est pourquoi nous doutons fort que Ton puisse jamais, par ce système, établir une communication télégraphique entre l'Angleterre et l'Amérique, ainsi que l'a avancé M. Lindsay.

M. Gintl, en substituaCnt la terre à l'eau de mer dans l'expérience précédente, a constaté des effets analogues ; mais n'ayant pas précisé la distance séparant le récepteur de la pile, il est difficile de savoir si c'est à un effet de dérivation ou à un effet d'influence que l'on doit rapporter le phénomène ; la dérivation ne pourrait en effet exister que par suite d'une conductibilité directe de la terre, et nous avons vu que cette conductibilité directe est très-restrcinte, quand un cours d'eau ou une nappe humide ne se trouvent pas interposés sur le trajet du courant.