CHAPITRE III

Avant d'entamer la troisième période de la relation historique élémentaire que nous faisons de l'électricité, période qui commence par la découverte d'Oersted en 1820, nous* ne pouvons nous dispenser de dire quelques mots sur le magnétisme, considéré par les physiciens, il n'y a pas longtemps, comme un fluide spécial, appelé impondérable par la raison que nous avons indiquée en donnant la définition de l'électricité.

Les mômes considérations que nous avons développées .dors pourraient être répétées ici comme preuves de l'impropriété de celle définition; mais ce serait inutile, car il existe déjà des motifs bien fondés de croire que le magnétisme n'est autre chose qu'un état particulier de l'électricité. Nous aurons plus tard l'occasion de nous en convaincre.

Depuis les temps les plus reculés, on connaît la propriété qu'ont certains minéraux de fer d'attirer des parcelles et même de petits morceaux de ce métal, (les minéraux ont reçu le nom iVaimants, en grec yivvY;;, soit qu'ils existassent en abondance en Magnésie, contrée de la Lydie, et c'est l'opinion la plus probable; soit que le fait rapporté par Pline comme survenu l'an 5200 de la création soit réel. Il raconte qu'un berger nommé Magnes, porteur d'une chaussure ferrée, éprouva un jour une grande difficulté à lever les pieds en passant sur une certaine pierre : celle-ci prit alors le nom du berger, et le donna plus tard à la ville, à cause des mines abondantes qu'on trou-

vait dans ses environs. Ce qu'il y a de certain, c'est que les propriétés de l'aimant, comme celles de l'ambre jaune, semblèrent miraculeuses aux anciens, et qu'ils allèrent jusqu'à leur supposer une âme. •

On donne le nom d' aimants naturels aux oxydes de fer et autres substances qui se rencontrent dans la nature, et qui possèdent la propriété d'attirer le fer, pour les distinguer de ceux qu'on produit artificiellement, soit au moyen de frictions, soit au moyen de l'électricité, comme nous le ferons voir bientôt.

Les aimants artificiels sont des barres ou des aiguilles d'acier trempé qui, après avoir été soumises à une certaine opération, acquièrent les propriétés des aimants naturels et exercent de la môme manière le pouvoir d'attirer à une certaine distance et à travers tous les corps ; comme celle des aimants naturels, leur puissance diminue rapidement, en raison de l'augmentation de la dislance, et varie aussi avec la température, c'est-à-dire que leur puissance diminue quand la température s'élève, et revient à l'état primitif quand celle-ci s'abaisse, à moins pourtant qu'ils n'aient dépassé une certaine limite ; car, chauffés jusqu'au rouge, les aimants perdent entièrement leur pouvoir d'attraction. Ce pouvoir a été appelé force magnétique, et l'on a conservé le nom de magnétisme à la théorie par laquelle on explique ses lois, c'est-à-dire à la science qui embrasse l'étude de ses propriétés.

La force magnétique n'est pas la môme dans toute l'étendue d'un aimant; son maximum réside dans les deux points extrêmes ; elle diminue à mesure qu'elle s'en éloigne et devient tout à fait nulle dans la partie moyenne, comme on peut s'en convaincre en introduisant une barre aimantée dans une grande quantité de

limaille de fer (fig. (>2). Les parties p et p' se recouvrent du métal £n < l'orme de franges ou de houppes hérissées, tandis que la partie mm M reste dépourvue de toute matière

adhérente; et la iorme môme de cette frange de limaille prouve clairement que la force d'attraction va en s'amoindrissant graduellement de p et // en m.

On a donné le nom de pôles magnétiques aux points p el //, où se mnnifeste le maximum d'attraction ; celui de ligne neutre à la partie mm de l'aimant, dans laquelle la force magnétique est nulle ; et c'est un fait constant que tout aimant naturel ou artificiel a deux pôles et une ligne neutre. 11 arrive cependant que, dans l'aimantation des barres et des aiguilles, il se produit quelquefois des pôles intermédiaires entre les deux extrémités, auxquels on a donné le nom de points conséquents; mais, cela étant dû à des circonstances spéciales, nous supposerons toujours, dans les explications qui suivent, le cas général d'un aimant ayant deux pôles et une ligne neutre.

Il semble au premier abord, quand on considère l'aimant de la figure ()c2, que, si on le divisait en deux parties par la ligne mm, on obtiendrait dans chaque morceau un pôle p, où l'attraction serait à son maximum, et un. bout m, où la force magnétique serait insensible ; mais il n'en est point ainsi : chacun des fragments est converti en un nouvel aimant avec ses deux pôles et sa ligne neutre, de sorte que la partie mm, où l'attraction était nulle avant la séparation, devient dans chacun des deux' morceaux un pôle dont la force magnétique est au maximum; et, si l'on subdi\ise ces morceaux, le même phénomène aura lieu sans qu'il y ait de limite à cette propriété, qu'on devra ne pas oublier plus tard, lorsque après en avoir cité une autre non moins importante nous examinerons la théorie du magnétisme.

Les deux pôles d'un aimant semblent identiques quand on les approche d'un morceau de fer ou autre substance magnétique ; mais, si on leur oppose un autre aimant, il y aura attraction ou répulsion , selon qu'on présentera 1 un ou l'autre pôle de ce dernier. Soient par exemple ab et irV deux aiguilles aimantées, suspendues chacune à un fi] (fig. 65), et AB une barre aimantée aussi. Si l'on approche le pôle A de la barre du pôle b de la première aiguille, on observera qu'il y a attraction ; et il en sera de môme avec le

pùlc V de la seconde aiguille; si , au contraire, on présente successivement le même pôle A de la barre aux deux pôles a et a! des aiguilles, il y aura répulsion dans toutes deux. Si c'est le pôle B que l'on présente, il y a attraction des deux pôles aa' et répulsion dans les pôles bb' . Par conséquent, dans tout aimant il y a un pôle qui est attiré et un autre qui est repoussé par chacun des pôles d'un second aimant. D'un autre côté, on a observé que si l'on -approche l'un de l'autre les deux pôles a et a' des aiguilles, qui étaient attirés par le pôle B de la barre, ils se repoussent entre eux; qu'il en est de même des pôles b et b', qui étaient repoussés par le pôle B; et qu'au contraire il y a attraction entre les pôles a et b', a' et b des aiguilles, qui étaient alternativement l'un repoussé et l'autre attiré par les pôle> de la barre. On voit donc que les pôles marqués des mêmes lettres, — et qui, comme nous l'a démontré la barre AB, sont de la même nature, — se repoussent ; et qu'au contraire ceux qui sont marqués de lettres différentes s'attirent entre eux. On peut, par conséquent, établir cette loi sur les actions réciproques de deux aimants : Les pôles du même nom se repoussent, et ceux du nom contraire s'attirent, loi tout à fait identique à celle qui a été établie pour les fluides électriques, et qui, comme nous le verrons, n'est pas la seule analogie qui existe entre l'électricité et le magnétisme.

En effet, le magnétisme agit par influence sur le fer, de la même manière que l'électricité sur les corps bons conducteurs un morceau de ce métal acquiert la force magnétique pour tout le temps qu'il est soumis à l'action d'un aimant, et cesse de la posséder du moment qu'il est soustrait à son influence. La

figure 64 représente la manière dont on peut démontrer cette propriété par une expérience : /"est un cylindre de fer soutenu par un aimant ab ;si de ce cylindre on approche de la limaille de fer, celle-ci v adhérera dans la forme indiquée plus haut (page l(J8)et y restera suspendue pendant tout le temps qu'il de-

meurera en contact avec l'aimant ; mais, au moment où ce con - Ud cessera, toute la limaille tombera, et on n'observera plus dans le cylindre aucune force d'attraction. Pour se convaincre que l'aimant agit par influence sur le morceau de fer fcl le convertit eu un corps aimanté, et que ce n'est pas l'attraction direde que peut exercer à dislance l'aimant ab qui maintient la limaille adhérente, il suffit d'observer que si le cylindre f est •1 une autre substance non magnétique, les limailles n'y adhèrenl pas, que les franges de limaille qu'attire le cylindre /"diminuent d'épaisseur à mesure qu'elles s'éloignent de l'extrémité, et qu'il y a un endroit où elles ne peuvent pas adhérer, endroit qui correspond à la ligne neutre, enfin qu'on les revoit au-dessus de cet endroit, mais en sens contraire.

Si au lieu de limaille on présente au cylindre f un autre cylindre pareil et à celui-ci d'autres encore, ils adhèrent tous les uns aux autres en formant une chaîne magnétique (lig. G5) dont les morceaux se désuniront aussitôt que l'on séparera l'aimant ab du premier cylindre.

L'action des aimants par influence a lieu non-seulement par le contact, mais à distance : il suffit, par exemple, pour qu'un cylindre de fer doux devienne magnétique, de l'approcher du pèle d'un aimant. Cette action peut être démontrée avec évidence et d'une manière très-simple, en suspendant deux petits morceaux de fil de fer à deux brins de soie, comme les deux petites boules de moelle de sureau d'un électroscope; on approche de ces morceaux de fil de fer l'un des pôles d'une barre aimantée, et on les voit aussitôt se séparer l'un de l'autre par reflet de répulsion qu'exercent les pôles de même nom, et que ces morceaux de til de fer ont acquis à leurs bouts supérieurs ou inférieurs : l'aimant est à peine éloigné, que les deux morceaux se rapprochent et reprennent la position verticale, ce qui prouve que l'aimantation a cessé.

Connaissant déjà ces trois propriétés fondamentales :

1° Que quand un aimant est divisé en morceaux, chacun de ces morceaux devient un nouvel aimant ;

2° Que, dans les aimants, les pôles de môme nom se repoussent et ceux de nom contraire s'attirent;

5° Que les aimants agissent par influence sur les corps magnétiques ,

Nous pouvons exposer la théorie du magnétisme.

Les anciens, qui n'avaient observé dans l'aimant que sa propropriété d'attirer le 1er, ne purent donner à ce sujet que ces explications vagues auxquelles en se borne toujours pour des faits uniques dans leur genre et difficilement compris. Thalès et Anaxa gore disaient donc que l'aimant est doué d'une âme capable d'attirer et de mouvoir le fer; Cornélius Gemma, qu'il y avait entre le fer et l'aimant des fils rayonnants invisibles ; d'autres, qu'il y avait une sympathie; d'autres, une similitude; d'autres, une différence de parties : toutes expjications qui n'expriment que le fait. Épicure supposait que les atomes de fer conviennent à ceu\ de l'aimant et qu'ils s'accrochent; Plutarque imaginait qu'il y avait autour de l'aimant une émanation capable de faire le vide: d'autres aimaient mieux supposer des vapeurs ; Cardan prétendail que le fer est attiré parce qu'il est froid ; et Costeo de Lodi, médecin, regardait le fer comme la nourriture de l'aimant : en comparant ainsi les phénomènes magnétiques à quelque autre phénomène naturel, on pouvait multiplier les hypothèses à l'infini, et c'est ce qu'on n'a pas manqué de faire, (iilbert fut assez hardi pour condamner toutes ces explications et autres pareilles; en même temps il fut assez bon philosophe pour n'en proposer aucune à leur place. Descartes vint ensuite avec ses tourbillons el sa matière cannelée : comme il expliquait tout, il expliqua aussi le magnétisme; son système fut adopté, et continué pendant plus d'un siècle dans les ouvrages de ses disciples. Descail^ suppose qu'un tourbillon de matière subtile passe rapidement sur la terre, allant de l'équateur vers chacun des pôles; la nia tière ne l'arrête pas parce qu'elle est poreuse, mais les substances magnétiques, ayant des molécules rameuses très mêlées, opposent au tourbillon une résistance plus grande que les autre*

corps; enfin il émet une foule d'autres idées du môme genre, et l'on ne sait, comme dit très-bien M. Pouillet, ce qu'il faut le plus admirer, ou qu'elles aient été inventées par Descartes, ou que, pendant un siècle, elles aient été reproduites et approuvées par des hommes éminents comme Euler et Daniell Bernouilli.

OEpinus soumit au calcul tous les phénomènes magnétiques, el voulut démontrer qu'ils peuvent être déduits des lois de l'attraction et de la répulsion, adoptant ainsi la vraie méthode expérimentale el levant l'espèce de voile dont l'esprit de système recouvre la réalité des choses.

Ce même OEpinus n'avait admis qu'un seul fluide magnétique"; mais après lui, tout en conservant ses principes, on admit deux lluides différents, qui reçurent plus tard le nom, — nous dirons ' pourquoi, — l'un dé fluide austral, et l'autre de fluide boréal. La combinaison de ces deux fluides constituait l'état naturel ,.et leur séparation Y état magnétique; mais on supposait que ces fluides, une fois séparés, pouvaient traverser les corps et se répartir dans la masse pour produire les phénomènes que nous avons fait connaître. Voyons maintenant les considérations qui durent décider Coulomb à adopter la théorie qui subsisterait peut-être encore sans les découvertes dont nous parlerons dans le prochain chapi- Ire, et qui sont venues la modifier considérablement.

L'analogie surprenante qui existe entre quelques-uns des phénomènes magnétiques et les phénomènes électriques semblait conduire naturellement à attribuer les premiers à deux fluides magnétiques doués de propriétés du môme genre que celles des deux lluides électriques, et à supposer que le fluide magnétique nord est la cause des effets que produit le pôle austral d'un aimant : et le fluide sud celle des phénomènes que présente le pùle boréal.

L'analogie est, à notre avis, plus grande que ne le supposent certains auteurs, M. de la Hive, par exemple, qui, tout en l'admettant dans ce fait que les fluides de même nom se repoussent et ceux de nom contraire s'attirent, ne veut pas aller plus loin, dit-il. « parce que l'expérience a démontré que les fluides électriques et les fluides magnétiques n'exercent mutuellement au-

204 l/faFCTftlUTÉ RT LES CUEMINS l»K FER.

cime influence les uns sur les autres, et parce que les lluide> électriques peuvent se manifester dans tous les corps, tandis qu*1 les (lu ides magnétiques ne sont sensibles que dans un petit nombre d'entre eux. » Ce dernier argument nous semble de bien peu de valeur du moment que les expériences de le Baillif, Ara«o. Faraday et Hecquerel, ont démontré que l'action des aimants s'exerce sur tous les corps, et quand le nombre des substances magnétiques était si restreint il n'y a pas longtemps, qu'on doutait même que celte propriété appartint à un autre corps qu: le 1er. Quant au premier des arguments de M. de la Rive, les faits sont venus démontrer qu'il ne pouvait être plus mal fondt, car l'influence mutuelle des fluides électrique et. magnétique est m grande, si nécessaire pour ainsi dire, qu'on est venu à considérer l'un comme la conséquence de l'autre.

Mais revenons à la théorie du magnétisme par Coulomb. Ce savant ne put se dispenser d'adopter l'idée de deux fluides analogues par leurs propriétés aux deux fluides électriques; mais il lui fut impossible d'admettre qu'une fois séparés ils pouvaient \ traverser les corps et se répartir dans leur masse en occupant chacun son pôle. Le fait que nous avons cité de la division de> aimants en morceaux qui deviennent de nouveaux aimants donnerait plutôt a supposer que les deux fluides magnétiques se trouvent dans chacune des molécules d'une substance magnétique; que, dans l'état naturel, ces deux fluides sont neutralises l'un par l'autre et qu'il n'y a aucune action entre eux; mais quo I aimantation les sépare sans que, pour cela, ils abandonnent la particule qui les contient ; seulement les fluides de la même espèce se dirigent d'un même côté des molécules, et ceux de lautre espèce du côté opposé. Qu'on suppose une rangée de molécules placées les unes à la suite des autres <fig. 66) ; si l'on promène dans toute la longueur le pôle austral d'un aimant, ce [hMc décomposera successivement le magnétisme naturel dechacune des particules sur lesquelles il passera : il attirera le fluide sud vers 1 extrémité du cote où il marche, el repoussera le fluide non! à I extrémité opposée. IV cette manière, chaque particule a un pôle dans la direction que suit l'aimant, et un pôle nord

MAGNÉTISME. 205 im la direction contraire ; et on trouvera par conséquent un pôle sud au côté extérieur de la dernière particule touchée par l'aimant, et un pôle nord au coté extérieur de la première. Ces deux pôles «eront les seuls qui agiront, car les fluides contraires des molécules infermédiaires se dissimuleront mutuellement. Et nous disons qu'ils *e dissimulent et non qu'ils se détruisent, parce qu'en eiïet ils ne se détruisent pas, comme le frouve l'expérience déjà mentionnée de la barre aimantée, divisée et subdivisée, dont chaque morceau devient un nouvel aii niant; les deux pôles qui se présentent sont dus aux magnélismes contraires qui se trouvaient aux extrémités opposées des particules contigués qu'a séparées la rupture. Si les deux fluides Avaient été détruits et non dissimulés, ils ne seraient pas redeunus libres par la simple séparation des deux molécules.

La nature des deux pôles qui se présentent sur chaque point •le rupture est entièrement d'accord avec la théorie, comme le démontre parfaitement bien la ligure 66.

Cette propriété que nous attribuons aux deux fluides de pouvoir se dissimuler sans se détruire peut être directement mise en lumière par une expérience. Il suflit de suspendre un objet quelconque en fer doux à l'un des pôles d'une barre aimantée et d'approcher par-dessus le pôle opposé d'une autre barre semblable. Au moment où a lieu le contact des deux pôles contraires, et même avant, l'objet en fer se détache; et il est impossible de le faire adhérer de nouveau tant que les pôles contraires des deux harres continuent d'être en contact : preuve évidente que l'action •le l'un était momentanément neutralisée par l'autre, c'est-à-dire Mmulée; en eiïet, aussitôt qu'on les sépare, chacun reprend l'énergie qui lui est propre.

11 y a une cause qui modifie sensiblement la distribution du magnétisme libre dans les aimants et influe sur la situation des pôles; celle cause est l'action mutuelle qu'exercent entre eux les Jeux pôles, et qui recompose une grande partie du magnétisme

20ft L ÉLECTRICITÉ ET LES CHEMINS DE FER.

développé par l'aimant extérieur dans l'acte de l'aimantation, surtout quand les aimants sont très-courts; raison par laquelle on observe dans ceux-ci moins de fluide magnétique que dans ceux d'une grande longueur. Dans ces derniers, la réaction magnétique d'un pôle sur l'autre est moins sensible, mais elle a lieu sur les parties intermédiaires, et, en y détruisant l'équilibre qui y existait, produit les points conséquents qu'on remarque dan> certaines barres très-longues.

L'exemple que nous avons donné dans la figure GO pour expliquer la théorie du magnétisme, en supposant une seule rangèt de molécules, n'est qu'un cas théorique ; en réalité, un aimant est une réunion de rangées semblables qui seraient parallèles entre elles dans une barre parfaitement cylindrique ou prismatique ; et alors, abstraction faite de la réaction mutuelle dont nous venons de parler, les pôles se trouveraient aux extrémités de la barre, car c'est par ces points que passerait la résultante de toutes les forces émanées des pôles situés à l'extrémité de chaque rangée. Mais ce résultat n'a jamais lieu, car, par suite de la structure moléculaire du métal, les rangées de particules ne sont jamais parfaitement parallèles ; et c'est là encore une des cause* qui modifient la distribution du magnétisme et influent sur la situation des pôles.

La théorie du magnétisme que nous venons d'exposer suppose implicitement l'existence d'une force, qu'on a nommée force coercitive, et qui est analogue à la force isolante qui, dans l'électritricité, maintient séparés les deux fluides dans les corps dont les molécules sont polarisées.

On peut donc définir la force coercitive en disant qu'elle est la forte qui maintient séparés les deux magnétismes dans chaque molécule et les empêche d'obéir à leur attraction mutuelle.

Cette force doit s'opposer aussi à leur séparation et rendre par conséquent l'aimantation dilficultucusc. Kn effet, l'on observe que les corps les moins faciles à aimanter, comme l'acier trempé, sont ceux qui conservent le mieux l'aimantation, et qu'au contraire ceux qui s'aimantent facilement, comme le fer doux, perdent immédiatement leur magnétisme. Les premiers ont une

force coercitive considérable ; dans les seconds, elle est presque nulle. La chaleur détruit la force coercitive, et, par cette raison,, les corps aimantés perdent leur magnétisme quand on les expose à une température élevée. Les actions mécaniques ont sur la force coercitive la môme influence que la chaleur, bien qu'on observe quelquefois le contraire : en effet, au moyen de la pression ou de la torsion, ainsi que par l'oxydation, le fer doux est susceptible d'acquérir une certaine force coercitive, quoique peu durable.

On crut pendant longtemps que l'action des aimants sur les corps se bornait au fer et à ses composés, jusqu'à ce qu'enfin Coulomb observa, en 1802, que les aimants agissent sur tous les corps d'une manière plus ou moins marquée. Les phénomènes observés par lui furent attribués à la présence de matières ferrugineuses dans les objets soumis aux expériences; mais le Bâillif d'abord et plus tard MM. Becquerel père et fils ont démontré d'une manière irréfutable l'exactitude des observations faites par Coulomb.

L'action est tantôt attractive, tantôt répulsive, et cette dernière propriété, que possède le bismuth à un plus haut degré qu'aucun mire corps, fut observée parBrugmans en 1778, et par leBaillif m 1828. M. Becquerel prétend avoir fait à cette même époque des expériences qui prouvaient la répulsion de certains corps quand on les approchait d'un aimant dans de certaines conditions; mais c'est Faraday qui a mis de nouveau en évidence la propriété • xlraordina ire observée parBrugmans. En 1848, il reconnut, au moyen d'un puissant électro-aimant (aimant artificiel beaucoup plus énergique que les aimants ordinaires, et que nous ferons connaître plus tard), que non-seulement le bismuth et plusieurs autres métaux,. mais aussi le phosphore, le soufre, l'eau, l'alcool '-t plusieurs autres corps solides, liquides et gazeux, sont repoussés par les pôles d'un aimant ; et que, au lieu de prendre la position axiale de la figure 07 qu'affectent les

corps magnétiques, ils prennent la position équatoriale de la figure 08.

Faraday crut que l'on devait admettre dans la matière une nouvelle propriété inverse de celle que possède le 1er, et' qu'il

fallait diviserjes corps en magnétiques, ou capables d'être attirés par un aimant, et en diamayntUques, ou repoussés par le fluide magnétique libre. Cette opinion 3 été généralement adoptée; de là F,g* vient le nom de (lia magnétisme,

par lequel on désigne l'ensemble de phénomènes que présentent les substances diamagnétiques.

M. Edmond Becquerel, cependant, explique les phénomènes diîimngnétiqucs d une manière très-ingénieuse : il considère tous 1rs corps comme magnétiques, quoique à un degré différent, H n'admet par conséquent qu'un genre d'action entre les corps el ks iiimants; quant à la répulsion exercée sur certaines subornées, il l'attribue à ce qu'elles se trouvent dans un milieu indéfini plus magnétique qu'elles-mêmes.

Les phénomènes du magnétisme que nous avons fait connai- Irc ne sont ni les seuls ni les plus surprenants que l'on connaisse Les aimants ont une autre propriété merveilleuse, qui 21 donné lieu à l'application la plus importante que les hommes aient peut-être jamais faite dans le cours des siècles : cette propriété est celle que possède une aiguille aimantée librement suspendue par son centre de se diriger vers les mêmes points de

l'espace. 0

On prétend que celte propriété est connue des Arabes et des Chinois depuis un temps immémorial; car, d'après des documents cités dans la Description de l'empire de la Chine, par Dohalde, ses habitants se servaient de la boussole pour voyager par terre, plus de mille ans avant Jésus-Christ.

L'opinion générale attribue à Marco Polo la gloire d'avoir apporté la boussole en Europe, au retour de son voyage en Chine, eil l'J'Jû; mais M. Becquerel, dans sa Relation historique sur /V-

leetrtàtéet le magnétisme, assure que Marco Polo n'en a pas parlé dans la relation qu'il écrivit de ses voyages, et il cile un manuscrit du douzième siècle, attribué à Guyot de Provins, où il est fait mention de la boussole, connue alors sous le nom de marinière. Il cite aussi l'Histoire orientale de Jacques de Vilry, qui vivait en l'idô, où il est question de l'aiguille magnétique, et où il est dit qu elle était nécessaire et indispensable même aux voyageurs <ur mer. D'autres ont supposé que son invention est due à Flavius Gioja, d'Amalfi, dans le royaume de Naples, qui vivait à la rtn du treizième siècle. Il est donc assez difficile de remonter à l'origine de la boussole, et le nom de son inventeur reste couvert d'un voile impénétrable. Ce qu'il y a de certain, c'est que Colomb, Vasco de Gama et tous les navigateurs du quinzième siècle . eu tirent usage dans leurs longs voyages.

Le fait fondamental sur lequel repose la construction de la boussole est, comme nous l'avons dit, que, dès quon suspend librement une aiguille aimantée, ses pôles, au lieu de rester dans une position quelconque, prennent toujours une direction qui se «approche plus ou moins de la ligne nord-sud de la terre. Si, au lieu de la suspendre à un fil, on la laisse flotter sur l'eau soutenue par un morceau de liège, elle prend immédiatement la direction susdite, sans se rapprocher ni de l'un ni de l'autre pôle de la terre, mais en tournant sur elle-même; par conséquent, I action des pôles terrestres sur les aimants n'est pas attractive, mais seulement directrice, comme si elle était le résultat de deux forces égales et parallèles appliquées aux extrémités de l'aiguille cl agissant en sens contraire, l'une vers l'un des pôles, l'autre vers l'autre pôle de la terre.

En répétant l'expérience avec différentes aiguilles et sur différents points du globe, on a vu que tous les pôles de même nom se dirigeaient vers le nord, et ceux de nom contraire vers le sud ; °n a donc comparé la terre à un grand aimant dont les pôles seraient les pôles terrestres, et dont la ligne neutre coïnciderait ^ecl'équateur; et, comme on sait que les fluides de même nom ^repoussent et ceux de nom contraire s'attirent, on est convenu de nommer pôle austral de l'aiguille celui qui se dirige vers le i. 14

pôle nord de la terre, et que Ton suppose contenir le fluide austral, et pôle boréal celui qui contient le fluide boréal et se dirige par conséquent vers le pôle sud de la terre. Ce ne fut pourtant qu'après bien du temps qu'on arriva à cette conclusion, car on supposa d'abord que la force qui attire l'aiguille magnétique au nord résidait dans une petite étoile qui forme la queue de la Grande Ourse; d'autres la plaçaient plus loin encore, et Gilbert fut le premier qui, à la fin du seizième siècle, démontra qu'on devait la chercher dans le globe terrestre lui-môme.

De même qu'on nomme méridien astronomique d'un lieu quelconque le plan qui passe par ce lieu et les pôles de la terre, de môme on donne le nom de méridien magnétique d'un lieu au plan qui passe par ce lieu et par les deux pôles d'une aiguille aimantée mobile, en équilibre sur un axe vertical.

Dans le principe, on croyait que le pôle austral d'une aiguille aimantée se dirigeait toujours vers le nord ; mais on ne tarda pas i\ observer le contraire, et Colomb, lors de son premier voyage en 1492, parait être le premier qui s'aperçut que sa direction n'est pas constante; quoique Thévenot assure dans ses Voyages qu'il a vu une lettre de Pierre Adzige, écrite en 1269, dans laquelle il disait positivement que l'aiguille déclinait 5°, c'est-àdire que l'angle formé par le méridien astronomique et le méridien magnétique, et qu'on a désigné sous le nom d'angle de déclinaison, était de 5°. Les observations de quelque exactitude les pfus anciennerqent failestôur la déclinaison de l'aiguille aimantée datent de 1550 à Paris.

Gunter, professeur au collège de Gresham, fut le premier qui observa à Londres que la déclinaison de l'aiguille magnétique au même point varie avec le temps; il fit cette découverte en observant la déclinaison à Londres en 1022; car il trouva qu elle était de 6° 15' vers l'orient, quand Robert Normann l'avait fixée ;i 11° 15' à l'orient aussi, en 1580. A cette époque, le nord magnétique de la terre se trouvait à l'est, car le pôle austral de l'aiguille à Paris se séparait de 11° 5U' du méridien astronomique vers l est ; en 1603, l'angle de déclinaison était nul, car les deux méridiens magnétique et astronomique se confondaient ; il varia

alors vers l'ouest, et augmenta jusqu'en 1814, où il atteignit 22f54'0.; depuis cette époque, sa marche est décroissante, et aujourd'hui (décembre 1856) l'aiguille marque 19° 50' 0. *.

Outre les variations que nous venons d'indiquer et qui ont reçu le nom de séculaires, l'aiguille magnétique en éprouve d'autres. Celles que fit connaître Cassini en 1784 furent nommées annuelles, et à cette époque elles avaient lieu de la manière suivante : de l'équinoxe du printemps au solstice d'été, l'aiguille rétrogradait à Paris vers l'est, et avançait au contraire vers l'ouest dans les neuf mois suivants. Le maximum d'amplitude observé dans la même année fut de vingt minutes. Les variations annuelles ne semblent pas constantes ; il est vrai qu'elles sont très-peu connues jusqu'à présent.

Celles qu'on appelle diurnes, découvertes par Graham vers la fin de 1722, sont très-faibles, et ne peuvent être observées qu'avec des aiguilles très-longues et à l'aide d'instruments très-sensibles. A l'aide de ces derniers, on a pu voir que, dans nos climats, l'extrémité nord de l'aiguille marche tous les jours de l'est à l'ouest, depuis le lever du soleil jusqu'à une heure du soir, et vient en rétrogradant occuper à dix heures du ^oir la môme position à peu près qu'elle occupait le matin. Pendant la nuit elle varie à peine, mais elle éprouve cependant une certaine tendance vers l'ouest.

La déclinaison de l'aiguille magnétique éprouve des altérations accidentelles dans ses variations diurnes, par suite de différentes causes, entre autres les aurores boréales, les éruptions volcaniques et la chute de la foudre. Ces variations ont reçu le nom de perturbations.

Tour mesurer la déclinaison magnétique d'un lieu quelconque, (»n a inventé un instrument (fig. 69) nommé boussole de déclinaimm, qui consiste en un cercle horizontal divisé en degrés, et au centre duquel se dresse une pointe en acier sur laquelle tourne, parfaitement en équilibre, une aiguille d'acier ou barre aiman-

1 Nous devons; cette communication, ainsi que celle de l'inclinaison de l'aiguille ma- Clique à la même époque, ù l'obligeance de 11. hou de Villarceau, de l'Observatoire •le l'an*. *

têe. Pour rendre le frottement aussi faible que possible, cctle aiguille porte à son milieu une chape en agate ou tout autre corps dur, et c'est par ce point qu'elle s'appuie sur le pivot.

Le méridien astronomique une fois connu, il est très-facile, au moyen de la boussole, de connaître aussi le méridien magnétique : il suflit de placer dans la direction du méridien astronomique le diamètre du cercle qui passe par la division 0°, c'est-àdire la ligne N. S., et l'aiguille marquera le nombre de degrés de la déclinaison orientale ou occidentale. Dans la ligure 69, l'aiguille marque une déclinaison de 18° à l est.

Four trouver le méridien astronomique quand on connaît la déclinaison, il n'y a qu'à faire tourner la boussole dans le sens de la déclinaison, jusqu'à ce que l'aiguille marque sur le cercle le nombre de degrés correspondants. La prolongation du diamètre N. S. sera le méridien astronomique.

Les indications de la déclinaison par la boussole, telles que nous venons de les faire connaître, ne sont exactes qu'autant que Taxe magnétique, c'est-à-dire la ligne qui passe par les deux pôles de l'aiguille, coïncide avec Taxe de figure, c'est-à-dire avec la ligne droite qui unit les deux extrémités. Mais, comme cela n'arrive pas généralement, il faut avoir soin de corriger l'erreur, ce qui peut se faire par la méthode de Y inversion, qui consiste à loucher l'aiguille de manière que la face qui était en bas se trouve vil haut; alors, en prenant le terme moyen des deux angles mar-

qués par l'aiguille, on obtiendra la déclinaison exacte. Le simple examen de la figure 70 suffira pour rendre cela évident, sans qu'il soit nécessaire de nous arrêter à de plus longues explications.

La boussole a aussi été appliquée à la géodésie, comme tout instrument avec lequel on peut mesurer des angles, et c'est à elle qu'on doit en grande partie les progrés dans l'art d'explorer les mines; mais la plus importante de ses applications est celle qu'on en a faite à la navigation : avec son secours, on est parvenu à se diriger sur l'immensité des mers avec autant de certitude que sur la terre, où les moyens d'orientation sont si nombreux. »

Kig. 71

\& boussole marine, nommée aussi compas de variation, ne diffère de la boussole ordinaire de déclinaison qu'en deux points : l' en ce que l'aiguille est fixée à un cercle en carton léger ou en tôle, sur lequel est tracée une étoile ou rose à trente-deux rayons, qui a reçu le nom de rose des vents, où sont marqués les huit rurabs, les demi-rumbs et les quarts; 2° en ce qu'on la suspend de manière qu'elle puisse conserver sa position horizontale malgré le mouvement du navire. Cette méthode de suspension, dite de Cardan, consiste à assujettir la boussole à deux anneaux concentriques pouvant tourner chacun autour d'un axe, et situés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre (fig. 71). La boite dans laquelle est enfermée la boussole a reçu le nom d'/ia-

bitacle , et est fixée sur le pont à l'arrière du vaisseau : on l'oriente de manière que la ligne de /ot, tracée sur les bords de la boite, coïncide avec le centre de l'aiguille dans la direction de la quille du bâtiment. Connaissant lerumb qu'il faut suivre, le timonier n'a plus qu'à tourner le gouvernail jusqu'à ce que le rayon correspondant de la rose des vents coïncide avec la ligne de foi. 11 faut toutefois tenir compte dés variations de déclinaison dan> les différents points du globe et faire les corrections indispensables.

En 4576, Robert Normann, fabricant d'instruments de physique à Londres, découvrit que l'aiguille aimantée éprouvait encore une autre espèce de variation. On avait remarqué plusieurs fois que l'aiguille perdait son horizontalité en se rapprochant du nord, et que son pôle austral s'inclinait au-dessous du plan horizontal qui passe par le point de suspension. Ne sachant à quelle cause attribuer ce fait, on supposait simplement que l'aiguille n'était pas suspendue bien exactement par son centre de gravité. Robert Normann lui appliqua un contre-poids pour rétablir l'horizontalité; mais il s'aperçut qu'il fallait nécessairement changer ce contre-poids, selon l'endroit où on se trouvait, et cette circonstance le conduisit à découvrir l'inclinaison magnétique. On ne larda pas à voir que, pour bien observer ce phénomène, il fallait que l'aiguille pût se mouvoir librement dans le plan du méridien magnétique, ce qu'on obtint en la suspendant par son centre à un axe perpendiculaire à ce plan. Quand l'aiguille n'est pas aimantée, elle conserve une direction horizontale; mais, au moment où on lui communique la propriété magnétique, elle s'écarte aV l'horizontale d'un certain nombre de degrés ; son pôle austral, dans notre hémisphère, s'incline constamment vers la terre, dans la direction du pôle boréal de celle-ci; et, dans l'hémisphère opposé, le pôle boréal de l'aiguille s'incline à son tour vers le pôle austral du globe.

Quand le plan vertical dans lequel se meut l'aiguille coïncide avec le méridien magnétique, on appelle inclinaison l'angle qu'elle forme avec l'horizon, et, pour le mesurer, on se sert de l'instrument que représente la figure 72, nommée boussole d'iit-

maison. Elle se compose d'un cercle gradué horizontal m, reposant sur trois vis; sur ce cercle il y a une plaque A, qui tourne autour d'un axe vertical et qui, au moyen de deux colonnes, sou-

Fig. 71

tient un second cercle gradué vertical M; un châssis soutient l'aiguille ab, dont les pôles parcourent la circonférence graduée où Ion peut voir l'inclinaison. Le niveau u sert à placer bien horizontalement le diamètre 00, au moyen des trois vis, avant de laire l'observation.

La déclinaison magnétique du lieu où l'on fait l'observation étant connue, il suffit de placer le limbe vertical dans cette direction et d'y lire le numéro indiqué par l'aiguille. Si l'on ne veut pas fixer préalablement la déclinaison au moyen d'une autre boussole, il faudra tourner l'instrument jusqu'à ce que l'aiguille soit entièrement verticale ; alors on n'a qu'à faire virer de ÎH)° le limbe vertical, et il se trouvera dans la direction du méridien magnétique. En effet, l'aiguille magnétique, sollicitée par deux forces qui sont toutes deux dans le plan du méridien magnétique, et ne pouvant obéir à la force horizontale parce que l'axe de suspension l'en empêche, vient se placer verticalement, cédant à

l'autre force, qui est verticale et qui agit dans un plan perpendiculaire a celui dans lequel se meut l'aiguille. On voit donc que plus l'angle formé par le limbe vertical et le méridien magnétique sera petit, moins l'aiguille s'inclinera, parce que l'action de la force horizontale augmente. On a ainsi un moyen simple de se rendre compte de l'inclinaison d'un lieu, qui sera toujours l'angle le plus petit marqué par l'aiguille.

On a appelé équateur magnétique la courbe qui passe par tous les points où l'inclinaison est nulle, et pôles magnétiques les points où l'inclinaison est de 90°.

L'inclinaison ne varie pas seulement d'un lieu à un autre, mais aussi d'une époque à l'autre dans le même endroit. En 1671, elle était de 75° à Paris; en 1798, date à laquelle on commença à faire avec plus d'exactitude les observations, elle était de 69* 5t' et, depuis 1N35, époque où la boussole marquait 67° 24', elle continua de diminuer, à ce qu'il parait, de o' par an régulièrement; au mois de décembre 1853, elle était de GG° 28', et, par conséquent, en décembre 1856, elle devait être de 66° 19'; en effet, d'après une note que nous devons à l'obligeance de M. de Villarcenu, l'inclinaison moyenne, audit mois, était de 66*,W à l'Observatoire de Paris.

Il peut exister dans les observations de l'inclinaison dem causes d'erreur dont il faut tenir compte afin d'y remédier: P Taxe magnétique de l'aiguille peut ne pas coïncider avec l'axe de ligure et produire des erreurs dans le genre de celles que nous avons indiquées, ainsi que le moyen de les éviter, en parlant de la déclinaison magnétique ; 2° le centre de gravité de l'aiguille peut ne pas coïncider avec l'axe de suspension et donner, par conséquent, un angle trop grand ou trop petit. On évite celle cause d'erreur en changeant les pôles de l'aiguille, ce qu'on obtient en la frottant avec les pôles contraires de deux barres aimantées, do manière que chaque pôle de l'aiguille reçoive le IVotletnenl «lit pôle du même nom. La direction de l'aiguille esl alors tout a lait opposée, et, si son centre de gravité était d'abord Mtr le point do suspension, il restera maintenant en dessous, cl I angle d inclinaison qui était trop petit se trouvera trop grand:

il suffira donc alors de prendre le ternie moyen des deux résultais pour avoir la valeur exacte de l'angle d'inclinaison.

On donne le nom d'aiguille asiatique à une aiguille qui, après avoir été aimantée, est soustraite à l'action magnétique de la terre; et de système astatique à la réunion de deux aiguilles de la même force, placées parallèlement et avec les pôles contraires en regard, comme l'indique la figure 73. Nous verrons plus tard une application très-importante de ce système.

Us physiciens n'eurent pendant longtemps qu'un moyen de déterminer l'action des forces magnétiques. On mettait en contact avec l une des extrémités de l'aimant qu'on voulait expérimenter un morceau de fer doux, que l'on chargeait ensuite avec des poids jusqu'à ce qu'il se détachât, et le *,g'73' poids total de cette charge déterminait la force de l'aimant. Entre autres causes d'erreur, ce procédé en renfermait une qui provient d une propriété singulière des aimants, encore inexpliquée : colle de s affaiblir quand on les surcharge; c'est-à-dire que, si un aimant peut soutenir facilement un poids de vingt kilogrammes et si, lentement et graduellement, de jour en jour, par exemple, on ajoute un nouveau poids, on pourra augmenter la charge jusqu'à 30 kilogrammes ou peut-être plus ; mais, du moment où le contact cesse et où la charge se détache par excès de poids, l'aimant se refuse à la reprendre, il ne mord pas, comme on dit en termes techniques, et il faut recommencer à lui faire supporter une charge moindre que les 20 kilogrammes qu'il supportait facilement auparavant; cependant, avec certaines précautions et surtout avec le temps, on parvient à le fortifier de nouveau et à lui rendre sa vigueur primitive. Que l'on juge si cette propriété de l'aimant suffit pour faire condamner l'ancien procédé employé pour mesurer l'action des forces magnétiques, et s'il était possible d'obtenir la moindre exactitude dans les observations. * Coulomb proposa, en 1789, deux méthodes au moyen des-

quelles on peut préciser l'intensité des forces magnétiques : celle de la balance de torsion et celle des oscillations.

La première méthode, analogue à celle qu'il employa en 4785 pour déterminer les lois des attractions et des répulsions électriques, est fondée sur le même principe, et il se servit du mémo appareil, que nous n'avons point décrit dans notre premier chapitre, nous proposant de le faire ici.

La balance de torsion consiste en une cage en verre (fig. 74) dont le couvercle, en verre aussi, est percé d'une ouverture prés

Fig. 74.

de l'un des bords, destinée à introduire un aimant ab. Au centre de ce couvercle, il y a une seconde ouverture à laquelle on adapte un tube en verre qui peut tourner ù frottement sur les bords de l'orifice. Ce tube porte à sa partie supérieure un micromètre, dont une pièce D, fixe, est divisée en 300°, et une autre E, mobile, porte un point de repère qui indique sur la pièce fixe de combien de degrés elle a tourné. Au disque E sont fixés deux montants traversés par un axe horizontal sur lequel s'enroule un fil très-fin en argent qui soutient une aiguille aimantée AB; et enfin, dans le fond de la cage se trouve un cercle gradué destiné à con-

slater les mouvements de l'aiguille aimantée Afî, et par conséquent la torsion du fil d'argent.

Voyons maintenant comment on peut se servir de cet appareil. On place le point de repère a du disque mobile devant le zéro de ia division du disque fixe D, et l'on pose la cage de manière que k centre et le zéro du cercle inférieur se trouvent dans la direction du méridien magnétique. On retire l'aiguille aimantée AB de l'espèce d'étrier qui termine le fil d'argent, on la remplace par une autre aiguille d'un métal quelconque, et, si le fil n'est pas tordu, cette aiguille sera aussi sur le zéro du cercle inférieur; dans le cas contraire, on tourne le tube de verre, et avec lui tournent les deux pièces E et D du micromètre, ainsi que le fil d'argent et l'aiguille, jusqu'à ce que celle-ci soit dans la direction indiquée ; alors on replace l'aiguille aimantée AB, et, si elle marque le zéro, on peut être sûr qu'elle est dans le sens du méridien magnétique et que le fil est sans torsion.

Avant d'introduire 1 aimant ab que l'on veut essayer, il faut connaître l'action directrice de la terre sur l'aiguille AB quand celle-ci n'est pas dans le sens du méridien magnétique ; pour cela on fait tourner la pièce E du micromètre jusqu'à ce que l'aiguille éloigne d'un degré du méridien, et alors le point de repère a marquera sur le cercle du micromètre D le nombre de degrés de torsion qu'il a fallu donner au fil pour vaincre Faction directrice de la terre, plus un, que l'aiguille a parcouru.

L'action directrice de la terre étant connue, on introduit l'aimant ab de manière que les deux pôles du même nom soient en présence l'un de l'autre, et le pôle A de l'aiguille mobile est repoussé d'un certain nombre de degrés, qui mesurent l'angle de dation ou d'écart. On tourne ensuite la pièce E du micromètre pour approcher l'aiguille ABde l'aimant vertical ofr, et, dans chaque position que l'on veut observer, on mesure les angles et les forces répulsives.

Par cette méthode, Coulomb put formuler en 1789 la loi suivante: Les attractions et les répulsions magnétiques s exercent en won inverse du carré de la distance.

U méthode des oscillations consiste à faire osciller une aiguille

m L'ÉLECTRICITÉ ET LES CHEMINS DE FER.

aimantée pendant des intervalles detempségaux, d'abord souslinfluence seule de la terre et ensuite sous celle de la terre combinée avec celle du pôle attractif d'un aimant placé successivement à deux distances différentes* Du nombre d'oscillations dans chacun de ces trois cas on déduit par le calcul la loi de Coulomb.

Par des méthodes analogues à celle de ce dernier, puisqu'elles consistent à faire osciller une aiguille d'inclinaison ou de déclinaison pendant un temps donné* à des époques et dans des lieux différents, les physiciens sont parvenus à déterminer l'intensité magnétique du globe dans plusieurs endroits. Ces observations ont conduit aux résultats suivants :

1° L'intensité du magnétisme terrestre augmente à mesure qu'on s'éloigne de l'équateur magnétique, où elle semble être une fois et demie plus faible qu'aux pôles. La ligne sans inclinaison est donc en même temps la ligne de moindre intensité.

c2° L'intensité magnétique du globe décroit à mesure que l'obscrvalion est faite à une plus grande hauteur dans l'atmosphère; et ce décroissement s'effectue probablement en raison inverse du carré de la distance.

5° L'intensité magnétique de la terre varie avec l'heure du jour, elle est à son minimum entre dix et onze heures' du matin, et atteint son maximum entre quatre et cinq heures du soir.

4° L'intensité magnétique présente des variations irrégulières; et, comme l'inclinaison et la déclinaison, elle éprouve des perturbations accidentelles sous l'influence des aurores boréales.

On a donné le nom de lignes isodynamiques aux lignes qui sur la surface du globe présentent dans toutes leurs parties la même intensité magnétique ; celui de lignes isogones à celles qui présentent partout la même déclinaison, et celui de lignes isoclives à celles d'égale inclinaison.