S 3. - PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES DIVERSES SUBSTANIES

Dans le vide, il peut exister des lignes de force magnétiques ; le vide, ou si l'on préfère Téther, doit, en conséquence, être considéré comme magnétique;

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mais on convient, d'une manière tout à fait arbitraire d'ailleurs, de prendre la perméabilité du vide comme égale à l'unité ou, ce qui revient au môme, sa susceptibilité égale à zéro et, de par cette convention, Ton doit dire qu'un espace donné, pris dans l'éther libre, ne peut acquérir aucune aimantation.

Il n'en est pas de môme pour les substances pondérables; on est fondé à croire que la matière a toujours une perméabilité différente de l'unité, ou bien, si l'on veut attribuer le phénomène à Téther, que l'éther, en pénétrant dans la matière, change toujours de perméabilité.

On a remarqué, il y a fort longtemps, que divers composés du fer, possèdent comme la pierre d'aimant ou le fer lui-même, des propriétés magnétiques. En 1778, Brugmans écrivait : « Omne ferrum, ornneque corpus ferrum continenSy eo ipso dura irahiiur, polos recipiat ». Ce môme expérimentateur remarquait d'ailleurs qu'un morceau de bismuth s'orientait en sens inverse d'un morceau de fer quand on les présentait l'un et l'autre à un aimant. Un peu plus lard, on découvrait que le nickel et le cobalt, privés de fer par des chimistes tels que Vauquelin, Thénard, Laugier et Wenzel, conservaient néanmoins la faculté de s'aimanter d'une manière très notable et Ton parvenait ainsi à cette idée que la prérogative tout d'abord accordée au fer seul pouvait bien, en réalité, être une propriété générale de la maticre. C'est Faraday qui, au milieu du siècle dernier, vint par ses expériences olassiques justifier définitivement cette idée et démontrer que toute

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matière diffère du vide au point de vue magnétique.

Depuis lors, de nombreuses mesures ont été effectuées, elles ont conduit à classer les corps en trois groupes distincts : les corps ferromagnétiques, les corps paramagnétiques et les corps diamagnétiques. Il faut bien se garder d'ailleurs d'attribuer à cette classification une valeur absolue, elle n'a qu'une utilité pratique, il n'existe, entre les divers groupes, aucune délimitation parfaitement nette, et, nous le verrons, des variations de température suffisent pour permettre entre eux une transition continue.

Les substances ferromagnétiques ont une perméabilité considérable et présentent d'une façon marquée le phénomène de Thystérèse.

De tous les corps, le plus sensible à Taction magnétique est le fer que Ton appelle le fer doux parce qu'il est facile à travailler; c'est du fer à peu près pur qui n'a subi aucune altération après avoir été porté au rouge ; mais les moindres traces de substances étrangères, les plus légers changements dans les propriétés physiques, par exemple la légère modification que produit une flexion, en font varier les propriétés magnétiques dans des proportions si considérables qu'il est à peu près impossible de donner des valeurs numériques de l'aîmantalion.

Disons cependant que, pour cette substance, la courbe d'hystérésis est peu développée et que le champ coercilif (c'est-à-dire la valeur du champ pour laquelle s'annule l'intensité d'aimantation quand on soumet le fer à un cycle d'aimantation) est

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lomarquablcment faible. ia perméabilité est, comme toujours, très variable avec le champ ; le maximum, généralement très accusé, est atteint pour un champ de quelques unités ; on a étudié des fers pour lesquels la perméabilité maxima atteignait presque 5.500. Lorsque Ton soumet un fer doux à des aclions mécaniques, il devient difficile à travailler, il se transforme en fer dur; en général, la perméabilité diminue au fur et à mesure que le fer durcit, il obéit moins au champ, le champ coercitif acquiert des valeurs plus considérables. En étudiant un fil de fer doux, Ewing a pu faire baisser sa perméabilité maxima de 3.080 à 670.

L'union du carbone au fer modifie profondément les propriétés magnétiques, mais Tétat physique, sous lequel le métal a été obtenu, joue ici un rôle aussi considérable que la composition môme de ce métal. Sous le nom d'acier on désigne, on le sait, des composés de fer et de carbone contenant depuis un dixième jusqu'à deux pour cent de carbone, l'acier doux, le moins riche en carbone, ne se distingue donc guère, au point de vue de la composition, du fer presque pur; la différence provient surtout de la façon dont il a été obtenu ; l'acier étant en général fondu et moulé tandis que le fer se présente en pièces forgées et soudées.

L'acier doux peut atteindre à peu près la même aimantation maximum que le fer mais il y arrive beaucoup plus lentement ; la différence la plus marquée est qu'ici le champ coercitif a une valeur considérable, trente ou quarante fois celle que l'on rencontre dans le fer doux, on augmente d'ailleurs

beaucoup ce champ coercitif, tandis qu'on diminue la perméabilité, par Técrouissage.

Lorsque la proportion de carbone croît, les propriétés magnétiques décroissent; la trempe acquiert une grande influence, elle élargit le cycle d'aimantation, agrandit le champ coercitif*

On n'utilise guère les métaux qui contiennent entre 2 et 3 pour cent de carbone ; au delà de cette proportion, on a ce que Ton appelle les fontes, en général moins perméables que Tacier doux, quoique certains produits des usines Krupp aient une perméabilité considérable et un champ coercitif faible.

On a beaucoup étudié, en ces dernières années, à divers points de vue, les alliages de fer et d'autres métaux, mais le nombre des combinaisons possibles étant presque illimité, ces études, pourtant si abondantes, ne sont qu'une première étape dans une voie qui sera sans doute fort longue à parcourir.

Le chrome et surtout le molybdène et le tungstène n'ont qu'une influence assez faible sur l'aimantation môme (ils la diminuent légèrement) mais ils augmentent dans une forte proportion le champ coercitif ; le manganèse, comme l'ont montré divers auteurs, et particulièrement Ilopkinson, a une influence très fâcheuse, il fait presque perdre au fer ses propriétés magnétiques.

Des résultats particulièrement intéressants, parce qu'ils constituent un ensemble très cohérent de recherches, ont été obtenus par M. Weiss relativement aux alliages de fer et d'antimoine ; cet habile physicien a étudié la variation de l'aimantation avec

la composition et il a montré que la perméabilité, très faible pour tous les alliages, diminuait brusque-* ment pour une proportion d*antimoine de 40 pour cent environ. On doit aussi faire mention à part des ferronickels qui, à cause des singularités si remarquables découvertes parM.Ch. Ed* Guillaume dans leurs propriétés mécaniques et thermiques, sont appelés à jouer un rôle industriel de plus en plus considérable. D'une manière générale, on peut dire que ces alliages se comportent, au point de vue magnétique, comme on le peut prévoir d'après la classiQcation qui résulte des belles recherches, désormais classiques, de M. Guillaume.

Si Ton n'est pas arrivé encore à lier par un enchaînement logique ce faisceau un peu éparpillé de travaux particuliers, l'on peut au moins, de ces études, tirer, dès à présent, de très importantes conclusions pour les constructions industrielles.

On comprend bien désormais qu'il n'est pas indifférent, dans les divers cas qui se présentent pour les applications pratiques, d'employer au hasard un échantillon de fer.

Veut-on, par exemple, construire un inducteur de dynamo, c'est-à-dire un organe capable de produire un flux magnétique fixe : il conviendra évidemment d'avoir une haute perméabilité, tandis que l'hystérésis n'aura qu'une médiocre influence, et Ton s'adressera à de l'acier coulé dans des conditions déterminées.

S'agit-il, au contraire, d'établir un induit : une grande perméabilité aura moins d'importance parce que la dépense d'excitation nécessaire pour aiman-

ter un induit n'est qu'une très faible fraction de la dépense d'excitation totale, mais, en revanche, il importera, au plus haut point, de diminuer Thyslérésis ; il faudra, dans ce cas, prendre des tôles convenablement recuites ; remarquons toutefois que ces tôles clles-mômes peuvent perdre petit à petit leur valeur par Tusage, elles vieillissent, suivant l'expression consacrée.

Dèsire-t-on, enfin, avoir un aimant permanent, et surtout un aimant constant : on devra alors s'attacher à réaliser une grande force coercitive. M"* Curie, qui a parfaitement étudié celte importante question, a montré qu'il convenait de s'adresser à des aciers contenant 1,2 pour cent de carbone, que le molybdène améliorait encore le champ coercilif et enfin que la trempe devait être faite à haute température. En observant toutes ces prescriptions, M"* Curie a obtenu des aimants qui ont conservé, pendant plus de quinze mois, une aimantation qui n'a jamais varié de plus d'un trois centième de sa valeur.

Parmi les substances ferromagnétiques, il faut classer certains composés naturels du fer et, tout d*abord, cette magnétite dont la plus haute antiquité a connu Taimantation. Ce minéral cristallise dans le système cubique et l'on aurait pu croire qu'il présentait, par suite, les mêmes propriétés magnétiques dans toutes les directions. M. Abt, et M. Du Bois avaient déjà signalé certaines particularités curieuses de l'aimantation des cristaux de magnétite, mais la quesiion a surtout été approfondie, dans un beau travail, par M. P. Weiss ; cet habile physicien a montré que les courbes d'aimantation présentent

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(les différences ncUemcnt caraclérisées suivant la direction des divers axes de symétrie mais compatibles d'ailleurs avec le mode de symétrie.

D'autres recherches, également très intéressantes, ont été faites surrhémalite et sur la pyrrohiline ; en 1882, M. Slreng avait déjà signalé ce fait que celle dernière substance « refuse la polarité magnétique selon la direction de Taxe normal à la base hexagonale et se comporte comme Tacier suivant toutes les orientations du plan de la base. » Mais les expériences de ce savant étaient fort incomplètes, elles étaient relatives au seul magnétisme rémanent et avaient un caractère uniquement qualitatif. C'est certainement à M. Weiss que revient Thonneur d'avoir nettement mis en évidence que la pyrrohitine n'est susceptible de s'aimanler que dans un certain pian, de sorle que l'aimantation, dans une direction normale à ce plan, est impossible. M. Weiss a fait une étude très complète de la question et, par de très élégantes expériences, il a mis hors de doute ce fait singulier dont l'importance pour les théories de la cristallisation et pour celles du magnétisme doit être considérable.

Ces substances minérales, où les propriétés magnétiques s'atténuent, permettent, en quelque sorte, de passer d'une manière continue des corps ferromagnétiques aux corps paramagnétiques chez qui le magnétisme est beaucoup plus faible, qui ne présentent point d'hystérésis, et qui ont une perméabilité presque rigoureusement constante.

Beaucoup d'expériences sur les substances para-

magnétiques ont été faussées par la présence de quelques traces de fer; pour la plupart d'entre elles la susceptibilité est de Tordre d'un millionième, il suffit par conséquent de 1/500 pour cent de fer métallique pour masquer complètement les propriétés magnétiques que Ton voudrait étudier et une telle proportion de fer est assez fréquente dans la plupart des métaux.

L'erreur ira d'ailleurs en diminuant, si l'on opère dans des champs intenses où la perméabilité du fer perd de son importance ; il y aura donc intérêt, à tous égards, à placer la substance entre les pôles d'un do ces puissants électro-aimants que l'on sait construire depuis les travaux de M. Weiss et de M. Du Bois. On constatera ainsi qu'un nombre considérable de corps simples et composés sont paramagnétiques, mais on ne peut encore énoncer aucune relation entre les propriétés magnétiques et la composition moléculaire.

Nous avons vu que l'on a signalé, il y a déjà près de cent cinquante ans, le fait que le bismuth s'aimante en sens inverse du champ; cette propriété n'est pas spéciale à ce corps, elle paraît même fort générale; le diamagniétisme se manifeste chez beaucoup de substances. Il importe cependant de remarquer que l'air étant paramagnétique, un corps, moins magnétique que lui, semblera diamagnétique dans l'air ambiant, tandis qu'en réalité, placé dans le vide, il apparaîtrait faiblement paramagnétique.

On n'a, jusqu'à présent, trouvé aucune loi qui

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permette de prévoir si un composé de substances dont le magnétisme est connu sera para ou diamagnétique et Ton ne pourrait donner sur le sujet que des renseignements purement empiriques et ne présentant, par suite, aucun intérêt général. Il convient cependant de signaler des expériences récentes, particulièrement soignées, de M. Meslin, qui jettent quelque jour sur la question parce qu'elles fixent des points de repère précis dans l'échelle diamagnétique.

§4.-, RELATIONS ENTRE LES PHÉNOMÈNES MAGNÉTiQUES ET D'AUTRES PHÉNOMÈNES '.

Les diverses modifications physiques que peut subir un corps, influent sur ses propriétés magnétiques; parmi ces actions Tune des plus importantes, tant au point de vue théorique qu'au point de vue pratique, est incontestablement celle qu'exercent les changements de température.

Depuis longtemps, Ton sait qu'un aimant porté au rouge perd sa vertu magnétique et la liste est longue des recherches consacrées à ce sujet depuis celles de Gilbert et celles de Coulomb. Dans ces dernières années l'on peut citer les travaux de MM. Ewing, Berson, Ledeboer, Le Chatelier, etc., mais l'ensemble le plus important est celui qu'a

1. Je laisse ici entièrement de côté les actions si remarquables qu'exerce le champ magnétique sur les proprictcs optiques des corps, ces actions ont donné lieu, en ces dernières années, à des travaux d'une grande importance et ont suggéré des théories du plus haut intérêt, mais j'ai exposé ces questions dans mon, /ivre la Physique modeiiie,

publié, en 1895, P. Curie. Là, comme dans toutes ses autres œuvres, l'admirable physicien a laissé la marque puissante de son pénétrant et profond génie ; les expériences de Curie ont été faites par une méthode extrêmement ingénieuse et précise, les corps étaient chauffés par un petit four électrique et leurs propriétés magnétiques mesurées par un procédé très original.

Curie a découvert ce fait capital qu'à partir d'une certaine température, dite température de transformation, tous les corps ferromagnétiques se comportent à la façon des corps paramagnétiqucs, leur perméabilité devient, pour une température fixe, indépendante du champ. Pour le fer cette température de transformation est voisine de 750°, pour la magnétite elle est de 535*>.

On a constaté une discontinuité brusque, à cette même température de 750®, dans les autres propriétés du fer, par exemple, comme Va mis en évidence très habilement M. Pionchon, dans sa chaleur spécifique; toutes ces variations semblent donc correspondre à un véritable changement d'état ; d'ailleurs, pour le fer, ce changement ne serait pas unique, Curie, poursuivant ses expériences à des températures plus élevées, notait encore deux nouvelles transformations à 950* et à 1.280*».

Pour les corps paramagnétiques très nombreux qu'il a pu étudier. Curie est arrivé à une loi fort importante à laquelle les physiciens ont très justement donné son nom ; il a démontré que la susceptibilité magnétique variait en raison inverse de la temoérature absolue. Cette loi se vérifie très exac-

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tement, aussi bien pour des métaux solides tels que le palladium, que pour des gaz comme Toxygène. MM. Fleming et Dewar qui ont fait des expériences, pour ainsi dire complémentaires de celles de Curie, en étudiant le magnétisme dans un vaste intervalle de température mais pris de l'autre côté de Téchelle, deptiis^ la glacé fondante jusqu'à Tair liquide bouillant, ont confirmé Texactitude de la loi de Curie aux basses températures.

Enfin Curie a aussi étudié les corps diamagnétiques, il a montré que, pour eux (sauf pour le bismuth et Tantîmoine qui font exception) les coefficients d'aimantation restent constants quand le champ varie et aussi quand la température s'élève. Les changements d'état physique ou les changements allotropiques, n'ont qu'une très médiocre influence sur les propriétés diamagnétiques qui paraissent ainsi ne dépendre que de l'état des dernières particules de la matière et non de leur arrangement.

Les efforts mécaniques exercent une action très marquée sur l'aimantation des corps ferromagnétiques ; mais quand on sait combien peu encore sont précises nos connaissances sur les propriétés mécaniques des solides, on ne saurait s'étonner que, malgré d'importants travaux, nous ne soyons que peu avancés dans l'étude de cette question complexe; on a constaté, par exemple, que par l'efTet d'une traction faible et constante, l'aimantation dû fer croît d'abord jusqu'à un maximum qu'elle atteint pour un certain champ critique ; puis elle diminué

ensuite et devient même plus faible que si la traction n'existait pas ; on sait aussi que si un fil aimanté longitudinalement vient à être tordu, il acquiert une aimantation circulaire, et qu'au contraire un fil aimanté circulairement s'aimante longitudinalement quand on le tord.

Sur tous ces phénomènes et sur beaucoup d'autres analogues, on ne possède que des vues particulières; il faudrait sans- doute, pour avoir une idée d'ensemble, comprendre mieux qu'aujourd'hui, comment se constituent les noyaux magnétiques. Peut-être un jour, des recherches comme celles de M. Houllevigue, ou celles de M. Maurain sur Taimantation du fer obtenu dans l'électrolyse et par suite, déposé peut-on dire, molécule par molécule dans un champ magnétique, nous fourniront-elles des renseignements précieux sur le sujet.

Parmi les actions intéressantes qui se peuvent exercer sur l'aimantation, il en est une qui a reçu une application fort importante, je veuic parler de Taction des oscillations électriques, utilisée par M. Marconi qui, à la suite des recherches de M. Rutherford, a pu remplacer, dans la télégraphie sans fil, le tube de Branly par des détecteurs magnétiques.

Les effets produits par les oscillations sont fort complexes, mais ils se comprennent cependant mieux en principe que d'autres qui paraissent tout d'abord plus simples ; ils tiennent, en effet, d'une façon évidente à de nouvelles aimantations produites par la variation du champ. ,

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il y a fort longtemps que Ton a commencé à étudier les phénomènes d*aimantation par décharges oscillantes; dans ces dernières années, MM. J.-J. Thomson, Pellat, Bjerknes, Klemencic, etc., ont publié sur le sujet de remarquables mémoires. Plus récemment, MM. Tissol, Piola, Lori, Eules, etc., ont fait voir comment les oscillations peuvent agir sur les coefficients d'aimantation, ou sur Thystérésis jnagnélique; dans un travail tout récent, M. Maurain est parvenu à montrer comment, chaque fois que les oscillations électriques agissent sur Taîmantalion dans des conditions nettes, on peut prévoir le sens de leur action, et ce très habile physicien a réussi à donner, par une analyse serrée de la question, des règles précises permettant de calculer quantitativement cette a»ction.

Si les propriétés magnétiques dépendent des modifications physiques, on peut penser que, réciproquement, les diverses propriétés d'une substance seront altérées par l'aimantation, et la liste est longue, en effet, de ces variations produites par le magnétisme : modification de la résistance électrique, modification des phénomènes thermoélectriques étudiées d'abord par lord Kelvin, puis par M. Houllevigue, modifications mécaniques très nombreuses, etc., etc.

Parmi ces dernières, on s'est spécialement occupé des changements de dimensions et de densité qu'éprouvent les corps magnétiques sous Tinfluence d'un champ ; ce sont les phénomènes que l'on appelle les phénomènes de magnétostriction; ils ont fait, en

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» particulier, Tobjet de très belles recherches dues à un physicien japonais, M. Nagaoka, qui a réussi à montrer comment Tapplication des principes de la thermodynamique permettaient de trouver d'intéressantes relations entre les déformations produites par l'aimantation et l'influence des effets mécaniques sur l'aimantation.

C'est également par des considérations théoriques empruntées à la thermodynamique que M. Janet établit, le premier, qu'un corps magnétique doit, par l'aimantation, devenir moins attaquable par les acides qu'à l'état neutre; et ce savant physicien, s'appuyant sur ce fait que les forces électremotrices servent, en quelque sorte, de mesure aux réactions chimiques, prévoyait que, d'une manière générale, le fer le plus aimanté serait, dans un élément de pile, positif par rapport' à celui qui Test moins.

Ces conclusions théoriques, généralisées par M. Duhem, ont été vérifiées par divers expérimentateurs, MM. Lala et Fournier, M. Paillot et surtout par M. Hurmuzcscu qui a fait, sur le sujet, un très bel ensemble de recherches.

Ainsi, le magnétisme intervient dans les réactions chimiques; un chimiste américain,, M. Ramsen, puis M. Colardeau, avaient d'ailleurs observé des phénomènes qui mettaient en évidence cette intervention; mais elle est devenue, depuis le travail de M. Janet, l'une de celles que le calcul permet le mieux de prévoir.

La grande généralité des actions magnétiques et le rôle qu'elles exercent sur les phénomènes chimiques pourraient donner à penser qu'elles doivent

amener une perturbation des fonctions vitales chez les organismes inférieurs. Cette idée parait d'autant plus plausible que M. 0. Lehmann a démontré que, dans les célèbres cristaux mous ou liquides qu*il a découverts, se manifestent des tendances marquées à des orientations déterminées sous Tinfluence d'un champ magnétique.

Mais M. Du Bois n'a pu, même dans un champ atteignant une valeur de plus de 50.000 unités^ observer aucun effet perceptible ni sur. des protozoaires, ni sur des diatomées. Il est donc à peu près certain que les organismes primitifs n'éprouvent aucune sensation magnétique, et, quoiqu'il ne soit pas absurde de supposer, comme le font quelques personnes, que des animaux supérieurs, comme le pigeon voyageur, ont des impressions magnétiques qu'ils utilisent pour trouver une direction, la chose paraît du moins assez invraisemblable. Nous pouvons, d'ailleurs, être très étonnés de ne pas posséder un sens magnétique, quand nous constatons combien nombreuses sont les actions du magnétisme et lord Kelvin a même dit, très justement, que l'absence d'un tel sens est une véritable merveille.