Lueurs électriques de l’atmosphère; éclairs

La réunion des électricités entre les nuages orageux et la terre ne s’effectue pas toujours par des décharges donnant lieu aux effets de la foudre ; souvent cette réunion s’opère lentement, par l’intermédiaire des corps placés à la surface du sol, et se manifeste par des aigrettes et des lueurs plus ou moins .vives , principalement aux extrémités des corps terminés en pointe. Quelquefois ces lueurs apparaissent sur la tête des individus, à l’extrémité des objets qu’ils portent à la main, sur les pointes des lances et des fusils des soldats, etc.

Ces feux électriques sont plus fréquents en mer, à l’extrémité des mâts et des vergues que sur terre, parce que l’électricité n’a pas d’autres conducteurs pour se rendre dans l’eau. Ils y étaient connus depuis un temps immémorial sous les noms de Castor et Pollux, de feux Saint- Elme; dans de très-fortes tempêtes, on en a vu quelquefois sous la forme de langues de feu qui faisaient entendre de petites détonations.

On a des exemples de pluies étincelantes, de neige et de grêle lumineuses; ces effets sont dus à ce que les particules aqueuses viennent de régions fortement électrisées. On a cité des exemples de nuages lumineux , mais il s’agit de savoir alors si plusieurs phénomènes météoriques n’ont pas existé simultanément, et si ces effets n’ont pas été compliqués peut-être de ceux de l’aurore boréale. On a cité également des brouillards que l’on prétend avoir été lumineux, notamment celui de 1783.

Les éclairs qui sillonnent l’espace compris entre deux nuées, ou bien entre un nuage et le sol ou des objets qui sont à sa surface, sont le résultat de décharges électriques des nuages orageux. Leur durée n’atteint pas un millionième de seconde (1). Le son parcourant dans

(1) Arago, Notice sur le tonnerre. — Annuaire du bureau des longitudes , 1838, p. 267.

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l’air environ 337 mètres par seconde, il doit s’écouler entre l’apparition de l’éclair et la détonation autant de secondes qu’il y a de fois 337 mètres entre le lieu où l’on est et celui où éclate la foudre. Delisle a compté une fois 72 secondes entre l’éclair et le bruit du tonnerre: c’est l’intervalle le plus long dont fassent mention les recueils météorologiques; ce nombre donne pour la distance moyenne de l’observateur au nuage où l’éclair s’est montré 24264 mètres, ou six lieues de 4 kilomètres.

Quand l’éclair brille sans être suivi d’un coup de tonnerre, on est assuré que le lieu où s’opère la décharge est situé à une distance telle de l’observateur que le son est inappréciable. Les éclairs dits de chaleur, parce qu’ils brillent dans les belles nuits d’été, ne sont probablement que la réverbération sur des couches atmosphériques élevées d’éclairs ordinaires produits dans des nuages orageux que l’on ne peut apercevoir à cause de la forme arrondie de la terre. Ces éclairs silencieux, étant engendrés au milieu de nuages situés à de grandes distances de l’observateur, le bruit des détonations et du roulement du tonnerre ne peut parvenir jusqu’à lui.

L’éclair suit toujours une ligne courbe ou brisée, la réunion des électricités s’opérant de préférence par le chemin de moindre résistance à la transmission de cet agent. L’étincelle ou la réunion des étincelles a une longueur variable , et peut atteindre même plusieurs lieues ; cet effet provient non-seulement de l’action par influence, mais encore de la présence des nuage isolés ou même de globules de vapeur servant d’intermédiaires pour opérer la décharge. Il se produit dans cette circonstance l’effet que l’on remarque dans la bouteille de Leyde étincelante ou avec le tableau étincelant.

Ordinairement les éclairs sont blancs ; quelques météorologistes prétendent en avoir observé de teintes semblables à celles que présente la lumière électrique dans un air plus ou moins raréfié.

On distingue trois classes d’éclairs : les éclairs de la première classe ont la forme d’un sillon de lumière, mince, serré , très-arrêté sur les bords , se mouvant en zig-zag et pouvant se bifurquer ou se diviser en plusieurs branches. Ces éclairs peuvent être comparés aux étincelles que l’on tire d’une machine électrique ordinaire.

Les éclairs de la deuxième classe comprennent ceux dont la lumière, au lieu d’être concentrée en un trait lumineux, occupe un espace considérable. La décharge électrique dans cette circonstance paraît avoir

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lieu à l’intérieur des nuages et en éclairer la masse. Ces éclairs, qui sont les plus communs, peuvent être comparés à l’étincelle brillante, large et peu longue, qui résulte de la décharge d’une batterie dans laquelle l’électricité est condensée. La teinte de ces éclairs est souvent d’un rouge très-intense, mêlé quelquefois de blanc ou de violet.

Les éclairs de la troisième classe diffèrent des précédents sous le rapport de la vitesse et de la durée. Ils sont visibles pendant une, deux et même dix secondes, de sorte qu’ils peuvent se transporter des nuages sur la terre pendant un temps assez appréciable pour que l’on puisse suivre de l’œil leur mouvement. Leur forme est à peu près sphérique ; de là la dénomination d’éclairs en boule qui leur a été donnée ; ce sont de véritables globes de feu, qui se divisent parfois et rebondissent même sur la terre à plusieurs reprises. Ils ont des mouvements tantôt lents, tantôt rapides, et quelquefois en éclatant ils font entendre un bruit comparable à la détonation de plusieurs pièces de canon. Il est à remarquer que la foudre se présente en général sous cette apparence quand elle pénètre dans l’intérieur des édifices.

Jusqu’ici on n’a pu donner une explication satisfaisante de la formation et de la nature de cette sorte d’éclairs. On a bien émis l’hypothèse qu’ils sont produits par un écoulement continu d’électricité, dû à l’accumulation des nuages supérieurs et ayant lieu là où l’on observe le phénomène. La marche du globe ne serait alors que le résultat du déplacement du point par lequel la réunion des électricités a lieu ; mais cette hypothèse n’explique pas toutes les circonstances du phénomène, et dans l’état actuel de la science on doit dire que l’on ignore quelle est l’origine de ces globes de feu.

§ 2. Aurore polaire.

L’aurore polaire est cette lueur formée par des rayons diversement colorés qui jaillissent de toutes les parties de l’horizon à certaines époques, dans l’hémisphère nord ou dans l’hémisphère sud; quand on l’observe dans nos climats elle porte le nom d’aurore boréale. L’apparition de ce phénomène est annoncée par des perturbations exercées sur l’aiguille aimantée, qui établissent une liaison intime entre ce phénomène et la distribution du magnétisme sur le globe et nous indiquent qu’il a très-probablement une origine électrique.

L’aurore boréale dans nos contrées a en général l’apparence d’un

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brouillard assez obscur vers le nord, avec un peu plus de clarté vers l’ouest que dans le reste du ciel. Ce brouillard prend peu à peu la forme d’un segment de cercle s’appuyant de chaque côté sur l’horizon. La partie visible de la circonférence est bientôt entourée d’une lumière blanche donnant naissance à un ou plusieurs arcs lumineux; viennent ensuite des jets et des rayons de lumière diversement colorés partant du segment obscur.

Quand l’aurore s’est étendue, il se forme une couronne au zénith, où concourent les rayons lumineux. Le phénomène alors diminue d’intensité; on observe cependant encore de temps à autre des jets de lumière, une couronne ayant des couleurs plus ou moins vives, tantôt d’un côté du ciel, tantôt d’un autre; enfin le mouvement cesse, la lueur se rapproche de plus en plus de l’horizon et s’arrête vers le nord. Le segment obscur en se dissipant devient lumineux; sa clarté est d’abord assez prononcée près de l’horizon, plus faible au-dessus et finit par se perdre dans le ciel.

Souvent sous nos latitudes l’aurore boréale ne se manifeste que par des teintes rougeâtres répandues dans le ciel vers le nord ; mais elle peut affecter d’autres formes, quoique plus rarement ; ainsi Mairan a observé le 19 octobre 1726, à Breuille-Pont, une aurore composée d’un seul segment obscur percé symétriquement, autour de son bord, de créneaux à travers lesquels on croyait voir un incendie (1),

Dans le Nord ce phénomène est plus fréquent, et se présente sous un autre aspeqt et avec plus d’éclat. Les observations faites à Bossekop ( West-Finmark), dans la baie d’Alten (70° de latit. nord), pendant l’hiver de 1838 à 1839, par la commission scientifique française, mettent bien ce fait en évidence (2).

Du 7 septembre 1838 au mois d’aoùt 1839, dans l’intervalle de 206 jours, on a compté 143 aurores boréales, qui ont été surtout trèsfréquentes du 17 octobre au 25 janvier, pendant l’absence du soleil, de sorte que dans cette nuit de 70 lois 24 heures on a observé 64 aurores,, sans compter celles dérobées à la vue par un ciel entièrement couvert, et dont néanmoins la présence était accusée par la perturbation des mouvements de l’aiguille aimantée (3).

(1) Mairan, De l'aurore boréale ; Paris, 1754.

(2) Voyage au Spitzberg, Partie physique. — Becquerel et E. Becquerel, Traité d'électricité, t. Ier, page 441.

(3) La planche annexée à cet ouvrage représente deux aurores boréales : la première, lig.

ALT RO HE BORÉALE OBSERVEE A BOSSE CA) P, le 9 Janvier 1804.

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En général dans ces régions le soir, entre quatre et huit heures, la brume légère qui règne presque habituellement au nord de Bossekop, à la hauteur de 4° ou 6°, se colore à sa partie supérieure ou plutôt se frange des lueurs de l’aurore qui existe derrière. Cette bordure forme un arc vague, d’une couleur jaune pâle, dont les bords sont au-dessus et dont les extrémités s’appuient sur la terre. Cet arc monte plus ou moins lentement, son sommet étant dans le méridien magnétique ou à peu près.

Bientôt des stries noirâtres séparent régulièrement la matière lumineuse de l’arc, les rayons sont formés; ils s’allongent, se raccourcissent lentement ou instantanément; ils augmentent et diminuent subitement d’éclat.* La partie inférieure, la base des rayons-, offre toujours la lumière la plus vive et forme un arc plus ou moins régulier. La longueur des rayons est souvent très-variée, mais ils convergent tous vers un même point du ciel, indiqué par le prolongement de la pointe sud de l’aiguille aimantée ; parfois ils se prolongent jusqu’à leur point de réunion, formant ainsi le fragment d’une immense coupole lumineuse.

L’arc continue à monter vers le zénith; il éprouve un mouvement ondulatoire dans sa lueur. Il offre un mouvement alternatif dans le sens horizontal, figurant les ondulations ou les plis d’un ruban ou d’un drapeau agité par le vent. Parfois une de ses extrémités et même toutes deux abandonnent l’horizon ; alors les plis deviennent plus nombreux, mieux prononcés, l’arc n’est plus qu’une longue bande de rayons qui se contourne, se sépare en plusieurs parties formant des courbes qui se referment presque sur elles-mêmes et offrent, n’importe dans quelle parte de la voûte céleste, ce que l’on a nommé la couronne boréale. Alors l’éclat des rayons varie subitement d’intensité et dépasse celui des étoiles de première grandeur ; les courbes se forment, se déroulent; les rayons se colorent : la base est rouge, le milieu vert, le reste conserve sa teintelumineuse jaune clair. L’éclat diminue, les couleurs disparaissent, tout s’éteint subitement ou s’affaiblit peu à peu. Des fragments d’arc reparaissant, l’arc se reforme lui-même, continue son mouvement ascensionnel et approche du zénith; les rayons, par l’effet de la perspective, deviennent de plus en plus courts, puis le sommet atteint le zénith

21 bis, l’aurore vue le 9 janvier 1834 à Bossekop par la commission française ; la deuxième, fig. 22 bis, l'aurore boréale observée par Mairanà Breuille-Pont, le 19 octobre 1726, et citée plus haut.

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magnétique. Alors les rayons sont vus par leur base; s’ils se colorent dans ce moment, ils montrent une large bande rouge à travers laquelle on distingue les nuances vertes qui leur sont supérieures. Si l’on pense que ces teintes se succèdent et que la voûte céleste à ce moment offre une coupole étincelante, on peut avoir une idée du magnifique spectable qui s’offre à la vue.

La couronne lumineuse ne dure que quelques minutes, puis elle s’affaiblit; l’aurore perd de son intensité. Des effets secondaires se produisent alors, tels que des lueurs vagues, puis ensuite des mouvements irréguliers appelés mouvements de palpitation, qui annoncent la fin de l’aurore. La lueur crépusculaire arrive alors peu à peu, et le phénomène s’affaiblissant graduellement cesse d’être visible. •

On a cherché à mesurer la hauteur de l’aurore au-dessus de la terre en déterminant la hauteur angulaire des diverses parties d’un arc, ou de points remarquables aperçus à la fois dans divers pays. Tantôt on a trouvé que le phénomène avait lieu à 200 kilomètres au-dessus du sol, tantôt à 100 kilomètres, et en général à la limite de notre atmosphère.

La commission scientifique du Nord a émis l’opinion que dans les régions polaires les nuits sans aurore sont des nuits exceptionnelles; le phénomène a donc lieu pour ainsi dire d’une manière continue. En moyenne il est cependant soumis à la période diurne, comme la plupart des phénomènes météorologiques ; ainsi, d’après Bravais, qui faisait partie de la commission et qui s’est beaucoup occupé de ce sujet pendant les 206 jours de la période dont il a été question, on a eu en moyenne :

Pour la première apparition des arcs 7 heures 52 minutes du soir.

— des rayons 8 — 26 — —

— des plaques 11—18 — —

— * des lueurs vagues.. . 3 — 32 — du matin.

Ces nombres ne sont que des moyennes, car dans le Nord le phénomène n’est soumis à aucune apparition rigoureusement régulière.

Si dans les régions polaires les aurores sont fréquentes et ont lieu, pour ainsi dire, tous les jours, dans les latitudes moyennes elles sont plus rares, et ne se montrent que lorsque dans les régions polaires elles ont une certaine étendue. Mairan , qui a rapporté dans son traité De l'aurore boréale les exemples d’aurores dont il a pu avoir connaissance jusqu’en 1731, et qui a suivi lui-même les aurores parues en France pendant seize ans (de 1716 à 1731), a remarqué que dans nos

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climats elles sont plus fréquentes en hiver qu’en été. En outre, ce phénomène ne s’estpas montré toujours de la même manière : ainsi, en 1724 il y a eu annuellement fort peu d’aurores, deux seulement; en 1728 elles ont été très-fréquentes, mais jamais on n’en avait tant vu qu’au mois d’octobre 1731 , où il y a eu en moyenne une aurore sur trois jours. Dans nos latitudes on compte annuellement en moyenne dix aurores boréales.

Bien des théories ont été imaginées pour rendre compte des aurores boréales (1); mais depuis que* l’on a trouvé, dans le siècle dernier, que les aurores exercent une action perturbatrice sur l’aiguille aimantée , on les a généralement rapportées à l’électricité. Les arcs et les rayons que l’on voit dans les aurores polaires ont en effet de l’analogie avec ces jets lumineux produits par les décharges électriques dans un gaz raréfié. Ces rayons seraient donc des traînées de matières gazeuses illuminées par des décharges électriques dans les régions élevées de l’atmosphère et capables de prendre toutes espèces de formes et de se diriger sous l’influence des pôles magnétiques de la terre. Ainsi l’électricité atmosphérique dégagée principalement dans les régions équatoriales et venant reconstituer de l’électricité naturelle dans les régions polaires serait la cause de ce brillant phénomène météorique.

M. Delarive (2) a imaginé plusieurs dispositions particulières pour mettre en évidence l’action, que le magnétisme exerce sur des rayons électriques produits dans les gaz raréfiés, et a montré comment ces rayons pouvaient recevoir un mouvement de rotation autour du pôle des aimants; ses recherches viennent donc à l’appui de la théorie électrique des aurores polaires.

On représente d’abord ci-après, fig. 28 bis , l’appareil d’induclion de Ruhmkorff, quinon-seulement sert à faire les expériences dont il est question ici, mais encore dent on a cité fréquemment l’emploi dans le courant de ce livre et dont l’usage sera invoqué pour la production de certains effets de phosphorescence.

11 y en a de plusieurs grandeurs, suivant l’intensité des effets que l’on veut produire : celui qui est représenté ici a les plus grandes dimensions que M. Ruhmkorff donne aux appareils, qui avec le courant d’une pile de 6 k 8 grands éléments présentent dans l’air des étincelles de 33

(1) Becquerel, Traité d'électricité , t. VI, p. 216.

(2) Comptes rendus , t. 48, p. 1011; t. 54, p.1171. — Ann. de chim. et de phys., t. 54, p. 238.

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Fig. 28 bis.

à 40 centimètres de longueur. L’interrupteur à mercure est mis en mouvement au moyen d’un petit électro-aimant placé sur le côté, et qui reçoit le courant électrique d’une pile additionnelle de 1 ou 2 couples dont les pôles sont fixés aux fils C et D; le courant électrique inducteur passe par les fils E et F, est alternativement interrompu par le mouvement de l’interrupteur, et en traversant le gros fil de la bobine, produit dans le long circuit de fil fin terminé en A et B, les effets d’induction que l’on veut utiliser (1).

Parmi les appareils dont M. Delarive a lait usage, on peut citer le suivant comme très-facile à faire fonctionner et manifestant bien l’action exercée par le magnétisme sur les décharges électriques dans les gaz :

Un électro-aimant G fig. 28 ter , placé sur une tablette et se maintenant verticalement, peut être aimanté temporairement dans un sens ou dans un autre par un courant électrique transmis à l’aide d un commentateur J; une barre en fer doux AB, entourée sur toute sa surface d’une couche isolante très-épaisse, sauf à ses deux extrémités, est fixée sur l’électro-aimant et pénètre dans l'intérieur d’un ballon ovoïde où l’on peut faire le vide ; un anneau en cuivre CD, qui entoure la barre de fer doux dans l’intérieur du ballon , est isolé de cette barre , et au

(1) Voir pour la description des différents appareils d’induction la notice publiée pai M. Du Moncel, 5e édition 1867.

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moyen d’un bouton extérieur, placé à droite de l’appareil, permet aux décharges électriques de s’établir dans le ballon entre l’anneau et la partie supérieure A de la barre de fer. Pour atteindre ce but , la barre étant en rapport avec le fer doux de l’électro-aimant, il suffit de faire communiquer ce fer doux avec une des extrémités polaires d’un appareil d’induction analogue à celui représenté fig. 28 bis, dont l’autre extrémité polaire touche au bouton en relation avec l’anneau CD.

L’air du ballon peut être raréfié au moyen d’un des deux robinets qui sont à la partie supérieure et qui mettent l’appareil en rapport avec une machine pneumatique. Quand la raréfaction est suffisante, les décharges électriques répétées de l’appareil d’induction produisent une gerbe lumineuse AD qui reste fixe quand l’électro-aimant est à l’état naturel , mais qui prend un moubarre en fer AB quand l’aimantation de G a lieu ; le sens de ce mouvement dépend , non-seulement du sens du passage des décharges, mais encore du sens de l’aimantation que l’on peut faire changer à volonté au moyen du commutateur J.

Quand on opère avec de l’air ordinaire, la gerbe lumineuse est rougeâtre comme les décharges électriques qui ont lieu dans les mélanges gazeux raréfiés où l’azote domine; mais si à l’aide d’un robinet à capsule E, placé à la partie supérieure du ballon, on introduit dans l’intérieur un -peu d’un liquide, volatil comme l’alcool, l’éther, le sulfure de carbone, etc., en raréfiant le mélange d’air et de vapeur le phénomène a lieu comme précédemment, mais la teinte est différente et devient en général verdâtre ou blanchâtre.

On peut considérer la gerbe lumineuse comme le résultat de la transmission de l’électricité par l’intermédiaire des particules gazeuses , ainsi qu’on l’a expliqué précédemment , et dès lors cette

Fig. 28 1er.

vement de rotation autour de la

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succession de molécules incandescentes constitue un conducteur mobile parcouru par des courants électriques et pouvant subir l’action des aimants comme les conducteurs métalliques parcourus par l’électricité. On est donc ici dans le cas d’un courant rectiligne mobile qui se met en rotation autour du pôle d’un aimant, car la tige AB ne fait que prolonger le pôle supérieur de l’électro-aimant G!

M. Delarive a également employé plusieurs dispositions curieuses pour donner aux jets de lumière une direction perpendiculaire à celle de la barre centrale aimantée et afin de se placer à peu près dans les conditions nécessaires pour figurer la position des rayons auroraux lors de l’apparition de la couronne boréale. Le phénomène est le même qu’avec l’appareil précédent; mais l’apparence et la position des rayons lumineux peuvent varier suivant la disposition des récipients et le degré de raréfaction des gaz et des vapeurs. D’après cela, les décharges électriques qui ont lieu dans les régions supérieures de l’atmosphère doivent subir l’influence du magnétisme du globe et recevoir une direction en rapport avec celle de l’axe magnétique de la terre.