CHAPITRE XVIII

Instantanées de la foudre et de 1 étincelle électrique.

Par son expérience du cerf-volant, Benjamin Franklin, le grand citoyen américain, à démontré l'identité de ta foudre et de l'étincelle électrique. Depuis ce jour, la manifestation grandiose et terrible de la foudre a été soigneusement soumise aux investigations du génie humain, et l'étude des divers phénomènes qui accompagnent la décharge électrique pendant un orage, forme une branche très importante de la physique. Les hypothèses sur la formation du fluide électrique au sein des nues n'eurent pas seules le don de passionner les savants. Les diverses formes prises par l'étincelle éveillèrent leur attention et contribuèrent beaucoup à perfectionner le paratonnerre et à rendre son emploi pratique et utile. Arago classe les coups de foudre en trois catégories : fond) e linéaire ou en zigzag, foudre à large surface et foudre en boule.

La foudre linéaire manifeste sa chute par un ruban lumineux à arêtes vives qui tombe en ligne droite ou brisée.

La seconde catégorie de coups de foudre semble être une décharge latérale entre deux nuages: ce que le vulgaire, prenant l'effet pour la cause, explique en disant qu'elle déchire les nuages.

La troisième catégorie est moins fréquente dans nos contrées. La foudre apparaît bien rarement aux yeux de l'observateur sous la forme d'une boule ou d'un globe de feu. La foudre en zigzag est un des plus beaux, mais aussi un des plus dangereux phénomènes de la nature. Rien n'est plus saisissant que de la voir sortir subitement de la nuée orageuse, se profiler sur le ciel sombre en

plusieurs traînées lumineuses, de colorations diverses, et de la voir frapper finalement le sol en y causant de terribles ravages. L'observateur devait regretter de voir cette manifestation si fugitive échapper à son investigation.

Wheatstone essaya, au moyen de dispositions ingénieuses, de mesurer la durée des coups de foudre. Par diverses observations,

il constata qu'elle était moindre que 1 /1,000,000e de 'seconde. Cette fraction infinitésimale a de quoi frapper l'imagination de l'homme; aussi les savants furent-ils fort étonnés à l'apparition des premières photographies de la foudre.

Pendant l'orage du 6 juillet 1883, le photographe autrichien Robert Haensel, de Reichenberg, obtint, pour la première fois, après maints essais malheureux, une image de la foudre sur une plaque au gélatinobromure. Vers la même époque, Crow obtint, accidentellement, une négative semblable. Le photographe anglais était occupé à photographier une tour d'église, lorsqu'un coup de tonnerre éclata et frappa précisément cette tour.

Le mois de juillet de l'année 1883 fut très orageux dans toute l'Europe centrale. M. Robert Haensel remarquant, dans la soirée du 6 juillet, qu'un violent orage montait au ciel, dirigea son objectif ouvert sur la partie du ciel où les éclairs semblaient être les plus nombreux. Vers dix heures du soir, l'orage était dans son plein et les éclairs sillonnaient les nues. Le photographe autrichien exposa ainsi six plaques et après développement, il fut assez heureux de voir son expérience couronnée de succès. C'est la reproduction de

Figure 84. - Instantanée d'éclair.

ces négatifs, très intéressants au point de vue des formes revêtues par l'étincelle, que nous donnons dans les figures 84, 85 et 80.

Figura 85. Figure 86.

Instantanées d'éclairs.

La figure 81 retrace un coup de foudre presque vertical dont les zigzags sont arrondis. Sur la gauche de la ligure 85, on remarque une double traînée lumineuse qui se partage même en trois branches. Un autre coup de foudre traverse en même temps le ciel et se partage en plusieurs bras qui se perdent dans l'espace. La figure 86 nous montre deux fourches fort belles qui courent à l'origine parallèlement, se rapprochent ensuite sans se confondre, s'écartent finalement avant de se perdre sous l'horizon.

Figure 87. - Instantanée d'éclair.

Une très belle reproduction d'un coup de foudre à branches multiples est la figure 87.

Les premières photographies de la foudre donnaient des éclaircissements étonnants sur la forme de l'éclair; elles intéressaient au plus haut point le monde savant.

Elles démontrèrent que les peintres et les littérateurs de l'antiquité et des temps modernes avaient une idée erronée de la foudre et que, loin de former une ligne brisée à angles droits ou obtus, celle-ci ressemblait à une ligne serpentant sans arêtes pointues. La foudre prend donc une forme qui est identique à celle de l'étincelle électrique produite par la machine de Rubmkorff. L'électricien céleste dispose de batteries et d'appareils des plus puissants; il n'est donc pas étonnant que ces étincelles prennent des kilomètres de longueur : c'est là la seule différence.

FiRure xs. - instantanée d'éclair.

Un des éclairs photographiés par Haensel donne un intéressant exemple de la division du fluide électrique. De la traînée principale partent diverses branches qui se subdivisent ellesmêmes en d'autres encore. Ce fait démontre que l'éclair n'est pas toujours la décharge du fluide d'un point à un autre; mais qu'il part ordinairement d'un point pour aller aboutir à une multitude

d'autres points. L'image de la foudre ressemble alors assez bien à une carte géographique sur laquelle le tracé d'un fleuve reçoit le tribut d'autres cours d'eau. Il est à remarquer qu'Arago avait déjà deviné la division en branches de la foudre, cependant il n'admettait que deux ou trois au plus de ces branches. Les plaques photographiques montrent jusqu'aux moindres veines de la branche principale distinguée par l'œil' (fig. 88). Les négatifs d'éclairs pris plus tard par M. Duquesne, aux environs de Paris, et par le Dr Kayser, à Berlin, confirmaient en tout point les conclusions tirées des épreuves de Haensel. Arago avait signalé le fait suivant, qui s'explique aujourd'hui par ce qui précède: Vingtquatre églises furent frappées presqu'en même temps, alors qu'on n'avait distingué que trois coups de tonnerre.

Un autre négatif d'éclair pris par M. Duquesne à Billancourt et montré le 21 novembre 1884 à une réunion de la Société française de Physique mérite d'être mentionné. M. Duquesne écrit, au sujet de son expérience, ce qui suit :

« Depuis longtemps déjà, je résolus d'obtenir des négatifs d'éclairs; à cet effet, j'avais répèré ma chambre afin de pouvoir, sans devoir tâtonner, mettre au point pendant la nuit. Le soir du 13 juillet 1884, l'orage ardemment désiré se préparait : ma chambre fut pointée dans la direction où les éclairs commençaient à se montrer. Leur lueur était assez intense pour dessiner sur le verre dépoli la silhouette des arbres, ce qui facilitait beaucoup l'orientation. Tout était alors préparé et le verre dépoli remplacé par une plaque sensible. Au bout d'une demi-heure, les éclairs commencèrent à se montrer iso-'ément; ils dessinèrent sur la surface sensible la silhouette des arbres et des nuages. Vers minuit l'orage était dans toute sa force, un éclair plus lumineux que tous les autres se produisit dans le champ de l'objectif que je fermai rapidement. Après développement, l'image obtenue sur la plaque me surprit au plus haut degré: quoique j'eusse parfaitement distingué une seule et unique traînée lumineuse, le négatif, examiné à la loupe, en accusait une double. A côté du sillon principal courait un second plus étroit qui se rapprochait du premier à divers endroits, jusqu'à se confondre entièrement avec lui. »

Figure Si'. - Instantanée d'éclair.

Le D1' Kayser. à Berlin, photographia le 10 juillet de la même année un coup de foudre qui tomba dans le voisinage très proche de l'opérateur. Le docteur avait pris pendant toute la soirée des

séries de photographies declairs lorsque vers dix heures du soir survient un terrible éclair suivi d'un formidable coup de tonnerre. Le négatif reproduit dans la figure 89 démontre que le sillon lumineux ne se compose pas d'une seule colonne de fluide, bien au contraire, on y trouve quatre lignes distinctes et très rapprochées. Sur la gauche de la figure se marque le sillon le plus fort, puis plus à droite, une bande plus large et plus lumineuse, accompagnée, plus à droite encore, par deux sillons qui se confondent souvent. Sur la droite extrême, on distingue une quatrième bande. Le D1' Kayser pense qu'on se trouve en présence d'une décharge oscillante dans laquelle il y a deux décharges à courts intervalles en sens inverse, dont l'une de la nuée vers la terre et l'autre de la terre vers la nuée, par le même canal aérien. Les intervalles d'une décharge intermittente semblable, dont parledéjà Dove, ne sont que d'une fraction de seconde. Les calculs de Kayzer se trouvent pleinement confirmés par la forme de l'éclair photographié, ainsi que par les relations de distance entre les diverses portions de l'image fixée. L'examen à la loupe du négatif fit constater que les quatre portions de l'éclair couraient dans une sorte de tube à parois extrêmement lumineux , que du jet principal partaient au moins soixante décharges latérales visibles sur le négatif seulement et que la bande large dont il est question plus haut méritait une étude approfondie. Cette bande est formée de couches horizontales claires séparées par des intervalles obscurs. L'explication de ce phénomène est difficile; l'hypothèse que l'éclair volatilise les gouttes de pluie qu'il rencontre sur son passage et que chaque goutte forme une couche lumineuse de vapeur se trouve en opposition avec ce fait que, le long du sillon, il ne se rencontre aucune de ces couches. Il faudrait également, d'après Kayser et Stolze, une température de 400,000° pour volatiliser les gouttes d'eau rencontrées par l'éclair. La longueur de l'éclair photographié peut être évaluée à 300 m. et la largeur de l'auréole, à 28 m. Les bandes claires ont une longueur de lm7 et la hauteur des couches est de 0m35. En admettant la même profondeur, on obtiendrait 2/10 c5m. pour leur volume; et si quinze gouttes de pluie forment le poids d'un gramme, nous trouvons la

température fixée plus haut. Il serait à souhaiter, dans l'intérêt de la science, que les instantanées d'éclairs se multiplient de plus en plus.

h. — l'image de l'étincelle électrique

Les instantanées d'éclairs avaient, dès l'origine et ajuste titre, éveillé l'attention du inonde savant. Comme en définitive, l'éclair n'est qu'une étincelle électrique à proportions considérables, les physiciens s'occupèrent immédiatement de photographier l'étincelle fournie par les sources d'électricité connues. Déjà Rood. Pinaud, Schnauss et d'autres encore, avaient reconnu que l'étincelle se dessine sous la forme d'un anneau ou d'une étoile, lorsqu'elle frappe directement la plaque sensible. Le physicien Feddersen calcula, au moyen de l'appareil photographique, la vitesse de l'étincelle. Dans le dispositif qu'il adopta, l'étincelle éclatait, entre deux boules enfermées dans une boîte hermétiquement close; une mince fente projetait à l'extérieur le rayon lumineux, qui tombait sur un miroir animé d'un mouvement de rotation régulier : il s'y brisait en s'amplifiant et se trouvait projeté par réflexion sur une surface sensible, ou il se dessinait en forme de ruban. Feddersen, en tenant compte de la rotation du miroir, évalue cette vitesse à 2 à 3/ 1,000, 000e de seconde. Van Melkebecke. Plüoker, Welten, I)1 Siein el Ducrétet négligèrent, dans leurs essais, de projeter l'image de l'étincelle sur un miroir tournant : ils avaient surtout, en vue de photographier la forme môme des étincelles; ils firent donc éclater celles-ci devant l'appareil portant la

plaque sensible.

Ces essais se font généralement dans des chambres obscures. On commence par mettre au point les deux bouts de fil entre lesquels l'étincelle doit éclater : on obtient ainsi la netteté de l'image. Après avoir placé la glace sensible dans l'appareil et découvert l'objectif, on fait éclater une ou plusieurs étincelles.

Le D* Stein en fît éclater jusque six en une seconde. Dans une de ses expériences, où il employait une machine d'induction puis-

santé, il put en porter le nombre à soixante en une seconde et la plaque photographique donna l'image représentée dans la figure 90: L'épaisseur de l'étincelle y est représentée par la largeur des lignes blanches et ne donne que 1/5 de m/m. Pendant une période très courte, correspondant à une distance d'à peu près 1/2 cm. des conducteurs, les étincelles parcourent un même chemin, une ligne droite. Puis elles rencontrent une résistance variablere la part de l'air qu'elles ont comprimé, Les particules d'air finissent par céder de tous les côtés et les étincelles poursuivent leur chemin, mais au détriment de leur forme première. Elles présentent

Figure 90. — Instantanée d'éclair.

cette particularité avec l'éclair. Pour ce motif, nous trouverons également que toutes les images n'ont pas la même netteté sur le négatif. Un autre phénomène nous est montré par la figure 91 : L'image de l'étincelle est plus intense sur la droite, qui correspond au pôle négatif, que sur la gauche, qui représente le pôle positif. L'étincelle se meut donc dans la machine d'induction (électricité statique) du négatif vers le positif.

MM. Van Melkebecke et Plücker ont photographié les étincelles fournies par une machine de Holtz.

Figure 91. - Instantanée de décharge électrique.

M. Welten (1) fit de semblables études sur une machine de Töpler ; en glissant le châssis, il prit deux images sur un même négatif. Les résultats obtenus par cet expérimentateur corroborent parfaitement ceux obtenus par Van Melkebecke et Plücker. On voit.

Figure '.)>. — Instantanée de décharge électrique.

dans l'image supérieure de la figure 92, que l'étincelle s'est partagée en deux branches qui finissent par se réunir de nouveau.

(I) La Manne, 1884, |). 180.

M. Ducrétet, physicien français, a construit, pour photographier l'étincelle électrique, un appareil très simple et fort pratique, dans lequel il supprime même toute combinaison de lentilles. Le dispositif (fig. 93) se compose d'une boîte A B C D en ébonite, montée sur un pivot isolé. Dans la partie supérieure A B et dans les parois A D et B C, se trouvent trois tubes en ébonite qui portent, à frottement doux, trois tiges en laiton, terminées par les boules L H N. Le pied de la boîte contient 'une crémaillère

Figure 93. - Appareil de Ducrétet.

au moyen de laquelle on peut, à volonté, monter ou descendre la petite table P. Les boules L H N et la table P sont montées de telle façon qu'on peut y substituer des pointes, des corps isolants. La borne E permet de mettre la table P en communication avec la source électrique.

Si l'on introduit une plaque sensible dans la boîte A BC D, elle recevra l'impression lumineuse de toute étincelle électrique partant de H vers /V ou de L vers P. Cette étincelle peut être fournie

indifféremment par une machine de Holtz ou par une bobine de

Ruhmkorff. Les cinq figures qui vont suivre se chargent de nous montrer les résultats obtenus avec ce dispositif.

Les figures 94 et 95 ont été reproduites d'après les négatifs fournis par l'expérience suivante : Sur le plateau métallique P, correspondant au pôle — d'une bobine de Ruhmkorff, on avait placé une plaque sensible, le côté émulsionné en-dessous ; sur cette

Figure 'Jj. - Instantanée de décharge électrique.

plaque se trouvait un disque mince en ébonite. Un second disque, superposé au premier, en était séparé par de petites bandelettes, pour laisser entre eux un matelas d'air. Une seconde plaque sensible reposait sur ce dernier disque, le côté émulsionné au-des-

sus. Sur cette surface s'appuyait par le plat, un disque métallique, semblable au plateau P et en communication avec le pôle -j- de la bobine de Ruhmkorff. Le passage de l'étincelle fournit sur les

Figure 1)7. - Image de l'étincelle électrique-

plaques photographiques les images [flg. 94, 95). On remarque que le négatif accuse au pôle -f- une couronne lumineuse beaucoup plus large qu'au pôle — . Un effet tout semblable se reproduit dans la figure 9G. L'étincelle d'une machine de Hollz passait de // vers N

et la plaque sensible, fixée sur le plateau isolé P, la photographiait en grandeur naturelle.

Dans la figure 97, nous voyons une étincelle de 15 cm. de longueur, fournie par une bobine de Ruhmkorfl'. Elle ressemble assez bien à une corde détournée.

Le négatif intéressant qui a fourni la figure 98 a été obtenu de la façon suivante : Sur le plateau métallique P (]i<j. 93), mis en

Figure 98. - Photographie d'une décharge électrique.

communication avec l'un des pôles de la source électrique , on avait placé un léger disque d'ébonite, sur lequel reposait une plaque sensible de même grandeur, la couche sensible au-dessus.

La boule L, en communication avec l'autre pôle, touchait l'émulsion. L'étincelle produite, on put constater que, malgré les deux milieux isolants, il existait sur la plaque un cercle lumi-

neux, comme dans les figures 94 et 95, et une multitude de veines qui, partant du centre, rayonnaient dans tous les sens vers la périphérie. A eùté des deux veines principales, on peut en distinguer encore deux autres, plus larges mais moins lumineuses.

La simplicité de l'appareil décrit plus hautet la facilité de la manipulation des plaques à la gélatine doivent engager d'autres expérimentateurs à tenter de nouveaux essais. L'observation de ces négatifs sera très instructive.