CHAPITRE VIII La conductibilité des gaz. — Les ions

Si l'on s'en tenait aux faits que nous avons exposés jusqu'ici, Ton pourrait conclure que deux classes de phénomènes, malgré quelques difficultés qui ont été signalées, s'interprètent aujourd'hui de mieux en mieux. L'hypothèse de la constitution moléculaire de la matière nous permet de grouper les uns, l'hypothèse de l'éther nous amène à coordonner les autres.

Mais ces deux classes ne sauraient être considérées comme indépendantes l'une de l'autre ; il existe évidemment, entre la matière et l'éther, des relations qui se manifestent en beaucoup de cas accessibles à l'expérience, et la recherche de ces relations apparaît comme le problème capital que le physicien doit se poser. La question, depuis longtemps déjà, a été abordée par divers côtés, mais les découvertes récentes sur la conductibilité des gaz, sur les substances radio-actives, sur leg

LA CONDUCTIBILITÉ DES GaZ

rayons cathodiques et similaires, ont permis, dans ces dernières années, de l'envisager sous un jour tout nouveau; sans vouloir ici exposer en détail «les faits, qui, pour la plupart, sont d'ailleurs bien connus, on cherchera à grouper autour de quelques idées essentielles les principaux d'entre eux, et l'on tâchera de préciser les données qu'ils nous apportent pour la solution de ce grave problème.

C'est l'étude de la conductibilité des gaz qui a fourni tout d'abord les renseignements les plus importants et qui a permis de pénétrer, plus profondément qu'on n'avait su le faire jusqu'à ces dernières années, dans la constitution intime de la matière, et, par suite, d'aller en quelque sorte saisir sur le vif les actions qu'elle peut exercer, cette matière, sur l'éther ou réciproquement celles qu'elle eu peut recevoir. On pouvait peutêtre prévoir qu'une telle étude se montrerait remarquablement féconde; l'examen des phénomènes de l'électrolyse avait, en effet, conduit à des résultats d'une importance capitale sur la constitution des liquides, et les milieux gazeux, qui, dans toutes leurs propriétés, se présentent comme particulièrement simples, devaient, semblet-il, fournir, dès le début, un champ d'investigations facile à exploiter et fort productif.

Il n'en fut rien cependant; des complications expérimentales surgissaient à chaque pas qui venaient obscurcir le problème. On se trouvait le plus souvent en présence de décharges diruptives violentes avec un cortège de phénomènes accessoires, dus par exemple à l'intervention des

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électrodes métalliques, et manifestés par les aspects complexes des aigrettes et des effluves, ou bien encore l'on avait affaire à des gaz chauds difficiles à manier, maintenus dans des récipients dont les parois jouaient un rôle fâcheux et venaient voiler la simplicité des faits fondamentaux; aussi, malgré les efforts d'un certain nombre de chercheurs, aucune idée générale ne s'était dégagée d'un amas de renseignements souvent contradictoires.

Beaucoup de physiciens, en France particulièrement, s'étaient désintéressés de questions qui semblaient si confuses, il faut même avouer franchement que quelques-uns d'entre eux avaient une méfiance véritablement injuste à l'égard de certains résultats que l'on aurait dû considérer comme acquis, mais qui avaient le tort d'être en contradiction avec les théories habituelles.

Toutes les idées classiques relativement aux phénomènes électriques conduisaient à considérer qu'il existait une symétrie parfaite entre les deux électricités, la positive et la négative; dans le passage de l'électricité à travers les gaz se manifeste, au contraire, une dissymétrie évidente : l'anode et la cathode se distinguent immédiatement dans un tube à gaz raréfié par un aspect très particulier; la conductibilité d'une flamme ne semble pas, dans certaines conditions, la même pour les deux modes d'électrisation.

Il n'est pas sans intérêt de remarquer qu'un savant allemand, très célèbre autrefois, très oublié aujourd'hui, Erman, avait, dès 1815, attiré l'attention sur la conductibilité uni-polaire de la flamme; ses contemporains, comme on en peut

juger par la lecture des traités de physique du temps, avaient attaché à cette découverte une grande importance, mais, comme elle était un peu gênante et qu'elle ne rentrait pas volontiers dans les cadres des études ordinaires, poursuivies si fructueusement d'ailleurs, elle fut par la suite négligée, considérée sans doute comme insuffisamment établie, puis complètement oubliée.

Tous ces faits un peu obscurs, d'autres encore, comme l'action différente des radiations ullra-vio- 'ettes sur les corps chargés positivement et négativement, vont, au contraire, se coordonner grâce aux idées actuelles sur le mécanisme de la conduction et ces idées permettront aussi d'interpréter la dissymétrie la plus frappante de toutes, celle que révèle l'électrolyse elle-même, dissymétrie que l'on ne pouvait certes nier, mais sur laquelle on n'avait pas porté une suffisante attention.

C'est à un physicien allemand, Giese, que l'on doit les premières notions sur le mécanisme de la conductibilité des gaz, telle qu'on se la représente aujourd'hui; dans deux mémoires, publiés en 1882 et en 1889, il arrive nettement à concevoir que la conduction n'est pas due aux molécules des gaz, mais à des fragments de ces molécules, à des ions. Giese fut un précurseur, mais ses idées ne pouvaient triompher tant que l'on n'avait pas le moyen d'observer la conduction dans des circonstances simples : ce moyen, ce fut la découverte des rayons X qui vint le fournir.

Imaginons que l'on fasse passer à travers un gaz quelconque, pris à la pression ordinaire,

l'hydrogène par exemple, un faisceau de rayons Xt le gaz, qui se comportait jusque-là comme un parfait isolant (*), acquiert subitement une conductibilité notable ; si l'on plonge dans cet hydrogène deux électrodes métalliques en communication avec les deux pôles d'une pile, un courant s'établit, mais dans des conditions très spéciales qui font songer, lorsqu'on les précise par des expériences, au mécanisme qui permet le passage de l'électricité dans les électrolytes et qui se représente si bien quand on imagine que ce passage est dû à la migration vers les électrodes, sous l'action du champ, des deux ions produits par la division spontanée de la molécule dans la solution.

Admettons donc avec J.-J. Thomson et les nombreux physiciens qui, à sa suite, ont repris et développé l'idée de Giese que, sous l'influence des rayons X, pour des raisons qu'il restera à rechercher plus tard, certaines molécules gazeuses se sont divisées en deux fragments électrisés, l'un positivement, l'autre négativement, et que Ton appellera, par analogie avec le phénomène qui se produit dans l'électrolyse. des ions; si l'on vient alors à placer le gaz dans un champ électrique, produit par exemple par deux plateaux métalliques mis respectivement en communication avec

1. Tout au moins tant qu'on ne l'introduit pas entre les deux armatures d'un condensateur possédant une différence de potentiel suffisante pour vaincre ce que M. Bouty appelle sa cohésion diélectrique : nous laissons ici de côté ce phénomène, au supt duquel M. Bouty est parvenu à des résultats importants à la suite d'une très remarquable série d'expériences.

les pôles d'une pile, les ions positifs chemineront vers le plateau relié au pôle négatif, les ions négatifs en sens contraire, il se produira ainsi un courant dû à l'apport aux électrodes des charges qui étaient sur les ions.

Si le gaz ainsi ionisé est abandonné à lui-même, en l'absence de tout champ électrique, les ions obéissant à leurs attractions mutuelles doivent arriver à se rencontrer, à se combiner, à reconstituer une molécule neutre et par suite à rétablir l'état initial; le gaz, au bout de peu de temps, perd la conductibilité qu'il avait acquise; tel est, du moins, le phénomène aux températures ordinaires. Mais si la température est plus élevée, les vitesses relatives des ions, au moment des chocs, pourront être assez grandes pour que la recombinaison ne puisse se produire intégralement et la conductibilité subsistera.au moins en partie.

Chaque élément de volume rendu conducteur fournit donc, dans un champ, des quantités égales ' d'électricité positive et négative ; si nous admettons, comme il vient d'être dit, que ces quantités libres sont portées par des ions ayant tous même charge, le nombre de ces ions sera proportionnel à la quantité d'électricité et, au lieu de parler de quantité d'électricité, nous pourrons employer le terme équivalent de nombre d'ions. Pour une excitation produite par un faisceau défini de rayons X, le nombre des ions libérés sera fixe; ainsi, d'un volume de gaz déterminé, on ne pourra extraire qu'une quantité d'électricité également déterminée.

La conductibilité produite n'est pas régie par la loi d'Ohm ; l'intensité n'est pas proportionnelle

à la force électromotrice, elle croît bien d'abord quand la force électromotrice augmente, mais elle s'approche asymptotiquement d'une valeur maxima qui correspond au nombre des ions libérés et qui peut, par suite, servir de mesure à la puissance de l'excitation ; c'est ce courant que l'on appelle le courant de saturation.

M. Righi a bien montré que le gaz ionisé n'obéissait pas à la loi d'Ohm par une expérience en apparence très paradoxale; il trouve que, plus la distance des deux plateaux électrodes est grande, plus grande aussi peut, dans certaines limites, être l'intensité du courant. Le fait s'interprète très bien dans la théorie de l'ionisation puisque, sur une plus grande longueur de la colonne gazeuse, le nombre des ions libérés doit être plus considérable.

Un des caractères les plus saillants des gaz ionisés sera de décharger les conducteurs électrisés ; ce phénomène ne sera pas produit par le départ de la charge que ces conducteurs peuvent posséder, mais par l'arrivée de charges opposées que viendront leur apporter les ions obéissant aux attractions électrostatiques et abandonnant leur propre électrisation lorsqu'ils sont arrivés au eontact de ces conducteurs.

Cette manière d'envisager les phénomènes est extrêmement commode, éminemment suggestive; on peut sans doute penser que l'image des ions n'est pas identique à la réalité objective, mais on est obligé de reconnaître qu'elle représente, avec une fidélité absolue, tous les détails des phénomènes.

D'autres faits vont d'ailleurs donner à cette

hypothèse une plus grande valeur encore ; on va même pouvoir, en quelque sorte, saisir individuellement ces ions, les compter et mesurer leur charge.