L ELECTRICITE DE LA TERRE

paee avec uae TÎtesse infinie, mais? au contraire, doivent mettre un certain temps à. nous arriver du Soleil.

Il est actuellement possible' de calculer cette vitesse. Prenons une gouttelette non transparente de 0'°™,000i6 de diamètre, dimension qui correspond à la valeur maximum de la pression de radiation, et, par suite, à la plus grande vitesse de propulsion, et ayant la même densité que l'eau,, c'est-à-dire l'unité : cette particule sera soumise à l'action de la « pesanteur solaire « qui l'attire vers l'astre, et à celle de la force répulsive de radiation, deux fois et demie plus forte que la précédente. On trouve ainsi une vitesse moyenne de 740 kilomètres par seconde, c'est-à-dire que la gouttelette devrait mettre 56 heures à franchir l'intervalle qui sépare le Soleil de la Terre. On peut, en outre remarquer que les particules de poussière solaire, à laquelle nous avons gratuitement attribué une densité égale à celle de l'eau, a sans doute une densité moins considérable, car elle est vraisemblablement formée de carbures d'hydrogène contenant de l'hydrogène et de l'hélium dissous dans sa, masse. Si les particules considérées avaient une densité égale aux deux tiers de celle de l'eau, le calcul fait voir qu'elles franchiraient, sous rimpulsion de la pression de radiation, la distance qui sépare le Soleil de la Terre en 45 heures.

Or, l'astronome Ricco a trouvé précisément, entre le passade d'une tache au méridien et le maximum d'amplitude de la perturbation magné-

tique correspondante, un intervalle de 45 heures et demie, ce résultat étant basé sur une dizaine de cas nettement observés ; dans une autre série, il a trouvé 42 heures 1/2! N'est-il pas admirable de constater une telle concordance^ entre le calcul et l'observation î et ne doit-on pas ressentir un peu de fierté de voir Thomme faire franchir à sa pensée les murs de sa prison et la lancer à travers Tespace pour lui arracher des secrets qui lui semblaient à jamais interdits ! Ainsi s'expliquent clairement et simplement ces mystérieuses aurores polaires; environnant le pôle de la ligne de chute . des poussières qui les engendrent, on conçoit qu'elles paraissent briller au Nord de cette ligne pour les lieux qui lui sont extérieurs et vers le Sud pour ceux qui sont compris dans son enceinte. C'est cette ligne que les physiciens appellent la « ligne neutre ».

Mais Tétudede la marche des poussières solaires dans l'atmosphère terrestre va nous permettre de comprendre autre chose encore. Les particules, chargées négativement, et chassées du Soleil par la pression de radiation, rencontrent notre atmosphère et s'y déchargent, vers la Terre, par le mécanisme des aurores. Cette décharge d'électricité négative sur le globe, communique et entretient à la surface de celui-ci cette charge statique d'électricité négative qui est à la base de l'étude de « l'électricité atmosphérique ». Pour étudier cel ci, en effet, on commence par constater et i mesurer l'augmentation du potentiel électriqu(

l'électricité de la terre 229

mesure qu'on s'élève dans Tatmosphère ; au voisinage du sol, cette augmentation est, en moyenne, de 150 volts par mètre d'ascension. La charge de la Terre augmentera donc quand il y aura augmentation des taches solaires.

Nous n'avons pas à entrer ici dans la description détaillée des effets de l'électricité atmosphérique : réclair, le tonnerre, l'électricité par influence, les actions de la foudre sont clairement décrits dans les ouvrages de physique élémentaire et dans les livres de vulgarisation. Ce que nous avons à retenir, c'est que nous voyons apparaître ici un lien étroit entre l'activité solaire, cause de la « vie de la Terre », et l'activité orageuse, qui est une des manifestations les plus effrayantes de cette vie. Les nuages élevés qui flottent dans Tair atmosphérique, les cirrus, sont formés en grande abondance lors de la production des aurores. On sait, en effet, que lorsque Tair est chargé de^ particules très petites, et qu'en même temps une forte « ionisation » a été produite sous l'influence des rayons cathodiques, la condensation des particules est facilitée, autrement dit, les circonstances sont favorables à la formation des nuages, les « ions ^ ayant la propriété de condenser les vapeurs. L'abondance des cirrus doit donc accompagner les maxima des taches solaires. Des observations de cinquante années permettent d'affirmer qu'il y a concomi- *'\nce entre les maxima du nombre des cirrus et

is maxima du nombre des taches solaires, les

ériodes des deux phénomènes étant de onze ans.

Ces cirrus s'électrisent aussi sous l'action des

rayons ultra-violets* On sait que ces rayons onl k propriété de rendre les gai eoaducteurs de FéleetriciUî. c'est-à-dire de les « ioniser »; de plus, iis déchargentrélectricité négative en respectant l'électricité positive dont peuvent être chargés les corps qu'ils rencontrent. Les cirrus, formés de fines aiguilles de glace, passent souvent au-dessus des nuages que le toisinage du sol terrestre a électrises par influence ; ils subissent alors à leur loor F influence de ces nuages, et leurs aiguilles sont chargées, négativement à une extrémité, positivement à l'autre. Si, dans ces conditions, ils viennent à être frappés par un faisceau de rayons ultraviolets, leur charge négative leur sera soustraite et ils resteront chargés positivement, Ici encore, nous retrouvons le Soleil à l'origine d'une manifestation électrique de notre atmosphère.

L'importance de ces phénomènes électro-atfioosphériques est énorme, surtout en ce qui concerne les phénomènes delà vie animaieet végétale,, car ce sont eux qui déterminent la combinaison de l'azote de l'air avec l'oxygène et l'hydrogène, et donnent, par suite, naissance aux nitrates, aux nitrites, aux composés ammoniacaux dont les agronomes cet su reconnaître l'importance capitale; entraînées jusqu'au sol par les chutes de pluie, ces matières azotées y forment un apport annuel de plus de 400 millions de tonnes par an.

Il est, enfin, une dernière propriété électrique î la Terre : c'est sa radioactivité. Au début de l'h toire des phénomènes radioactifs, qui fur< t

LA BADIO-ACnVITÉ DE LA TERB

découverts par Becquerel en 1896, i Radium, découvert ultérieurement parC tera l'étude, on pensait que seuls les mi avaient formé les corps radioactifs, c'est n pechblendes » d'où l'on extrayait l'ura aédaient ces propriétés étonnantes.

On sait aujourd'hui que le phénomène rai, et l'on est en droit de croire que ton sont plus ou moins radioactifs. Le s( est le siège d'une radioactivité que l'on p eu évidence en y enfonçant un tube à ui profondeur et en aspirant l'air qui s'y ti air est toujours plus ou moins chargé tiens ; aussi est-il naturel que l'air dei des cavernes le soit particuJtërement.

eaux minérales sont radioactives : le Moureu l'a découvert et l'a démontré ; tiennent ces gaz rares dont un, l'hélium obtenu comme produit de la transfor l'émanation radique par sir W. Ramss l'émanation se dissipe assez vite, celi pourquoi la plupart de ces eaux sont ef point de vue thérapeutique, quand on v dre à leur source, dîuis des conditions o nations o'ont pas eu 1« temps de se dist que, transportées au loin, elles ne soi de simples dissolutions salines, dépo l'émanation qui constituait une grande [ Duissance curative.

L'air atmosphérique, en contact aveclf ictif, est radioactif lui-même : les pt «t toujours trouvé des traces, infii

d'ailleurs, d'émanations, et la pluie ou la neige fraîchement tombée produit toujours des traces de radioactivité ; il en est de même de Teau de mer.

Des expériences concordantes ont montré qu'il faudrait environ 2000 ans pour réduire de moitié l'activité d'un gramme de radium; pendant ce temps, il a émis 120 calories par heure, soit, en nombre rond, un million de calories par an. On conçoit dès lors que, si le globe terrestre renferme dans son noyau central une quantité de ce corps, il y aura là une « réserve » considérable de chaleur interne. Comment ce radium peut-il ainsi rayonner si longtemps de l'énergie sous forme calorifique? reçoit-il de l'espace une radiation quelconque qu'il transforme en chaleur par un mystérieux mécanisme?

Le rayonnement des corps radioactifs comporte trois espèces de rayons : les rayons a, formés de particules chargées positivement, se mouvant à raison de 20 000 -kilomètres par seconde environ : ces particules sont des atomes d'hélium; les rayons p, qui sont des électrons négatifs, dont la masse est 1700 fois plus faible que celle d'un atome d'hydrogène, et qui se meuvent avec la vitesse de la lumière : 300 000 kilomètres à la seconde ; enOn les rayons v, analogues aux rayons X.

L'hélium se rencontre toujours dans les minerais radioactifs, et il s'en produit en présence de r « émanation » du radium : l'hélium semble do un élément primordial; on le trouve comme ten final de la désagrégation des autres atomes ; on

trouve comme point de départ de V « intégration » des atomes plus compliqués.

Les corpâ radioactifs, uranium, actinium, ra-' dium, libèrent de Thélium. Sir William Ramsày a constaté le fait en partant du radium; d'autres expériences lui permettent de dire que le cuivre se transforme en potassium, sodium, lithium, et que le plomb, le thorium, le titane, le silicium se transformeraient en carbone sous Tinfluence de l'énergie mise en liberté par Témanation du radium. Si ces expériences sont conûrmées, le résultat est capital pour l'histoire de la matière. En tout cas, le potassium, le sodium et le rubidium sont faiblement mais nettement radioactifs. Il semble donc que la radioactivité soit une propriété générale de la matière.

Ainsi les atomes lourds donnent naissance à des atomes plus simples, en perdant de l'énergie. La dégradation est « spontanée », et c'est quand elle se fait avec une lenteur qui la rend insensible à la durée de nos expériences ou de nos existences^ que nous estimons stable la matière dont nous ne pouvons pas constater la dégradation.

Mais alors se pose, comme problème primordial, la question de l'origine des atomes lourds^ comme ceux de thorium ou d'uranium. Ceux-là, qui, en se dégradant, peuvent donner naissance aux autres, ne peuvent pas provenir d'une dégradation préalable. Il est donc naturel qu'ils soient dus au mécaisme inverse de Viniégration de la matière, à artir d'atomes simples comme l'hélium, et sous influence d'une énergie considérable.

Et ici, nous sommes ramenés, pour rechercher les origines de la radioactivité dans l'écorce terrestre, au grave problème de l'âge de notre globe : nous avons vu, dans un chapitre précédent, que cet âge devait être compris entre 1000 et 2000 millions d'années, depuis la formation de Vécorce solide. Si l'on cherche à supputer le temps écoulé depuis qu'elle est devenue un « astre indépendant», après s'être détachée du noyau de la nébuleuse solaire, il faut compter au minimum un trillion d'années.

Si la Terre avait été entièrement formée d'uranium, un trillion d'années aurait été un temps plus que suffisant pour qu'elle se fût complètement transformée. Or, on trouve actuellement de l'uranium dans l'écorce terrestre : il faut donc que ce corps radioactif se soit formé dans la masse même de notre globe.

Si la Terre contenait 1/5000000000 de gramme de radium par centimètre cube, cela suffirait pour arrêter son refroidissement : on connaît aujourd'hui suffisamment les « constantes » des matières radioactives pour avoir pu faire ce calcul. Or, l'observation montre que la teneur réelle des matériaux qui composent l'écorce terrestre est, en moyenne, 20 fois plus grande: le globe devrait donc se réchauffer, et la durée des périodes géologiques se trouverait accrue au delà de toute limite vraisemblable. Aussi est-il naturel de penser, avec les savants anglais, que la matière radioactive disponible dans l'écorce terrestre est localisée dans une couche très mince, située au voisinage im-

LA BADIO-ACTIVÏTÉ DE LA TEBBE 235

médiat de la surface du soi, et épaisse seulement d'un très petit nombre de kilomètres.

Alors nous sommes ramenés à ce dilemme : ou bien l'intérienr du globe n« contient ni uranium ni thorium,, ou bien les atomes lourds de ces corps ^j sont formés pat intégration de la matière, sous l'influence des pressions colossales qui régnent dans la masse du noyau central.

Arrhénius n'a-t-il pas d'ailleurs envisagé la formation, au centre des astres à noyau igné persistant, de composés endo thermiques, accumulant une somme prodigieuse d'énergie, de véritables corps explosifs « auprès desquels, dit-il, la dynamite et les picrates ne seraient que de simples jouets >» !

Nous avons donc, en cherchant l'origine de la radioactivité, trouvé une conséquence remarquable : la nécessité de supposer que l'évolution de la matière constitue un cycle ; s'il y a décomposition ou « désagrégation » atomique, d'une part, il doit forcément y avoir, d'autre part, une « intégration » compensatrice, qui assure la pérennité <ie cette matière.

Tous les faits dont nous avons parlé au cours de ce chapitre nous révèlent une chose : le globe terrestre possède un « état magnétique ».

Quel est cet état? Comment peuvent être répartis sous Técorce que nous foulons les éléments susceptibles de manifester l'action magnétique de la Terre? Comment sont-ils agencés de façon à accuser les influences du rayonnement solaire? Autant de ques-

lions auxquelles la Physique actuelle ne peut donner de réponses définitives.

Heureusement, en dehors de ces réponses qui pourraient sortir d*une grande idée théorique encore à concevoir, un savant anglais, M. H.Wilde, de Manchester, expérimentateur aussi habile qu'ingénieux, celui-là même à qui la Science est redevable de la première machine magnéto-électrique à excitation indépendante, a pu réaliser un merveilleux appareil qui reproduit avec une exactitude presque miraculeuse non seulement la distribution actuelle du magnétisme sur le globe terrestre, mais encore les variations séculaires de cette distribution dans la suite des siècles : cet instrument a été appelé par son auteur le Magnétarium. M. H.Wilde a été conduit à la conception du magnétarium par des idées cosmogoniques tout à fait personnelles; c'est une raison de plus pour que j'insiste sur les résultats qu'a donnés cet étonnant appareil. Puisque, pour la première fois, on a pu reproduire artificiellement dans un laboratoire toutes les particularités d'un phénomène aussi complexe que celui de la distribution du magnétisme terrestre et de ses variations séculaires, on doit penser que les vues qui ont conduit à cette reproduction ne sont pas sans valeur et méritent d'être approfondies parles philosophes de la Science qui, avec l'aide de l'Analyse mathématique, ont la mission d!édifier des théories sur l'origine et le fonctionnement des mondes.

Nous avons vu, en étudiant la naissance de Terre, que l'agglomération sphéroïdale des m

lières incandescentes qui devait plus tard donner naissance à notre planète s'était refroidie graduellement, de façon à être entpurée d'une couche superficielle solidifiée. Nous savons d'autre part que, actuellement^ la Terre parcourt Técliptique en ayant son équateur incliné de 23® 1/2 sur le plan de Torbite parcourue. M. H. Wilde suppose qu'il n'en a pas toujours été ainsi, et qu^à un certain moment, fort lointain puisqu'il se rapporte à la phase « incandescente » de la Terre, celle-ci, non encore recouverte de sa cuirasse solide, tournait autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique. Dans ces conditions, l'axe magnétique du système des courants électriques provenant de l'énergie solaire était aussi parallèle à la ligne des pôles autour de laquelle tournait le sphéroïde incandescent. Plus tard, la solidification superficielle s'est produite^ recouvrant la Terre de sa carapace.de roches : M. H. Wilde admet que, à ce . moment^ Faxe de rotation autour duquel tournait l'écorce s'est incliné sur l'écliptique, tandis que le noyau central continuait à tourner autour de son axe primitif de son mouvement de rotation originel. Ainsi, selon les vues du physicien anglais, au lieu d'un axe unique, la Terre, à partir de la formation de son écorce, a dû en comporter deux : l'un, — Taxe actuel — ne servant d'axe qu'à « l'enveloppe » solide ; l'autre, — l'axe primitif — servant d'arbre de couche à la masse ignée qui constitue encore aujourd'hui le noyau intérieur du globe. De plus, M. H. Wilde est arrivé à conclure que ce noyau interne doit tourner autour de l'axe

^tt:

primitif avec une vitesse angulaire plus faible que celle dont est animée récorce tournant autour de Taxe incliné î

L'auteur suppose encore autre chose : il « adniet » que les couches superficielles, en se refroidissant, sont devenues magnétiques, et qu'alors elles ont pris une aimantation globale parallèle à l'axe incliné, tant que la surface extérieure de Técorce, est restée à peu près unie, au moment même de la solidification ; mais que, à partir du moment où la couche a subi des plissements et des contractions, les convulsions déformantes de cette écorce lui ont donné uiie aimantation d'une complexité bien plus grande.

En résumé, M. H. Wilde suppose que le magnétisme terrestre est la résultante de deux éléments composants: l'un relié à la constitution actuelle de l'enveloppe solide du globe; l'autre dû aux courants intérieurs, ayant comme axe de synaétrie une ligne inclinée sur l'axe de rotation de l'écorce et décrivant lentement un cône autour de celle-ci, par suite de l'inégalité des vitesses de rotation du noyau et de l'écorce.

Pour arriver à une représentation matérielle de ce complexe phénomène, le physicien anglais a pris une sphère comme celles qui forment les » mappemondes » : un « globe terrestre ». Cette mappemonde était montée, comme la plupart de celles qui figurent dans les écoles, de façon à tourner autour d'un axe dont les deux extrémil s étaient soutenues par un arc en cuivre figura t ainsi un demi-méridien. Cet arc lui-même pouv; t

gKsser dans le support de l'appareil^ de cette façon, r expérimentateur pouvait amener devant lui un point quelconque de la surface figurée de la Terre, point qui se trouvait ainsi avoir le même horizon et le même zénith que le lieu de Texpérience. Un « bras 9 rigide, fixé au support, permettait de placer au-dessus du point ainsi choisi, soit une petite boussole d'inclinaison, soit une petite boussole de déclinaison^ de façon à mesurer expérimentalement les éléments du magnétisme artificiel que devait posséder cette « magnéto-mappemonde ».

Pour lui communiquer ce magnétisme, M. H.

Wilde a muni ce globe d'une série de fils isolés, enroulés suivant des parallèles, de façon à constituer une sorte de « bobine sphérique » :les lois deTélectromagnétisme permettent de . démontrer que, dans ce cas, le système se comporte comme une sphère qui serait aimantée dans une direction parallèle à Taxe de rotation.

A rintérieur de ce premier globe s'en trouve un second, tournant autour d'un axe creux enveloppant Taxe du premier ; ce premier globe est, lui aussi, recouvert d'une « bobine sphérique » ; mais l'enroulement de cette dernière n'a pas été fait suivant des parallèles géographiques ; il a été réalisé de façon que les spires eussent pour pôles les deux extrémités d'un diamètre faisant avec l'axe '^e rotation u'n angle de 18**, égal à la distance en ititude du pôle géographique Nord au pôle magnéîque de la Terre. Enfin un engrenage à train diférentiel permettait de faire tourner simultané-

ment les deux globes, le globe intérieur subissant à chaque tour un retard angulaire de 12® relativement au globe extérieur. Dans ces conditions, on peut démontrer que le système équivaut à un aimant résultant, dont la ligne des pôles serait inclinée sur Taxe de la Terre d'un angle moindre que 18** et qui tournerait autour de cet axe d'une manière continue, les deux bobines étant parcourues par des courants convenables. On fît, dans ces conditions, les déterminations de déclinaison et d'inclinaison pour différents lieux de la Terre avec les petites boussoles d'examen : le résultat ne fut pas ce que l'on avait espéré.

M. H. Wilde eut alors l'idée d'incliner l'axe magnétique du globe intérieur, non plus de 18** sur celui du globe extérieur, mais bien de 23^1/2, c'est-à-dire d'un angle égal à celui que font entre eux le plan de l'équateur terrestre et le plan de l'écliptique : de cette façon, à certaines périodes du mouvement, l'axe magnétique du globe intérieur devait se trouver perpendiculaire au plan de l'orbite terrestre. On put alors retrouver à peu près, avec l'instrument, la valeur successive des éléments magnétiques observés à Londres. Un tour complet du globe extérieur correspondait à un déplacement angulaire de 12** seulement pour le globe intérieur, c'est-à-dire figurait un intervalle de temps de 32 années : on put alors conclure que la période générale des variations séculaires devait être d'environ 960 ans.

Cependant les résultats précédents, sensiblement exacts pour la valeur des éléments magnétiques de

Londres, présentaient, pour d'autres points de la Terre, des écarts notables avec les éléments observés! De plus, sur le « magnétarium » la répartition des méridiens magnétiques et de lignes isogones était d'un dessin beaucoup plus régulier qu'on ne l'observe à la surface de la Terre. Pour remédier à ces écarts, M. H. Wilde eut alors l'idée remarquablement originale de recouvrir de feuilles de tôle découpées, d'épaisseur convenable, les portions de la surface du « magnétarium » figurant les océans : le résultat fut prodigieux. Non seulement l'instrument reproduisit .exactement les valeurs actuelles des éléments magnétiques aux divers points de la Terre, et cela pour des stations aussi éloignées les unes des autres que Londres, le Cap et Sainte- Hélène, mais encore il donna, pour les mêmes stations, les variations séculaires de ces éléments, et enfin il reproduisit l'ovale de la Sibérie orientale, à l'intérieur duquel la déclinaison est « ouest », et même l'ovale de déclinaison minimum observé à l'Est du Pacifique dans le voisinage de l'Equateur. Ainsi, pour la première fois, un phénomène naturel d'une complexité aussi grande que celle du magnétisme terrestre a pu être reproduit dans tous détails, avec toutes les circonstances de ses variations dans le temps et dans Vespace! On ne peut donc envisager avec indifférence les considérations théoriques qui ont conduit à ces résultats, si remarqiiablement d'accord avec ceux de la nature. En particulier, à. quoi correspond ce rôle « d'écran magnétique » joué par les mers? Quelle mystérieuse action, les Océans, dont l'influence est

déjà immense dans la climatologie et la circulation atmosphérique, exercent-ils sur la distribution de magnétisme terrestre? Est-ce une conséquence de la théorie de Lippmann qui, diminuant sous les mers l'épaisseur de la croûte terrestre, rapproche ainsi de la surface du géoïde une épaisseur supplémentaire de matières ferrugineuses qui jouerait ainsi le rôle des écrans de Wilde?

Et alors, une fois de plus, comme nous l'avons vu pour l'étude de la pesanteur et de la forme de la Terre, comme nous le verrons plus loin pour la météorologie générale, la solution des problèmes de la physique du globe se trouvera-t-elle dans l'étude des Océans, comme l'a si hautement pressenti le Prince Albert de Monaco, quand il a fondé l'Institut océanographique?

Quoi qu'il en soit, on voit l'importance de la conception initiale qui sépare l'action naagné tique du noyau de celle de l'écorce. Bauer, qui dirige les travaux magnétiques de la « Carnegie Institution » a pensé, lui aussi, en étudiant les conclusions de Gauss, que le magnétisme terrestre doit résider presque entièrement dans l'écorce solide qui recouvre le noyau.

En résumé, l'action du Soleil est dominante dans les phénomènes électriques et magnétiques dont le globe terrestre est le siège. Le champ solaire est-il le « créateur » des phénomènes, ou simplement leur « modificateur »? Son action est elle suffisante p< donner naissance au champ magnétique terresti ou, au contraire, celui-ci, préexistant par u

cause originelle encore inconnue, n'est-il affecté que dans ses variations par les vicissitudes du rayonnement solaire? Ce qui est incontestable, c'est la connexité, expérimentalement constatée, entre les variations du nombre des taches solaires, d'une part, et d'autre part les variations magnétiques, celles des courants telluriques, celles des orages magnétiques, celles du nombre des aurores polaires et, très souTenl, celles du nombre de phénomènes sismiques. Cela nous montre qu«, éî ce n'est pas dans le Soleil que se trouve la « cause » du magnétisme terrestre (ce que nous ne pouvons pas prouver), en tout cas, c'est dans les fluctuations de son activité, qu'il faut rechercher lotîtes les variations qui subissent ces différents phénomènes.