CHAPITRE III

Les minerais de fer dans lesquels ce métal est peu oxydé possèdent généralement^ lorsqu'on les retire de la terre, la propriété d'attirer le fer par une force qui est parfois très énergique, mais qui souvent aussi ne peut être mise en évidence que par l'emploi de procédés très délicats. Le f ermagnétique fvofremeni dit, ou fer oxyduléj qui fournit les pierres d'aimant, est un oxyde qui renferme 72 pour 100 de fer (Fe^O*) ; on peut le considérer comme un composé de protoxyde et de sesquioxyde de fer (d'oxyde ferreuxFeO et d'oxyde ferrique Fe*0'). C'est un minéral de couleur noire ou brune, quelquefois grisâtre, à éclat métallique, à cassure conchoïde, d'un poids spécifique qui varie depuis 4, 2 jusqu'à 4,9. Le fer oxydulé donne une poussière noire, tandis que celle du fer oligiste et de l'hématite est rouge ; c'est un moyen de distinguer ces minerais de fer.. On le trouve quelquefois cristallisé sous forme d'octaèdres réguliers, mais le plus

PROPRIÉTÉS FONDAMENTALES DES AIMANTS. ti

souvent en masses confuses ou en sable à grains plus ou moins fins. Le fer magnétique se rencontre principalement dans les terrains de formation ancienne; il y constitue parfois des gisements puissants, de véritables montagnes, comme le mont Taberg en Laponie et le Pumachanche au Chili. Il parait jusqu*ici bien plus abondant dans les régions septentrionales du globe que dans toutes les autres ; on l'exploite dans un grand nombre de mines d'Europe et d'Amérique, notamment près de Rosslag en Suède, où il fournit du fer excellent, en Laponie et en Silésie, aux États-Unis,

Fig. 1. — Attraction de la limaille.

dans l'ilc d'Elbe, à Bone en Algérie, etc. En France, il est fort rare, et il n'y en a aucune mine.

Un moyen très simple de mettre en évidence le pouvoir et la distribution du magnétisme dans uii morceau d'aimant naturel, c'est de le rouler dans de la limaille ou de la battiture de fer. Lorsqu'on le retire ensuite, on constate qu'une multitude de parcelles du métal se sont attachées à la surface de l'aimant et forment des houppes en deux plages : ces plages sont les pôles (fig.l).

Nous avons déjà dit que les physiciens du moyen

d3 LE MAGNETISME.

âge recommandaient de tailler les pierres d'aimant en forme de sphères ; ce n'était pas facile, car le fer oxydulé est très dur (il s'en rencontre des échantillons qui rayent Tacier). On sait aujourd'hui que la forme la plus avantageuse à donner aux aimants est celle d'un barreau ; on y taille deux faces planes, perpendiculaires à la ligne qui joint les deux pôles. Chaque pôle, présenté de loin à la limaille, l'attire à distance ; si on l'approche d'un tas d'aiguilles ou de clous, on les voit se précipiter sur l'aimant et y adhérer fortement.

Si l'on suspend horizontalement à un fil une tige de fer ou d'acier, de manière qu'elle puisse se mouvoir librement, il suffit d'en approcher un pôle de l'aimant pour la faire pirouetter autour de son. centre. Du reste, comme toute action s'accompagne d'une réaction, l'attraction de l'aimant et du fer est réciproque. Un morceau de fer qu'on présente à une aiguille aimantée l'attire et la fait tourner autour du point de suspension. Cette réciprocité de l'attraction avait échappé aux anciens, et elle n'a été reconnue que fort tard. On en tire parti dans certains jouets d'enfants : petits poissons de fer qu'on pêche avec un hameçon magnétique, cygnes de verre qui ont un aimant caché dans la tête et qui s'approchent lorsqu'on leur présente une miette de pain au bout d'un bâtonnet de fer, etc.

L'attraction magnétique s'exerce à distance, mais elle diminue rapidement à mesure que l'aimant s'éloigne. Elle n'exige pas l'isolement comme l'électricité; l'aimant ne perd rien pour être touché. Elle

n'est point interceptée ni même affaiblie par l'interposition de substances quelconques, telles que le verre, le papier, tous les métaux et le fer lui-même, Teau, la flamme, etc. En promenant un barreau aimanté au-dessous d'une feuille de carton ou d'une plaque de bois, on peut faire mouvoir des objets de fer placés sur cette feuille ou sur cette plaque.

Le physicien hollandais Musschenbrœk, pour bien s'assurer que la force magnétique traverse les corps, enfermait des aimants dans des enveloppes de plomb, de cuivre, de verre, de porcelaine, et mesurait, à l'aide d'une balance, l'intensité de l'attraction exercée à travers les enveloppes sur un cylindre de fer suspendu à la balance ; il trouva qu'elle était la même que celle qu'il avait observée quand les aimants étaient à découvert.

Cette propriété de la force magnétique de traverser les corps solides a donné lieu à quelques applications. On a fait des horloges où l'aiguille était remplacée par une balle d'acier roulant sur un cadran de clinquant derrière lequel tournait un barreau aimanté mené par l'horloge. Vindicateurmagnétiquede M. Lethuillier-Pinel est une petite aiguille d'acier qui indique le niveau d'une chaudière à vapeur en suivant le mouvement vertical d'un aimant invisible, porté sur un flotteur qui monte et descend à l'intérieur * d'un tube fixé à la paroi de la chaudière.

William Scoresby a proposé d'appliquer cette pénétration de la force magnétique à l'évaluation de l'épaisseur d^un mur ou d'une cloison qui sépare deux galeries souterraines, en observant la déviation d'une ai-

n LE MAGNETISME.

guille aimantée produite par un aimant placé du côté opposé du mur. Les essais qu'il fit lui-même de sa méthode donnèrent d'assez bons résultats. On pourrait ainsi parfois éviter de graves accidents comme celui que raconte Scoresby. Lorsqu'on creusa le tunnel de Liverpool, qui a 2 kilomètres de longueur, les travaux furent commencés sur plusieurs points à la fois, à l'aide de puits poussés à une certaine profondeur. Au moment où deux galeries allaient se rencontrer, l'ingénieur, qui savait qu'il n'y avait plus qu'une faible épaisseur de rocne à traverser, convint avec les ouvriers de la galerie opposée d'un signal qui annoncerait l'explosion de la dernière mine; mais l'homme chargé de mettre le feu à la mèche, persuadé qu'on n'était pas encore si près que le disait l'ingénieur, négligea de donner le signal convenu ; l'ingénieur et son aide furent dangereusement blessés par les éclats du mur qui s'écroula, ils eurent le visage noirci par la poudre et perdirent chacun un œil.

Parmi les applications simples des aimants, on peut encore citer l'usage qu'on en fait dans les manufactures d'aiguilles pour attirer les poussières d'acier qui pénètrent dans l'œil, et dans certaines mines du Canada pour séparer les parcelles de fer du minerai pulvérisé.

Un simple morceau de fer subit l'attraction également en tous ses points ; au contraire le pouvoir attractif de Taimant est inégalement distribué dans sa substance, comme nous l'avons déjà constaté par l'expérience de la limaille. Les aigrettes se forment autour des deux pôles^ qui sont comme des centres d'attrac-

PROPRIÉTÉS POSItASKNTAl-ES DES .UMANTS. ïb

tion ; vers le milieu du barreau, il y a une région où aucune parcelle de fer ne s'attache : cette section médiane on le pouvoir magnétique est nul se nomme ligne neutri^. Pour mettre en évidence cette variation d'efîets d'une manière saisissante, Gilbert a imaginé l'expérience dite du fantôme magnétique. On place

un carton mince sur un aimant et on y sème de la limaille de fer par le moyen d'un tamis. Les grains de limaille se rassemblent autour des pôles p, p (Gg, 2) en files convergentes et qui forment d'un pdle à l'autre des chaînes courbes, symétriques par rapporta ta ligne neutre mni'. On facilite l'arrangement spontané des grains de limaille en donnant avec le bout du doigt de légères tapes sur le carton, pour les aider à franchir

les aspérités dti papier. De Haldat a indiqué un moyen de conserver te fantôme magnétique : on applique sur les courbes une feuille de papier enduite de colle d'amidon mêlée de gélatine ; la limaille s'y attache, et on n'a plus qu'à laisser sécher le dessin ainsi obtenu. C'est d'une manière analogue' que Savart conservait les figures acoustiques produites par des grains de poussière sur une plaque vibrante.

Quelques aimants naturels possèdent plus de deux

pâles : la limaille se rassemble encore autour de certains points, intermédiaires entre les pôles eitrémes, et toujours séparés par des lignes neutres (fig-5). Ces pôles supplémentaires se nomment des points conséquents.

Un appareil très simple, le pettdule magnétique (Gg. 4) ,qui consiste en une bille de fer suspendue k un fil, peut aussi servir à reconnaître la distribution du magnétisme le long d'un barreau. L'aimant étant approché du pendule, la bille s'y précipite, et il faut un certain efibrt pour l'en détacher; mais si elle

adhère fortement aux pôles, l'adhérence diminue des pôles vers le centre du barreau, où elle est nulle.

Jusqu'ici nous avons vu les deux extrémités de l'aimant se comporter de la même façon; les deux pôles attirent également la limaille dans laquelle on les plonge, ou la bille dont on les approche ; mais une différence radicale s'établit entre les deux pôles opposés dès que le barreau peut se mouvoir librement. A cet effet, on le suspend horizontalement par son centre dans un étrier de papier ou de cuivre attaché à un fil, ou bien on le monte sur un pivot à l'aide d'une chape (fig. 5) , ou enfin on le pose sur un rondin de liège qui flotte sur l'eau. Dans ces conditions, on voit l'aimant se tourner suivant une direction fixe, et l'une de ses extrémités pointer vers le nord pendant que l'autre se dirige vers le midi. Cette direction, à la vérité, n'est pas exactement celle du méridien astronomique ; mais la seule chose qui nous importe ici, c'est que les deux pôles de l'aimant prennent des directions fixes et contraires. On les distingue dès lors par des noms différents : le pôle nord est celui qui pointe vers le nord de la terre, et le pôle sud celui qui pointe vers le midi.

Prenons maintenant deux aimants et marquons par

Fijr. A. — Ppndulo.

les lettres n, s, écrites sur les extrémités, les deux pôles nord et les deux pôles sud. Approchons l'un de l'autre deux quelconques de ces pôles ; nous trouverons qu'ils se repoussent, s'ils sont marqués des mêmes lettres, et qu'ils s'attirent, s'ils sont marqués de lettres différentes. L'attraction se manifeste par l'effort

iiij. i>. — Aiguille.

sensible que font les pôles contraires pour se réunir lorsqu'ils sont près de se toucher, et par l'adhérence qu'ils contractent, une fois qu'ils se touchent. La répulsion est moins facile à constater par le simple rapprochement ; on la rend plus sensible en posant l'un des deux aimants sur une planchette que l'on fait flotter sur l'eau, ou bien en le suspendant par son centre à un fil. Si alors on lui présente l'autre aimant, il s'approche ou s'éloigne selon qu'il est attiré

OU repoussé. La loi est donc celle-ci : /«rs pâles de même nom se repoussent, les pôles âe noms contraires s'attirent.

la polarité, l'existence de deux pèles contraires, est ce qui distingue surtout les aimants des corps simplement magnétiques, comme le fer doux et beau-

coup de minerais de fer, qui sont allirùs par l'aimant et l'attirent à leur tour, mais ne s'attirent pas entre eux. Pour savoir si un barreau de fer ou d'acier, ou un échantillon de minerai, est ou non un aimant, il suflit d'en approcher une extrémité d'un aimant d'épreuve : s'il y a attraction partout, c'est un corps simpleuient magnétique ;s'il y a attraction d'un coté et répulsion de l'autre, c'est un aimant. On peut se servir pour ces constatations d'une boussole de poche, tonnée d'une petite aiguille aimantée mobile ïur un pivot, (l'est

30 LE MiGIiÈTISlIE.

à l'aide de cet instrument qu'on reconnait les roclies magnétiques qui renferment du minerai de fer. La ligure 6 représente une boussole portative de plus grande dimension.

L'eipérience du fantôme magnétique peut aussi servir à mettre en évidencelespropriétésdes pâles. Lorsqu'on oppose l'un à l'autre les pôles de noms contraires I^ S de deux aimants sous une feuille de carton surlaquelle on a semé de la poussière de fer, les grains de celle poussière forment des «haines courbes d'un

pèle à l'autre, comme au-dessus d'un seul barreau aimanté (fig. 7); mais lorsqu'on oppose les pôles de même nom, les grains se disposent en files qui semblent se fuir et qui forment entre les deux pôles des chevrons à sommets pointus (fig, 8).

Prenons maintenant une aiguille aimantée n s, mobile sur un pivot, et plaçons-la au centre d'un barreau aimanté NS (fig. 9) ; elle se dirigera parallèlement au barreau, dont l'attraction surmonte laforce directrice naturelle de l'aiguille ; le pôle sud de l'aiguille pointera vers le pôle nord du barreau, e( son pôle nord vers le pôle sud. Il s'ensuit que, si la terre doit être

considérée comme un aimant naturel qui donne à l'aiguille aimantée la direction qu'elle prend lorsqu'elle est librement mobile, le pôle nord de l'aiguille, qui se dirige vers le pôle boréal de la terre, n^est pas de même nature que ce dernier, puisqu'il est attiré par lui. Évidemment le pôle nord de l'aiguille doit être assimilé au pôle austral de la terre, qui le repousse, et de même son pôle sud au pôle boréal. Aussi les physiciens appellent-ils souvent pôle austral le pôle nord d'un aimant, et pôle boréal son pôle sud. Cette dénomination nouvelle sert à caractériser la nature

Fig. 9. — Aiguille dirigée par un aimant.

des deux pôles, comparés aux pôles de la terre, tandis que l'ancienne désignation n'indique que la direction que prennent les pôles de l'aimant lorsqu'il est mobile et qu'il peut obéir à l'influence de la terre. Après avoir placé l'aiguille ns au centre du barreau, faisons-la marcher maintenant vers l'extrémité S, qui pourra figurer le pôle boréal de la terre ; nous verrons le pôle n s'incliner peu à peu et plonger au-dessous de l'horizon ; arrivée en S, l'aiguille se tient debout, le pôle n en bas. C'est ainsi que dans l'hémisphère boréal le pôle nord d'une aiguille librement mobile s'abaisse davantage à mesure qu'on s'éloigne de l'équateur. C'est le phénomène de Vinclinaison magnéiique. De même dans l'hémisphère austral c'est

5!2 LE NAUNÉTISME,

le pôle sud qui s'incline vers la leire. Une aiguille iriobile autour d'un axe horizontal, qui permet d'observer ce phùnoraène, s'appelle aiguille d'inclinaison.

En appuyant l'axe horizontal sur une fourchette suspendue à un fil (fî^. 10), on rend l'aiguille mo-

bile en tous sens, et alors elle se place elle-même dans la direction de la force terrestre, indiquant à la fois l'inclinaison et le méridien magnétique. On obtient le même résultat avec une aiguille flottant entre deux eaux.

Lorsqu'un aimant offre des points conséquents, c'esl^à-dire plus do deux pèles, ils sont alternative-

ment contraires ; dans ce cas , les pâles extrêmes sont de même nom, si le nombre total des pôles est impair. Les points conséquents se produisent souvent lorsqu'on aimante des barreaux un peu longs. On peut les faire naître à yolonté dans les barreaux en appuyant pendant quelque temps un des pôles d'un aimant en un point de leur longueur ; il se développe alors en ce point un pôle de nom contraire à celui de l'aimant qui a été appliqué.

L'aimant antiphyson de Marcellus, lequel repousse le fer après l'avoir attiré, n'est pas non plus une pure fiction. Dans une lettre adressée eu 1607 àCurzioPicchena, Galilée parle d'une pierre d'aimant tout à fait extraordinaire qui offrait cette particularité. « Elle était si puissante, dit-il, qu'en approchant la pointe d'un cimeterre à une distance égale à l'épaisseur d'une piastre d'argent on ne pouvait plus la retenir, et même qu'une personne solide, appuyant le cimeterre contre sa poitrine, ne pouvait résister à l'entraînement. J'y ai découvert un autre effet mirifique et que je n'ai jamais rencontré dans aucun autre aimant. Un même pôle attire et repousse le même morceau de fer. A la distance de 4 ou 5 doigts au moins, il attire le fer, puis à la distance de 1 doigt il le repousse. Si on place le morceau de fer sur une table et qu'on mette l'aimant très près, le morceau de fer s'écarte et fuit devant l'aimant qu'on pousse derrière lui; mais si l'on retire l'aimant au moment où la distance devient de 4 doigts, le morceau de fer est attiré et suit Taimant qu'on éloigne, seulement il n'approche pas à plus de 1 doigt. » Cette pierre d'aimant fut «icbcléc parle grand

duc à prix d'or; on ne sait ce qu'elle est devenue. L'attention de M. Jamin ayant été attirée sur le curieux aimant de Galilée, le savant professeur de l'École polytechnique est parvenu à préparer des aimants artificiels qui possèdent la même propriété. Il a trouvé en effet que l'aimantation ne pénètre dans les barreaux d'acier qu'à une profondeur limitée, et qu'il est possible d'y superposer deux aimantations contraires, l'une profonde, l'autre superficielle. En attaquant la surface du métal avec l'acide sulfurique dilué, on peut enlever sur quelques points le magnétisme superficiel et mettre à nu l'aimantation contraire. Si alors on approche de cet aimant double en profondeur un aimant ordinaire, il sera attiré ou repoussé selon la distance, selon que l'une ou l'autre des deux aimantations sera prépondérante.