CHAPITRE XIII

L'électricité et l'atmosphère.

L'atmosphère est le siège de phénomènes électriques : il suffît' d'avoir été témoin d'un orage pour en avoir la certitude; et l'intensité que prennent, dans le milieu aérien, les manifestations de l'électricité suffit à montrer leur importance.

Tout d'abord, une expérience facile à faire démontre Texistence d'un champ électrique dans l'enveloppe gazeuse qui entoure la Terre : si, avec un électromètre sensible, on mesure le potentiel en un point élevé de quelques mètres atl-dessus du sol, on constate que ce potentiel y a une valeur différente de celle du potentiel du sol lui-même ; ce résultat est toujours constaté chaque fois qu'on monte dans l'air. Le potentiel s'élève à mesure que l'altitude augmente : au voisinage du sol, cet accroissement est d'environ 100 volts par mètre d'élévation. Il en résulte que la force attirante exercée sur une molécule chargée positivement et placée en un point quelconque du milieu atmosphérique sera dirigée vers le bas.

Il est à remarquer que, à l'intensité près, ces phénomènes sont absolument analogues à ceux que l'on observe en s'éloignant graduellement d'une sphère métallique isolée ayant une charge d '/électricité négative. Or, la Terre est « isolée » dans l'espace, au moins au point de vue matériel; elle a la forme d'une

pp^ ».

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sphère : on a donc été naturellement conduit à identifier la Terre avec une sphère conductrice, chargée négativement, et isolée dans l'espace interplanétaire.

Pour expliquer l'existence de cette charge, lord Kelvin « admet » que la Terre Ta reçue à Torigine, au moment où, morceau détaché de la nébuleuse solaire, elle a pris son individualité de planète. Isolée dans l'espace, elle aurait conservé sans déperdition cette charge initiale, tout comme conserveraient la leur les nuages électrisés qui flottent audessus de nos têtes, s'ils sortaient des limites dé notre mojade terrestre pour aller, sous l'action d'une force inconnue, errer dans l'espace qui sépare les mondes les uns des autres.

La Terre étant conductrice, toute son électricité se trouve distribuée à sa surface, c'est-à-dire sur l'ensemble extérieur des continents et des mers en contact avec l'atmosphère, en supposant celle-ci parfaitement isolante; et, dans cette dernière hypothèse d'une atmosphère non conductrice, celle-ci peut contenir elle-même des masses électrisées, des nuages, par exemple, qui créent un champ attractif autour d'elles. Enfin, les astres et le Soleil en particulier peuvent envoyer à la, Terre — et lui envoient probablement — des particules, des « poussières cosmiques >x électrisées, qui interviennent dans les manifestations de l'électricité atmosphérique. C'est donc l'ensemble, la résultante de toutes ces causes élémentaires qui constitue le champ électrique dont nos électromètres mesurent le potentiel.

Le champ terrestre, s'il était uniquement le résultat de la charge superficielle négative du globe, serait essentiellement constant, dans le temps, si l'on admet qne la Terre ait conservé et conserve sans déperdition sa charge originelle. Il devrait également être caractérisé par un accroissement du potentiel rigoureuse-

ment proportionnel à la hauteur à mesure qu'on s'élève sur une verticale déterminée; enfin, le gradient électrique, c'est-à-dire le nombre de centimètres dont il faut s'élever pour trouver une augmentation de potentiel égale à 1 volt serait le même en tous endroits.

Qu'arriverait-il, au contraire, dans le cas où il y aurait dans l'atmosphère des charges électriques libres? Le calcul montre que si la charge de l'air en une région donnée est nulle, le gradient électrique sera le même à toutes les altitudes ; si la charge électrique de l'air est positive, la chute de potentiel par mètre d'élévation diminue avec la hautei*r; elle doit augmenter, au contraire, dans le cas où la charge de l'air serait négative.

Or, l'observation courante nous fait voir que le champ électrique subit de perpétuelles variations. Lorsque ces variations ont lieu par beau temps, la régularité du champ prouve la prépondérance de la charge négative permanente de la surface terrestre; mais l'existence des fluctuations du champ terrestre montre qu'il doit exister des charges libres dans l'atmosphère.

Ces fluctuations du champ comportent une variation diurne, caractérisée par une double oscillation : deux maxima et deux minima, avec cette particularité que le minimum nocturne a toujours lieu, quelle que soit l'époque de l'année, vers 4 h. 30 du matin en tous les lieux d'observation. Elles comprennent en outre une variation annuelle, le maximum étant en hiver et le minimum en été. L'amplitude de cette variation peut être considérable et faire passer du simple au double la valeur du gradient électrique.

A côté de ces variations en foaction du temps, il y a des variations en fonction de la latitude : elles ont été très bien mises en évidence par les observations faites au cours de la traversée du Pourquoi-

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Pas ? le navire de la seconde expédition du D"^ Char* cot. Ces déterminations, faites en mer, présentent un intérêt particulier. A terre, en effet, une foule de causes : la nature variable du sol, le relief, la radioactivité, et d'autres influences locales encore mystérieuses, empêchent les observations d'être très comparables entre elles. En mer, au contraire, la surface terrestre est homogène et sans relief : le navire, il est vrai, par son gréement métallique, peut troubler le champ; mais c'est là une difficulté qui n'est pas insurmontable; d'ailleurs, la perturbation due au navire serait constante et disparaîtrait dans des mesures relatives.

Le lieutenant de vaisseau Rouch a fait ces mesures sur une ligne à peu près droite, de la côte d'Espagne au détroit de Magellan. Il a constaté que, par beau temps, le champ était toujours positif; par 45* de latitude Nord, le gradient est 200 volts par mètre. A partir de 42° Nord, zone de calme (basses latitudes), le gfadient s'affaiblit, pour recroître après Madère. De 30° N. à 10° N., dans la zone des alizés, le gradient devient constant, avec la valeur de 107 volts par mètre. Dans la zone équatoriale (pot au noir), il diminue et tombe à 50 volts, pour redevenir constant et égal à 125 volts dans la zone des alizés de S.-E., entre 3° N. et 15** S. Dès qu'on s'approche de la côte brésilienne, le champ devient faible et très irrégulier, mais de Rio-Janeiro au cap Horn, il redevient assez constant, avec une valeur moyenne de 155 volts (165 en octobre, 145 en avril). Ainsi, audessus de l'Atlantique, dans les calmes tropicaux et à l'équateur thermique le gradient est faible et inconstant : il augmente dans la région tempérée, et ne paraît pas décroître quand on se rapproche des pôles.

Quand le temps est troublé, on constate que le champ subit des variations considérables, non seulement en intensité, mais encore en direction, car,

254 LES PRORLÈMES DE iJaTMOSPHÈRE

dans certains cas, il peut changer de signe. Il faut alors admettre l'existence, dans Tatmosphère, de masses de gaz ou de vapeur fortement chargées d'électricité. Or, il n'y a pas que les nuages « visibles », c'est-à-dire les masses de vapeur que leur condensation en gouttelettes ou en aiguilles de glace permet d'apercevoir : il y a ce qu'on pourrait appeler les « nuages secs », masses gazeuses à forte proportion de vapeur non condensée, susceptibles de charges importantes. Les nuages électrisés donnent lieu à des décharges brusques, soit entre eux, soit entre eux et la terre : l'éclair, long parfois de plusieurs kilomètres, n'est autre chose que l'étincelle de cette décharge, le tonnerre en est le bruit, bruit accompagné d'un roulement caractéristique. Ce roulement provient, soit d'échos aériens ou terrestres, en pays de montagnes, par exemple, soit de ce que la décharge se fait « par fractions » entre des séries de nuages séparés, soit enfin de la faible vitesse du son qui ne parcourt que 330 mètres à la seconde, dé sorte que le bruit produit à l'extrémité d'un long éclair n'arrive que quelques secondes après celui qui est produit à l'autre. Enfin, rien n'est mystérieux comme ces « éclairs en boule », cette « foudre globulaire » cent fois constatée dans d'indiscutables témoignages et qui, malgré les expériences par lesquelles Gaston Planté a cru la reproduire avec sa machine rhéostatique, demeure encore un « problème de l'atmosphère » non résolu. Les traités de Physique et de Météorologie s'étendent longuement sur les effets de la foudre : je n'ai pas à donner ici à leur sujet des détails que le lecteur trouvera abondamment dans tous les livres de vulgarisation consacrés à la foudre, aux éclairs, et au tonnerre.

Mais une chose est à remarquer : toutes les grandes perturbations atmosphériques sont accompagnées de manifestations électriques. Cette loi ne souffre guère

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d'exceptions. Cyclones, trombes, typhons, sont escortés d'éclairs et de tonnerre; et les puissants jets gazeux que lancent dans Tair les éruptions volcaniques semblent pris d'assaut par des éclairs qui jaillissent de tous côtés vers eux; ils produisent sans doute une partie de cette électricité par le mécanisme de la machine électrostatique d'Armstrong, qui fonctionne à Faide de jets de vapeur.

Quelle est l'origine de ces charges électriques? C'est un « problème de l'atmosphère » qui est encore loin d'être complètement résolu. Lord Kelvin avait supposé, comme nous l'avons dit, que la Terre avait reçu et conservait une charge initiale. Si donc, en vertu de cette charge, la surface du sol est électrisée négativement, les nuages qui passent au-dessus de lui s'électrisent par influence et nous retombons dans le cas de toutes les expériences classiques de l'électrostatique : l'électricité positive est dans la partie la plus voisine du sol, l'électricité négative dans la plus éloignée. Le nuage vient-il à se diviser, par rupture ou condensation, en pluie, de l'une de ses parties? il reste, soit deux nuages séparés, l'un positif, l'autre négatif, soit un nuage négatif et des gouttes de pluie chargées positivement, qui tombent sur le sol.

Mais, indépendamment de l'électrisalion due à Vinfiuence de la charge terrestre, il y a, dans l'air, des causes génératrices d'électricité. La principale est la chute même de la pluie. Lord Kelvin a démontré par l'expérience que, quand de l'eau distillée tombe en gouttelettes dans l'atmosphère, les gouttes se chargent positivement et l'atmosphère négativement : il a même construit une petite machine électrostatique basée sur ce principe. Si, au lieu d'être formées d'eau distillée, les gouttelettes qui tombent sont constituées par de l'eau tenant en dissolution une ou plusieurs subs-

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tances salines, le phénomène change de sens : les gouttes s'électrisent négativement et l'atmosphère positivement. Ce phénomène se produit à chaque instant à la surface des mers, où le vent arrache aux crêtes de vagues des « embruns » qui s'électrisent négativement et retombent en poussière liquide à la surface de la mer, où ils apportent leur charge négative, contribuant ainsi à l'entretien de la charge négative de la Terre, et si, comme on Ta objecté à rhypothèse de lord Kelvin, il est difficile d'admettre la persistance, à travers le temps, de la charge initiale du globe, on voit que cette charge se trouve ainsi « entretenue » par un mécanisme permanent.

Mais nous avons une autre source d'électricité atmosphérique, peut-èlre la principale de toutes : cette source, c'est l'ionisation de l'air, et nous ne la connaissons que depuis l'époque récente où le génie d'Henri Becquerel a découvert les phénomènes de la radioactivité, insoupçonnés jusqu'à lui. L' « ionisation » est la séparation d'une molécule non électrisée , c'est-à-dire chargée également d'électricité positive et d'électricité négative, en deux groupements atomiques chargés, au contraire, l'un d'électricité positive, l'autre d'électricité négative. Les gaz peuvent être ainsi « ionisés » sous diverses influences : rayons ultra-violets, rayons Rœntgen et surtout rayons Becquerel, émis par les corps radioactifs. Or, ces corps radioactifs sont contenus dans le sol en grande quantité et peut-être la radioactivité est-elle une propriété générale de la matière elle-même, les corps n'étant différenciés à ce point de vue que par le degré plus ou moins considérable suivant lequel ils sont radioactifs.

En 1899, deux savants allemands, les D" Elster et Geitel, découvrirent qu'il existe dans l'atmosphère des « ions » ou charges électriques libres : le « degré

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d'ionisation » de Tair se trouve alors mesuré par le nombre d'ions libres dans Tunité de volume. Le sol, chargé négativement, repousse les ions négatifs et attire les ions positifs, de sorte que ceux-ci se trouvent en plus grand nombre dans les couches inférieures de l'atmosphère. Mais on sait qu'un corps conducteur électrisé, placé dans l'air, se décharge plus ou moins rapidement suivant les conditions atmosphériques dans lesquelles il se trouve placé. D'autre part, on a constaté expérimentalement que la vitesse de déperdition d'une charge négative est d'un quart ou d'un cinquième plus considérable que celle d'une charge positive : la prédominance des ions positifs au voisinage du sol explique cette déperdition des conducteurs électrisés.

Ainsi, le rayonnement radioactif du sol terrestre, d'une part, et, d'autre part, certaines causes encore mystérieuses pour nous expliquent la présence dans l'atmosphère des ions ou charges électriques libres. Si l'on rapproche de cette existence le fait de la déperdition plus rapide des charges négatives, on peut conclure que, dans un laps de temps déterminé, la surface du sol terrestre recueille plus d'ions négatifs que d'ions positifs. Ainsi s'explique d'une manière différente l'entretien de la charge négative de la Terre et l'on comprend que, dans ces conditions, l'air conserve un excès d'électricité positive. Dès lors, on comprend facilement la chute normale du potentiel, ainsi que la diminution du champ avec l'altitude, puisque l'air renferme un excès d'ions positifs.

Telles sont les vues générales des D" Elster et Geitel au sujet de l'électricité atmosphérique. Les travaux du professeur Ebert l'ont amené à les modifier légèrement. Le D"* Ebert fait remarquer que, si l'émanation radioactive du sol terrestre est une cause importante de l'ionisation de l'atmosphère, l'air qui se trouve dans les cavités et les pores de la surface ter-

restre est bien plus fortement ionisé que l'air extérieur, étant en contact plus intime et plus prolongé avec les éléments radioactifs eux-mêmes ; cette remarque est confirmée par les mesures de radioactivité faites sur Tair des grottes, des caves, des puits et des galeries de mines. Dans ces conditions, toute diminution de la pression atmosphérique ^ii sortir du sol une partie de Tair ionisé qu'il contient; cet air, circulant dans les « pores » de Técorce, cède par diffusion aux parois entre lesquelles il circule, plus d'ions négatifs que d'ions positifs. Il apporte donc, dans le milieu atmosphérique où l'appelle la dépression, un excès d'ions positifs que le brassage de la troposphère diffuse jusqu'aux parties plus élevées de l'enveloppe gazeuse de notre globe : le champ terrestre normal est donc constamment entretenu par ce mécanisme incessant. Et l'on comprend alors le synchronisme entre la double oscillation diurne du baromètre et celle qui traduit lés variations de l'électricité atmosphérique.

Il est, toutefois, un facteur important que l'on ne peut s'empêcher de faire intervenir dans l'étude de l'électricité atmosphérique , c'est la précipitation aqueuse. L'existence d'ions positifs en excès à des altitudes égales ou supérieures à 3.000 mètres est démontrée par la décroissance constante du champ électrique et, cependant, le champ lui-même devrait tendre à repousser vers la Terre les ions positifs, tandis qu'il élèverait les négatifs. Le brassage des couches inférieures ne suffit pas à expliquer cette chose et on s'est demandé s'il ne fallait pas, contrairement aux vues théoriques des savants allemands, placer le siège de la région de séparation des ions positifs et des ions négatifs, non plus dans les couches basses en contact avec l'écorce terrestre, mais, au contraire, dans les couches les plus élevées de l'atmosphère.

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On sait, en effet, que les ions positifs et négatifs candensent inégalement la vapeur d'eau : les expériences de Wilson ont montré que la condensation de Teau se produit surtout sur les ions négatifs. Il en résulte que, dès qu*un nuage prend naissance par la formation de gouttelettes, celles-ci ramassent toute Télectricité que Tair contenait sous forme d'ions libres : les gouttelettes sont donc a chargées » électric[uement.

Gela poséj nous pouvons admettre que l'air humide contient 2 °/o de son poids de vapeur d'eau : supposons que la moitié seulement de cette vapeur vienne à se condenser, soit 1 °/o du poids de l'air qui la renferme. Comme la densité de cet air est 770 fois plus faible que celle de l'eau, il en résulte que le rapport du volume de l'air au volume de l'eau qui s'y forme sera 77.000. En tout cas, nous pouvons toujours admettre qu'il est compris entre 50.000 et 100.000. Cette concentration peut donc donner aux gouttelettes formées par condensation une charge électrique très appréciable. En outre, le potentiel de ces gouttelettes augmente rapidement à mesure qu'elles se réunissent entre elles pour constituer, par leur réunion, des gouttes d'eau plus grosses. Si, eti effet, nous considérons n gouttelettes d'égales dimensions, et une seule grosse goutte résultant de leur réunion, le volume de celle-ci sera n fois le volume d'une des gouttelettes composantes, mais sa surface, au lieu de croître

comme le nombre w, croît seulement comme /n^

et le rayon ne s'accroît que comme y n. La capacité électrostatique de la goutte résultante est donc inférieure à la somme des capacités des gouttelettes composantes : de là un accroissement de potentiel, et l'on voit, du même coup, que des degrés identiques d'électrisation de l'atmosphère peuvent correspondre à des potentiels très différents, suivant

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que les gouttes d'eau de condensation sont de plus ou moins grand diamètre. Le potentiel sera très faible dans les nuages constitués de gouttelettes très ténues; mais il sera très fort, au contraire, dans les nuages qui, comme les cumulo-nimbus orageux, sont formés de grosses gouttes provenant chacune de la réunion d'un grand nombre de gouttelettes électrisées. Ainsi se comprend la charge électrique de ces nuages qui sont le siège des manifestations électriques les plus violentes qu'il nous soit donnéd'observer.

On voit donc que, suivant les cas, les nuages pourront être chargés très inégalement et très différemment, que leurs potentiels peuvent être différents les uns des autres, et très différents de celui du sol. Nous allons voir qu'il y a encore une autre cause qui intervient dans leur électrisalion, et cette cause est dans le rayonnement solaire.

La lumière du Soleil, est, en effet, riche en radiations ultra- violettes, invisibles pour nos yeux, mais remarquables par l'importance de leurs effets chimiques. Les rayons ultra- violets, venant rencontrer un conducteur chargé d'électricité négative, le déchargent immédiatement, alors qu'ils respectent les charges positives et n'occasionnent aucune déperdition aux conducteurs qui les portent.

D'autre part la glace sèche se comporte comme les conducteurs métalliques, et nous savons que les cirrus, les nuages les plus élevés qui flottent dans l'atmosphère, sont exclusivement composés d'aiguilles hexagonales de glace. Si donc un cirrus est soumis à l'influence d'un nuage sous-jacent chargé d'électricité négative, les deux électricités de chacune de ses aiguilles de glace sont séparées; l'électricité négative sera déchargée par l'action des radiations ultra-violelles qui viennent le frapper, et le cirrus demeurera chargé uniquement d'électricité positive. C'est sur-

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tout dans les hautes régions de Tair que les rayons ultra-violets sont abondants, à cause de la moindre absorption qu'ils y subissent, par le fait de l'absence des éléments absorbants accumulés surtout dans les couches inférieures. Comme, d'autre part, c'est dans les régions élevées que sont les cirrus, on comprend ainsi l'origine de leur électrisation positive, tandis que l'air dans lequel ils flottent restera chargé de l'électricité négative que les rayons violets ont soutirée aux aiguilles de glace.

Voilà donc le Soleil qui intervient dans les phénomènes de l'électricité atmosphérique ; on serait tenté de croire que cette intervention est exceptionnelle : aujourd'hui, il semble probable au contraire, qu'elle est permanente et que le Soleil est le grand faéteur dont les variations président à toutes manifestations électriques si variées dont notre atmosphère est le siège. L'astre du jour possède en effet, une charge électrique considérable et crée autour de lui un champ électrique : c'est aux travaux d'Albert Nodon, en 1885, qu'est due la première constatation expérimentale de ce fait si important. Ce physicien montra que les radiations solaires communiquent à un conducteur isolé une charge positive qui croît avec l'intensité de la radiation, le phénomène cessant dès que des nuages passent devant le Soleil. Bernard Brunhes confirma, en 1905, par de belles séries d'expériences les résultats obtenus antérieurement par Nodon.

Le Soleil est donc chargé d'électricité, et cette charge, d'après les calculs d'Arrhenius, peut s'élever jusqu'à 250 milliards de « coulombs ». Il est naturel qu'elle donne naissance à un champ électrostatique. Comme, de plus, elle tourne rapidement autour du globe solaire, elle doit, en outre, donner naissance à un champ magnétique, conséquence du phénomène de transport de charges, découvert par

La...

262 LES PROBLÈMES DE l'aTMOSPHÊKE

Rowland et confirmé d'éclatante manière par les classiques expériences du physicien roumain Vasileçco Karpen.

Le champ électrostatique du Soleil doit être très faible â la distance où se trouve la Terre du globe incandescent; si faible soit-il, il doit cependant exister. Mais là ne se borne pas Faction électrique de Tastre : grâce à l'effet de la pression de radiation, le Soleil lance loin de lui, dans l'espace, des particules très petites de matière cosmique, électrisées négativement. Ces particules peuvent arriver jusqu'à la Terre et apportent, dans notre atmosphère, leur électricité. Les ions des couches supérieures sont entraînés dans le mouvement même de la Terre, repoussés par celleci, puisqu'elle est chargée d'électricité du même signe que la leur ; ils demeurent donc dans la haute atmosphère et y forment une circulation d'électricité qui a, entre autres effets, une action incontestable, soit génératrice, soit modificatrice sur le magnétisme manifesté dans la Terre elle-même. Nous n'avons pas à parler ici du magnétisme terrestre, non plus que des « courants telluriques » qui en parcourent l'écorce: le lecteur curieux de détails de ces phénomènes en trouvera des indications dans La Vie et la Mort du Globe *. Mais l'arrivée de ces poussières dans notre atmosphère y produit des phénomènes sur lesquels il importe d'insister.

Le Soleil possède un état magnétique et présente deux pôles magnétiques comme la Terre en présente elle-même. D'autre part, on tient pour à peu près certain que la « couronne » solaire et constituée, comme nous l'indique la belle théorie d'Arrhenius, de particules matérielles très ténues, que la pression de radiation chasse loin de l'astre : les files

4. La Vie et la Mort du Globe, par A. Berget, 1 vol. Bibliothèque de Philosophie scientifique. Flammarion, éditeur, Paris,

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de ces particules électrisées forment de véritables « rayons » qui, partant des régions de la surface du Soleil voisine des pôles de Tastre, s'infléchissent sous l'influence des lignes de force qui partent de ces mêmes pôles, formant ainsi un gigantesque « fantôme magnétique ».

Quand ces poussières arrivent au voisinage du globe terrestre, elles subissent, en vertu de leur électrisation négative, Tinfluence des pôles magnétiques de celui-ci. Elles vont donc se grouper en deux fais^ ceaux qui se dirigeront vers les pôles magnétiques du globe. Et, coipme selon toute vraisemblance les pôles ne sont pas placés à la surface extérieure du sol terrestre mais à une certaine profondeur dans l'intérieur de l'écorce, ces rayons, convergeant vers leur centre d'attraction, coupent la terre suivant une « zone » qui marque l'intersection de leur fuseau avec la surface externe de la croûte terrestre. Ainsi ils doivent rencontrer le sol suivant deux lignes, grossièrement circulaires et entourant les pôles magnétiques L'arrivée de ces multitudes de poussières électrisées va donc modifier le magnétisme terrestre chaque fois qu'elle sera plus abondante, ce qui se produit quand l'activité solaire passe par un maximum, éprouve un « paroxysme ».

Mais, en outre, quand ces pçussières rencontrent les couches supérieures de l'atmosphère terrestre où les gaz sont raréfiés à l'extrême, elles y engendrent une lueur phosphorescente, absolument comme si les molécules clairsemées de cet air étaient soumises à l'action des rayons électriques provenant d'un fragment de matière radioactive. Elles se déchargent en émettant des rayons cathodiques qui sont l'origine de Vaurore polaire. C'est au D'' Birkeland que l'on doit les plus curieuses études de ce majestueux phénomène que nous n'avons pas à décrire ici : tous les voyageurs polaires l'ont dépeint.

avec autant de détails que de légitime enthousiasme; tous ^es traités de Météorologie s'étendent longuement sur ses apparences, à défaut, souvent, d*en expliquer l'apparition. Le savant physicien s'est proposé d'étudier expérimentalement le phénomène de l'aurore polaire, non plus dans la nature, mais dans son laboratoire. Il a pris une sphère d'acier aimantée, figurant la Terre, et l'a recouverte d'une couche de substance fluorescente. Cela fait, il l'a exposée dans un récipient de verre, à l'action de rayons cathodiques dont le trajet était accusé par l'enduit fluorescent de la sphère, enduit qui s'illuminait à leur contact.

Il a pu ainsi reproduire artificiellement toutes les particularités des aurores polaires. La courbe d'illumination produite sur la sphère d'acier par la convergence des rayons cathodiques venant heurter le petit globe aimanté reproduisait, avec une surprenante fidélité, la forme des courbes isochasmes, c'est-à-dire des courbes qui réunissent, sur une mappemonde, les points de la Terre où les aurores s'observent avec la même fréquence. Ce qu'il y a de particulièrement intéressant dans ces belles recherches expérimentales, c'est qu'elles ont été faites en employant les rayons cathodiques. Or, précisément, on sait aujourd'hui que ces rayons sont formés de particules chargées négativement et animées de vitesses considérables, tout comme le sont les poussières chassées loin du Soleil par sa pression de radiation. C'est donc une magnifique confirmation, par les faits^ des idées théoriques que nous venons de résumer relativement à l'origine des aurores polaires.

Nous allons en voir une confirmation encore plus nette dans les observations de l'astrononie italien Ricco. Si notre théorie est exacte, si les aurores polaires et les phénomènes électriques que nous

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l'Électricité et l'atmosphère 265

observons sur la Terre ont vraiment leur origine dans Tarrivée des poussières que le Soleil repousse radiodynamiquement loin de sa surface, cette répulsion exercée par l'astre sera plus intense quand les facules que Tpn voit sur sa surface seront plus développées, c'est-à-dire aux époques de grande activité éruptive du Soleil, époques qui correspondent aussi à l'abondance plus grande des taches. Cela revient à dire que les maxima et les minima des aurores et des perturbations électriques et magnétiques du globe doivent coïncMer avec ceux de l'activité éruptive du Soleil.

Mais si l'origine de ces aurores se trouve dans l'arrivée des poussières solaires jusqu'à notre atmosphère, il faut cependant penser que ces poussières ne cheminent pas avec une vitesse infinie à travers l'espace interplanétaire, mais, au contraire, av%c une vitesse essentiellement finie : elles doivent donc mettre un certain temps à effectuer leur voyage, en un mot, elles ont une « vitesse » de translation. Il est possible de calculer cette vitesse ; Arrhenius l'a fait. Considérons une sphérule non transparente de 0"'"»,00016 de diamètre, dimension qui correspond à la valeur maximum de la pression de radiation, et, par suite, à la plus grande vitesse de propulsion; supposons, en outre, que cette sphérule ait la même densité que l'eau, c'est-à-dire l'unité. Cette sphérule sera soumise à l'attraction du Soleil d'une part, et, d'autre part, à la force radiorépulsive qui est deux fois plus forte que l'attraction : on trouve ainsi, pour vitesse de propagation de la sphérule, le chiffre de 740 kilomètres à la seconde, c'est-à-dire que ce grain de matière mettrait cinquante-six heures à franchir l'intervalle qui sépare le Soleil de la Terre, intervalle que la lumière parcourt en huit minutes.

Toutefois, il ne faut pas perdre de vue que cette particule de poussière solaire, à laquelle nous avons

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bien gratuitement attribué une densité égale à celle de Teau a, sans doute, une densité beaucoup plus faible, car elle est, selon toute vraisemblance, constituée par des carbures d'hydrogène, contenant de rhydrogène et de Thélium dissous dans sa masse. Si notre sphérule avait une densité égale aux deux tiers de la densité de Teau, soit une densité voisine de 0,66, le calcul montre qu'elle mettrait quarante-cinq heures à franchir la distance qui sépare le Soleil de la Terre.

Or, précisément, l'astronome Ricco a trouvé qu'il s'écoulait tout juste quarante-cinq heures et demie entre le passage d'une tache solaire au méridien et le maximum d'amplitude de la perturbation magnétique consécutive, ce résultat étant basé sur une dizaine de cas très nettement observés; dans une autre série ^'observations, on a trouvé quarante-deui heures et demie. C'est là une concordance remarquable. Et l'on peut alors admettre comme tout à fait légitime cette théorie qui explique avec tant de claire simplicité l'origine et le mécanisme de ces aurores, si mystérieuses pour nous jusqu'à présent. Environnant la « ligne de chute » des poussières qui les engendrent, on comprend également bien qu'elles doivent briller au nord de cette ligne pour les points qui lui sont extérieurs, et, au sud, pour ceux qui sont compris dans son périmètre. C'est cette même ligne que les physiciens désignent sous le nom de « ligne neutre » et que l'on trace en traits plus, forts parmi les « isochasmes » dont le réseau recouvre les cartes des régions polaires.

L'arrivée, dans notre atmosphère, des poussières électrisées lancées par le Soleil, y produit d'autres effets : ces particules, en rencontrant les couches d'air supérieures, s'y déchargent vers la Terre par le mécanisme des aurores polaires, et entretiennent

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ainsi à la surface de notre globe cette charge négative qui est à la base de Tétude de l'électricité atmosphérique, ainsi que nous l'avons vu, puisque c'est r « influence » de cette charge qui explique en partie l'électrisation des nuages.

En outre, les rayons ultra-violets émis par le Soleil sont très absorbés lorsqu'ils viennent à traverser les couches successives de l'atmosphère terrestre : ils y provoquent 1' « ionisation » des molécules d'air, et cette ionisation se fait de façon plus active dans les couches aériennes élevées. Les courants d'air ascendants, enlevés au-dessus du sol par le mécanisme de la convection, emportent toujours avec eux des masses considérables de vapeur d'eau, et cette vapeur se condense dans les régions supérieures, par l'effet du refroidissement d'abord , mais aussi par celui de l'ionisation elle-même : Wilson a montré, en effet, au cours de très remarquables expériences, que la condensation de la vapeur se fait, de préférence, autour des ions négatifs.

C'est pour cela que les nuages sont, en grande majorité, électrisés négativement : de Romas et Fi^anklin l'avaient prouvé il y a un siècle et demi par leurs immortelles expériences du cerf-volant électrique, et ce fait a été confirmé par des observations nombreuses d'aéronautes qui ont constaté que, après que sont tombées les gouttes de la pluie j l'air qui les contenait restait chargé positivement. Quand la convection sera plus active, les orages seront plus fréquents : cela se produit en été. Et, chose remarquable, la fréquence plus ou moins grande des orages paraît obéir à une loi de périodicité qui est la même que celle des aurores polaires. On a pu déterminer pour ces aurores une première périodicité (période courte) d'environ 26 jours, et une périodicité longue, de 11,1 années. Or, l'étude statistique des orages faite en divers lieux y a &it découvrir des périodicités de même ordre.

Ainsi, von Bezold pour rAllemagne du Sud, Eckholm et Arrhenius pour la Suède, ont constaté que les orages y suivent la périodicité courte, de 26 jours, durée sensiblement égale à celle de la révolution synodique des taches à Téquateur solaire. D'autre part, les études de Hess sur les orages de Suisse lui ont permis d'affirmer que la périodicité à laquelle leur fréquence paraît soumise est de 11,1 années, c'est-à-dire la période longue du Soleil.

L'action électrique du Soleil sur les phénomènes électriques de l'atmosphère est donc très nette : elle s'exerce, d'ailleurs, non seulement sur la fréquence des orages, mais encore sur l'électricité de l'air. D'observations faites depuis vingt ans à l'Observatoire de Kiew, il résulte que le potentiel de l'air s'est trouvé en moyenne de 147 volts par mètre d'ascension pendant les années au cours desquelles le nombre des taches solaires était minimum, tandis que la valeur moyenne du gradient électrique était de 159 volts pendant les années de maximum.

L'influence de l'activité solaire sur l'électricité atmosphérique constitue une étude dont l'importance est grande, en ce qui concerne particulièrement la vie organique sur notre planète. Ce sont, en effet, ces décharges électriques qui font combiner entre eux l'azote, l'oxygène et l'hydrogène contenus dans l'air, et de cette combinaison résultent les composés ammoniacaux, les nitrites et nitrates dont nul ne songe à discuter, aujourd'hui, le rôle capital dans la végétation. Ces composés ammoniacaux paraissent en* gendres dans les régions tempérées, moins par les décharges disruptives comme celles des orages, que parles décharges lentes analogues à celles des aurores polaires. Ce sont aussi ces décharges qui donnent naissance à Tozone des couches supérieures de Talmosphère. Dans la région de la zone torride, au con-

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traire, il semble que ce soient les orages électriques et leurs décharges violentes qui produisent les abondantes combinaisons oxygénées qu'on y rencontre.

Arrivant au sol avec la pluie qui les entraine, elles y favorisent la végétation : à l'Observatoire de Montsouris, à Paris, on a trouvé, comme moyenne de vingt ans d'observations, qu'un litre d'eau de pluie entraîne 2 milligrammes d'azote ammoniacal et deux tiers de milligramme d'azote nitreux. Quelque faibles que puissent paraître ces teneurs en azote, elles sont d'importance au point de vue agricole, car il faul; envig^ager à ce point de vue, non plus la teneur d'un litre, mais la somme totale de composés azotés contenus dans la masse des eaux de pluie qui tombe annuellement sur la Terre. Si nous considérons seulement les précipitations aqueuses sur le sol français, sur lequel tombe annuellement une hauteur d'eau moyenne de 75 centimètres, nous trouvons, par un calcul élémentaire, que la pluie amène par hectare et par an une quantité d'azote égale à 20 kilogrammes, ce qui équivaut à l'épandage de 142 kilogrammes de salpêtre ; si nous étendons notre calcul à la totalité dé la superficie du sol français, nous trouvons que l'apport de la pluie en nitrates, équivaut à des milliers de tonnes de salpêtre : on voit par là combien est importante l'eau de pluie, et combien il est difficile de la remplacer par de l'eau « d'irrigation » qui ne contient pas l'azote fertilisant. Si maintenant, des régions tempérées nous passons à l'équateur, la proportion des composés azotés contenus dans l'eau de pluie peut y être beaucoup plus forte, et atteindre une valeur 10 fois plus forte que dans nos pays : ainsi peut s'expliquer la luxuriante végétation des régions intertropicales.

Toutefois,, les décharges électriques, Violentes ou calmes, dont l'atmosphère est le siège, ne sont pas la cause unique de la formation des composés azotés : il y a l'action des radiations ultra-violettes qui inter-

vient dans une large proportion. Les beaux travaux de Daniel Berthelot, qui a institué à l'aide des rayons ultras violets une méthode générale de « Photo- Synthèse » ont montré avec quelle facilité ces rayons opéraient les combinaisons les plus difficiles. Leur abondance dans les régions supérieures de l'atmosphère explique donc qu'ils y provoquent les combinaisons de Tazote avec Thydrogène et l'oxygène qui s'y trouvent. Et d'autre part, peut-on séparer l'action des rayons ultra-violets de l'action électrique, étant données les propriétés électriques dont jouissent ces rayons ?

L'émission, par le Soleil, de particules électriques lancées jusqu'à nous par l'action répulsive de la pression de radiation n'est pas la seule manière d'expliquer l'action exercéeparl'astre central sur les phénomènesélectriques de l'atmosphère terrestre. M.Henri Deslandres, directeur de l'Observatoire d'astronomie physique de Meudon, a proposé une théorie de l'action solaire basée sur les propriétés des rayons cathodiques.

Les phénomènes électriques de l'atmosphère terrestre, ainsi que les phénomènes magnétiques dont la Tferre est le siège pourraient, en eifet, s'expliquer par des courants de convection électrique qui traverseraient l'espace interplanétaire et émaneraient de la masse centrale. Des expériences probantes de laboratoire ont, du reste, montré que la raréfaction du milieu favorise la propagation de ces rayons « cathodiques », issus de la cathode dans les tubes à vide. U semble donc tout à fait vraisemblable que le Soleil, tout en émettant des rayons lumineux ordinaires, de structure ondulatoire, puisse émettre aussi des rayons formés de corpuscules négatifs. On pourrait, il est vrai, croire nécessaire la présence d'une électrode positive extérieure pour que le rayonnement puisse exister ; mais les expériences montrent que ce rayonnement est indépendant de la position de Télectrode

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dans les tubes de Crookes, et que les rayons CBXhodiques se propagent en ligne droite, dans une direction normale au plan de la cathode, aussi longtemps qu'ils ne sont pas absorbés par un milieu matériel et à condition de ne passer dans la région d'action d'aucun champ magnétique ou électrique susceptible d'agir sar eux et de leur iofliger une déviation. Si donc nous voulons penser que les rayons cathodiques cheminent du Soleil à la Terre, il n'est nullement nécessaire d'admettre que notre globe joue le rôle d'une électrode positive : il peut arriver que des décharges, dont les deux pôles seraient situés sur ou dans le Soleil, traverseront l'espace en y promenant leurs corpuscules cathodiques.

C'est sur des considérations de cet ordre que M. Deslaodres a élevé sa théorie. Pour l'éminent astronome, le Soleil est un astre d'émission de rayons cathodiques, et c'est à l'effet de ceux-ci que serait due l'illumination de la couronne.

Par une conception d'une très haute philosophie, M, Deslandres est conduit à penser que tous les corps célestes, soleils, planètes, comètes, nébuleuses même doivent présenter les mêmes phénomènes, à l'intensité et à la proportion près ; c'est de la différence dans les intensités que provient la diversité des apparences. Partant de ce point de vue très élevé, M. Deslandres se trouve alors conduit à rapprocher l'électricité solaire de Télectricité atmosphérique terrestre. Nous avons vu que les couches supérieures de notre atmosphère étaient chargées positivement par rapport à la surface extérieure de la Terre. Si donc le Soleil est, à l'intensité près, le siège d'un champ électrique analogue, ce champ y doit provoquer une décharge lumineuse continue, favorisée par la forte conductibilité et la haute température des gaz ; le phénomène doit être plus accentué aux points où la surface est plus haute, c'est-

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à-dire au-dessus des facules, comme il est plus accentué, dans notre atmosphère, au-dessus des montagnes et des points culminants du relief terrestre. La seule différence serait dans le « signe » de l'électrisation de l'atmosphère solaire, qui serait chargée négativement : c'est d'ailleurs ce qu'avait montré Arrhenius *. Les strates de la haute atmosphère étant donc chargées négativement à des pressions gazeuses très faibles, se trouveraient dans les conditions du milieu raréfié des ampoules de Crookes et des décharges cathodiques pourraient avoir lieu; ces charges peuvent arriver jusqu'à la Terre et y produire, outre les aurores polaires, les manifestations électriques de l'atmosphère terrestre et les variations du champ magnétique.

Ce qu'il y a de très remarquable dans la conception de M. Deslandres c'est l'analogie qu'elle invoque entre les grands mouvements de l'atmosphère solaire et ceux de l'atmosphère terrestre; l'analogie existe encore, et de la manière la plus remarquable, avec les phénomènes si suggestifs obtenus dans de belles recherches de laboratoire par M. Bénard, et décrits par lui sous le nom de « tourbillons cellulaires ». Lorsque qu'une couche est chauffée par le bas et refroidie par le haut, le liquide qui la constitue tend à se partager en petits tourbillon^ que cet auteur appelle « cellulaires », symétriques par rapport à un axe vertical. Ces tourbillons sont juxtaposés et leur ensemble rappelle d'une façon très expressive l'aspect caractéristique des ruches d'abeilles. M. Deslandres a mis à profit ce phénomène pour l'appliquer à l'atmosphère du Soleil et à celle de la Terre.

Dans le cas des tourbillons cellulaires, qui ont été photographiés par l'auteur sous tous les aspects, on constate qu'à la jonction de deux tourbillons voi-