CHAPITRE III

Le cardinal Jacques do Vitry (8), qui vivait vers l'an 1200, parle de l'aiguille aimantée, et dit qu'elle était nécessaire et indispensable aux voyageurs sur mer.

Le jésuite Riccioli prétend que, sous le règne de saint Louis, les navigateurs français se servaient ordinairement de l'aiguille aimantée, qu'ils tenaient nageant dans un petit vase d'eau, et qui était soutenue pour ne pas aller au fond.

Toutes ces citations démontrent que l'usage de l'aiguille aimantée était généralement connu en Europe vers la fin du douzième siècle; mais aucun auteur, à la vérité, ne dit que ce soit dans celte contrée qu'elle ait été inventée. On a dit, et Gilbert l'a avancé également, que cette invention avait été rapportée de la Chine par Marco Paolo, célèbre voyageur qui était revenu de ces contrées en Europe vers 1295; mais il n'en est nullement question dans la relation que ce dernier a donnée de son voyage. Klaproth est porté à croire que ce fut pendant les croisades que les Européens eurent connaissance de l'aiguille aimantée et du parti que l'on pouvait en tirer pour la navigation ; quelques savants en ont attribué l'invention aux Arabes, mais sans preuves bien positives.

Déclinaison et inclinaison. Suivant Klaproth (9), les Chinois ont connu longtemps avant nous la déclinaison de l'aiguille aimantée.

Thévenot assure, dans ses voyages , avoir vu une lettre de Pierre Adgige, écrite en 1269, plus de deux cents ans par conséquent avant Colomb, dans laquelle on disait positivement que l'aiguille déclinait de 5°.

Colomb, qui était à la recherche du nouveau monde, en 4492, observa aussi que la direction de l'aiguille aimantée n'était pas constante.

En 1497, Vasco de Gama, navigateur portugais , fit usage de la boussole dans sa première expédition dans l'Inde.

Le manuscrit d'un pilote de Dieppe, nommé Grignon, dédié, en -l 53 i, à Sébastien Chabot, fait également mention de la déclinaison de l'aiguille aimantée. Néanmoins on fait honneur aussi de cette découverte à Chabot lui-même, à Gonzalès et à d'autres (10). Quoi qu'il en soit, la propriété dont jouit l'aiguille aimantée de s'écarter plus ou moins dans chaque lieu, à droite ou à gauche de son méridien, c'est-à-dire de présenter une déclinaison plus ou moins grande, était très-connue dans le seizième siècle.

Les plus anciennes observations un peu exactes sur la déclinaison commencèrent à Paris en 1550. A cette époque, la déclinaison était

vers l'est ; elle est devenue nulle en 1663, puis elle est repassée à l'ouest en augmentant successivement, et, depuis quelques années, sa marche est décroissante.

Les navigateurs hollandais, en 1599, dressèrent aussi des tables de déclinaison qui sont assez exactes.

En 1 576, Robert Normann, ingénieur en instruments de physique à Londres, découvrit que l'aiguille aimantée éprouvait encore une autre espèce de variation. On avait eu occasion de remarquer que l'aiguille aimantée perdait son horizontalité en approchant vers le nord, et que son pôle austral s'abaissait au-dessous de l'horizon; comme on ne savait à quelle cause attribuer cet effet , on supposa que l'aiguille n'était pas suspendue par son centre de gravité. Robert Norman, ayant placé un contre-poids pour rétablir l'horizontalité , s'aperçut qu'il fallait le changer d'un lieu à un antre. 11 fut conduit par là à la découverte de l'inclinaison. On ne tarda pas à reconnaître que, pour observer complètement ce phénomène, il fallait que l'aiguille tût libre de se mouvoir dans le plan du méridien magnétique. Cette condition fut remplie en suspendant l'aiguille par son milieu à un axe perpendiculaire à ce plan : quand l'aiguille n'était pas aimantée, elle restait, dans une direction horizontale; aussitôt qu'elle devenait magnétique, elle se déviait de cette direction d'un certain nombre de degrés. L'angle de déviation fut appelé inclinaison.

Propriétés des aimants. Quittons les premières découvertes sur la direction des aimants, et abordons les travaux des physiciens postérieurs au seizième siècle. Parmi les premiers auteurs qui aient écrit des ouvrages spéciaux et didactiques sur le magnétisme, au commencement du dix-septième siècle, on peut citer Gilbert (II) et Nicolas Cabeo Ferrariensi. Le premier, après avoir cité, livre I", chap. I", les auteurs qui avaient traité de l'aimant, chercha à prouver que la terre était un grand aimant; il dit (livre 1 er , chap. XVII) que l'aimant, tel que nous le connaissons, est l'élément essentiel de la terre ; il admet que les parties ont les mêmes propriétés que le tout, et par conséquent que les différentes parties de la terre doivent être magnétiques. Il cherche à expliquer la direction de l'aiguille aimantée ainsi que ses variations; il avance ensuite, comme l'avait fait Peregrini (auteur plus ancien que lui, cité par Cabeo et dont les ouvrages manquent!, qu'un aimant ne diffère pas d'un fer aimanté, si ce n'est que l'un est plus parfait que l'autre; que le fer aimanté perd sa propriété magnétique par la chaleur.

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Gilbert avait une idée du fluide neutre, quand il avanoe que dans le fer la propriété magnétique existe, puisqu'elle se manifeste et devient énergique en présence et à une certaine distance de l'aimant.

Nicolas Cabeo (12) reconnaît que Gilbert est le premier qui, en s'appuyant sur l'expérience, ait traité la question des aimants avec beaucoup plus de soin qu'on ne l'avait fait auparavant. Il parle de la déclinaison et de l'inclinaison, qu'il cherche à expliquer en faisant intervenir des causes occultes dont la science était encore infestée au dix-septième siècle, tout en combattant celles qui avaient élé mises en avant par ses devanciers.

En traitant de la déclinaison, il avance qu'elle est plus forte dans un pays, moindre dans un autre ; qu'elle est tantôt occidentale, tantôt orientale; qu'en Europe elle est orientale. Relativement à l'inclinaison, il dit aussi, comme on le savait, que, lorsque l'aiguille a été équilibrée préalablement, elle s'incline aussitôt qu'elle est aimantée.

Nicolas Cabeo (12') décrit une expérience pour montrer que la puissance magnétique se transmet à travers tous les corps; il montre, dans une autre, qu'une tige de fer soutenue verticalement devient magnétique sous l'influence de la terre, fait déjà observé par Gilbert, mais que ce dernier attribuait à une autre cause (12'). 11 rapporte qu'en brisant un aimant en deux, chaque moitié possède la polarité (12'), fait indiquant que le magnétisme ne se transmet pas dans les corps d'une molécule à un autre, comme l'électricité.

On trouve encore dans l'ouvrage de Cabeo un certain nombre d'expériences relatives à différents points du magnétisme et de la direction des aimants; c'est ainsi qu'il montre que toutes pointes ou barres de fer qui n'ont jamais été aimantées acquièrent la polarité avec le temps; qu'un fer chauffé et refroidi dans le méridien magnétique devient également magnétique avec deux pôles; que, si le pôle d'un aimant est mis en contact avec le milieu d'une tige de fer, les deux extrémités acquièrent le même magnétisme ; il se produit en effet au milieu un point conséquent. Il montre encore que le fer rouge n'agit plus sur une aiguille aimantée; il étudie également les directions que prennent deux ou plusieurs aimants en présence l'un de l'autre.

On voit donc que, dès le commencement du dix-septième siècle, on connaissait déjà les propriétés générales des aimants ; mais ce n'est qu'à la fin du siècle dernier que les méthodes employées par Coulomb permirent de soumettre au calcul les résultats des observations, et d'atteindre la rigueur qu'exigent les recherches en physique.

62 DK l'ëLECTBICITÉ Et DU MAGNETISME.

§ IL Procédés d'aimantation.

La plupart des travaux sur le magnétisme qui furent exécutés jusqu'aux découvertes de Coulomb, c'est-à-dire jusque vers 1780, ont eu principalement pour but de modifier et de perfectionner les différents procédés d'aimantation, afin de donner une plus grande force et une plus grande persistance aux aimants. Lorsqu'on eut reconnu qu'un aimant ou un morceau de fer abandonné pendant longtemps aux influences atmosphériques était capable de transmettre le magnétisme à des barreaux d'acier par le frottement d'un de ses pôles, on dut rechercher les moyens les plus efficaces pour donner à ces barreaux le maximum d'effet, appelé l'état de saturation. Jusqu'au milieu du siècle dernier on se bornait à passer l'un des pôles d'un aimant sur toute la longueur des barreaux, au lieu d'approcher celui-ci du premier par simple contact. Cette méthode, qui est celle du contact successif, ne présente aucun inconvénient quand le barreau est court et que l'aimant est puissant ; mais il n'en est plus de même lorsqu'il est très-long et fortement trempé : il peut arriver, dans ce cas, que l'aimantation ne s'étende pas régulièrement jusqu'à l'extrémité opposée ; il en résulte alors des points conséquents dont on doit se garantir dans la construction des aiguilles aimantées.

Différentes méthodes furent successivement imaginées pour donner une grande puissance aux barreaux (13), par Knight, médecin de Londres; Mitchell, Canton, de la Société royale de Londres; Duha mel, Antheaume et Coulomb.

Knight, en 1743, fit connaître un perfectionnement dans le mode d'aimantation par simple contact. Ayant placé bout à bout, par les pôles de nom contraire, deux barreaux fortement aimantés, il posait dessus, dans le sens de leur longueur- un petit barreau d'à cier trempé cerise clair, de manière que son milieu correspondait aux points de jonction des deux barreaux; puis il séparait ceux-ci en les faisant glisser dans un sens opposé jusqu'aux extrémités du petit barreau, qui se trouvait avoir acquis un magnétisme plus fort que celui qu'on lui aurait communiqué par les moyens alors en usage. Cette méthode sert encore à aimanter à saturation seulement des barreaux courts et peu épais.

Peu de temps après cette découverte, Duhamel et Antheaume indiquèrent une autre méthode, qui est excellente pour aimau-

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ter les aiguilles de boussoles et les lames minces : ayant placé parallèlement l'un à l'autre deux barreaux joints à leurs deux extrémités par deux parallélipipèdes de fer doux, ils prirent deux barreaux aimantés qu'ils inclinèrent de 23 à 30" sur la direction des barreaux à aimanter, et les posèrent d'abord au milieu de l'un d'eux , les pôles inverses en regard ; puis ils les firent glisser un certain nombre de fois en sens contraire, jusqu'à l'extrémité de l'un d'eux; ils firent la même opération sur l'autre barreau. Œpinus, en substituant deux aimants aux parallélipipèdes de fer doux, accrut le développement du magnétisme.

Mitchell et Canton, en Angleterre, s'occupèrent de l'aimantation- à la même époque que Duhamel. Le premier imagina la double touche, qui consiste à prendre deux barreaux fortement aimantés, liés parallèlement entre eux, à les tenir dans une position verticale, les pôles inverses en regard et à une distance de 7 à H millimètres l'un de l'autre; après avoir placé en contact plusieurs barreaux égaux, à la suite les uns des autres , sur une même ligne droite, on fait glisser le double barreau, à angles droits, par une de ses extrémités , tout le long de cette ligne ; en l'appliquant au centre de celui que Ton veut aimanter, et faisant sur chacune des deux moitiés un nombre égal de frictions, les barreaux intermédiaires acquièrent alors une grande force magnétique, mais non un maximum.

i Les barreaux intermédiaires devaient acquérir le plus fort ma gnétisme, par cela même qu'ils étaient soumis à l'action par influence des barreaux extrêmes. Sous ce rapport , les barreaux de fer doux présentent plus d'avantage que les barreaux d'acier; le procédé de Mitchell l'emporte sur celui de Duhamel.

OEpinus a fait une modification heureuse au procédé de la double touche : au lieu de maintenir les deux barreaux glissant toujours parallèlement l'un à l'autre, il les a inclinés en sens contraire, comme Duhamel l'avait fait, afin que les résultantes longitudinales fussent plus considérables, les actions agissant plus obliquement sur la surface du barreau (14).

Cette innovation affaiblissait, à la vérité, l'action propre de chaque barreau glissant, qui n'a plus qu'une ligne de contact avec le barreau; mais l'expérience a prouvé que jusqu'à une certaine limite, 15 à 20° , les barreaux inclinés présentent de l'avantage.

Cette méthode, qui a l'inconvénient de faire naître plus facilement des points conséquents dans des barreaux d'une certaine longueur

04 ni. i.'elkcîricité et lu sjagî\étisjhe.

que la méllioile de Duhamel, n'est employée ordinairement que pour donner à de gros barreaux un fort degré de magnétisme, sans qu'il soit nécessaire d'avoir une égale distribution.

Coulomb (15', mettant à profit les avantages que présentent les méthodes que nous venons d'exposer, adopta les dispositions suivantes, qui jusqu'ici n'ont éprouvé aucun changement : les barreaux fixes dont il a fait usage étaient des faisceaux composés de dix barreaux d'acier trempé cerise clair, de 5 à 6 décimètres de longueur, 15 millimètres de largeur et 5 d'épaisseur. Après les avoir aimantés autant que possible, il les réunissait par leurs pôles de même nom, en formant deux couches de cinq barreaux chacune, séparées par de petits parallélipipèdes rectangles de fer très-doux, faisant un peu saillie au delà de leurs extrémités.

M. Biot (16) a trouvé qu'il valait mieux substituera ces parallélipipèdes des lames de 1er doux se réunissant à l'extrémité des aimants, de manière à former une pyramide tronquée. Les barreaux glissants sont formés comme les barreaux fixes ; mais, au lieu de dix barreaux partiels, il en prend quatre, ayant chacun 400 millimètres de longueur, 5 d'épaisseur et 15 de largeur. On les réunit ensuite, deux sur la largeur et deux sur l'épaisseur, en les séparant, comme ci-dessus, par des bandes de fer doux.

Cette méthode est fondée sur la distribution du magnétisme dans les aimants, qui est telle que, le plus grand développement de magnétisme ayant lieu vers les extrémités, chaque étage tend à maintenir dans l'étage inférieur la séparation du magnétisme.

L'action seule de la terre suffit pour aimanter des barres de fer et leur faire conserver la faculté magnétique; il faut pour cela les placer dans le méridien magnétique, suivant la direction de l'aiguille d'inclinaison, et les frapper à coups de marteau pour les écrouir; du reste, d'après ce que l'on a vu, on connaissait déjà ce fait du temps de Gilbert. Actuellement on a des moyens plus directs de donner aux barreaux d'acier le maximum d'aimantation qu'ils peuvent recevoir : il suffit, ainsi qu'on le verra dans le chapitre suivant, d'avoir recours aux effets d'induction électro-magnétique; mais, avec ce moyen comme avec les autres, la nature de l'acier, sa température, son état physique et sa trempe, influent seuls sur l'intensité de la puissance magnétique qu'ils peuvent acquérir et sur la durée de la conservation de celle-ci.

On a reconnu encore que l'on obtenait de grands avantages lorsqu'on aimante un barreau en le maintenant pendant cette ope-