CHAPITRE PREMIER

MAGNÉTOMÈTRE

1. Généralités. — 10 MomENTs MAGNÉTIQUES ET CHARGES FICTIVES. — Dans un corps aimanté,

e. . ’ 0] SES LI 2

un élément de volume dV est un petit aimant de moment magnétique dM dont on sait calculer les actions exercées (champ d’un doublet) ou subies (action d’un champ sur ce doublet). Le vecteur —> dM ns ; ; Fe s : : EAUX Ni À

J = yest l’aimantation du corps au point considéré; sa direction est la direction de l’aimantation et

ji HR Un a pe a

sa valeur est l'intensité d’aimantation, en ce point. La loi de répartition de 3, dans tout le corps, étant connue, on peut calculer les actions qu’il exerce ou subit, résultantes des actions élémentaires. On démontre d’ailleurs que, pour ces calculs, on peut remplacer les moments magnétiques par des charges magnétiques réparties à la surface du corps avec une densité à — 3, et à l’intérieur avec une

. densité cubique » — — div TJ; J, étant la projection de Ÿ sur la normale à la surface dirigée vers l’extérieur. u

Le plus souvent, il est impossible de connaître la répartition de l’aimantation dans un corps et

on ne cherche, alors, à déterminer que son moment magnétique, somme des moments élémentaires.

Dans le cas très simple de l’aimantation uniforme, M est parallèle à 5, de même sens et de module Vi. Pour les mesures magnétiques habituelles, on s’efforce de réaliser cette aimantation uniformé mais, en géophysique, beaucoup des corps étudiés sont des corps naturels dont l’aimantation est généralement non uniforme. |

Pour l’ensemble des mesures de ce travail qui sont, en définitive, des mesures de moments (permanents ou induits) deux sortes d'appareils sont utilisables : magnétomètres et appareils d’induction. La difficulté principale sera de rendre ces appareils à la fois sensibles et utilisables dans les laboratoires ordinaires où le champ magnétique est très troublé.

29 MESURES AU MAGNÉTOMÈTRE. -— Le magnétomètre peut être utilisé de deux façons : dans le 1er cas, il mesure directement dés moments magnétiques et dans le 2€, des charges magnétiques.

187 Cas. — L'objet aimanté de forme quelconque est placé à une distance de l’aimant, grande par rapport à ses dimensions propres ; on peut alors le considérer comme un aimant court et il est facile de déterminer son moment magnétique en grandeur et en direction. On mesure, ainsi, correctement le moment magnétique, même si l’aimantation du corps est très irrégulière. Mais, la distance au magnétomètre étant grande et les déviations étant inversement proportionnelles au cube de cette distance, cétte méthode ne convient pas à l’étude des aimantations très faibles des terres cuites et des roches (*); d’ailleurs, elle ne permet guère l'emploi d’un système astatique et elle ne serait donc utilisable qu’en un lieu non troublé magnétiquement.

2€ Cas. — L'objet est placé près de l’aimant du magnétomètre ; tout se passe comme si les charges fictives à et p existaient seules et c’est l'effet résultant de leur action que va mesurer la rotation du système mobile. Une telle mesure n’est possible que dans des conditions très simples : pour la forme du corps et pour la loi de répartition de l’aimantation. Pratiquement, elle n’est applicable qu’à des cubes ou des parallélépipèdes aimantés uniformément ; l’aimantation cubique c est alors nulle

(div ee 0) et les charges se réduisent à des charges de surface, de densité à constante sur tout un

plan. Par exemple, pour un parallélépipède uniformément aimanté, à, J, J, étant les composantes

de l’aimantation normales aux 3 faces, on a 6 couches planes de densités magnétiques : & j,, + Jus + d,. Sur un cylindre on ne peut mesurer que l’aimantation longitudinale. | r

En général, des calculs assez longs sont nécessaires, même pour un cube si on cherche la valeur de son aimantation. Le cas du parallélépipède sera étudié au $ 6.

La sensibilité, avec cette méthode, peut devenir très grande si l’on réduit le champ directeur de l’aimant mobile et si l’on approche les faces de l’objet près de cet aimant. La distance ne peut, gependant, pas être inférieure à 3 ou 4 centimètres car le champ magnétique, dû à l’aimant, aimante le corps et cet effet, difficile à éliminer, devient important aux faibles distances. J. Kænigsberger s’en est servi pour mesurer des susceptibilités par action d’un pôle d’un long aimant mobile sur une

face plane d’un fragment de roche (2).

2. Historique. — Un grand nombre de mesures sur les terres cuites et les roches ont été faites au magnétomètre, l’objet étant placé près de l’aimant.

19 Folgheraiter déterminait la direction de l’aimantation permanente de poteries au moyen d’une aiguille aimantée suspendue dans le champ terrestre par un fil de cocon. Les objets étudiés n'étant pas de forme géométrique simple et leurs aimantations étant faibles toute mesure directe était impossible. {l utilisa un procédé compliqué (*) qui revient à comparer l'effet de ces objets à celui produit par d’autres de formes voisines, qu’il fabriquait et cuisait dans une position connue par rapport au champ terrestre actuel.

(} Par exemple, E. Sramkoy qui l’a utilisée (échantillons de roches cylindriques de 10 centimètres de longueur placés à 30 centimètres d’un déclinomètre) obtient des déviations très faibles.

E. Sramkov. — Sur la Stabilité de l’aimantation permanente de certaines roches (en russe). C. R., Ac. Sc. U. R. $. S., 1929 p. 97-100.

(?) J. KænresserGer. — Method for measuring the susceptibility of rocks. T'errestrial magnetism, 34, 1929, p. 209-214.

(*} FozGHERAITER. — Determinazione sperimentale della dirézione di un campo magnetico uniforme dalla orientazione de

magnetismo da esso indotto Rend. Ac. Lincei, V, 1896 2e semestre, p. 127-135.

P. Mercanton (!) utilisa la méthode de Folgheraiter pour ses études de vases palafittiques et de l’époque de Hallstatt.

2° B. Brunhes et P. David {?), pour mesurer la direction de l’aimantation d’argiles métamorphiques et de roches diverses, utilisèrent des cubes de quelques centimètres d’arête placés près de l’aimant du magnétomètre : par exemple, cubes de 8 centimètres, à 5 centimètres de l’aimant. Cette méthode a été souvent employée : P. Mercanton, Hallimond et Herroun (*). Brunhes et David employaient une boussole de déclinaison; Mercanton utilisa un magnétomètre astatique sensible et Hallimond et Herroun un magnétomètre simple installé dans un lieu magnétiquement calme.

Une telle mesure est correcte pour un corps uniformément aimanté:; elle ne l’est pas, à priori, pour un corps naturel toujours irrégulièrement aimanté. On verra plus loin ($ 9) quelles erreurs peut provoquer cette non-umiformité de l’aimantation.

39 J. Kænigsberger emploie encore un magnétomètre pour toutes ses études sur l’aimantation permanente des roches. Le système mobile, astatique, est constitué par 4 aimants longs, environ 8 centimètres, disposés parallèlement dans deux plans horizontaux (*) ; les échantillons sont des cubes que l’on fait agir sur les deux pôles de même signe des deux aimants d’un même plan horizontal. C’est avec ce magnétomètre que l’auteur mesure aussi les susceptibilités magnétiques par action sur un seul pôle.

4° Une méthode magnétométrique originale a été employée par Nakamura et Kikuchi pour l’étude de bombes volcaniques (°). En réalité elle semble bien compliquée (336 mesures par échantillon et longs calculs). Elle a été utilisée aussi par Matuyama (OR

59 Dans une étude antérieure (7), j'avais utilisé déjà un magnétomètre constitué par un système mobile astatique ordinaire et une bobine parallèle à l’un des aimants. Ce magnétomètre permettait de mesurer l’aimantation permanente longitudinale et la susceptibilité d'échantillons cylindriques. Mme Thellier a ensuite construit un appareil analogue, mais plus stable et plus sensible, avec lequel elle a pu déterminer les susceptibilités magnétiques, très faibles, de roches sédimentaires (*). Ces appareils avaient encore une certaine instabilité et la disposition de l'échantillon, parallèlement à aimant et très près de lui, présentait aussi des inconvénients.

Pour l'étude actuelle, j'ai d’abord construit un système mobile insensible aux champs magnétiques troublés ; puis ce système a été employé :

() P. Mercanron. — Étude des propriétés magnétiques des poteries lacustres. Bull. Soc. Vaudoise Sc. nat., 38,190, p. 335-346. 2) B. Brunnes. — Recherches sur la direction d’aimantation des roches volcaniques. J. de phys., 4° série, V, 1906, p. 705-724 (Voir p. 710).

(?) A. F. Harrimon» et E. F. Herroun. — Laboratory determinations of the magnetic properties of certain igneous rocks. Proc. Roy. Soc. London, série A, 141, 1933, p. 302-314.

(!) J. KænicsserGEr. — Grôszenverhältnis von remanentem zu induziertem Magnetismus in Gesteinen ; Grôsze und Richtung des remanenten Magnetismus. Zeitschr. f. Geophys., 6, 1930, p. 190-207.

() S. Naxamura et S. Kikucni. — Permanent magnetism of volcanic bombs. Proc. Tôky6 Math. Phys. Soc., 2 série, VI, 1912, p. 268-273.

(5) M. Maruyama. — On the direction of magnetisation of basalt in Japan, Tyôsen and Manchuria. Proc. Imp. Ac. (of Japan), V, 1929, p. 203-205. |

() E. Taerrier. — Etude magnétométrique de l’aimantation rémanente et induite des argiles crues et cuites. Annales I. P. G., Paris, X, 1932, p. 113-1922.

(°) Mne TnezLier. — Propriétés magnétiques des roches sédimentaires du Bassin parisien. Annales I. P. G., Paris, XI, 1933, p- 102-112.

Thèse Thellier. - 2

19 Dans un premier appareil, pour étudier des aimantations permanentes en direction et en va- | leur. J’ai généralisé la méthode habituelle (échantillons cubiques) en considérant le cas du parallélépipède, ce qui m'a permis d'opérer sur des briques sans les tailler.

2° Dans un 2€ appareil comportant des bobines, pour étudier sur des cylindres : l’aimantation permanente longitudinale, la susceptibilité et les propriétés ferromagnétiques (courbes d’aimantation induite, cycles d’hystérésis, aimantation rémanente, traînage magnétique).

J'ai déjà décrit {*) le système mobile de ces appareils. En réalité, l’idée n’était pas nouvelle ; R. Forrer a utilisé et décrit {?) un « magnétomètre astatique symétrique » à bobines verticales, présentant beaucoup d’analogies avec celui que j'ai construit après lui. Le dispositif que j’emploie est donc, à des détails près, un magnétomètre de Forrer ; je l’étudierai cependant car, sous les formes où

Je lai utilisé, il peut rendre service en géophysique.