Variations des éléments magnétiques pour un

même lieu de la terre à des époques différentes.

On distingue deux sortes de variations, les variations régulières et les variations irrégulières. Les premières se distinguent elles-mêmes en variations séculaires, variations annuelles et variations diurnes. Delà, quatre sortes de variations que nous allons examiner sucoessivement.

§11, Variations séculaires des éléments magnétiques : La cause générale des variations séculaires me parait être le déplacement continuel de l’équateurmagnétique de l’est à l’ouest. Si la terre était homogène et pouvait être assimilée rigoureusement à un solénoïde dont les extrémités changent de position régulièrement, ces variations pourraient être calculées avec la plus grande précision. Malheureusement il n’en est pas ainsi. Par exemple, l’expérience constate chaque année, de l’est à l’ouest, un déplacement moyen des nœuds de l’équateur magnétique, que nous avons évalué à un degré. Le pôle sud a marché dans le même sens de 4' 67”, en moyenne, de 1642 à 1777.

Le pôle nord s’est déplacé annuellement de 11' 4 ”,25 dans le sens contraire, c’est-à-dire de l’ouest à l’est, de 1730 à 1813. Non -seulement, comme on voit, les pôles ne se déplacent pas de la même quantité que l’équateur; mais peuvent même se déplacer en. sens contraire. Cette anomalie peut s’ex-

pliquer. Si la croûte terrestre était homogène, les courants qui partent des régions polaires viendraient se fondre peu à peu dons le courant général des régions équatoritdes. Mais le contraire ayant lieu, on conçoit très-bien que ces courants subissent des déviations dans leur marche, et prennent des configurations variables avec le temps et avec la nature des terrains qu’ils ont à traverser, tout en conservant leur marche générale de l’est à l’ouest. 11 ne serait pas étonnant, qu’après avoir rétrogradé quelque temps, le pôle nord ne reprit sa marche naturelle, ni même qu’il se manifestât plusieurs pôles apparents, comme ont cru le reconnaître plusieurs physiciens, tels que Halley et après lui M. Hansteen.

Examinons d’abord l'influence des déplacements précédents sur la déclinaison en un même lieu. En partant de la formule approchée :

cos. D —

cos. i' — sin. ) sin. X' Gos. X cos. X'

et égalant à zéro la dérivée de cos. D par rapport à X' pour avoir les valeurs limites de D, nous aurons :

siii

, siu X cos. t'

et par suite :

cos. l' —

cos. D

sin.a X

cos. X

V sin.’^ X

COS.» î

V^cos * r — sin.^ X cos. X

ou : sin. D

sm. i' cos. X

Cette valeur correspond à l’époque où le plan POP' (page 43) est perpendiculaire au plan MOP', et par conséquent à une époque antérieure à celle où le plan POP' devient perpendiculaire au plan du méridien du lieu. C’est ce que l'on a observé à Paris et dans d’autres localités. Pour nous borner aux seules observations de Paris, la plus grande déclinaison avait lieu en 1814 et était de 22" 34'. Or, à cette époque, et même 12 années après, le nœud oriental de l’équateur magnétique était encore, d’après les observations de M. Duperrey, à plusieurs degrés à l’est du méridien de Paris.

Si dans la formule (54) nous prenons P pour inconnu, et si nous y faisons D — - 22" 34', X = 48" 50' 14" (cette valeur de X étant la latitude de Paris), nous en déduirons : t' — 14" 38'. Or, d’après l’observation, la valeur moyenne de P était de 11" environ vers 1825 et de 12" vers 1780.

En regardant la formule tang. 1 — 2 tang. x' comme

vraie au même degré que la formule (37), nous voyons

que la variation séculaire de l’inclinaison doit èlfe une conséquence du changement qui s’opère continuellement dans la latitude magnétique X" du lieu d’observation, par suite du déplacement des nœuds de l'équateur magnétique. En 16G4 la valeur de la déclinaison était nulle à Paris, et par suite, la valeur de >' devait être un maximum ou un minimum. L’expérience a démontré . depuis qu’elle était un maximum, puisque le méridien de Paris coupait l’équateur ni'gnétique dans l’hémisphère austral. Â partir de cette époque, le nœud (H'iental s’est constamment rapproché du méridien de Pi^ris, au point qu’il en est à quelques degrés actuellement. La valeur de Y a donc constamment diminué et elle continuera de le faire jusqu’à ce que le nœud oriental se soit écarté de 90" à l’ouest, époque à laquelle la valeur de sera un minimun). L’expérience a démontré, en effet, que depuis 1671, époque des premières observations, l’incl'inaison a constamment diminué à Paris. Elle était alors de 75" et elle est at^urd’hui de 66" degrés environ. Si la théorie précédente est vraie, et si la marche des nœuds magnétiques s’effectue toujours avec une vitesse moyenne sensiblement la même, l’inclinaison ne dok. être aujourd’hui qu’à la moitié environ de sa période de décroissance. Après cette période, elle recommencera à croître.

D’après la formule F ~ F, \ ' 1 ^ 3 sin.’ V, on voit (pie rioieiisité magnétique doit varier dans le.méme

seos que l'inclinaison et pendant les méntes périodes. Il n’en est pas de même de rinlensité horizontale, car H désignant cette composante, on a ;

F.yt +3sin.M' V/l 4* * tang. '* X'

ou: HesFicoSiX'

Pour les localités où la valeur de X’ est inférieure à 90°, on voit que, quand cette valeur diminue, celle de H augmente. 11 y a trop peu d’années qu’on s’occupe sérieusement de la détermination des intensités magnétiques, pour que cette détermination puisse servir aujourd’hui de contrôle à la théorie ;

§ 12. Variations annuelles et mensuelles des éléments magnétiques : Tandis que, dans notre manière de voir, les variations séculaires des éléments magnétiques dépendent à la fois du mouvement de translation et du mouvement de rotation de la terre au sein dü fluide étheré, ou du déplacement de l’équateur magnétique, qui en est la conséquence, les variations annuelles et mensuelles nous pai'aissent dépendre plus spécialement du premier de ces deux mouvements, c’està-dire du mouvement de translation. L’axe de la terre faisant un angle de 23“ 30' environ avec l’axe de l’érliptiquo, les œurants,touten conservant leur direction

générale de l’est à l’ouest dans l’intérieur de la terre, tendront à s’incliner vers le sud, depuis le solstice d’été jusqu’au solstice d'hiver, et à s’incliner vers le nord depuis le solstice d'hiver jusqu’au solstice d'été.

Mais si l’on réfléchit que les - environ de l’hémis-

phère austral sont recouverts par les eaux de la mer,

' c’est-à-dire par une substance peu conductrice, on comprendra que la seconde moitié du phénomène devra être beaucoup moins sensible que la première. C’est, en effet, ce que l’expérience confirme. Depuis 1786, Cassini a découvert que l’extrémité nord de l’aiguille aimantée marche vers l’ouest pendant les neuf mois qui suivent le solstice d’été, et que pendant trois mois seulement, à partir de l’équinoxe du printemps, elle marche vers l’est. Les observations faites par Gilpin en 1800, constatent à Londres une oscillation annuelle, analogue à celle que Cassini avait le premier découverte à Paris. De plus, Arago a constaté, en prenant les déclinaisons moyennes mensuelles, deux maxima vers mars et septembre, c’est-à-dire vers les équinoxes, et deux minima vers juin et décembre, c’està-dire vers les solstices : Ce résultat vient s’ajouter aux précédents pour confirmer nos idées théoriques.

11 existe aussi des variations annuelles pour l’inclinaison et pour l’intensité. M. llansteen a observé que l’intensiié moyenne mensuelle, vers le solstice d’Iiiver.

surpasse beaucoup l’intensité moyenne donnée par des jours semblablement placés relativement au solstice d’été ; de plus que les variations d'intensité moyenne d’un mois à l’autre sont à leur minimum en mai et juin, et à leur maximum vers les équinoxes.

§ 13. Variations diurnes des éléments magnétiques : La principale cause des variations diurnes me parait être aussi l’un des deux mouvements de la terre, le mouvement de rotation. Le soleil, en montant chaque jour, au-dessus de l’horizon, fait naître dans la zone tropieale , des courants de vapeur d’eau , qui prennent du fluide électrique au sol et à la mer, pour le transporter dans les parties supérieures de l’atmosphère. L’air raréfié et le sol étant très-bons conducteurs, il en résulte, pour chaque hémisphère, deux sortes de courants, les uns supérieurs, qui suivent les vents alisés et vont de l’équateur aux pôles, les autres inférieurs, qui, par le sol, viennent des régions polaires, au point de l’équateur au-dessus duquel le soleil se trouve. La portion inférieure de l'air forme comme une espèce de couche isolante entre les deux sortes de courants , qui se réunissent là où la couche ofl're le moins d’épaisseur, c’est-à-dire aux pôles. C’est lors du passage du courant supérieur à travers cette couche pour se continuer dans le courant inférieur, qu’a lieu , dans l’opinion de M. De la Hive, le phénomène des aurores boréales. Nous n’avons pas à nous en occuper ici.

Quant à l’action de ces courants sur l’aigulHe aimantée, ils s’ajoutent pour faire dévier son pôle nord de l’est à l’ouest dans l’hémisphère boréal^ et de l’ouest à l’est dans l’hémisphère austral, et œla quel que soit le sens de la déclinaison due aux variations séculaires, c’est-^-dire qu’elle soit orientale ou occidentale. L’expérience prouve, en effet, que depuis le lever du soleil jusqu’à deux heures de l’après-midi, le pôle nord marche de l’est à l’ouest dans notre hémisphère, pour rétrograder jusque vers dix heures du soir. Pendant la nuit, elle reste à peu près stationnaire et recommence le lendemain ses excursions périodiques. A Paris la moyenne des variations diurnes est de 13' à 15' depuis l’équinoxe du printemps jusqu’à l’équinoxe d’automne, et de 8' à 10' depuis l’équinoxe d’automne jusqu’à l’équinoxe du printemps. Cela prouve que les courants sont plus forts en été qu’en hiver , ce qui est très-naturel à admettre. Dans les contrées plus septentrionales, les variations diurnes sont plus étendues et tout aussi régulières, ce qui a fait conclure qu’elles vont en diminuant du pôle à l’équateur où elles sont presque nulles. Cette circonstance a sa raison d’ètre, et peut s’expliquer comme il suit : Aux environs de l’équateur, l’aiguille est soumise à des courants dirigés en sens inverse, les uns venant du nord, les autres du midi. Vers les pôles, l’une des deux espèces de courants a tout à fait la prédominence.

Dans rhémisphère austral, les variatioBS diwni^ ont Heu (le l’ouesl à l’est, œmme l’indique b théorie, soukfoent le maximum de la déviation a lieu à des heures un peu diverses, ce qui tient probablement à la difi'érence de conductibilité des lieux, dont il faut tenir compte. Chose remarquable , la moyenne des variations diurnes est, contrairement à ce qui a lieu dans notre hémisphère, beaucoup plus considérable depuis l’équinoxe d’automne jusqu’à l’équinoxe du printemps, que pendant l’autre moitié de l’année. Ainsi à Hobart^ Town (latitude 42° 51' sud), elle est de 11 ' à 13' pendant b première période,, et de 5' à 6' pendant b seconde. La raison est que pendant ce temps le soleil a quitté l’hémisphère boréal pour passer (bns l'hémisphère austral.

Guidé par les faits précédents, Aragos'estcru autorisé à conclure qu’il existe entre les deux hémisphères une ligne où l’aiguille, pendant toute l'année, ne marche ni à l’orient, ni à l’occident. L’expérience a démontré que cette ligne n’existe pas, et cela doit être si nos idées soBt exactes. Les lieux situés entre les tropiques sont traversés par des courants dirigés en sens inverses, les uns venant du nord, les autres du midi. Que le soleil soit dans l'un des hémisphères, les courants de cet héniisphère sont arrêtés en partie par l’évaporation qui s’y fait , et b prépondérance doit être en général à ceux de l’autre hémisphère. Au.ssi a-t-on rémarqué que

pour les lieux situés entre les tropiques et même pour quelques lieux situés en dehors, la variation diurne est orientale pendant une partie de l’année, et occidentale pendant l’autre partie. A Sainte-Hélène (latitude 15" 56' sud), la variation est orientale de mai à septembre inclusivement. Au cap de Bonne-Espérance, dont la latitude est de 33" 56', la déclinaison, comme à Sainte- Hélène, a lieu à l’est, quand le soleil est dans l’hémisphère boréal, et à l’ouest, quand il est dans l'hémisphère austral. Ce cas doit être exceptionnel, et dû à des circonstances particulières de conductibilité. 11 peut donc exister une série de points pour lesquels la somme algébrique des variations diurnes dirigées en sens contraires pendant les deux moitiés de l’année soit égale à zéro. Mais il ne peut en exister pour lesquels ces variations soient constamment nulles, puisqu’il n’en existe aucun pour lequel le soleil soit immobile.

M. Reslhubcr est parvenu, par de nombreuses observations faites à l’observatoire delvreusmünster, à éta blir que : La grandeur de la variation diurne de la déclinaison pendant tous les mois de l'année, marche parallèlement avec les changements de i humidité de l'air; elle est la plus petite à l'époque de la plus grande humidité, et la plus grande lors du minimum d'humidité. Ce fait s’explique très-bien, si l'on réfléchit que la couche d’air humide, qui sépare le courant supérieur du courant inférieur , étant devenue

moins isolante , la réunion des deux courants peut se faire ailleurs qu’aux pôles, et que par suite, le courant venant de là doit être diminué d’intensité.

L'inclinaison a aussi des variations diurnes, mais plus faibles que la déclinaison. D’après les observations d’Arago, il y aurait un maximum d’inclinaison entre 8 heures et 9 heures du malin, un minimum après 2 et

3 heures après-midi, un second maximum entre 8 heures et 9 heures du soir , et au second minimum entre 1 1 heures du soir et minuit. D’après M. Hansteen, l’inclinaison pendant l’été est d’environ 15’ plus forte que pendant l’hiver.

Quant à l’intensité horizontale , M. Hansteen a également observé qu’elle est soumise à des variations diurnes. Le minimum de cette intensité a lieu entre 10 heures et 11 heures du matin, et le maximum entre

4 heures et 5 heures après-midi.

§ 14. Variations irrégulières des éléments magnétiques : Que par suite d’un changement quelconque survenu dans la constitution inférieure du globe, à l’occasion par exemple, d’un tremblement de terre, d’une éruption volcanique ou de toute autre cause, il se produise dans le sol, des courants accidentels du genre de ceux que nous venons de signaler par suite de la présence du soleil au-dessus de l’horizon ; que ces courants provoquent ou ne provoquent pas l’apparition d’aurores boréales dans les régions polaires ; ils

n'eo doivent pas moins agir sur l'aiguille aimantée. On observe , en effet , lors de l’apparition de ces différents phénomènes des perturbations plus ou mo^s grandes dans les éléments magnétiques. En général, lorsqu'apparait une aurore boréale, les perturbations sont d’autant plus grandes que le lieu d’observation est plus rapproché des pôles. De plus, dans notre hémisphèxe, l’aiguille commence par dévier à l’ouest avant l’apparition de l’aurore boréale, elle devie à l’est pendant la durée de cette apparition, et souvent éprouve des oscillations irrégulières dont l’amplitude peut être de quelques minutes. Ces circonstances constatent l’existence d’un courant au sein de la terre avant l’apparition du phénomène des aurores boi*éaies, qui parait eu être la conséquence et non lu cause.