BOUSSOLES DE DÉCLINAISON ET D'INCLINAISON

855. Action de la terre sur les aimants. — Couple terrestre. —

Lorsqu'on suspend une aiguille aimantée à un fil, comme le représente la figure 816, ou lorsqu'on la pose sur un pivot autour duquel elle peut librement tourner (fig. 823), nous avons dit que l'aiguille, au lieu de s'arrêter dans une position quelconque, finit toujours par se fixer dans une direction voisine de la ligne fc.

nord-sud.

Nous avons conclu de cette expérience que la terre exerce sur les aimants une action à distance, analogue à celle de la pesanteur.

Nous nous sommes servis de cette action pour distinguer et définir expérimentalement les deux pôles d'un aimant ; nous allons maintenant l'étudier.

Rappelons d'abord que lorsqu'un corps solide est soumis à l'action d'un système de forces quelconques, celles-ci peuvent se réduire, dans le cas le plus général, au système plus simple d'un couple et d'une force unique (53). Le couple tend à faire tourner le corps, tandis que la force tend à lui imprimer, en même temps, un mouvement de translation. Le système des forces magnétiques provenant de l'action terrestre sur une aiguille aimantée est-il un système quelconque, réductible à un couple plus une force? C'est ce que l'expérience va nous apprendre.

1° La force magnétique terrestre n'a pas de composante verticale. — On a constaté à l'aide de pesées très précises qu'un barreau d'acier ne pèse pas plus après qu'avant l'aimantation. Donc la force terrestre, si elle existe, n'a pas de composante verticale.

2° La force magnétique terrestre n'a pas de composante horizon-

Fig. 8U2:>.

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taie. — Si, dans un vase plein d'eau, on pose un disque de liège, et sur celui-ci un barreau aimanté, le liège oscille d'abord, puis se fixe dans une position telle, que la ligne des pôles de l'aimant soit plus ou moins parallèle à la direction du nord au sud (fig. 824). Mais, dans cette expérience comme dans la précédente, le liège

Fig. 824

et le barreau n'avancent ni vers le nord ni vers le sud. Donc la force terrestre, si elle existe, n'a pas de composante horizontale.

5° La force magnétique terrestre se réduit à un couple. — Puisque la force magnétique terrestre n'a ni composante verticale ni composante horizontale, on doit en conclure qu'elle est nulle : donc le système de forces magnétiques terrestres se réduit à un couple. C'est ce qu'on appelle le couple terrestre.

L'existence du couple terrestre est donc un fait expérimental, indépendant de toute hypothèse sur l'origine du magnétisme terrestre, Le couple terrestre sera complètement défini quand on connaîtra : 1° sa direction en un lieu donné de la terre ; 2° le moment de l'action qu'il exerce sur un aimant donné. Nous allons déterminer d'abord sa direction ; nous déterminerons plus tard son moment, quand nous saurons mesurer les forces magnétiques.

856. Direction du couple terrestre. — Méridien magnétique. — Déclinaison et Inclinaison. — On sait que le méridien astronomique en un point de la surface du globe est le plan qui passe par ce point et par les deux pôles terrestres, et que la méridienne géographique est la trace de ce plan sur la surface du globe. De

même, on appelle méridien magnétique d'un lieu donné le plan vertical qui passe en ce lieu par la direction du couple terrestre. Nous démontrerons plus loin que le méridien magnétique coïncide avec le plan vertical mené par la direction d'équilibre de la ligne des pôles d'une aiguille de déclinaison, c'est-à-dire d'une aiguille aimantée, mobile sur un axe vertical. On se sert souvent de cette propriété pour définir le méridien magnétique. Cette direction d'équilibre de l'aiguille aimantée est elle-même la méridienne magnétique, car elle est la trace du méridien magnétique sur l'horizon géographique.

Le méridien magnétique ne coïncide pas, en général, avec le méridien astronomique d'un lieu. On nomme déclinaison magnétique en un lieu l'angle du méridien magnétique avec le méridien astronomique, ou, ce qui revient au même, l'angle que fait l'aiguille de déclinaison avec la méridienne géographique. La déclinaison est orientale ou occidentale, selon que le pôle austral de l'aiguille se place à l'est ou à l'ouest du méridien astronomique.

On appelle inclinaison magnétique l'angle que fait la direction du couple terrestre avec l'horizontale du lieu. On mesure l'inclinaison par l'angle que la moitié australe (la pointe bleue) d'une aiguille d'inclinaison (c'est-à-dire une aiguille aimantée mobile autour d'un axe horizontal) fait avec l'horizontale de son centre de suspension, lorsque le plan vertical où se meut l'aiguille coïncide avec le méridien magnétique.

857. Mesure de la déclinaison et de l'inclinaison. — Une aiguille

aimantée, qui serait suspendue par son centre de gravité de manière à se mouvoir librement dans l'espace, se mettrait spontanément en équilibre dans la direction qu'a le couple terrestre au lieu de l'expérience. De cette position d'équilibre on déduirait immédiatement : 1° la position du méridien magnétique ; ^° la déclinaison ; 3° l'inclinaison.

Mais une pareille suspension n'est pas réalisable. Une aiguille aimantée est nécessairement assujettie à l'axe autour duquel elle se meut, et elle n'est mobile que dans le plan perpendiculaire à cet axe. Si celui-ci est vertical, l'aiguille se meut dans un plan horizontal : c'est une aiguille de déclinaison ; si l'axe est horizontal, l'aiguille se meut dans un plan vertical : c'est une aiguille d'inclinaison. Dans le premier cas, la position d'équilibre donne la direction de la composante horizontale du couple terrestre; dans le deuxième cas, la position d'équilibre correspond non pas au couple terrestre lui-même, mais à sa composante dans le plan vertical de l'aiguille d'inclinaison.

MAGNETISME

858. Principe des méthodes de mesure : Décomposition du couple terrestre. — Toutes les méthodes de mesure de l'inclinaison et de la déclinaison magnétique sont fondées sur la décomposition mécanique des forces du couple terrestre.

Soit A l'un des pôles d'une aiguille aimantée que nous supposerons libremen suspendue. Cette aiguille se met spontanément en équilibre (lig. 825) dans la

direction du couple terrestre.

s Soit AF l'une des forces du

Is. couple; l'angle FAN, que fait

I N la direction AF avec sa projec-

tion sur le plan horizontal xXy, est, par définition, l'inclinaison I; et le plan vertical sNS, qui passe par la direction AF,

# est le méridien magnétique.

Décomposons la force F suivant trois directions rectangulaires quelconques (par la règle du parallélépipède). Soient d'abord les deux composantes T N ^ et Z dans le plan du méridien :

elles ont évidemment pour valeur

T=Fcosi, Z = F sin I.

Décomposons maintenant la composante horizontale T dans son plan, on aura, en appelant a l'azimut du plan des ./■:-,