CHAPITRE PREMIER

DtB appareib employés dansl'étade de l'électricité atmoepliérique.

La terre et Tatmosphère sont de vastes réservoirs d'électricité où Fig. 107. ja nature va puiser constamment les causes pro- *n ^ ductrices des orages et d'autres phénomènes atmosphériques que nous allons décrire.

Avant d'aborder toutes les questions relatives à l'électricité atmosphérique, il faut faire connaître les différents appareils à Taide desquels on parvient à étudier ces effets.

On se sert d'électroscopes, d'électromètres et de multiplicateurs analogues à ceux que nous avons décrits, livres I"' et Ii«, mais disposés d'une manière particulière. Parmi les électromètres dont Tusage est le plus fréquent, à raison de leur facilité de transport dans les voyages ; se trouve celui de de Saussure, composé de deux fils fins de métal terminés chacun par une petite balle de sureau aa, et adaptés à une tige métallique fixée à la partie supérieure d'une cloche de verre carrée BB, de 5 à 6 centimètres de côté. Les deux petits pendules se trouvent ainsi placés dans l'intérieur de la cloche. La tige est elle-même surmontée d'un conducteur A terminé en pointe, [composé de trois parties pouvant s'ajuster les unes dans les autres, et chacune d'une longueur de 2 décimètres environ. Ce conducteur est destiné à recueillir de l'électricité au-dessus de la tête de Tobsenateur.

38«i ELFXTUIOTK ATMOSPUKlligtE.

Pour préserver réleclromètre de la pluie ou de la neige , on visse à la partie supérieure de la cloche un petit chapeau en laiton lanaine fort mince CG , de forme conique et d'un décimètre de diamètre. Le conducteur A s'ajuste également à vis sur ce chapiteau. Une échelle divisée est appliquée sur Tune des faces de la cage de verre, afin d'apprécier les angles d'écart des deux pendules.

De Saussure a gradué comme il suit cet appareil : ayant pris deux électromètres désarmés, aussi égaux entre eux que possible, mais privés de leur conducteur en pointe, il électrisa l'un d'eux, de manière à ce que les deux boules de sureau s'écartassent , par exemple, de 6 millimètres. Avec l'extrémité supérieure de l'autre électromètre, qui n'était point électrisé, il toucha le premier : à l'instant même, réleclricité se partagea entre les deux , et la divergence fut dans l'un comme dans l'autre de A millimètres. Il résulte de là qu'une diminution de moitié dans l'intensité de 1 électricité n'avait réduit la divergence que d'un tiers. Ayant enlevé Téleclricilé à l'un des électromètres, il le mit en contact avec l'autra : Téctriement fut de 2""",8, lequel correspondait à une intensité égale au quart de l'intensité primitive. Il parvint ainsi à former une table donnant les écartements ou les déviations angulaires correspondantes à des charges électriques d'intensité déterminées, table qui change à la vérité d'un appareil à l'autre, mais qui est d'une nécessité indispensable quand on veut comparer les obser\'ations.

Volta a substitué aux fils métalliques deux petites pailles longues d'environ 5 centimètres et de 6 millimètres de large, suspendues à deux petits anneaux très-mobiles adaptés à la tige de l'électromètre et qui sont contiguës dans l'état de repos. Ces petites pailles, quand elles sont sèches, sont beaucoup plus légères que les fils de métal armés de petites balles de sureau , et offrent en outre , à égalité de poids, beaucoup plus de surface : avantage précieux dans les expériences de ce genre.

Volta a constaté que lorsque l'appareil est sensible ou médiocrement sensible, sa marche est régulière jusqu'à ^0° d'écartement , c'est-à-dire que les angles d'écart sont proportionnels aux intensités électriques. Il a remarqué en outre que , si les pailles sont également longues, une différence sensible dans leur grosseur occasionne à peine quelque différence dans les déviations; que dès l'instant qu'elles ont moins de 27 millimètres de long , la marche de l'instrument n'est plus aussi régulière.

Volta a aussi conseillé de placer à l'extrémité de la pointe de la

ELfiCTItlClTË ATMOSPUÉUIQLE. 887

tige métallique qui surmonte Tappareil un corps enflammé destiné à établir un courant d'air apportant l'électricité des couches d'air environnantes. Il a obtenu par ce moyen des résultats qui étaient souvent doubles de ceux qu'accusait l^appareil sans la présence d'un corps en ignition. Ce qu'il a trouvé de mieux à cet effet est une espèce d'allumette formée d'une mèche de coton soafrée et placée dans l'intérieur d'une spirale en fil de fer ajustée à la pointe du conducteur.

Les appareils de de Saussure ou de Volta se placent dans une boite de bois ou dans des étuis métalliques^ pour les tfanq)orter facilement.

Quand il s'agit d'observer des quantités d'électricité excessivement faibles, on emploie Télectroscope à feuilles d'or, avec deux annatures D, E, faisant fonctions de condensateurs, et déjà décnt page ^. On lui donne des dimensions diverses, et on termine la partie supérieure soit par une sphère plus ou moins grosse , sort par un conducteur terminé lui-même en pointe ou en boule. On le gradue également comme le précédent. Cet appareil est d'une grande

sensibilité.

Fig. 103. Peltier, en perfectionnant Féledfo-

fnètre de Rousseau, modifiant la disposition représentée fig. 16, page 23, et y ajoutant divers accessoires , l'a rendu portatif et capable de donner des résultats exacts et toujours comparables. Cet appareil se compose des parties suivantes :

Une tige de cuivre AB, terminée à sa partie supérieure par une boule creuse de même métal G de i décimètre de diamètre, et à sa partie inférieure par une boule beaucoup plus petite B, est fixée, par l'intermédiaire de cette dernière, à une tige de cuivre qui descend dans une cage de verre dont elle est isolée au moyen d'un tampon de gomme laque; cette tige se bifurque en formant une espèce d'an-

SëH ÉLECTUICITB ATMObPHÉBlljUE

neau DD , au centre duquel se trouve une pointe m, destinée à recevoir une aiguille très-raobiie ab. L'aiguille ab est maintenue constamment dans le méridien magnétique à Taide d'une aiguille aimantée beaucoup plus petite cd, faisant système avec elle et attachée au-dessus de la chape. Indépendamment de cette aiguille, une autre aiguille EF, également en cuivre mais plus forte, est fixée solidement à la tige qui descend dans un tube de verre rempli de gomme laque et encastré dans une tablette de bois; toute la partie métallique se trouve ainsi isolée, de sorte que la perte d'électricité doit être très-faible. L'instrument est posé sur une tablette à trois pieds ou vis , à l'aide desquelles on la met horizontale. La boule B, en tournant autour du tube AB , fait monter ou descendre la partie G de la tige centrale; quand on veut se servir de Fappareil, on élève cette partie G ; le système des deux aiguilles cd, ab, peut alors se mouvoir librement sur la pointe de la tige m. Quand Tinstrument doit être placé au repos, on abaisse G, et le mouvement des aiguilles se trouve entravé.

Lorsqu'on veut opérer, on oriente l'instrument de telle sorte que l'aiguille fixe EF soit mise dans le méridien magnétique ; Taiguille mobile ab, qui se meut avec Taiguilie aimantée, vient se placer parallèlement à la première. La boule C se trouve-t-elle au-dessous d'un corps électrisé positivement ou négativement, il y a action par influence : dans le pi'emier cas, l'électricité négative provenant de la décomposition de l'électricité naturelle est dissimulée à la partie supérieure de la boule, et l'électricité positive est refoulée dans la partie inférieure de rinstrument, et fait dévier Taiguille mobile ab d'un certain nombre de degrés mesurés au moyen de deux cercles divisés, dont l'un est collé sur la tablette, et Tautre sur le disque supérieur de la cage en verre, afin d'éviter les erreurs de parallaxe.

Cet appareil accuse, dans cette hypothèse , l'action d'influence exercée par le corps électrisé chargé positivement; mais on peut charger négativement l'aiguille en touchant le bouton avec le doigt et retirant le corps électrisé. En opérant avec un corps électrisé négativement placé à distance, on charge par influence l'appareil d'électricité positive.

Les électroscopes, et en particulier celui-ci , suivant les circonstances, sont surmontés d'une tige métallique terminée en boule, eu pointe, ou par l'adjonction d'un faisceau de fils de platine. La boule est destinée à observer les actions par influence ; si la tige est ter-

minée en pointe ou par un faisceau de fils présentant un gnind nombre de pointes^ l'instrument prend une charge semblable à celle de la région électrisée, attendu que Télectricité de signe contraire^ qui est attirée par celle de cette région^ s'échappe par les pointes.

En général, Télectromètre de Peltier est muni de la boule à l'extrémité de la tige. Son emploi est basé sur un fait observé par Erman et que nous allons rapporter : Ce physicien avait placé à une certaine hauteur dans Patmosphère un électroscope à feuilles d'or, sans avoir pu recueillir d'électricité. Il porta dans une couche d'air supérieure un fil de métal placé horizontalement à l'extrémité d'une tige isolante, et Pabaissa ensuite rapidement jusqu^à ce qu'il touchât l'électroscope; l'appareil accusa aussitôt l'électricité positive dans la région où se trouvait le conducteur. L'effet était inversé quand ce dernier se trouvait dans une couche inférieure et qu'on le relevait avec rapidité. Ce fait s'explique facilement : l'atmosphère est chargée d'électricité positive, qui augmente d'intensité à mesure qu'on s'élève, comme on le verra plus loin; la terre, au contraire, se comporte comme si elle était chargée d'électricité négative. Si donc on suppose qu'un corps en équilibre électrique avec un espace donné s'élève ou s'abaisse, c'est-à-dire s'approche d'un espace chargé d'une plus grande quantité d'électricité positive , on s'en éloigne, il devra présenter un excès de tension positive ou négative provenant d'une action par influence; en revenant rapidement dans la première position, le corps reprend l'état naturel. C'est un effet de ce genre qui avait fait penser à quelques personnes que , lorsqu'on approche l'un de l'autre certains corps à la surface de la terre, il y a dégagement d'électricité; comme l'un d'eux se déplace, il doit se produire des effets par influence analogues à ceux dont nous venons de parler. MM. Gay-Lussac et Biot, dans leur voyage aérostatique, avaient du reste observé un effet analogue à celui qui a été décrit par Erman.

Peltier, en se fondant sur cette action par influence, a proposé d'opérer comme il suit : On monte sur une terrasse disposée à cet effet, en plaçant l'instrument sur une tablette supérieure élevée de i"",50; on l'équilibre, en touchant la tige dans la partie la plus inférieure; on redescend, et on place l'instrument sur la tablette inférieure qui lui est destinée. En équilibrant l'instrument, il faut élever le bras le moins possible ; car, si on relevait assez pour toucher au globe, la main, devenant négative par influence, repousserait

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l'électricité négative de la boule, elle neutraliserait la portion positive qu*elle y attirerait, et Tinstrument serait chargé négativenoentau moment où Ton éloignerait la main. Il faut donc toucher la tige le plus bas possible, et môme avec un corps Un, comme un fil métallique, pour éviter rinfluence de la masse de la main sur le reste de la tige. Étant équilibré pendant son élévation, l'instrument, en l'abaissant, donne des signes d'électricité négative, tandis, qu'en l'élevant U en donne de positive. En opérant, il faut avoir égard à cette inversion pour ne pas être induit en erreur sur le véritable signe de l'électricité atmosphérique. On notera donc une tension positive, lorsque Télectromètre donnera un signe négatif en descendant; de même on donnera une tension négative à l'atmosphère, si l'instrument descendu marque un signe positif.

U ne suffit pas de connaître les angles d'écart de l'aiguille, il faut encore déterminer les forces qui leur sont proportionnelles. Peltier faisait cette détermination au moyen d'une balance de torsion; M. Quételet fait usage de la méthode plus simple et suffisamment exacte de Volta, qui a été exposée précédem* ment, et qui exige l'emploi de deux instruments parfaitement semblables.

L'électromètre que nous venons de décrire présente des avantages sur les électromètres atmosphériques ordinaires. Il n'est influencé que par l'action inductive de l'atmosphère , ou plutAt par la différence des actions inductives de la terre et de Patmospbère. Si on élève l'instrument au-dessus de son point d'équilibre ou qu'on l'abaisse au-dessous, et si l'action inductive de l'atmosphère change, tant qu'il reste dans la môme position , il ne perd ni dégage d'électricité : la distribution de cet agent est seule changée. En substituant à la boule qui termine la tige une pointe, un faisceau de pointes, ou une mèche allumée, comme dans l'expérience de Volta , il s'ajoute au phénomène d'induction un autre phénomène provenant de l'écoulement de l'excès de l'électricité, qui le complique quelquefois jusqu'au point de le masquer.

On peut également, au lieu d'élever ou d'abaisser Téleclroscope dans le lieu où l'on observe, le maintenir à poste fixe et élever rapidement de plusieurs mètres une tige en bois à l'extrémité de laquelle est un fil conducteur isolé dont la partie inférieure communique avec l'appareil; celui-ci indique aussitôt un excès d'électricité positive. Ce mode? d'opérer est plus simple, et est analogue à celui d'Erman. .

ÉLECTRiCITR ATII08l»l!ÊnKl!F. 391

On fait usage aussi de galvanomètres pour étudier les effets do Fi8-4i. l'électricité atmosphérique. Il est néces-

saire alors que le fil soit parfaitement isolé; une de ses extrémités est en communication avec la tige d'un paratonnerre isolé, l'antre avec un fil communiquant au sol; Félectricité qui s'écoule au travers du circuit passe donc dans Tintérieur du galvanomètre. Cet appareil ne donne que dos différences; il est moins sensible que les . précédents, attendu qu'il faut une trèsgrande quantité d'électricité pour faire dévier Taiguille aimantée de quelques degrés; il exige, en outre, un écoulement continu d'électricité. C'est pour ce motif qu'il ne donne que rarement des indications , et quo, lorsqu'il est disposé dans un observatoire à poste fixe, ce n'est que lorsqu'il arrive un nuage orageux ou que l'atmosphère est fortement chargée, que l'aiguille aimantée so dévie.

On fait encore usage, pour étudier l'électricité atmosphérique, de ballons, de flèches et de cerfs-volants. Les ballons en baudruche, remplis de gaz hydrogène, sont captifs et pourvus de tous les accessoires nécessaires pour soutirer l'électricité et la transmettre aux électromètres par l'intermédiaire du fil qui les retient et qui est rendu conducteur par l'adjonction d'une partie métallique trèsdéliée.

Les cerfs-volants sont également munis de parties métalliques ; la corde est tissée avec de la soie ou du chanvre et un fil métallique, et le bout libre est mis en communication avec un électromètre isolé. Le fil est enroulé sur un treuil à roue de fer et isolé, lequel est mû au moyen d'une manivelle en verre.

Les flt*ches sont lancées avec un arc , en opérant comme il suit : on étend sur le sol un morceau de taffetas gommé, sur lequel on déroule un fil de soie recouvert de clinquant d'une centaine de mètres de longueur; l'un dos bouts de ce fil est mis en communication avec la tige d'un électromètre à pailles ou à feuilles d'or, au moyen d'un nœud coulant serrant légèrement la tige; l'autre bout est attaché au fer de lance d'une flèche; puis on lance celle-ci avec un arc fortement tendu. La flèche, en s'élevant, emporte avec elle le fil qui, une fois tendu, se sépare de Pélectromètre, mais après l'avoir électrisé (Becquerel).

392 ÉLECTBICITB ÀTMOSPHéBlQUB.

Dans les observatoires où Ton détermine chaque jour les effets de l'électricité atmosphérique^ on emploie les électroscopes à paille, à feuille d'or, de Peltier, et parfois le multiplicateur. Mais ces instruments sont disposés de telle manière qu'ils puissent être toujours en fonction ; l'on opère avec plusieurs d'entre eux et de sensibilité différente, qui sont placés à côté les uns des autres, afin que l'on puisse avoir des indications pour des intensités électriques très-diverses.

Nous devons dire, en terminant ce chapitre, que Fon peut disposer des appareils qui tracent leurs indications par des procédés (diotographiques, comme on le fait aujourd'hui dans la plupart des observatoires à l'égard des instruments de météréologie, afin d'avoir une continuité dans la série des observations.