DU MAGNETISME

Historique et propriétés générales.

Un courant électrique qui parcourt un fil de métal recouvert de soie et enroulé en hélice y développe comme on sait des propriétés que nous retrouvons dans un minerai de fer appelé par les anciens pierre d'aimant , parce qu'elle attirait les parcelles de fer placées à peu de distance.

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Pline rapporte à ce sujet que Dinocarès proposa à Ptolémée Fhiladelphe de bâtir à Alexandrie on temple dont la yffiàte; garnie de pierres d'aimant , soutiendrait en l'air une statue en fer de la reine Arsinoe. Saint Augustin fait également mention d'tine statue suspendue aii milieu du temple de Sérapis à Alexandrie. Les pnq^étés attractives de l'aimant frappèrent tellement les anciens qu'ils allèrent Jusqu'à lui supposer des vertus médicinales : Hippocrate lui-ménie rangea cette substance au nombre des purgatiû. Il parait que les Chinois avaient des connaissances plus étendues que les Grecs et les Bonudns sur les propriétés de l'aimant naturel et artificiel ; car on prétend que, plusieurs siècles avant l'ère chrétienne, ils savaient qu'une aiguille aimantée , librement suspendue , se dirigeait vers les mêmes points de l'espace, c'est-à-dire, sensiblement du nord au sud. Duhalde rapporte, en effet, dans sa Description de l'empire de la Chine f q[ue l'on employait la boussole dans les voyages sur terre plus de mille ans avant Jésus-Christ.

Mais, sans ajouter foi aux documents de Duhalde, nous dirons que dans un poëme manuscrit du xii® siècle, qui se trouve à la Bibliothèque royale, et que l'on attribue à un certain Guyot 4^ Provins, il y est fait mention de la boussole, sous le nom de marinière. Le cardinal Jacques de Yitri, qui vivait vers l'an 1200> parlQ de l'aiguille aimantée dans son Histoire hiérosolymitaine ; il dit même qu'elle était nécessaire et indispensable aux navigateurs. On a dit aussi que cette invention avait été rapportée de la Chine par Marco Paolo, célèbre voyageur qui était revenu de ces contrées en Europe vers 1 295 ; cependant , il n'en est pas fait mention dans la relation qu'il a donnée de son voyage. Ce qu'il y a de plus certain, c'est que, dès 1497, Vasco de Gama, navigateur portugais, fit usage de la boussole lors de ses premières expéditions dans l'Inde. Tels sont les documents qu'on a pu recueillir jusqu'ici pour remonter à Torigine de la boussole, sans qu'on soit encore parvenu à trouver le nom de celui qui a fait une aussi grande découverte.

Dans le principe, on croyait que l'aiguille aimantée se dirigeait toujours vers le nord; mais on fut bientôt détrompé. Colomb, qui était à la recherche du nouveau monde, en 1492, observa que la direction de l'aiguille n'était pas constante. Thévenot assure, dans ses Voyages, avoir vu une lettre de Pierre Adzige, écrite en 1269, plus de deux cents ans par conséquent avant Colomb^ dans laquelle on disait que l'aiguille aimantée déclinait de 5°.

Un manuscrit d'un pilote de Dieppe, nommé Grignon , et dédié à

INTBODUGTION HISTORIQUE. — MAGNSTISMB. 87

SébastieD Chabot, en 1534, fait également mention de la déclinaison de l'aiguille aimantée. Néanmoins, on fait honneur de la découverte de la déclinaison à Chabot lui-même, à Gonzalès et à quelques autres. 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 du méridien de ce lieu, était très-connue dans le xvi^ siècle. Les plus anciennes observations un peu exactes sur la déclinaison commencèrent à Paris en 1^50; à 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 déerpissante.

En 1599, les navigateurs hollandais dressèrent des tables de déclinaison, qui étaient assez exactes pour l'époque; depuis, on en a formé de nouvelles, dont nous parlerons en exposant le magnétisme terrestre. Eki 1576, Robert Normann, ingénieur en instruments de physique, à Londres, découvrit une autre variation dans la marche de l'aiguille aimantée.

On avait eu souvent l'occasion de remarquer que l'aiguille perdait son horizontalité à mesure qu'on l'approchait du 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 autre, et fut conduit ainsi à la découverte de l'inclinaison. On ne tarda pas à reconnaître que , pour observer complètement ce phénomène , il fallait que l'aiguille fût libre de se moTivoir dans le plan du méridien magnétique, condition que l'on obtient en la suspendant par son milieu à un axe perpendiculaire à ce plan. Quand l'aiguille n'est pas aimantée, elle reste dans une direction horizontale ; aussitôt qu'on lui communique du magnétisme^ elle se dévie de cette direction d'un certain nombre de degrés. On a nommé angle dHnclinaison celui qui mesure cette déviation.

Les aimants jouissent de propriétés qui ont été étudiées avec d'autant plus de soin qu'elles concernent également l'aiguille aimantée de 1^ boussole , qui a déjà rendu d'immenses services à la civilisation. Nous allons rapporter succinctement ces propriétés.

Les aimants non-seulement attirent le fer doux, mais ils le transforment encore en un véritable aimant tant qu'il se trouve dans leur sphère d'activité ; en retirant l'aimant , le fer rentre dans son état naturel , à moins qu'il n'ait été préalablement tordu , limé, tourmenté

d'une manière quelconque, ou bien qu*i] n'ait été combiné avec le carbone et trempé, cas où il devient acier ; car il conserve alors le magnétisme qu'il a acquis par influence ou par frottement. Un barreau d'acier ainsi aimanté est appelé barreau aimanté. En projetant de la limaille de fer sur une feuille de papier placée au-dessus d'un barreau aimanté, on reconnaît que tous les points ne possèdent pas la même puissance attractive; que vers les extrémités, les parcelles de limaille, réunies par l'action magnétique, sont plus longues qu'ailleurs, et placées perpendiculairement à la surface, tandis qu'elles deviennent plus courtes à mesure qu'on s'approche du milieu où aucune n'adhère. On a nommé pôles les deux points où les parcelles de limaille se réunissent en une infinité de petits filaments parallèles entre eux. Il résulte de ce fait et des précédents que, dans chaque moitié d'un aimant , 11 existe une force identique, égale, dirigée en sens contraire, et jouissant de propriétés opposées, de telle sorte qu'un côté attire le bout d'un aimant et repousse l'autre. En brisant le barreau aimanté, chacune des parties devient un nouvel aimant, et possède également deux pôles. Dans l'action par influence d'un aimant sur l'acier, l'effet est très-faible ; mais il augmente par le contact, et encore plus par le frottement. L'acier devient alors un véritable aimant. Un barreau qui sert à en aimanter un autre ne perdant pas de sa force, on en a conclu que le fluide magnétique, pendant l'aimantation, ne passait pas de l'aimant dans le fer, comme dans Télectrisation d'un corps par contact; que l'aimantation avait pour but de séparer dans la même molécule les deux fluides magnétiques qui, par leur réunion, forment le fluide neutre; fluides qui jouissent de cette propriété sous l'influence des variations atmosphériques; que ceux de même nom se repoussent et ceux de nom contraire s'attirent. La force qui s'oppose dans l'acier à la séparation des deux fluides, et par suite à leur recomposition , a reçu le nom de force coercitive , laquelle varie dans les différents aciers , et même dans chaque acier, suivant le degré de la trempe et de la température.

Le fer peut égalerait s'aimanter par l'action du magnétisme terrestre, puisque le globe est un véritable aimant. Gilbert, qui écrivait vers le xvi* siècle , rapporte que cette observation fut faite pour la première fois sur la tige de la girouette des Augustins à Mantoue. On a attribué aussi cette observation à Gassendi. Quel qu'en soit Fauteur, Gilbert est le premier qui ait donné la théorie de ce phénomène.

Le fer n'est pas le seul métal qui jouisse de la propriété magnétique; le nickel, le cobalt et même d'autres métaux, dit-on, laposs^ent

également : c'est une question que nous aurons l'occasion d'examiner plus loin.

En cherchant la position des pôles d'une aiguille aimantée, on a reconnu qu'elle en possédait quelquefois plusieurs. On a donné le nom de points conséqtients à ces pôles intermédiaires. Les aiguilles qui ont de semblables pôles ne peuvent être d'aucune utilité dans les recherches relatives au magnétisme terrestre.

Une question qui est fondamentale pour la théorie du magnétisme, a dû occuper les physiciens dès l'instant que les phénomènes magnétiques eurent pris un certain développement; nous voulons parler des lois qui régissent les attractions et répulsions magnétiques; cette question n'a été résolue qu'en 1789, époque à laquelle Coulomb fit connaître deux méthodes pour mesurer avec précision l'intensité des forces magnétiques ; Tune est celle des oscillations; l'autre consiste à comparer l'action magnétique à la force de torsion du fil de la balance dite de torsion, semblable à celle dont il avait fait usage pour mesurer les attractions et répulsions électriques. Par ces deux méthodes. Coulomb démontra que les attractions et répulsions magnétiques avaient également lieu en raison directe de la densité du fluide et en raison inverse du carré de la distance. Il s'occupa en même temps de la distribution du magnétisme dans les aimants de diverse forme et de la détermination des pôles, et parvint ainsi à ce résultat, que dans les aimants au-dessus de 162 à 216 millimètres de longueur, dont les dimensions transversales étaient égales, mais très-petites relativement à la longueur, les pôles se trouvaient toujours à même distance, c'està-dire, à environ 40 millimètres des extrémités^ et que, dans des aimants très-courts, ces points étaient situés au tiers de la demi-Iongueur^ limite dont les pôles s'approchent sans cesse à mesure que les aimants deviennent de plus en plus petits.

Dès que l'on eut reconnu qu'un barreau d'acier trempé était susceptible de s'aimanter par le frottement d'un des pôles d'un aimant naturel, on dut rechercher les moyens les plus efûcaces pour donner au barreau le maximum d'intensité magnétiquCwPendant longtemps on se borna à passer l'extrémité d'un aimant sur toute la longueur du barreau d'acier; on reconnut que cette méthode ne pouvait servir qu'à aimanter des aiguilles courtes et d'une petite dimension , en raison de l'inconvénient qu'elle présentait de donner des points conséquents. En 1745, on commença à perfectionner cette méthode; Knight mit, sur l'aiguille qu'il voulait aimanter, deux barreaux fortement aimantés bout à bout sur la môme ligne , les pôles inverses

00 TBÀITB DE FHY8IQUB.

en regard, moitié d'un côté, moitié de l'autre de Taiguille. £p retirant ces barreaux avec frottement, dans le sens de leur longueur, l'aiguille acquérait un plus fort magnétisme que par la méthode de la ^mple touche, c'est-à-dire,^ par le frottement d'un simple barreau. Duhamel sgouta un perfectionnement à cette méthode; après avpir placé le barreau à aimanter entre deux barres de fer doux, il prit deux autres barreaux aimantés qu'il inclina de 25 à ao% les pôles inverses en regard, et fit glisser ceux-ci sur chacune des moitiés du barreau, en se rendant vers les extrémités. Cette méthode, nommée touche séparée^ est reconnue la meilleure pour aimanter le plus complètement possible les aiguilles de boussole. Mitchell apporta une modification à ce procédé. Il mit en contact plusieurs barreaux d'acier, et promena, sur leurs surfaces, deux faisceaux de barreaux aimantés, dans une direction perpendiculaire, les pôles inverses en regard et à une distance constante. OEpiuus perfectionna ce procédé et montra, en 1758, l'avantage qu'il y avait à se servir de barreaux fixes. A cet effet, il plaça les barreaux d'acier entre de forts aimants, et inclina dessus les aimants mobiles en les maintenant à une distance fixe ; on aimante ainsi de forts barreaux; mais cette méthode donne lieu souvent à des points conséquents. Il ne suffisait pas d'aimanter des barreaux d'acier à saturation, il fallait encore déterminer la distribution du magnétisme libre dans chacune des moitiés du barreau : c'est ce que fit Coulomb, par une méthode qui exige l'emploi de la balance magnétique. On place, à Textrémité du fil de suspension, un fil d'acier aimanté à saturation, on présente successivement à son extrémité tous les points du barreau dans lequel on veut déterminer la distribution du magnétisme. Au moyen d'un calcul trèssimple, on déduit l'intensité magnétique de chaque point. C'est ainsi que Coulomb parvint à reconnaître que le magnétisme libre est réuni presque en entier sur les huit premiers centimètres du fil, 4 partir des extrémités. On conçoit qu'il m'est impossible d'entrer ici dans aucun détail d'expérience ; on peut consulter, à cet égard, mon Traité cTélectricitéet du magnétisme^ t. II, p. 306 et suiv., ainsi que pour plusieurs questions qui s'y rapportent. Nous citerons particulièrement les recherches de Coulomb sur la forme, les dimensions et la trempe que l'on doit donner aux barreaux'et aux aiguilles, suivant les effets que l'on veut étudier. Telles sont les propriétés générales des aimants; nous allons en rapporter d'autres qu'il est indispensable de connaître pour se livrer à l'étude du magnétisme terrestre. Commençons par l'action du globe sur les aiguilles aimantées.

INTRODUCTION HISTOBIQUB. — HAONiTISHB. 01

Cette action est étudiée au moyen <J^e bousso)e8 dont nous ne pouvons donner ici la construction ; nous dirons seulement que leur iforme varie suivant les effets que Ton veut produire. C'est ainsi qu'il y a une boussole, de déclinaison, «ne boussole d'inclinaison, et une boussole des intensités.

La déclinaison est dite orientale, nulle ou occidentale, selon que le méridien magnétique ou le plan qui renferme l'aiguille est à l'orient du méridien terrestre, coïncide avec lui ou est à l'occident. On a nommé pâle boréal d'une aiguille celui qui regarde le nord, et pôle austral celui qui regarde le sud ; mais en réalité le premier possède le flufde austral, et le second le fluide boréal. .

La direction de la résultante des forces magnétiques du globe est donnée par l'aiguille de la boussole de déclinaison et par celle de la boussole d'inclinaison. Les points d'application des deux composantes et leur intensité sont déterminés par des procédés particuliers. En etfetj supposons une aiguille aimantée, librement suspendue, et n'obéissant qu'à l'action du magnétisme terrestre, et considérons un élément quelconque de cette aiguille, suffisamment petit, pour qu'il ait un état rna^étique uniforme, et qu'il possède par exemple une petite quantité de magnétisme boréal libre, cet élément sera repoussé par les forces boréales de tous les points de la terre, et attiré par les forces australes avec une énergie proportionnée à cette quantité de magnétisiqe. L'action de toutes ces forces sur l'élément pourra être remplacée par celle de deux autres forces égales et dirigées en sens contraire. Il en sera de même pour un autre élément. Mais comme les points d'application de ces résultantes partielles sont situés à une distance infinie, relativement aux dimensions de l'aiguille, les directions de ces résultantes seront nécessairement parallèles entre elles; la question se trouve donc ramenée à la détermination de la résultante et de son point d'application, de forces parallèles qui forment deux systèmes, l'un composé de forces agissant dans un sens sur tous les points de l'une des moitiés de l'aiguille, et l'autre composé de forces agissant dans un autre sens sur tous les points de, l'autre moitié. Or, les principes de statique relatifs à l'équilibre des corps sollicités par des forces parallèles nous indiquent que la résultante doit être parallèle aux composantes. Il en résulte que l'action du magnétisme terrestre sur une aiguille aimantée peut être représentée par deux forces égales parallèles et dirigées en sens contraire, dont les points d'application se trouvent de chaque côté du point de suspension de l'aiguille, à égale distance des extrémités. Ces points d'appli-

cation ne peuvent être déterminés que lorsque Tonconnatt la distribution du magnétisme libre dans cbacune des deux moitiés de l'aiguille.

Nous ne pouvons indiquer ici la méthode pour déterminer la position de ces points et celle de la ligne qui les joint. Quant à la détermination de Tintensité de la résultante des forces magnétiques terrestres, on suppose que chacune des résultantes partielles soit décomposée en deux autres, Tune dans le sens de raigullle de déclinaison, et l'autre perpendiculaire à sa direction. Les deux forces perpendiculaires ne peuvent imprimer aucun mouvement à cette aiguille , tandis que les deux autres, agissant dans la direction de l'aiguille en sens contraire, la ramènent continuellement dans le plan du méridien magnétique, lorsqu'on l'en écarte,, avec une vitesse dépendante de la force du magnétisme terrestre et du magnétisme libre de l'aiguille. Cette vitesse est mesurée par le nombre d'oscillations exécutées dans un temps donné. L'aiguille se comporte donc comme un pendule par rapport à la pesanteur. En faisant osciller l'aiguille en divers points du globe, les forces qui ont successivement agi sont entre elles comme les carrés des nombres d'oscillations exécutées dans le même temps. La différence des carrés donne celle des intensités; telle est la méthode générale employée pour déterminer la résultante des forces magnétiques du globe en direction et en intensité. Mais il faut admettre pour cela que les aiguilles conservent toujours leur magnétisme libre, et que les variations de température n'apportent aucun changement. Or, il n'en est pas ainsi ; c'est pour ce motif que l'on a étudié l'influence de la chaleur sur les propriétés magnétiques du fer, de l'acier et des aimants. Cette question a occupé successivement Newton, le P. Kircher, Cavallo, Coulomb, MM. Scoresby, Barlow, Kupffer, etc.

Sans entrer dans les détails d'expériences et sans faire connaître les résultats contradictoires obtenus par les divers physiciens, nous dirons que M. Barlow, qui a trouvé la cause de ces contradictions, a reconnu qu'en faisant chauffer au rouge blanc des barres de fonte, de fer et d'acier, la fonte de fer, qui avait le pouvoir le plus faible à la température ordinaire, excédait le pouvoir des autres barres au rouge blanc; que le fer malléable, qui avait le pouvoir le plus fort, devenait le plus faible quand il était chaud, et finissait par ne plus exercer d'action sur l'aiguille quand il était chauffé au blanc ; qu'à la chaleur rouge sang son action était très-intense. L'influence de la température sur la distribution des aimants a occupé particulièrement Coulomb et M. Kupffer. Le premier, en étudiant les effets de la trempe, a

établi ce principe, qu'en général Tintensité du barreau diminue à mesure que Ton élève la température ; il s'était attaché à déterminer seulement la résultante des effets produits par la chaleur sur le magnétisme libre des barreaux, en les faisant osciller en vertu de Faction de la terre pour savoir s'ils avaient perdu ou gagné (*).

M. Kupffer a envisagé la question sous un autre point de vue; il a déterminé la quantité de magnétisme libre que possèdent les différents points d'un barreau quand on fait varier la température. Il a expérimenté de même que Coulomb avait fait pour trouver la distribution du magnétisme libre dans un barreau, c'est-à-dire qu'il a fait osciller une petite aiguille successivement en présence de différents points d'un barreau, et a reconnu, ainsi que Coulomb, que .l'intensité de la force magnétique diminue à mesure que l'on élève la température; et en outre, que dans l'intervalle de 0^ à 30® R., chaque degré de chaleur augmente à peu près d'une demi-seconde la durée de trois cents oscillations de l'aiguille; M. Kupffer enfin a déterminé la loi du décroissement des forces magnétiques à des températures supérieures à 30^, et a donné la formule qui la représente.

M. Christie s'est occupé de la même question (^*); mais la méthode analytique dont il s'est servi n'est pas aussi simple que celle de M. Kupffer.

De l'action des aimants sur tous les corps en repos et en

mouvement.

Avant Coulomb, les physiciens avaient fait de vains efforts pour reconnaître des traces de magnétisme dans tous les corps; aussi furent -ils fort étonnés en apprenant, en 1802, qu'il venait de communiquer à l'Académie des sciences une série d'expériences qui montraient que tous les corps jouissaient de la propriété magnétique, à des degrés plus ou moins marqués. Il mit ce fait en évidence en faisant osciller, entre les deux pôles opposés de deux forts barreaux, de petits cylindres d'une substance quelconque suspendus à un fil de coton. On douta d'abord que cette action fût magnétique, mais nous démontrâmes que l'origine de ces phénomènes était réellement magnétique. Des découvertes postérieures confirmèrent ce fait; particulièrement l'observation intéressante de M. Ârago^ relative à l'action de tous les corps sur l'aiguille aimantée, pour diminuer l'ampli-

(*) Traité de l'électricité et du magnétisme terrestre, t. II, p. 36a. ^

(**) Pkilosophical transactions, i8a5, i"^* part.

04 TBAITÉ DB PHY8IQUB.

tade des oscillations sans en changer le nombre, les métaux agissant avec plus d'énergie que le verre, le bois, etc. M. Arago partit de cette observation pour mettre en mouvement une aiguille aimantée, librement suspendue au-dessus d'une plaque quelconque, à laquelle on imprimait^un mouvement de rotation ; il reconnut que l'action que reçoit Taiguille décroît pour la même vitesse à mesure que la distance de l'aiguille aux disques ou plaques diminue; que les effets sont moindres quand les disques sont évidés dans la direction des rayons que lorsquMls sont pleins. En analysant ce phénomène, M. Arago, pour déterminer les directions de la force développée sur les disques tournants, a recherché les composantes de cette force, suivant trois lignes parallèles à trois plans coordonnés. Les observations de M. Arago ont été Tobjet de recherches de la part de MM. Prévost et CoUadon, Babbage, Herschel, Barlovr, Nobili, Basselli, Ghristie, et enfin de M. Faraday qui a été conduit par là à la découverte importante des courants par induction.

En 18S5, M. Barlovir ût connattre le résultat de recherches intéressantes sur les effets magnétiques produits dans le fer par la rotation, dont la théorie mathématique a su tirer parti pour la vérification des formules; cette théorie a été établie par M. Poisson. Bans Timposslbilité où nous sommes d'en donner tous les développements, nous indiquerons seulement la marche qu'il a suivie pour déterminer les résultantes des attractions et des répulsions des deux fluides, boréal et austral, dont la réunion forme le fluide magnétique, ainsi que la distribution de ce fluide sur tous les corps aimantés :

« Dans Tacte de TaimantatioD, les deux fluides boréal et austral, qui étaient réunis à l'état neutre, se sont très-peu écartés les uns des autres. Nous ne déciderons pas si les parties des corps aimantés dans lesquelles la décomposition du fluide neutre peut s'effectuer, sont les molécules mêmes de ces corps ; nous supposerons seulement que leurs dimensions sont toujours extrêmement petites. Nous appellerons élément magnétique chacune de ces petites parties, dont la propriété caractéristique consiste en ce que les quantités des deux fluides y sont égales entre elles, dans l'état d'aimantation comme dans l'état neutre. Or, nous pouvons concevoir, pour envisager lîi question dans sa plus grande généralité, que les éléments magnétiques ne sont pas contigus dans l'intérieur des corps aimantés ; qu'ils y sont au contraire séparé^ les uns des autres par des espaces pleins ou vides où les deux fluides j^ peuvent pénétrer, et que les dimensions de ces intervalles isolants sont du même prdie de grandeur que celles des élé-

INTRODUCTION HISTOBIQUB. — KÀONÉTISME. 95

ments magnétiques, sans cependant que le rapport des unes aux autres soit le même dans les aimants de nature différente. CJela étant, les attriactlons et répulsions, exercées par ces corps dans les mêmes circonstances, seront différentes, comme Texpérience Ta déjà fait connâftirè à l'égard du nickel et du fer. Ainsi, nous nous représenteronÉ ii)i' corps aimaàté comme un assemblage de parcelles magnétiquéé, séparées par des espaces inaccessibles au magnétisme. Le ra)^ port de là somme de toutes ces parcelles au volume entier du cor|>s qu'on pourrait prendre pour sa d^sité, sous le rapport du magnétisme, sera une fraction qui approchera plus ou moins de l'unité dans les corps de nature diverse, et qui devra être donnée pour chaque eoi*psen particulier; les actions extérieures augmenteront ou diminueront d'intensité avec la grandeur de ce rapport. »

On voit dans le mémoire de M^ Poisson de quelles lois dépendent ces actions; il y indique aussi la possibilité de vérifier la théorie par l'expérioiûe, en faisant varier à volonté le rapport dont on vient de parler, en mélangeant, dans des proportions convenables, de la limaille de fer très-fine avec une autre matière non magnétique^ soumettant ensuite ces corps à Tinfluence de très-forts aimants, et mesurant les attractions et répulsions.

M. Poisson suppose que le pouvoir attractif ou répulsif des deux fluides est le même dans tous les corps aimantés à distance égale pour des quantités égales de fluide. Cette supposition est la plus simple que Ton puisse faire à priori.

La quantité qui exprime le rapport de la somme du volume des éléments magnétiques au volume entier du corps dont ils font partie, peut dépendre de la température du corps ; car on conçoit que la chaleur dilate les espaces qui séparent les éléments les uns des autres^ et comprime ces éléments sans changer dans le même rapport le voluiàe total. Dans cette hypothèse, les attractions ou répulsions magnâiques exercées par un même corps devront varier avec son degr^ de chaleur, ce qui a lieu en effet. Tels sont les principes générsox qui ont servi de base aux calculs de M. Poisson.

Du magnétisme terrestre.

La détermination des différents éléments dont se compose la résultante des forces magnétiques terrestres a été, depuis deux siècles, Tobjet des recherches des physiciens, et surtout des navigateurs qui ont fait le tour du monde. Les appareils employés jusqu'ici à cette détermination joignent, à une grande précision, une manœuvre

assez facile pour que des observateurs peu exerces obtiennent des résultats sur Texactitude desquels on puisse compter ; mais on ne s'en est pas tenu là, car on vient de substituer à ces moyens simples et faciles d'observation des procédés compliqués, plus sensibles à la vérité, mais fondés sur des résultats d'analyse dont les développements ne sont pas toigours à la portée des observateurs (urdinaires, et qui ne peuvent être que très-difficilement employés dans les voyages de long cours. Cette révolution dans les observations magnétiques est due à M. Gauss, qui, à cet effet, s'est associé M. Weber. Nous ne pouvons ici décrire les appareils anciens et modernes employés aux recherches relatives aux observations du magnétisme terrestre; nous dirons seulement que ces recherches sont faites aujourd'hui avec un soin tel que l'on a égard non-seulement aux variations qui surviennent dans l'intensité du magnétisme des aiguilles, mais encore à l'influence de la chaleur et à l'attraction locale, soit des vaisseaux sur lesquels sont placés les instruments magnétiques, soit des pièces de fer situées près des observatoires magnétiques dont nous n'avons pas encore parlé.

Les premières observations concernant les effets de l'attraction locale des vaisseaux sont déjà anciennes, car Guillaume Denys, hydrographe à Dieppe, en fait déjà mention dans un écrit qui parut en 1666.

Wales, qui accompagnait Cook dans ses voyages, observa le même fait. Depuis, on eut l'occasion, à diverses reprises, de s'en occuper; on proposa divers procédés pour se garantir des effets de l'attraction locale; mais celui qui est le plus simple et le plus exact est dû à M. Barlow. Il repose sur le principe suivant :

Les masses diverses de fer, à bord des bâtiments, acquièrent la polarité magnétique sous l'influence de l'action du globe, et agissent ensuite sur les boussoles comme pourraient le faire de véritables aimants. Ce principe posé, M. Barlow admet que si l'on fait varier en même temps la distance et Télévation d'une plaque de fer doux, par rapport à une aiguille aimantée horizontale, on peut trouver une position où cette plaque exerce la même action que les pièces de fer qui se trouvent sur le bâtiment. Dès lors, cette plaque étant placée d'un certain côté de l'aiguille, doit détruire les effets de l'attraction locale; tel est le principe sur lequel repose l'usage de la plaque de correction, généralement employée aujourd'hui pour se garantir des effets de l'attraction locale; mais les masses de fer qui se trouvent à bord des bâtiments ^'agissent pas seulement sur les aiguilles des boussoles, elles

INTBODUCTION HISTORIQUE. — MAGNETISME. 97

influent encore sur la marche des chronomètres, en raison de Faction exercée sur les pièces en acier, et particulièrement sur le balancier. On doit encore les moyens de se garantir de cette influence à M. Barlow, qui emploie à cet effet le balancier compensateur (*). Passons rapidement en revue les recherches relatives aux divers éléments de la résultante des forces magnétiques terrestres.

Des observations de déclinaison.

Les voyageurs qui ont parcouru le globe depuis deux siècles ont recueilli un grand nombre d'observations relatives à la déclinaison de Faiguille aimantée ; mais comme ils ont négligé dans les observations faites à bord Faction exercée sur les boussoles par des causes locales , leurs observations sont entachées d'erreurs.

Halley est le premier qui ait essayé de réunir et de coordonner le grand nombre d'observations faites jusqu'à lui. En 1701 , il publia une carte dans laquelle étaient tracées les lignes d'égale déclinaison de 5^ en 5^. En raison des changements incessants de la déclinaison, et les méthodes d'observation ayant été perfectionnées, on reconnut que la table d'Halley était défectueuse. Aussi Mountain et Dodsen, en 1745 et 1746, publièrent-ils une nouvelle carte des déclinaisons. En 1787, M. Hansteen donna le tableau le plus complet que l'on eût encore des observations de déclinaison , avec un atlas magnétique où se trouvaient toutes les lignes d'égale déclinaison. M. Barlow reprit ce travail en 1823 ; mais le capitaine Duperrey publia, en 1836, de nouvelles cartes, dans lesquelles la déclinaison de l'aiguille aimantée se trouve employée selon sa véritable destination , qui est de faire connaître la direction du méridien magnétique en chacun des points où l'observation a été faite , et par suite la figure générale de courbes qui ont la propriété d'être, d'un pôle à l'autre, les méridiens magnétiques de tous les lieux où elles passent. Des milliers d'observations ont été faites et se font encore sur tous les points du globe. Les principales sont consignées au long dans notre ouvrage (**).

Des variations séculaires, annuelles et diurnes de la déclinaison.

La déclinaison de Faiguille aimantée est soumise à des variations séculaires, annuelles, mensuelles et diurnes, qui peuvent êtreconsidé-

(*) Pour tout ce qui concerne Tinfluence des masses de fer sur les boussoles ou sur les chronomètres , nous renvoyons à notre Traité d*électricité et du magné* tisme, t. VII, p. 117 et suivantes.

(*•) Traité de ^ électricité el du magnétisme , t. VU , p. ai 3.

98 TBÀITB DB PHY8IQUB.

rées les unes comme régulières^ les autres comme irrégulières ; cellet-ei se montrent, dans certaines circonstances atmosphériques , telles que les aurores boréales , les éruptions volcaniques ^ les tremblements de terre, etc. Depuis longtemps, les variations séculaires et annuelles ont été observées; MM. Gauss et Weber ont étudié les variations annuelles, mensuelles et diurnes, au moyen du magnétomètre qu'ils ont construit; mais parlons d'abord des plus anciennes observations. On ne peut, faute d'observations, remonter au delà de 1580; à cette époque, à Paris, l'extrémité nord de l'aiguille déviait à l'est de 11'' SO'; en 1663 , elle se trouvait dans le méridien magnétique; depuis lors, la déclinaison est devenue occidentale; en 1814 , elle avait attelât son maximum , et depuis elle a continué à diminuer.

En comparant les observations faites aux mêmes époques à Londres et à Paris, on reconnaît que le maximum de déviation a en lieu, dans ces deux localités, en 1580 ; que de 1657 à 1662 , à Londres, la déclinaison était nulle, tandis qu'à Paris ce ne fut qu'en 166S; que le maximum de déclinaison à l'ouest a eu lieu à Londres en 1815 et à Paris en 1814. Ainsi, les deux maxima ont eu lieu, à l'est et à l'ouest , sensiblement aux mêmes époques à Paris et à Londres.

Des observations faites au cap de Bonne-Ëspérance montrent que, dans l'hémisphère sud comme dans, l'hémisphère nord, la déclinaisOlL est soumise aux mêmes lois, puisqu'on la voit légèrement à l'est en 1605, nulle de 1605 à 1609, et passer ensuite à l'ouest, atteindre son maximum vers 1791, et rétrograder vers Test.

M. Barlow a essayé de déduire d'une formule les ehangeaients progressifs et séculaires qu'éprouve la déclinaison de l'mguille aimantée, en admettant que le pôle magnétique qui influence l'aiguille à Londres était placé, en 1818, sous la latitude nord 75^ 2', et la longitude ouest 67^41'; il en tira la conséquence que le mouvement était uniforme et de 14^10' en dix ans. Il a calculé, d'après œ principe, la déclinaison à Londres de 1660 à 1818, et a trouvé des différences peu conâdérables entre les résultats de l'expérience et ceux de l'observation.

Les variations annuelles de l'aiguille aimantée paraissent se fatta^ cher à la position du soleil , à Tépoque des équinoxes et des solstices. Cassini , auquel est due cette observation , a trouvé que les variations étaient les mêmes dans les caves de l'Observatoire, où la lumière ne pénètre pas et où la chaleur est sensiblement constante.

Voulant discuter les observations faites en divers lieux , entre au-

très à Paris et à Londres, M. Arago a pris la déclinaison moyenne de chaque jour, laquelle est la demi-somme de deux déclinaisons maximum et minimum, puis la déclinaison moyenne de chaque mois, ou la somme des moyennes de tous les jours du mois divisée par le nombre de ces joui*s ; il a trouvé un maximum de déclinaison vers l'éqoinoxe du printemps et un minimum au solstice d'été , mais avec cette différence que i'amplitude de l'oscillation était moindre À Londres qu'à Paris ; que le mouvement rétrograde de l'aiguille entre l'équinoxe du printemps et le solstice d'été s'était affaibli en même temps que le mouvement général et annuel vers l'occident.

Outre les variations précédentes, l'aiguille aimantée, dans sa déclinaison, est soumise, comme nous l'avons déjà dit, à des variations diurnes, qu'on observe avec le plus grand soin. Depuis 1732) époque où Graham découvrit ces variations, on a constamment observé leur marche pour remonter, s'il était possible , à la cause du phénomène.

En Europe, Textrémité boréale de l'aiguille horizontale marche tous les jours de l'est à l'ouest, depuis le lever du soleil jusque vers une heure après midi, et retourne ensuite vers l'est par un mouvement rétrograde, de manière à reprendre à très-peu près, vers dix heures du soir, la position qu'elle occupait le matin. Pendant la nuit, raiguille est presque stationnaire , et recommence le lendemain ses excursions périodiques. Bien que les variations de l'aiguille aimantée soient sou^ mises à un mouvement régulier de l'est à Touest dans nos contrées, on ne trouve pas cependant deux jours dans l'année qui se ressemblent parfaitement ; cette remarque , faite depuis longtemps, a été ecmfirmée par les observations de MM. Gauss et Weber, qui ont poussé Texactitude jusqu'à des secondes de degré. Le maximum de déviation n*a pas lieu à la même heure sur différents points du globe^ conmie Ta observé M. Bowe.

On avait annoncé qu*en Danemark, en Islande, ainsi que dani les riions septentrionales , les excursions diurnes de l'aiguille al** mantée étaient plus étendues , ^lus régulières , et ne s'arrêtaient pas pédant la nuit. On en avait conclu que les variations diurnes augmentaient en allant de nos climats au nord , et diminuaient jusqu'à réquateur magnétique, où elles étaient très-faibles. Mais des observations de variations diurnes faites dans le Nord à BossekoJ) , par MM. Bravais et Lottin , qui faisaient partie de l'expédition scientifique envoyée dans le Nord il y a quelques années, ont modifié un peu les idées que Ton s'était faites des variations diurnes dans cette ré-^

100 TBÀITÉ DE PHYSIQUE.

gion; pendant la nuit , Taiguille est réellement plus agitée que dans nos contrées y mais Tamplitude des oscillations n'est pas aussi étendue qu'on l'avait d'abord annoncé.

Les voyageurs se sont attachés à étudier la marche des oscillations diurnes dans les différentes parties du globe. Des observations fedtes par John Macdonald, de 1794 à 1796, au fort Marlborough de Sumatra et à nie de Sainte-Hélène, conduisent à deux conséquences remarquables : l"" que les variations diurnes entre les tropiques ont sensiblement moins d'étendue qu'en Europe; 2° qu'aux mêmes heures où, dans l'hémisphère boréal, Fextrémité nord de l'aiguille marche à l'ouest, son mouvement dans l'hémisphère austral s'exécute en sens contraire. Les observations beaucoup plus récentes de MM. de Fr^cinet et Duperrey conQrment la première de ces assertions.

Outre les variations régulières , la déclinaison est encore soumise à des variations irrégulières, comme on l'a vu précédemment. Parmi les causes qui concourent à la production de ces irrégularités , on range les am*ores boréales, les éruptions volcaniques et les tremblements de terre. On doit placer M. Arago au premier rang de ceux qui se sont le plus occupés de constater TmAuence des aurores boréales sur les aiguilles aimantées. Relativement aux observations faites à cet égard, nous nous bornerons à dire que la marche de l'aiguille aimantée est dérangée lors de l'apparition de ce météore , nonseulement dans les lieux où on l'ohâerve , mais encore dans des contrées qui en sont éloignées , et où le phénomène n'est pas visible.

Les résultats généraux que nous venons d'indiquer sont déduits d'observations faites avec les boussoles ordinaires ; mais les variations de l'aiguille aimantée observées dans ces derniers temps, avec les instruments imaginés par M. Gauss, en confirmant ces résultats, ont conduit à d'autres conséquences. Non content de faire des observations magnétiques Journalières dans l'observatoire de Gœttingue, M. Gauss a témoigné le désir que des physiciens se livrassent, comme lui, sur divers points de l'Europe, à des observations suivies, à des époques fixes de l'année, auxquelles iladomié le nomde j^^'n'odes ou termes iV observation. L'idée de ces associations est due à M. de Humboldt, qui a provoqué pour ainsi dire sur toute la surface du globe l'établissement d'observatoires magnétiques.

De toutes parts on a répondu à cet appel. Ne pouvant rapporter ici une analyse, même succincte, des intéressants résultats obtenus par MM. Gauss, Weber et leurs coopérateurs, nous dirons seulement que les courbes constiuites pour représenter les vailations de toute nature

INTHODUCTIOR HTSTOIIQUE. — HAGlfiTISME. 101

établissent que les régions les plus septentrionales paraissent être le foyer principal d'où partent les plus grandes el les plus fréquentes actions perturbatrices ; qu*en di> ers endroits, dans les différents mouvements sucoessift, on trouve des variations considérables sous le rappoit de leur grandeur, quoique d* ailleurs la ressemblance soit évidente ; que souvent de deux saillies de courbe dans un endroit la première est la plus grande; que dans un auti*e endroit, au contraii^e, c*est la seconde. On est forcé par là d'admettre que dans le même jour et à la même beure» beaucoup de forces agissent indépendamment peut-être les unes des autres , ayant différents sièges, et dont les actions se confondent dans des proportions fort inégales en raison de leur position et de leur distance , lesquelles forces s'influencent réciproquement , de manière que l'une commence à agir quand Tautre n'a pas encore cessé. Au milieu de ce conflit d'actions, il est difficile de suivre la marche du phénomène; néanmoins, on doit penser qu'on parviendra à démêler les diverses causes perturbatrices, lorsque la participation aux observations simultanées aura reçu une plus grande extension.

Des observations dUnclinaison.

Les observations relatives à l'inclinaison ont occupé les voyageurs ncm mobds que celles de la déclinaison; mais elles paraissent avoir moins d'importance que ces dernières, en raison du rôle que jouent les déclinaisons dans la détermination des méridiehs magnétiques. En étudiant la mai-che de l'inclinaison en partant de Paris, et se rendant ven le nord, on a reconnu que le pôle austral de l'aiguille s'abaissait de plus en plus au-dessous de l'horizon; que l'inclinaison augmentait avec la latitude, et ciue dans les régions polaires il existait des points où elle était à 90" ; qu'en se dirigeant, au contraire, dans l'héwitephferc austral, il existait, non loin de l'équateur, des points où l'aiguille était sans inclinaison , et qu'au delà de ces points l'incllnaison recommençait , mais en sens inverse, et continuait à augmenter Jusque vers les pôles où elle était de 90®. La courbe qui comprend tmiB lespoiïits où l'aiguille aimantée est sans inclinaison a été nommée igiuateur magnétique, et les points où Taiguille est verticale, pôles magnétiques {*),

L'inclinaison de l'aiguille aimantée est également soumise, comme la déclinaison, à des variations continuelles ; mais elles ont été moins

(*) Pour les principales observations d'inclinaison, voir le l. VII, p. 3o4 et taÎTantM, de rouvrage déjà cité.

102 THÀITB DB PHY8IQCB.

observées que celles relatives à cette dernière. On a trouvé qu'elles ont toujours été en diminuant depuis 1671 jusqu'à cette époque, et Ton a considéré la variation progressive qu'éprouve l'indinaiBon comme la conséquence nécessaire d'un changement dans la latitude magnétique, provenant des nœuds de l'équateur magnétique moclifiés par la forme de la courbe. Quant aux variations diurnes, M. Haa»teen a reconnu que, pendant Tété, l'inclinaison était d'environ 16' plus forte que pendant l'hiver, et d'environ 4! ou 6' avant midi qu'après.

De rintensité magnétique du globe en divers points de sa surface.

L'intensité magnétique du globe a successivement attiré rattentkm de Grabam , le premier qui ait observé les variations diurnes de l'aiguille aimantée; en 1629, de Muschenbrock , de Lemonnier; en 1776, de Saussure, Borda et d'une foule de physiciens et de navigar teurs ; mais Borda est le premier qui ait commencé à employer une méthode d'approximation pour observer cette intensité avec j^us d'exactitude que ses prédécesseurs. Nous ajouterons que c'est en France que l'on a eu pour la première fois l'idée de déterminer par l'observation l'intensité magnétique du globe en différents pc^ts de sa surface. En effet , les membres de l'Académie des sciences , chargés de rédiger les instructions pour l'expédition de la Pérouse, recommandèrent d'observer la durée d'oscillation d'une aiguille d'inclinaison à des stations très-éloignées , afin d'eu déduire des différences entre les intensités des forces magnétiques correspondantes à ces stations. Les observations recueillies à cet égard ont été perdues avec l'infortuné la Pérouse ; mais les instructions ont survécu et ont été mises à profit par de Bossel , qui accompagnait d'Entrecasteaux dans son voyage à la recherche de la Pérouse. Les résultats des observations faites en 1 792 et 1793 , à la terre de Van Diémen et a Âmboine , ont établi ce fait : que l'intensité des forces magnétiques allait en croissant de l'équateur à chacun des pôles.

Dans un voyage en Amérique, de 1798 à 1803 , M. de Qumboldt a levé tous les doutes que l'on pouvait avoir sur le fait fondamental découvert par M. de Rossel , en prouvant par de nombreuses observations faites avec le plus grand soin, que l'intensité de la force magnétique du globe variait en différents points. Depuis cette époque, les physiciens et les voyageurs ont constamment recherché la détermination de l'intensité des forces magnétiques terrestres. M. de Humboldt s'est attaché particulièrement à déterminer la Ipi de« variatioQ3

nmODUCTIOV RinOBIQUB. — MAGNiTTSMB. 108

de cette Intensité, à diverses latitudes, en s*assurant par des moyens indiracts que le magnétisme de son aiguille n'avait pas varié d'une manière sensible. £n se rendant au haut Orénoque et au Pieo Negro, pendant Tété de 1800, il découvrit que cette intensité allait croissant des basses latitudes aux pôles. On lui doit aussi la découverte d'un ftit trè»-important, c'est le défaut de parallélisme des lignes isodynamiques et d'égale inclinaison. Toutes les observations de M. de Humboldt ont été confirmées par toutes celles faites dans les expéditjoafl anglaises , aux régions polaires et dans les voyages autour du monde entrepris par les navigateurs français.

De 1805 à 1806 , MM. de Humboldt et Gay-Lussac observèrent l'intensité en France, en Suisse, en Italie et en Allemagne, avec l'aigoille horizontale. Le major Sabine fit de semblables observations en 1818, 1810 et 1820, dans ses deux voyages dans la baie de BafiQn et dans la mer Polaire , en tenant compte des corrections relatives à la température.

De 1819 à 1824 , M. Hansteen fit des observations d'intensité en Norwége et sur les bords de la Baltique , et, en 1 825, sur les horàs • du golfe de Botnie ; nous voyons ensuite successivement s'occuper de la même question les capitaines Friehsen, Keilau, Bœek et Erman SOT les rives de la Baltique et en Allemagne ; le major Sabine sur les dvefl équatoriales de l'Afrique et de l'Amérique , dans le nord de l'Europe , le Groenland et le Spitzberg ; le capitaine Lutké, de 1826 à 1829 , dans un voyage de circumnavigation, et un grand nombre d'antres navigateurs {*). Nous mentionnerons surtout les observations des capitaines de Freycinet et Duperrey , qui ont apporté à la masse commune bon nombre d'observations relatives à l'intensité magnétique, lesquelles ont toutes été discutées avec une grande sagacité par M. le capitaine Duperrey.

Depuis 1834 , MM. Gauss et Weber , ainsi que d'autres observataon faisant partie de l'association, se sont livrés avec un zèle infhtigabto à des expériences relatives à la détermination de l'intensité abtolifte du magnétisme terrestre ainsi qu'à l'observation des variatioBS annuelles, mensuelles et diurnes auxquelles elle est soumise {**). On oonçott parfaitement combien il serait important pour la physique tsmatre de pouvoir vérifier, à une époque quelconque, si la force

(*) Pour la relation complète de toutes ces observations, consulte!^ le Traité cTé' iedrieiié et du magnétisme, t. VII, p. 367 et suivantes.

(**) Le Ubieaa des intensités niagnéliques en différents lieux de la terre se trouve le t. TU de l'ouvrage cité ci-dessus , p. 354 et suivantes.

104 TBAITÉ DE PHYSIQUE.

magnétique du globe, en différents points, a éprouvé quelques variations. Ne pouvant employer des méthodes directes, on est obligé d'avoir recours à d'autres qui présentent plus ou moins de difficultés * dans l'exécution ; M. Poisson en a donné une qui n'exige pas l'emploi d'aiguilles aimantées parfaitement identiques, et sous le rapport de leur constitution, et sous celui de leur aimantation. Ce célèbre géomètre a commencé par démontrer qu'il existe une certaine fonction de quantités dont la valeur ne dépend pas des aiguilles employées, mais seulement du magnétisme terrestre de laquelle fonction on le déduit. Cette valeur ne peut être obtenue que par approximation ; mais comme on peut la calculer à tel degré d'approximation que l'on veut, il en résulte que l'on peut diminuer à volonté les erreurs de l'expérience.

M. Arago a proposé une méthode plus directe qui repose sur la propriété que possède une aiguille aimantée, qui est placée au-dessous d'un plateau métallique, auquel on imprimerait im mouvement de rotation, d'être entraînée avec d'autant plus de force que son magnétisme serait plus considérable; on se débarrasserait de l'action du magnétisme terrestre eu faisant l'expérience dans un plan perpendiculaire à la direction de l'aiguille aimantée , en chargeant de petits contre-poids les extrémités de l'aiguille pour que le plateau, tournant avec une vitesse déterminée, la dévie d'un certain nombre de degrés; ces contre-poids donneraient la mesure de l'intensité magnétique du globe. M. Poisson n'avait fait qu'indiquer la méthode pour déterminer l'intensité absolue du magnétisme terrestre; M. Gauss a fait plus, il l'a mise en pratique, en suivant une marche analogue, qu'il nous est impossible de faire connaître. (Consulter à ce sujet 7' vol. du Traité de V électricité et du magnétisme, p. 73.)

Variations de Vintensité.

L'intensité magnétique du globe s'étend indubitablement dans l'espace ; MM. Gay-Lussac et Biot, dans leur voyage aérostatique, ont trouvé qu'elle décroissait très-lentement à mesure que l'on s'éloignait de la terre , car ayant fait osciller la môme aiguille à terre et à une hauteur de sept mille mètres, ils ne trouvèrent que des différences presque insensibles dans le nombre des oscillations pendant le même temps. Il est probable que la diminution suit la loi inverse du carré de la distance , comme les attractions magnétiques. Il y a quelque probabilité à supposer que les astres , la lune , le soleil , soient doués aussi de la puissance magnétique; s'il en était ainsi, leur action

devrait réagir sur nos aiguilles en raison de leur distance et de leur position par rapport à nous. Mais comme ces derniers éléments changeraient par suite des mouvements de la terre et des planètes , il devrait en résulter des variations diurnes et annuelles ; néanmoins on est loin d'attribuer à de semblables causes toutes les variations observées jusqu'ici ; peut-être y contribuent-elles pour une partie , mais il en est d'autres dont on ne saurait nier la coopération. M. Bansteen paraît être un des premiei*s qui se soient occupés de rechercher les variations diurnes et annuelles auxquelles Tintensité des forces magnétiques terrestres est soumise ; des résultats qu'il a obtenus, on tire les conséquences suivantes : 1° que l'intensité magnétique est soumise à des variations diurnes ; S"" que le minimum de cette intensité a lieu entre dix et onze heures du matin , et le maximum entre quatre et cinq heures de l'après-midi ; 3^ que les intensités moyennes mensuelles sont elles-mêmes variables ; 4^* que l'intensité moyenne vers le solstice d'hiver surpasse de beaucoup l'intensité moyenne des jours semblablement placés relativement au solstice d'été ; S^ que les variations d'intensité moyenne sont à leur minimum en mai et en juin , et à leur maximum vers les équinoxes. Les variations de l'intensité ont été observées aussi par MM. Gauss et Weber avec les nouveaux instruments, et il résulte de leurs observations que l'intensité décroit pendant les heures de la matinée, de telle sorte qu'elle atteint son minimum une ou deux heures avant midi, et qu'elle augmente de nouveau à partir de ce temps: MM. Gauss et Weber ont tracé des courbes représentant les variations de l'intensité, de méma qu'ils l'avaient fait pour les variations de la déclinaison ; à l'inspection de ces courbes on voit qu'à chaque époque, bien qu'il n'y ait aucune ressemblance à l'endroit où la déclinaison est fortement troublée , il y a également perturbation dans l'intensité.

Discussion des observations magnétiques.

Si toutes les observations magnétiques étaient restées isolées , il eût été difûcile d'établir une théorie générale du magnétisme , et d'essayer de remonter aux causes probables des phénomènes magnétiques ; on a donc dû les coordonner toutes et les grouper ensemble. On a formé d'abord ce que l'on nomme les lignes d'égale déclinaison y dont on a essayé de tirer parti pour déterminer la position des pôles magnétiques ; mais ces lignes n'ont d'autre importance que de grouper les observations d'une manière méthodique , depuis que

106 TBA.TTlâ BB PHYSIQUE.

M. Duperrey a fait servir les déclinaisons au tracé graphique des méridiens magnétiques , tels qu'ils doivent être considérés aujourd'hui {*).

La première carte des lignes d'égale inclinaison parait avoir été dressée par Wilclie et se trouve insérée dans les Mémoires de l'Académie de StoclLolm pour 1768. Lemonnier reproduisit plus tard cette Cdrte, mais avec des modifications considérables. En 1819, M. Hansteen en a publié d'autres. Les lignes d'égale inclinaison sont analogues au parallèle terrestre qu'elles coupent obliquement ; mais elles n'en ont pas toute la régularité, et sont d'autant moins parallèles entre elles qu'elles se rapprochent davantage des régions polaires , où elles ciroonserivent les pôles magnétiques de toutes parts.

M. Hansteen a cru pouvoir déduire de la figure des lignes d'égale déclinaison qu'il existait deux pèles magnétiques dans chaque région polaire; mais cette assertion n'est pas généralement admise; et M. Duperrey s'est assuré qu'elle ne pouvait être la conséquence d'aucune des anomalies que l'on remarque dans l'ensemble des observations soit de la direction , soit de l'intensité des forces magnétiques. Suivant lui, les lignes d'égale inclinaison ont, comme les lignes d'égale déclinaison , l'inconvénient de ne pas être l'expression d'un fait uniquement dépendant de l'action du magnétisme.

Parmi les lignes d'égale inclinaison, une attire particulièrement l'attention des physiciens, celle où l'inclinaison est nulle et à laquelle on a donné le nomA'équateur magnétique. En 1768, Wilcke en a donné une figure ; MM. Hansteen et Morlet l'ont reproduite plus récemment, en se fondant sur les nombreuses observations puisées dans les voyages de Gook, d'Eckberg, de Panton, de la Pérouse, etc. On doit à M. Morlet un moyen facile de faire concourir à la détermination de la courbe qui représente l'équateur magnétique, les observations voisines des lieux qu'elle parcourt. On sait que M. Biot, résumant toutes les actions australes et boréales de magnétisme terrestre en deux centres d'action, qu'il place à une très-petite distance du centre du globe, est arrivé à une formule à l'aide de laquelle on obtiendrait la latitude magnétique d'un point de la surface de la terre en fonction de l'inclinaison de l'aiguille observée en ce point, il la terre était parfaitement homogène; cette formule a été traduite en

(*) Voir Traité de l'électricité, t. VII, p. 878, les conséquences que M. Haq^ teen a tirées des lignes d'égale déclinaison, dans son Atlas magnétique, publié en 1787, ainsi que les changements progressifs de situation et de progression des lignes d'égale déclinaison dont on ne peut rien dire ici , en raison des détails dans lesquels nous serions ol^ligé d'entrer.

INTRODUCTION HïSTOBIQtJE. — MÀGNl^TISME. 107

eelle-ei : La tangente de la latitude magnétique d^un lieu est double de la tangente dHnclinaison. M. Morlet, qui a fait usage de cette formule , a reconnu qu'elle était applicable aux inclinaisons qui ne passent pas 30*; les résultats obtenus par MM. Hansteen et Morletse rapportent à Véquateur magnétique de 1780. Dans le cours de son voyage sur la corvette la Coquille, M. Duperrey a fait de nombreuses observations qui l'ont mis à même de déterminer, pour Tannée 1824, réquateur magnétique dans la presque totalité de son cours (*).

Les lignes isodynamiques, ou d'égale intensité magnétique, ont été tracées, pour la première fois, par M. Hansteen, sur une carte qui parut en 1826; il en dressa de nouvelles plus complètes et qui parurent en 1832. M. Hansteen, dans ces dernières, rendit comparables les observations, autant que le permettaient les circonstances, en exprimant la valeur de chacune d'elles en fonction du minimum d'intensité que M. de Humboldt avait observé, en 1802, sur l'équateur magnétique, dans l'intérieur du Pérou.

Les lignes isodynamiques, telles qu'elles ont été conçues par M. Hansteen, ont cela de commun avec les lignes d'égale inclinaison, pe les unes et les autres sont analogues à des parallèles de la sphère; mais elles sont irrégulières et ne coïncident pas entre elles, c'est-à-dire qu'à inclinaison comme à latitude égales, les rapports d'intensité magnétique présentent des valeurs souvent très-différentes, ainsi que l'avait déjà remarqué M. de Humboldt, durant un voyage aux régions équinoxiales du nouveau monde (**). M. Duperrey a achevé la carte des lignes isodynamiques, restée incomplète foute d'observations dans l'hémisphère austral, et M. le major Sabine a dressé, de son côté, de nouvelles cartes des lignes isodynamiques (***).

Nous n'avons plus à parler maintenant, en ce qui concerne les lignes magnétiques, que des méridiens et des parallèles magnétiques. Les méridiens magnétiques, tels que les considère M. Duperrey, ne sont pas des lignes hypothétiques; ils résultent de la direction de l'aiguille aimantée en chaque point du globe. Supposons que l'on parte d'un point quelconque, et que, cheminant toujours dans le sens de

(*) Voir Traité de l'électricité et du magnétisme, t. VU, p. 890 et suivantes, pour tout ce qui concerne le tracé de Téquateur magnétique dont il est impossible de donner une idée dans cette introduction liistorique.

(**) Pour ce qui concerne les lignes isodynamiques, voir rou\Tage cité plus haut, t. VII, p. 418 el suivantes.

(***) Pour tous les développements relatifs à ces divers tracés, voir Touvrage cité plus haut, p. 4ao et suivantes.

iOS TBA.ITE DE PHYSIQUE.

la direction de Taiguille aimantée, d*al)ord vers le nord^ ensuite vers le sud, on relève tous les points par lesquels on aura passé, la courbe qui réunira tous ces points formera un méridien magnétique. Si Ton prend un autre point de départ voisin du premier, et que Ton trace de la même manière un méridien magnétique, ce méridien rencontrera le premier en deux points situés, l'un vers le pôle nord^ l'autre vers le pôle sud. En traçant sur le globe un certain nombre de ces méridiens, et prenant les points d'intersection de deux méridiens voisins, on aura alors, dans chaque hémisphère, une courbe fermée, résultant de la réunion de tous les points d'intersection. Il est naturel d'admettre que le pôle magnétique de chaque hémisphère se trouve au centre de l'aire renfermée par ces courbes.

Outre les méridiens magnétiques, M. Duperrey a tracé sur les mêmes cartes des courbes normales aux méridiens, et que, pour ce motif, il a nommées parallèles magnétiques, en raison de leur analogie avec les parallèles terrestres. Ces parallèles magnétiques et les méridiens correspondants jouissent de propriétés particulières que M. Duperrey se propose de faire connaître incessamment. , ,j

Théories des phénomènes magnétiques et considérations

générales.

Le tracé graphique de toutes les lignes magnétiques peut être considéré comme le premier pas vers la solution de la question du magnétisme terrestre. La forme et la position de ces diverses lignes variant avec le temps, il en résulte qu'une même carte ne représente l'état du magnétisme terrestre que pour une époque déterminée. S'il était possible d'avoir des formules générales qui exprimassent, en y introduisanf les données nécessaires, l'action magnétique exercée par la terre sur une aiguille aimantée, en un point donné de la surface de la terre et à une époque déterminée, il est évident que la question du magnétisme terrestre serait complètement résolue ; mais elle est d'un ordre tellement complexe, que le mathématicien ne saurait trop consulter les observations et les conséquences qui en résultent, s'il veut établir des formules qui soient la représentation exacte des phénomènes.

Bien des théories ont déjà été imaginées pour expliquer le magnétisme terrestre; l'analyse de toutes les théories magnétiques nous conduirait trop loin, nous préférons renvoyer pour leur examen et leur discussion au Traité d'électricité et du magnétisme (*).

(*) Tome VII, p. 485 et suivantes.

On a fait jusqu'ici bien des hypothèses pour remonter à la cause du magnétisme terrestre. Gilbert supposa le premier que la terre était un paissant aimant dont Taxe coïncidait presque avec l'axe terrestre ; d'après cette hypothèse, les deux pôles magnétiques seraient à peu de distance des deux pôles de la terre. M. Hansteen chercha à prouver qu'il devait y avoir un autre pôle magnétique dans les régions boréales, et sans lequel on ne pouvait rendre compte de tous les phénomènes magnétiques observés. 11 faudrait donc supposer qu'un second aimant traversât le globe dans la direction d'un diamètre, dont le pôle coïnciderait avec le pôle magnétique. M. Barlow fit aussi des recherches expérimentales touchant l'origine probable du magnétisme terrestre, et partit de ce principe, que le magnétisme de la terre ne serait pas celui d'un aimant, mais bien celui d'une sphère de fer qui aurait reçu le magnétisme par induction. En conséquence, il s'attacha à prouver que le magnétisme terrestre pourrait bien avoir une origine électrique, c'est-à-dire, provenir de l'action de courants électriques circulant autour du globe, conformément aux idées de M. Ampère. L'expérience de M. Barlow, pour justifier l'exactitude de ses vues tliéoriques, eut tout le succès qu'il pouvait en attendre (*). Néanmoins, M. Barlow ne s'est pas dissimulé les difficultés qu'il y avait à expliquer l'existence de courants électriques à la surface de la terre ; mettant de côté les courants qui auraient une origine chimique et dont la production serait difficile à concevoir, il a donné la préférence à des courants thermo-électriques dus à l'influence solaire.

Nous ferons observer à cet égard que l'on ne p^ut obtenir des courants électriques dans les roches ou la plupart des substances qui composent la couche superficielle du globe, en raison de leur mauvaise conductibilité électrique. Ainsi donc , il est difficile d'admettre l'hypothèse de M. Barlow; cependant, pn ne saurait s'empêcher de reconnaître que les variations annuelles et diurnes de l'aiguille aimantée ne soient dues à la présence du soleil au-dessus de l'horizon. Il faut donc que toutes les parties matérielles de la terre soient douées de magnétisme, lequel éprouve des variations selon que ces parties subissent les influences calorifiques de l'atmosphère par la présence ou l'absence du soleil au-dessus de l'horizon, de même que la chaleur modifie le magnétisme d'un barreau aimanté. Quant à l'existence des courants hydro-électriques circulant dans

(*) Voir Traite d'électricité et du magnétisme , t. VU , p. 5*9 ei suiv.

110 TBÀirB DE PHYSIQUE.

l'intérieur du globe et dans des directions constantes, nouft ayons déjà exprimé notre opinion sur ce point, page 59 (*).

Les faits manquent de même pour expliquer les autres théories $ ainsi nous nous arrêtons, notre but, dans cette introduction, étant de rapporter tout ce que la science a enregistré de Vrai et d'exact dans ses annales touchant les phénomènes magnétiques.