R6 TRAITÉ PE PHYSIQUE

Pline rapporte à ce sujet qwe Dinocarès proposa à Ptolémée Philadelplie de bâtir à Alexandrie un temple dont la voûte, garnie de pierres d'aimant , soutiendrait en l'air une statue en fer de la reine Arsinoë. Saint Augustin fait également mention d'une statue suspendue au milieu du temple de Sérapis à Alexandrie. Les propriétés attractives de l'aimant frappèrent tellement les anciens qu'ils allèrent Jusqu'à lui supposer des vertus médicinales : Hippocrate lui-même rangea cette substance au nombre des purgatifs. Il paraît que les Chinois avaient des connaissances plus étendues que les Grecs et les Romains 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 Descriptiofi àe Vempire de la Chine, que 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 poëm.e manuscrit du xii^ siècle, qui se trouve à la BibUothèque royale, et que l'on attribue à un certain Guyot de Provins, il y est fait mention de la boussole, sous le nom de marinière. Le cardinal Jacques de Vitri, qui vivait vers l'an 1200, parle 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 1295; 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 l'origine 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 12G9, 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

Sébastien Chabot, en 1534, fait également mention de la déclinaison de l'aiguille aimantée. Néanmoins, ou 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 1550; 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 décroissante.

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. En 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'iiorizontalité , 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 mouvoir dans le plan du méridien magnétique, condition que l'on obtiei t 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 d'inclinaison 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 dû la 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

8 s TRAITÉ DE PHYSIQUE.

d'une manière quelconque, ou bien qu'il 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. Eu 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 , il existe une force identique, égale , dirigée en sens contraire, et jouissaut 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 l'électrisation 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 recule nom de force coercHive , laquelle varie dans les différents aciers, et même dans chaque acier, suivant le degré de la trempe et de la température.

Le fer peut également s'aimanter par l'action du magnétisme terrestre, puisque le globe est un véritable aimant. Gilbert, qui écrivait Tcrs 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 l'auteur, 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, la possèdent

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. àe points conséquents à ces pôles intermédiaires. Les aiguilles qui ont de semhlables 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 ; l'une 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-longueur, 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 efficaces pour donner an barreau le maximum d'intensité magnétique. Pendant 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 même ligne, les pôles inverses

00 TBAITÉ I>E PHYSIQUE.

en regard, moitié d'un côté, moitié de l'autre de raiguilie. En retirant ces barreaux avec frottement, dans le sens de leur longueur, l'aiguille acquérait un plus fort magnétisme que par la, méthode de la simple touche, c'est-à-dire, par le frottement d'un simple barreau. Duhamel ajouta un perfectionnement à cette méthode 5 après avoir placé le barreau à aimanter entre deux barres de fer doux, il prit deux autres barreaux aimantés qu'il inclina de 25 à 30°, 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. OEpinus perfectionna ce procédé et montra, en 175S, 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 l'extrémité 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, à 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 d'électricité et du magnétisme^ t. II, p. 306 etsuiv., ainsi quepour 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 a/guilles, 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 HISTOBIQUE. — MAGNETISME. 91

Cette action est étudiée au moyen de boussoles dont nous ne pouvons donner ici la construction ; nous dirons seulenoent que leur forme varie suivant les effets que l'on veut produire. C'est ainsi qu'il y a une boussole de déclinaison, une 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 pôle boréal d'une aiguille celui qui regarde le nord, et pôle austral celui qui regarde le sud; mais en réalité le premier possède le fluide 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 effet, 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 \iu état magnétique 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 forcés australes avec une énergie proportionnée à cette quantité de magnétisme. 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 eu 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 sollicites 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, doiit 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 l'on connaît la distribution du magnétisme libre dans chacune 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 l'intensité de la résultante des forces magnétiques terrestres, on suppose que chacune des résultantes partielles soit décomposée en deux autres, l'une dans le sens de l'aiguille 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 difféi ence 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'eu 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, Cavalio, 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 !e 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

INTUODUCTION HISTORIQUE. MAGNETISME. 93

établi ce principe, qu'en général l'intensité du barreau diminue à raesiu-e que Ton élève la température ; 11 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 l'action de la terre pour savoir s'ils avaient perdu ou gagné C).

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 ou 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 eu 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 O" 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 décroisseraent 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 ill de coton. On douta d'abord que cette action fût magnétique, mais nous démontrâmes que l'origine de ces phénomènes était réellcinent magnétique. Des découvertes postérieures confirmèrent ce fait; particulièrement l'observation intéressante de M. Arago, relative à l'action de tous les corps sur l'aiguille aimantée, pour diminuer l'ampli-

(*) Traité lie t électricité et du magnétisme terrestre, t. Il, j). 362. (**) Philosopliical transactiûiu , i825, 1'"'= part.

tude 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 l'aiguille décroît pour la môme 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 raj^ons que lorsqu'ils 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 l'objet de recherches de la part de MM. Prévost et Colladon, Babbage, Herschel, Barlow, Nobili, Basselli, Christie, et enfin de M. Faraday qui a été conduit par là à la décou^erte importante des courants par induction.

En 1825, M. Barlow fit connaître le résultat de recherches intéressantes sur les effets magnétiques pi-oduits dans le fer par la rotation, dont la théorie mathématique a su tirer parti pour la vérification des formules; cette théorie a été étabUe par M. Poisson. Dans l'impossibi- ■ lité où nous sommes d'eu 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 :

n Dans l'acte de l'aimantation, les deux fluides boréal et austral, qui étaient réunis à l'état neutre, se sont très-peu écartés les uns des autres. ISous 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 la 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 séparés les uns des autres par des espaces pleins ou vides où les deux fluides ne peuvent pénétrer, et que les dimensions de ces intervalles isolants sont du même ordre de grandeur que celles des élé-

raents magnétiques, sans cependant que le rapport des unes aux autres soit le même dans les aimants de nature différente. Cela étant, les attractions et répulsions, exercées par ces corps dans les mêmes circonstances, seront différentes, comme l'expérience l'a déjà fait connaître à l'égard du nickel et du fer. Ainsi, nous nous représenterons un corps aimanté comme un assemblage de parcelles magnétiques, séparées par des espaces inaccessibles au magnétisme. Le rapport de la somme de toutes ces parcelles au a olume entier du corps qu'on pourrait prendre pour sa densité, 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 corps en 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'expérience, 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 l'influence 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 l'on 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 volume total. Dans cette hypothèse, les attractions ou répulsions magnétiques exercées par un même corps devront varier avec son degré de chaleur, ce qui a lieu en effet. Tels sont les principes généraux 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, l'objet des recherches des physiciens, et surtout des navigateurs qui ont fait le tour du monde. Les appareils employés jusqu'ici à cette détermination joignent, ù une grande précision, une manœuvre

1)6 TBAITÉ DE PHYSIQUE,

assez facile pour que des observateurs peu exercés obtiennent des résultats sur l'exactitude desquels ou 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 toujours à la portée des observateurs ordinaires, et qui ne peuvent êti-e 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 Gook 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 l'élévation 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 for qui se trouvent à bord des bâtiments n'agissent pas seulement sur les aiguilles des boussoles, elles

INTRODUCTIO?^ HISTORIQUE. — MAGNETISaiE. 97

ijitluent encore sur la marche des chronomètres, en raison de l'action 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 l'aiguille aimantée; mais comme ils ont négligé dans les observations faites à bord l'action 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 1830, 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 ou 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 l'aiguille aimantée est soumise à des variations séculaires, annuelles, mensuelles et diurnes, qui peuvent étrecousidé-

(*) Pour lout ce qui concerne l'influence des masses de fer sur les boussoles ou sur les dirononictres, nous renvoyons à noire Traite d'clcctric'Uc et du magiic^ ihme , t. \'1I, ji. 117 et suivantes.

(**) Traité de l'électricité el du magnétisme , t. Vil, p. 21 3.

rées les unes comme régulières, les autres comme irrégulières ; celles-ci 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" 30'; en 1663 , elle se trouvait dans le méridien magnétique; depuis lors, la déclinaison est devenue occidentale; en 1814, elle avait atteint 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 miaximum de déviation a eu 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 1663; que le maximum de déclinaison à l'ouest a eu lieu à Londres en 1815 et à Paris eu 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-Espérance montrent que, dans l'hémisphère sud comme dans l'hémisphère nord, la déclinaison 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 changements progressifs et séculaires qu'éprouve la déclinaison de l'aiguille 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 ce principe, la déclinaison à Londres de 1660 à 1818, et a trouvé des différences peu considérables entre les résultats de l'expérience et ceux de l'observation.

Les variations annuelles de l'aiguille aimantée paraissent se rattacher à la position du soleil , à l'époque 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 lujulèie 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 lu somme des moyennes de tous les jours du mois divisée par le nombre de ces jours ; il a trouvé un maximum de déclinaison vers l'équinoxe du printemps et un minimum au solstice d'été , mais avec cette différence que l'amplitude de l'oscillation était moindre à Londres qu'à Paris 5 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 1722, 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, l'extrémité 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, l'aiguille est presque stationnaire , et recommence le lendemain ses excursions périodiques. Bien que les variations de l'aiguille aimantée soient soumises à un mouvement régulier de l'est à l'ouest dans nos contrées, on ne trouve pas cependant deux jours dans l'année qui se ressemblent parfaitement ; cette remarque , faite depuis longtemps, a été confirmée par les observations de MM. Gauss et Weber, qui ont poussé l'exactitude jusqu'à des secondes de degré. Le maximum de déviation n'a pas lieu à la même heure sur différents points du globe, comme l'a observé M. Dowe.

On avait annoncé qu'en Danemark, en Islande, ainsi que dans les régions septentrionales, les excursions diurnes de l'aiguille aimantée étaient plus étendues , plus régulières , et ne s'arrêtaient pas pendant la nuit. On en avait conclu que les variations diurnes augmentaient eu allant de nos climats au nord , et dimiauaient jusqu'à l'équateur magnétique, où elles étaient très-faibles. Mais des observations de variations diurnes faites dans le ^"ord à Bossekop , 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 l'on s'était faites des variations diurnes dans cette ré-

100 TRAlTli DE PHYSIQUE.

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

Les A oyageurs se sont attachés à étudier la marche des oscillations diurnes dans les différentes parties du globe. Des observations faites par John Macdonald, de 1794 à 1796, au fort Marlborough de Sumatra et à l'ile 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, l'exti-émité 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 Freycinet et Duperrey confirment la première de ces assertions.

Outre les variations régulières , la déclinaison est encore soumise à des variations irrégulières, comme on Ta vu précédemment. Parmi les causes qui concourent à la productioii de ces irrégularités, on range les aurores boréales, les éruptions volcaniques et les tremblements de terre. On doit placer j\I. Arago au premier rang de ceux qui se sont le plus occupés de constater l'iniluenee 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'observe , mais encore dans des contrées qui en sout éloignées , et où le phénomène n'est pas ^^sibIe. Les résultats généraux que nous venons d'indiquer sout déduits d'observations faites avec les boussoles ordinaires ; mais les variations de l'aiguille aimantée observées dans ces derniers temps, avec les instruments imagmés par ]\L Gauss, en confirmant ces résultats, ont conduit à d'autres conséquences. Non content de faire des observations magnétiques journalières dans l'observatoire de Gœttingue, ^L Gauss a témoigné le désir que des physiciens se livrassent, comme lui, sur divers points de l'Europe, à des observations sui\ies, à des époques fixes de l'année, auxquelles il a donné le nom de périodes ou termes d'observation. Vidée de ces associations est due à M. de Humboldt, qui a provoqué pour ainsi dii'e 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 MAL Gauss, Weber et leurs coopérateurs, nous dirons seulement que les courbes construites pour représenter les variations de toute nature

INTRODUCTION HTSTOBIQUE. — MAGNÉTISME. 101

t'tablissent que les régions les plus septentrionales paraissentêtre le foyer principal d'où partent les plus grandes et les plus fréquentes actions perturbati'ices ; qu'eii di^ ers endroits, dans les différents mouvements Miccessifs, on trouve des variations considérables sous le rapport 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 autre endroit, au contraire, c'est la seconde. Ou est forcé par là d'admettre que dans le même jour et à la même heure, beaucoup de forces agissent indépendamment peut-être les unes des autres , ayant différents sièges, et dont les actions se confondent dans des propoi-tions 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 l'autre 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 obscî^vations cV inclinaison.

Les observations relatives à l'inclinaison ont occupé les voyageurs non moins que celles de la déclinaison; mais elles paraissent avoir moins d'importance que ces dernières, en raison du l'ôle que jouent les déclinaisons dans la détermination des méridiens magnétiques. En étudiant la marche de l'inclinaison en partant de Paris, et se rendant vers 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 a^ec la latitude, et ([ue dans les régions polaii'es il existait des points où elle était à 90"; qu'en se dirigeant, au contraire, dans l'hémisphère austral, il existait, non loin de l'équateur, des points où l'aiguille était sans mclinaison , et qu'au delà de ces points l'inclinaison recommençait , mais en sens inverse, et continuait à augmenter jusque vers les pôles où elle était de 90°. La courbe qui comprend tous les points où l'aiguille aimantée est sans inclinaison a été nommée équuteur magnétique , et les points ou l'aiguille 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'intlinaison, voir le t. YII, p. 3o4 et suivantes , de l'ouvrage déjà cité.

observées que celles relatives à cette dernière. On a trouvé qu'elles ont toujours été en diminuant depuis 1071 jusqu'à cette époque, et l'on a considéré la variation progressive qu'éprouve l'inclinaison comme la conséquence nécessaire d'un changement dans la latitude magnétique, provenant des nœuds de l'équateur magnétique modifiés par la forme de la courbe. Quant aux variations diurnes, M. Hansteen a reconnu que, pendant l'été, l'inclinaison était d'environ 15' plus forte que pendant l'biver, et d'environ 4' ou 5' avant midi qu'après.

De l'intensité magnétique du globe en divers points de sa surface.

L'intensité magnétique du globe a successivement attiré l'attention de Graham , le premier qui ait observé les variations diurnes de l'aiguille aimantée; en 1629, de Muscbenbrock , de Lemonnier; en 1776, de Saussure, Borda et d'une foule de physiciens et de navigateurs; mais Borda est le premier qui ait commencé à employer une méthode d'approximation pour observer cette intensité avec plus 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 points 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'en 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 Rossel , qui accompagnait d'Entrecasteaux dans son voyage à la recherche de la Pérouse. Les résultats des observations faites en 1 792 et 17 93 , à la terre de Van Diémen et à Amboine , 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 Humboldt a levé tous les doutes que l'on pouvait avoir sur le fait fondamental découvert par M. de Bossel , 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 pliysiciens et les voyageurs ont constamment recherché la détei-miuation de l'intensité des forces magnétiques terrestres. M. de Humboldt s'est attaché particulièrement à déterminer la loi des a ariations

de cette intensité, à diverses latitudes, en s'assurant par des moyens indirects que le ma2;nétisme de son aiguille n'avait pas varié d'une manière sensible. En se rendant au haut Orénoque et au Pico Negro, pendant l'été de 1800, il découvrit que cette intensité allait croissant des basses latitudes aux pôles. On lui doit aussi la découverte d'un fait très-important , c'est le défaut de parallélisme des lignes isodynaraiques et d'égale inclinaison. Toutes les observations de M. de Humboldt ont été confirmées par toutes celles faites dans les expéditions 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'aiguille horizontale. Le major Sabine fit de semblables observations en 1818, 1819 et 1820, dans ses deux voyages dans la baie de Baffin 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 Norvsége et sur Içs bords de la Baltique, et, en 182.5, sur les bords du golfe de Botnie ; nous voyons ensuite successivement s'occuper de la même question les capitaines Friehsen, Keilau, Bœck et Erman sur les rives de la Baltique et en Allemagne ; le major Sabine sur les rives 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'autres 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 observateurs faisant partie de l'association , se sont livrés avec un zèle infatigable à des expériences relatives à la détermination de l'intensité absolue du magnétisme terrestre ainsi qu'à l'observation des variations annuelles, mensuelles et diurnes auxquelles elle est soumise (**). On conçoit parfaitement combien il serait important pour la physique terrestre de pouvoir vérifier, à une époque quelconque, si la force

(*) Pour la relation complète de toutes ces observations, cousultcr le Traiic d'ê- IcctricUé et du magnélisme , t. VII, p. 367 et suivantes.

(**) Le tableau des intensités niagnéliques en diflérenls lieux de la teri e se trouve dans le t. VII de l'ouvrage cité ci-dessus, p.*354 et suivantes.