IV. Do l'électricité de l'atmosphère et de ion origine

1400. Lorsque, vers le milieu du XVIIIe siècle, on eut appris à reconnaître l'électricité des nues orageuses, au moyen de barres isolées (1360), on ne tarda pas à remarquer que ces barres donnaient des signes d'électricité par un ciel serein. Ce résultat important fut découvert par Lemonnier, qui obtint des étincelles, par un ciel sans nuages, d'une longue tige de fer isolée et terminée en pointe qu'il avait dressée dans un jardin à Saint-Germain-en-Laye. L'air est donc habituellement électrisé. Il remarqua aussi que la quantité d'électricité est soumise chaque jour à des variations régulières quand le ciel est pur; mais qu'il n'y en a aucun signu par les grands vents, ni lorsque le ciel est couvert de gros nuages noirs marchant lentement, ni enfin par les temps humides mais sans pluie.

140i. Manière d'observer l'éleetrlelté de l'atmosphère. — On emploie tantôt des appareils fixes, comme la barre de Lemonnier, tantôt des appareils portatifs. Les premiers sont difficiles à isoler. Read est un de ceux qui ont le mieux réussi dans leur construction ; son appareil consistait en un

* Garnier. Traité de météorologie, p. 306.

mât en sapin surmonté d'une pointe en fer, et appuyé sur un cylindre en verre enduit de gomme laque et placé dans la chambre la plus élevée de la maison; le mât traversait le toit sans le toucher. Des fils de cuivre, partant de la pointe de fer, descendaient le long du mât, et venaient se réunir à une boule isolée, dont on interrogeait l'état électrique. Un carillon avertissait d'une tension trop forte, et un conducteur communiquant avec le sol pouvait être alors mis en contact avec la boule.

De Saussure employait un électromêtre à balle de sureau (fig. 1030) garanti de la pluie par un chapeau c, et surmonté d'une longue pointe composée de plusieurs parties pouvant se visser en a , a , pour rendre l'instrument plus portatif. Sur deux faces opposées dé la cloche de ^

verre, sont tracés des arcs divisés ; une table de i'

graduation, construite par la méthode de Saussure \

(1273), permet d'évaluer les charges électriques , )

au moyen des angles d'écart. Nous avons vu que, '' avec des brins de paille , les charges sont propor- ( tlonnelles aux angles, jusqu'à 30°, quand ces pailles , ont plus de 27"m de longueur.

Volta aaussi imaginé de mettre à l'extrémité de la tige ca, un corps enflammé donnant une colonne de fumée qui va recueillir l'électricité de l'air. Quand il faisait du vent ou de la pluie, il allumait une mèche de coton soufrée, placée dans une hélice en fil de fer. Mais ce moyen peut donner lieu à des erreurs , parce que , comme nous le verrons , la combustion est une source d'électricité. Quand la tension de l'air était très faible, il employait l'électrométreà condensateur (1322), dont le plateau Fig. 4034. inférieur était mis en relation avec l'atmosphère, tandis que le plateau supérieur communiquait avec le sol.

On procède encore en lançant à travers l'air une balle métallique qui prend l'électricité de tous les points où elle passe Fig. 4030 — 4/6. (/ty- 1031 ). Cette balle est attachée par un fil conducteur , à un anneau a qui glisse le long de la tige b et se sépare de l'appareil quand la balle est lancée avec assez de force. MM. Becquerel et Breschet, dans leurs observations au grand Saint-Bernard, ont remplacé la boule par une flèche qu'ils lançaient avec un arc. Le cordon, qui avait 80 mètres de long, était d'abord replié en zig-zag sur une feuille de taffetas isolant étendue par terre. Dans ces expériences, la tige b ne doit pas être terminée en pointe, afin que l'appareil conserve son électricité, et qu'on puisse en reconnaître la nature.

Electromêtre de Peitier. —B (fig. 1032) est un globe creux en cuivre,

de 10 centimètres de diamètre, porté par une tige munie d'un chapeau c et

d'une petite boule b. Cette tige entre dans la cage de verre, dont elle est isolée

par un bourrelet de gomme laque, et porte un anneau vertical aa, maintenu

par de la gomme laque renfermée dans un cylindre en verre fixé au pied de

l'instrument. L'anneau soutient une pointe verticale

sur laquelle pivote une aiguille courbe en cuivre, 00,

dont la chappe porte une petite aiguille aimantée e. Une

tige de cuivre A est fixée horizontalement au-dessous

de l'anneau aa. Pour se servir de cet électromètre, on

commence par le placer de manière que l'aiguille 00,

dirigée par l'aiguille aimantée e , soit dans le même

plan vertical que la tige À. Si alors l'anneau aa reçoit

de l'électricité, ce fluide se répand sur la tige A et sur

l'aiguille 00, qui s'en écarte aussitôt. L'angle d'écart

est donné par deux divisions, l'une tracée autour de la

cage cylindrique, et l'autre sur le couvercle ; et la charge

électrique , par une table construite au moyen d'un

second appareil identique , en suivant la méthode de

Saussure (1273). Pour transporter l'instrument, on

fait tourner la boule b; alors, une petite pièce que Ton

voit au haut de l'anneau aa, sur le prolongement de

la tige centrale, descend et arrête l'aiguille 00.

Au lieu de la boule B, on peut visser au sommet de la tige, une pointe ou une houppe de fils de platine; alors l'appareil s'électrise par influence, et reste chargé d'électricité de même nom que celle de l'atmosphère. Quand il porte la boule B, cette boule reçoit l'électricité opposée à celle de l'air, et les aiguilles , l'électricité de même nom ; en touchant la boule 0, on chasse cette dernière dans le sol, et l'appareil conserve le fluide contraire à celui de l'air.

Réomètre multiplicateur. — M. Colladon a le premier appliqué le réomètre multiplicateur (11,711) à l'étude de l'électricité atmosphérique. L'un des bouts du fil qui entoure l'aiguille aimantée communique avec une longue pointe isolée, et l'autre bout, avec le sol. Les tours du fil de cuivre du réomètre doivent être isolés les uns des autres avec beaucoup de soin ; pour cela, on trempe la soie qui les recouvre, dans une dissolution concentrée de gomme laque dans l'alcool. — M. Quetelet a installé, à l'observatoire de Bruxelles, un appareil de ce genre, dont le fil, qui fait 2400 tours autour de l'aiguille, communique avec une longue tige de fer terminée par une houppe de fils de platine très fins. Quand l'électricité parcourt le fil de l'appareil, l'aiguille aimantée est déviée, et le sens de la déviation fait connaître la nature de l'électricité qui passe. Cet instrument est bien moins sensible que les électrométres à pendules.

Fig. 1032 \jk.

M. Peltier a fait voir, par un moyen que nous ne pouvons décrire ici ', qu'il faut, pour faire dévier de 1° l'aiguille d'un réomètre très sensible, plusieurs milliers de fois la quantité d'électricité statique qui suffirait pour produire la même déviation dans son électrométre (fig. 1032). Aussi, les réométres restent-ils souvent stationnaires, pendant que les autres instruments signalent la

présence de quantités notables d'électricité dans l'atmosphère.

On emploie enfin, pour étudier l'électricité atmosphérique, des cerfsvolants à pointe, ou des ballons captifs. Dans les observatoires, on a toujours plusieurs appareils , de sensibilité différente , prêts à être employés.

Enfin, on peut disposer ces appareils de manière qu'ils enregistrent d'euxmêmes leurs indications , au moyen de procédés photographiques.

Pour achever de donner une idée de la manière d'observer l'électricité atmosphérique , nous avons représenté (fig, 1033), la disposition des appareils établis par H. Palmieri, à l'observatoire du Vésuve2. Le conducteur à pointes AB traverse le toit de la chambre qui se trouve à la partie la plus élevée de l'édifice, et peut glisser dans un tube de verre r, parfaitement isolé. On peut le soulever au moyen d'un cordon de soie c, c, c qui passe sur une poulie de verre A, portée par un cylindre de verre ; le conducteur peut être mis en communication avec l'électromètre de Peltier p, l'électroscope à feuilles d'or o, ou le réomètre r. 440ft. ÉLBcniciT* m L'ATMOSFitu PAS uv timpi mm — L'électricité de l'air, quand le ciel est pur, est toujours positive. Il s'ensuit que la surface du sol doit être constituée par influence, à l'état négatif, surtout sur les parties saillantes qu'elle peut présenter. La quantité d'électricité que contient l'air dépend de la hauteur, de l'heure et de la saison. Pour étudier les lois de ce phénomène, il faut que l'électromètre soit placé dans un endroit découvert ; quand il est dominé par les objets terrestres, il ne donne aucun signe d'électricité. Ainsi, au fond des vallées étroites, sous les arbres, dans les rues, on ne trouve pas d'électricité; on en trouve un peu sur les quais, au milieu des

1 Annales de chimie et de physique, îe série, L LXVII, p. 440. * Bibl. de Genève (Arch. des se.), t. II VII, p. 405.

Fig. 4033.

places ; et sur les ponts, la quantité est souvent plus forte qu'en rase campagne. II faut remarquer que les indications des électromètres sont dues à deux causes : l'action par influence exercée par l'électricité de l'air et par celle du sol, et la communication directe de l'électricité de l'air quand il est assez humide pour être conducteur. Quand le ciel est serein, et l'électromètre terminé par une boule, la première de ces causes agit seule, surtout si la tige de l'instrument est courte.

Variations ave© la hauteur. — La quantité d'électricité de l'atmosphère augmente à mesure qu'on s'élève. Ce résultat a été constaté par de Saussure, Ermann, Volta, Becquerel sur le Saint-Bernard, Peltier au moyen du cerfvolant... Jusqu'à 1 mètre de hauteur au-dessus du sol, on ne trouve aucun signe d'électricité, parce que l'instrument est entièrement plongé dans une couche d'air qui partage l'électricité négative du sol. A partir de là, M. Quételet trouve, à Bruxelles, que l'intensité électrique est proportionnelle à la hauteur ; mais cette loi n'a été constatée que pour des élévations assez restreintes. Pour les hauteurs considérables, on ne sait que peu de chose; Peltier a cependant reconnu, avec un cerf- volant, que l'électricité, qui croissait lentement jusqu'à 100 mètres, augmentait ensuite rapidement jusqu'à la hauteur de 247m, la plus grande qu'il ait atteinte. Quelques légers cirrus suffisent, du reste, pour troubler la régularité du phénomène; ainsi, Peltier trouva un jour, de l'électricité positive jusqu'à 50°» de hauteur, puis une zone neutre, et ensuite une zone négative de 20m d'épaisseur environ, au-dessus de laquelle reparut l'électricité positive.

L'accroissement de l'électricité avec la hauteur peut servir à expliquer divers phénomènes. MM. Biot et Gay-Lussac, lors de leur voyage aérostatique, ayant laissé tomber de la nacelle, un fil métallique de 50 mètres de long terminé par une boule, trouvèrent le haut de ce fil électrisé négativement, quoique le temps fût serein. M. Biot a expliqué ce résultat en remarquant que la partie de l'atmosphère, supérieure à la nacelle, étant électrisée positivement, agissait par influence sur le fil, en attirant vers le haut le fluide négatif. Il est vrai que la partie de l'atmosphère située au-dessous de la boule agissait en sens inverse ; mais cette partie étant moins électrisée, l'effet de la première l'emportait.

Expérience d'Hermann. — Une expérience ancienne, faite par Hermann et de Saussure, s'explique par les mêmes principes *. Un électromètre surmonté d'une boule, est mis en communication avec le sol, puis isolé ; il ne donne aucun signe d'électricité. Mais si l'on vient à l'élever, de 40 à 50 centimètres, les feuilles d'or s'écartent aussitôt par de l'électricité positive ; si on le ramène au point de départ, les feuilles d'or reviennent au contact ; si enfin on l'abaisse, les feuilles divergent de nouveau, mais par de l'électricité négative, pour retomber encore si l'on ramène de nouveau l'instrument au point de départ.

* Journal de physique (4804), t. LIX, p. 99.

L'électromètre n'a donc reçu aucune électricité de l'air, puisqu'il n en conserve aucune trace quand il revient au point de départ. En ce point, et au moment où on l'a fait communiquer avec le sol, il s'est chargé d'électricité négative, par l'influence des couches supérieures de l'atmosphère, et cette électricité est restée dissimulée dans la boule de l'instrument. Quand ensuite on l'a élevé, c'est comme si on l'avait rapproché d'un corps électrisé, et une nouvelle décomposition de fluide neutre a repoussé dans les feuilles d'or du fluide positif. Quand, au contraire, on l'a abaissé, le fluide négatif, moins attiré dans la boule supérieure, s'est répandu en partie dans les feuilles d'or.

On obtient les mêmes effets en élevant ou abaissant une boule métallique fixée à l'extrémité d'un manche isolant et communiquant par un fil métallique avec le bouton de l'électromètre, qui reste en place. Peltier a reconnu qu'un abaissement produit toujours moins d'effet qu'une élévation égale. De plus, il faut beaucoup plus élever l'instrument, pour obtenir une certaine déviation, par un temps humide que par un temps sec et un ciel pur.

4408. Variations dlnmes. — La tension de l'électricité de l'air en un même lieu et à la même hauteur, varie pendant la journée, et présente deux maximum et deux minimum, à des heures qui changent suivant les saisons. Cette loi, trouvée par Lemonnier, a été précisée par les observations de Beccaria et par celles que Schùbler a faites à Tubingue, de mai 1811 à juin 1812. Arago l'a confirmée dans une série d'observations commencées en 1830, à l'Observatoire de Paris, et M. Quetelet dans celles qu'il poursuit à Bruxelles, depuis 1844. Voici les résultats moyens auxquels on est arrivé.

Du lever du soleil à 6 ou 7 heures du matin en été, à 10 ou 14» en hiver, et à 8 ou 9h dans les autres saisons, la tension électrique augmente et atteint son premier maximum. Elle diminue ensuite jusqu'à 3h en été, et jusqu'à lh seulement en hiver, et atteint un minimum dans lequel la tension est à peu prés la même qu'au lever du soleil. La tension augmente ensuite et atteint un second maximum vers 9h du soir en été, et 6h en hiver ; ce maximum est supérieur à celui du matin. Il y a enfin un second minimum pendant la nuit; il a été trouvé, à Greenwich, à 2h du matin ; Schùbler l'avait fixé à 5 heures. — La moyenne de la journée coïncide sensiblement avec la tension observée à llh du matin.

M. Birt a fait, à Kew, pendant 5 années consécutives, plus de 1500 observations ; d'où il a conclu, pour résultat moyen, que les deux maximum tombent à 10* du matin et à 10h du soir, et les deux minimum à 2b du matin et à 4* du soir. M. Birt n'a pas tenu compte de l'état du ciel, de sorte que certaines observations, (^ environ), ont donné de l'électricité négative.

Remarquons enfin que les différences entre le maximum et le minimum sont plus prononcées pendant l'été que pendant l'hiver, et dans les temps sereins que dans les temps couverts.

1404. Variations nteMsaelles. — Les variations de l'électricité de l'air

avec les saisons sont suivies attentivement à Bruxelles par M. Quételet, depuis 1844, au moyen de l'électrométre de Peltier '. Les observations sont faites chaque jour, à midi, et Ton fait chaque mois la somme des nombres de degrés observés pendant le mois. La fig. 1034 fait connaître les résultats ainsi obtenus pendant 6 ans ; les ordonnées sont proportionnelles aux sommes correspondantes aux différents mois, à l'échelle de 2 millimètres par unité. On voit que la quantité d'électricité est bien plus grande en hiver qu'en été; le maximum a lieu en janvier, et le minimum en juin ; le premier est à peu prés 13 fois plus grand que le second. Ce rapport n'est pas partout aussi fort; il est plus petit à Kew , d'après les observations de M. Ronalds, et encore moindre à Munich, d'après celles de M. Lamon. Si, au lieu de la courbe des moyennes mensuelles électriques, on voulait construire celle des maximum ou des minimum des '■ f- m' a' m' '• * a- •■ * *■ *• '• différents mois, on trouverait sensible- Fig. 4 034.

ment la même ligne. La moyenne de ces

termes extrêmes pour chaque mois, coïncide aussi avec la moyenne du mois. Enfin, les moyennes des mois de mars et de novembre coïncident sensiblement avec la moyenne de l'année.

Les quantités d'électricité, par les temps sereins, varient avec la latitude ; mais on n'a que peu de renseignements à cet égard. D'après Scoresby, l'électricité de l'air est nulle au-dessus des mers polaires.

* 405. ÉLBCTRicirt pai les TEMPS couverts — Quand le temps est couvert, l'état électrique est généralement très variable et très irrégulier; aussi, quand on veut rassembler des résultats comparables faut-il, ce qui n'a pas toujours été fait, ne considérer que les observations faites dans les temps sereins.

M. Quételet a trouvé, à Bruxelles, que l'électricité, quand le ciel est nébuleux, est généralement en plus faible quantité que par un ciel serein, et cela est d'autant plus sensible qu'on se rapproche davantage du mois de janvier , pendant lequel l'électricité des temps couverts n'est que { de celle des temps sereins.

Sous un ciel nuageux, les électromètres varient fréquemment et indiquent souvent en peu de temps des changements dans l'intensité et dans la nature de l'électricité. Peltier, en juillet 1842, sur le Faulhorn, a vu que les nuages blancs qui passaient au-dessus de lui étaient fortement chargés d'électricité positive et donnaient de la neige, tandis que les nuages gris étaient prodigieusement chargés de fluide négatif, et donnaient du grésil. Il a aussi reconnu, par les signes électriques indiqués soit par le cerf- volant, soit par l'électrométre. que les vapeurs transparentes que contient l'atmosphère sont souvent

i Annuaire météorologique, année 1850.

groupées comme de grands nuages invisibles, moins divisés que les nuages opaques. Cet arrangement des vapeurs doit avoir une grande influence sur certains phénomènes météorologiques.

Par les temps d'orages, les électromêtres sont continuellement en mouvement et indiquent des quantités énormes d'électricité, changeant de nature d'un instant à l'autre. Ce n'est qu'après un éclair que ces instruments restent quelques instants en repos, pour s'agiter ensuite de nouveau ; attestant ainsi le mouvement électrique qui se fait dans l'intérieur des nuages (1385).

Par les brouillards, l'électricité de l'air est augmentée, probablement parce que les vapeurs en s'abaissant, apportent dans les régions inférieures de l'atmosphère l'électricité qu'elles ont amassée dans les couches supérieures. D'après Schûbler, cette électricité, ordinairement positive, est plus prononcée en hiver qu'en été. Le dépôt de la rosée est aussi accompagné d'un accroissement notable dans l'électricité de l'air.

Pendant la pluie et la neige, on trouve une forte électricité dans les couches inférieures de l'air, si ce n'est pendant les pluies fines et continues. Cette électricité est tantôt positive et tantôt négative ; en Allemagne, le second cas est un peu plus fréquent que le premier. A Bruxelles, M. Quételet n'a vu-que 23 fois en 4 ans, l'électricité de l'air négative, et ce phénomène suivait ou précédait en général des pluies ou des orages. Six fois seulement la pluie a été négative, tandis que, pendant le même espace de temps, il a observé 24 pluies positives; résultat bien différent de celui qui a été constaté en Allemagne. La direction du vent qui règne pendant la pluie influe notablement sur les résultats. Ainsi, Schûbler et Hemmer trouvent, dans deux localités différentes que, en Allemagne, les pluies négatives sont plus fréquentes avec les vents du sud qu'avec les vents du nord; trois fois plus d'après les observations de Schiibler, et deux fois plus d'après celles de Hemmer.

Pour expliquer ces pluies négatives, Schûbler, Volta, Halles pensaient

que l'évaporation des gouttes de pluie produisait de l'électricité; le fluide positif étant emporté par la vapeur, les gouttes restaient électrisées négativement. A l'appui de cette explication, on citait les cascades, qui forment un brouillard dont les gouttelettes sont électrisées négativement. Mais ce dernier résultat doit s'expliquer par l'influence de l'électricité positive des parties élevées de l'atmosphère, comme le prouvent les expériences de M. Belli, qui isola une fontaine de Héron et vit que, par un temps serein, le jet était négatif et le vase positif; tandis qu'il ne trouvait aucun signe d'électricité quand l'atmosphère n'en contenait pas. M. Belli attribue l'électricité négative de la pluie, à l'action par influence exercée sur elle par le nuage positif qui la verse, quand elle est assez rapprochée du sol pour que son fluide positif repoussé puisse s'y transporter à travers l'air humide.

i 406. Relation entre l'humidité de l'air et son état éleetrlqae. — M. Quételet a remarqué qu'il existe une relation importante entre les

variations de l'électricité de l'atmosphère et celles de l'humidité qu'il contient >/ Considérons d'abord les variations diurnes par un temps serein. Avant le lever du soleil, l'air très humide laisse couler dans le sol l'électricité qu'il contient ; après le lever du soleil, les vapeurs montent, et l'électricité atteint son maximum. Plus tard, le sol s' échauffant, de nouvelles vapeurs se forment, à travers lesquelles l'électricité de l'air passe dans le sol. L'action solaire fait ensuite monter ces nouvelles vapeurs, et l'on observe un second maximum ; après lequel l'électricité diminue en même temps que les vapeurs s'abaissent. Quant aux variations mensuelles de l'électricité, voici comment M. Quételet résume les résultats :

M<>« l ïSZT ' 1 d'électricité, humidité ordinaire. . | «J *™n;. . } minimum . . ) ( ciel couvert.

plu. froids. ÏÏÏÏT" \*l~m beaucoup d'électricité*, ""*■* ^^ r \ minimum.. ) ' r ( ciel serein.

Mois chauds ( -"*"£• • { d'électricité, peu d'humidité. . . . j **£ **> ""?**• . i minimum. . ) T ( tempe sec, ciel serein.

. , i maximum.. ) ,,. ...., . .,,. . . .., { temps humide et couvert.

tempérés. / „:n:mtM ! d hwmàxii, peu d'électricité { .* . , ^ . , a.tn

r ' minimum. . ) r ( temps très sec, ciel serein.

On peut donc déduire avec une grande probabilité l'état électrique, de l'aspect du ciel et de l'observation de l'hygromètre.

4407. ob L'OHiGnre SE L*iLBCTRicrri ATMOSPmbuQUB. — Volta , La place et Lavoisier, dans des expériences célèbres sur lesquelles nous aurons à revenir, ont trouvé que la vaporisation de l'eau dans un creuset très chaud, produisait de l'électricité. Plus tard, M. Pouillet a précisé les conditions du phénomène, et a montré qu'il n'y a dégagement d'électricité qu'autant que l'eau tient en dissolution quelques substances dont la vapeur produite doit se séparer. Quand ces substances sont des sels, la vapeur emporte l'électricité positive, et le vase prend l'électricité négative. M. Pouillet a fait voir, de plus, que l'acte de la végétation est aussi accompagné d'un dégagement d'électricité. Voilà donc deux sources d'électricité pour l'atmosphère : la végétation, et l'évaporation qui se fait constamment à la surface des mers, des terrains humides et même des eaux douces, qui ne sont jamais pures.

Cette origine de l'électricité de l'air a été adoptée d'abord sans contestation ; mais depuis quelque temps, elle a été attaquée assez vivement par divers physiciens. M. Guthrie a fait remarquer que c'est pendant l'hiver que l'air est le plus fortement électrisé, et c'est l'époque de l'année où l'évaporation et la végétation ont le moins d'activité. A quoi l'on a répondu que, pendant l'hiver, l'électricité des hautes régions arrivait plus facilement dans les parties basses, où l'on observe ; mais nous avons vu que la conductibilité de l'air dépend, non de son état hygrométrique, mais du poids absolu de vapeur qu'il contient

i Sur le climat de la Belgique, et bibl. de Genève (Arch. des se.), t. XXVI, p. 5.

1(1344) ; or, ce poids est moindre en hiver qu'en été. Peltier remarque aussi que c'est au moment de la journée où I'évaporation est la plus active, que se présente le premier minimum diurne. Le même observateur ayant repris les expériences de M. Pouillet a trouvé que l'électricité ne se montre, lors de la formation de la vapeur dans un creuset brûlant dans lequel l'eau prend la forme globulaire, qu'au moment où elle se produit brusquement, de manière que l'électricité qu'elle emporte soit immédiatement soustraite à l'attraction de celle que garde le creuset; or, ce n'est pas dans ces conditions que I'évaporation se fait dans la nature. On peut répondre à ces expériences par celles de M. Matteucci. Ayant isolé une plaque de métal de 33 décimètres carrés, recouverte de terre mouillée avec de l'eau salée, il l'exposa aux rayons solaires après l'avoir mise en communication avec le bouton d'un électrométre ; les feuilles d'or s'écartèrent par de l'électricité négative. S'il agitait l'air au-dessus de la plaque, les résultats étaient encore plus marqués, l'agitation activant I'évaporation et entraînant la vapeur formée, de manière à empêcher les électricités séparées de se recombiner. M. Matteucci a opéré avec différentes espèces de terres et divers sels. Les vapeurs qui se forment à la surface de la terre emportent donc dans l'atmosphère de grandes quantités d'électricité. Il résulte aussi de là que le sol doit recevoir continuellement de l'électricité négative, qui est retenue à sa surface par l'attraction de l'électricité de Pair, et s'accumule dans les objets élevés, les arbres, les montagnes. Cet état négatif du sol augmente par la décomposition par influence que produit l'électricité de l'air (1402); il sert à expliquer l'ascension des nuages négatifs, l'abaissement des nuages positifs, et leur station autour des pics ('levés, où ils sont retenus assez fortement pour résister à des vents assez violents. Nous avons vu comment ce dernier phénomène peut être produit par une cause toute différente (1174).

M. Becquerel ne pense pas que I'évaporation suffise pour fournir les quantités énormes d'électricité que contient l'air. Quant à la végétation, remarquant que les phénomènes chimiques qui se passent à la surface des parties vertes, sous l'influence du soleil, sont inverses de ceux qui ont lieu pendant la nuit, il regarde comme très probable que les plantes émettent pendant le jour de l'électricité négative, et pendant la nuit de l'électricité positive >.

Peltier, auquel sont dûs tant de travaux sur la météorologie électrique, a donné une explication toute nouvelle de l'état électrique de l'atmosphère 2. Suivant lui, l'air, par les temps sereins, ne contient pas d'électricité positive, et si les instruments en indiquent, cela vient d'une décomposition par influence produite par l'électricité de la terre, qui est naturellement chargée de fluide négatif. Les vapeurs qui s'élèvent du sol emportent de cette électricité, et forment une couche négative dans laquelle les électrométres restent en repos,

i Traité de l'électricité et du magnâisme, t. IV, p. 4 05. 2 Annale* de chimie et de physique, 3e série, t. IV, p. 385.

parce qu'ils y sont entièrement plongés. Si on les éloigne du sol, on les fait sortir de cette couche de vapeur, et les feuilles d'or indiquent du fluide positif provenant d'une décomposition par influence exercée par l'électricité négative qui se trouve au-dessous de l'instrument. Si l'on abaisse ce dernier, il s'y produit un effet inverse.

H est incontestable que le sol est chargé d'électricité négative; mais, tandis que Ton a toujours regardé cette électricité comme la conséquence de celle qui existe dans l'atmosphère, Peltier admet, au contraire, que le fluide négatif du sol lui appartient naturellement et que l'atmosphère ne contient que le fluide négatif que les vapeurs y transportent. Dans cette manière d'interpréter les phénomènes, il n'y a plus à se préoccuper de l'origine de l'électricité positive de l'air, puisqu'il n'en contiendrait pas. Mais il faut alors rechercher l'origine de l'électricité négative de la terre ; la difficulté n'est donc que déplacée. Du reste, la théorie de Peltier n'est pas établie sur des bases assez certaines pour faire admettre que l'électricité positive que l'on trouve dans l'air, par les temps sereins, n'est que le résultat d'une illusion.

M. Delarive avait d'abord cherché à rattacher l'électricité atmosphérique à la distribution de la chaleur dans l'air ; mais il a abandonné plus tard cette opinion, et il penche à admettre une électricité propre du globe, produite par les actions chimiques qui s'exercent à la surface interne de la croûte solide. Celle-ci garderait le fluide négatif, et le fluide positif, repoussé à la surface extérieure, serait transporté dans l'atmosphère par les vapeurs qui se forment à la surface ' .

On voit que l'origine de l'électricité atmosphérique, comme celle de l'électricité des nuages orageux, est encore un mystère pour la science.

Y. Aime* pilaires.

4408. Les aurores polaires, connues aussi sous le nom d' aurores boréales ou i'aurores australes, suivant qu'elles se montrent au pôle nord ou au pôle sud, sont des phénomènes lumineux très brillants, dont la nature électrique et la relation avec le magnétisme terrestre sont incontestables. Ce majestueux météore présente des aspects très variés ; il suit une marche assez constante ; • il naît, se développe, et passe successivement, avant de disparaître, par une série de phases plus ou moins brillantes.

dbscuftioh se L'AUtou POLAIBB. — Plusieurs heures avant l'apparition du météore, l'agitation de l'aiguille aimantée indique une perturbation dans l'équilibre magnétique du globe. Cette agitation ne fait qu'augmenter, comme nous l'avons vu (1255), pendant les différentes phases du phénomène; et

* Traité d'éUciriciU théorique et appliquée, par M. A. de La Rive, t. III, p. 494.

l'action magnétique qui la produit est quelquefois assez intense pour empêcher les télégraphes électriques de fonctionner régulièrement. Au moment où l'aurore boréale va se montrer, et dans la direction du méridien magnétique, on voit d'abord l'air se rembrunir et former un segment circulaire obscur d'une teinte brune ou violacée, derrière lequel les étoiles apparaissent comme à travers un brouillard. Ce segment, d'autant moins apparent que la latitude du lieu d'observation est plus élevée, paraît bientôt bordé d'un arc lumineux dont les extrémités s'appuient sur l'horizon. Cet arc augmente d'épaisseur et d'éclat ; quelquefois il est composé de parties séparées. Le point le plus élevé est à peu prés dans le méridien magnétique ; il s'en écarte ordinairement de 5 à 18° dans le sens de la déclinaison du lieu d'observation, et d'autant plus

Fig. 4 035.

que ce lieu est plus rapproché du pôle. L'éclat de l'arc est souvent comparable à celui de la pleine lune , et quelquefois visible en plein jour. La nuance est variable; elle présente souvent des teintes rouges, bleuâtres, violacées. Du reste, il parait que des observateurs éloignés voient un arc particulier, qui dépend de leur position.

Rayons. — L'arc lumineux est souvent agité pendant des heures entières par une sorte d'effervescence et par des ondulations continuelles ; puis on y distingue des stries rayonnantes, il semble mordre sur le segment obscur en certains points, d'où s'élancent normalement des bandes brillantes, ou rayons, plus vives au milieu que sur les bords, et se détachant nettement sur le ciel (fig. 1035). Ces rayons montent avec une vitesse plus ou moins rapide, comparable à celle des fusées d'artifice. Us se brisent, se multiplient , dépassent le

zénith, et finissent par envahir toute la voûte céleste en formant une coupole de feu, mobile comme les flots de la mer, et dont tous les éléments convergent vers un point situé sur le prolongement de l'aiguille d'inclinaison, en formant ce qu'on nomme la couronne. La formation de la couronne annonce la fin du phénomène : les arcs perdent leur éclat, les rayons s'affaiblissent, et tout finit par disparaître.

C'est surtout dans les zones glaciales que les aurores polaires se montrent avec toute leur magnificence. On y voit souvent l'arc lumineux monter avec plus ou moins de rapidité, tout en dardant ses rayons, et en conservant quelquefois les mêmes points de réunion avec l'horizon. Cet arc peut être suivi de plusieurs autres, qui naissent successivement, et sont séparés par des bandes sombres. Cependant le premier arc finit par dépasser le zénith, il se sépare quelquefois alors de l'horizon, et apparaît comme un immense ruban strié dans le sens transversal, et dardant des rayons vers le bas ; car le ruban se trouvant alors au sud de l'observateur, le côté par où ces rayons s'élancent parait en bas; de même que si nous passons sous un ruban horizontal garni d'une frange, qui nous paraissait d'abord au-dessus du bord uni, elle nous paraîtra audessous, si nous nous retournons de manière à toujours la voir. La bande lumineuse est animée de mouvements d'ondulation, comme un serpent qui se replie, ou comme une longue draperie agitée par le vent; elle forme les courbes les plus gracieuses, présentant quelquefois des contours fermés.

La voûte lumineuse, constituée par la couronne, quand il s'en forme une, est un effet d'illusion d'optique. Wilke a prouvé que tous les rayons sont parallèles à l'aiguille d'inclinaison, et que c'est par un effet de perspective qu'ils semblent diverger en partant de l'arc, et converger ensuite vers le centre de la couronne; de même que lorsqu'on est au milieu d'un tunnel, ses arêtes paraissent converger vers les centres des deux ouvertures. M. Morlet regarde l'arc auroral comme composé de rayons très serrés ou superposés ; en effet, quand cet arc passe au zénith, on le voit souvent coupé en ce point par un large espace obscur. On a vu quelquefois des rayons ou des bandes noires s'élever du segment obscur, et passer sur l'arc et le reste de l'aurore. D'après M. Hansteen, ces rayons sont aussi parallèles à l'aiguille d'inclinaison.

Les aurores polaires ne se présentent pas toujours avec toutes les phases que nous venons de décrire. Souvent elles ne consistent qu'en une lueur diffuse semblable à celle qui se montre à l'orient avant le lever du soleil. D'autres fois, il n'y a qu'un simple arc lumineux bordant le segment obscur et dardant à peine quelques rares rayons. Les plus belles aurores polaires perdent beaucoup à être vues dans les basses latitudes, ou plutôt à mesure qu'on s'éloigne du pôle magnétique ; alors on n'aperçoit que les extrémités des rayons, et la couronne, quand il s'en forme une. Les aurores boréales se voient rarement en Italie, tandis qu'en Amérique, à la même latitude, on en voit fréquemment, à cause de la proximité du pôle magnétique (1238).

Etendue et hauteur des aurores polaires. — L'étendue qu'occupe le

météore est quelquefois immense : le capitaine Lafond, étant dans l'hémisphère austral à la latitude de 45° et sous le méridien qui passe par le milieu de la Nouvelle-Hollande, a pu voir, le 14 juin 1831, une aurore boréale, dans la direction du nord-est. Dalton a observé plusieurs fois des aurores australes en Angleterre. Cependant, la hauteur des aurores polaires a été d'abord fort exagérée ; les anciens physiciens la portaient bien au-delà des limites de l'atmosphère. Depuis, ayant remarqué que le météore est entraîné dans le mouvement de la terre, ils ont admis qu'il avait lieu dans les régions supérieures de l'atmosphère. La hauteur de l'arc est très variable, et peut être assez petite, car on l'a vu se projeter sur des nuages et même sur des montagnes. Enfin, Parry dit avoir vu un rayon auroral frapper la terre à une petite distance de lui.

D« bruit de l'aurore polaire. — On admet généralement que, dans les hautes latitudes, l'aurore polaire est accompagnée d'un bruissement particulier, augmentant d'intensité quand les rayons s'élancent avec vivacité, et analogue à celui que produisent les aigrettes électriques. L'opinion des habitants des régions boréales est unanime à cet égard. Cependant bien des voyageurs n'ont pu entendre ce bruit. Il en a été ainsi des membres de la Commission scientifique du Nord, qui ont observé, à Bosekop, 153 aurores boréales. De plus, il résulte d'une espèce d'enquête qu'ils ont faite dans le pays, que le bruit entendu était produit soit par le vent, soit par la crépitation de la neige ; et ils ont fini même par faire partager cette opinion aux habitants.

1409. de LtxrucATiOM dis AUioiES FOLAïug.— Les aurores boréales étaient connues des anciens. Àristote et Sénéque les ont observées en philosophes, ce qui n'a pas empêché Pline d'y voir plus tard des présages funestes. Depuis, ce brillant météore n'a été qu'un sujet d'épouvante, principalement pour les populations ignorantes et superstitieuses du moyen-âge. La frayeur et l'imagination y faisaient voir des torches, des épées sanglantes, des têtes hideuses avec les cheveux hérissés. Au commencement du XVIIe siècle, les préjugés et l'ignorance commencèrent à reculer devant les lumières de la science ; et tandis que l'historien Legrain parle encore, en 1615, d'une apparition effroyable d'hommes de feu combattant avec des lances, Lamote Levoyer, témoin du même phénomène, le réfute et ramène les choses à leur juste valeur. Gassendi est un des premiers qui aient envisagé le météore en observateur éclairé, et c'est de lui qu'il a reçu le nom S aurore boréale. A partir de cette époque, on s'est occupé d'en étudier toutes les circonstances et d'en chercher l'explication. Il faudrait des volumes pour analyser tous les systèmes qui ont été proposés. D'abord, on eut recours à des exhalaisons s' élevant de la terre dans les régions polaires, et fermentant en dégageant de la lumière ; Muschenbroeck les suppose arrangées en nuées produisant de la lumière par leur rencontre ; et Lemonnier les compare à la matière de la queue des comètes. Euler suppose que les particules de l'air sont lancées par l'impulsion des rayons solaires, à une immense hauteur où elles deviennent lumineuses. D'autres ont fait intervenir la réflexion

des rayons solaires sur les glaces polaires, puis sur des parcelles de glace en suspension dans l'air; d'autres ont simplement supposé une réfraction dans ces parcelles prismatiques. Halley a imaginé un courant de fluide magnétique s'échappant de l'intérieur de la terre par le pôle boréal. De Mairan, dans son Traité de V aurore boréale, Ta attribuée à une vapeur lumineuse enveloppant le soleil et venant jusqu'à la terre, qui en emportait une portion avec elle. Cette théorie, présentée avec beaucoup d'habileté, eut un grand succès et fut généralement admise jusqu'à l'année 1740, époque à laquelle Celsius et Hiorter découvrirent l'influence des aurores boréales sur l'aiguille aimantée, influence démontrée ensuite par Àrago. Eberhart à Hall, etPaulFrisiàPise, supposèrent alors, en comparant la lumière du météore à celle de l'électricité dans le vide, que le fluide électrique jouait un rôle dans le phénomène, et c'était déjà là un grand pas de fait. Cette opinion fut adoptée par Canton, Beccaria. Wiike. Franklin, puis Dalton et Bertholon, ébauchèrent ensuite des théories de l'aurore boréale basées sur la présence de l'électricité dans l'atmosphère. Cependant Volta avança, mais comme une simple conjecture, que le météore était produit par l'inflammation du gaz des marais, que l'on venait alors de découvrir. M. Biot, qui a observé des aurores boréales aux lies Schetland, les explique par des nuages de particules ferrugineuses d'une ténuité extrême, qu'il suppose lancées par les volcans très actifs des régions polaires, et servant de conducteur à l'électricité de l'air, qui s'y propagerait en illuminant sa route. Mais, comme le fait remarquer M. Becquerel, la substance des poussières volcaniques conduit fort mal l'électricité. Suivant de Humboldt, l'aurore polaire est la résolution de l'orage magnétique qui cause l'agitation de l'.aiguille aimantée ; ce qui n'explique pas le phénomène, et ne fait que donner une indication lointaine de sa cause première.

M. Morlet énonce qu'il existe dans les hautes régions de l'air un fluide lumineux, qu'il attribue à l'électricité atmosphérique devenue lumineuse en se déplaçant dans l'air très raréfié, et repoussée par le magnétisme terrestre. Il explique l'arc auroral par la réflexion de la lumière électrique sur les facettes des particules de glace prismatiques ou pyramidales, dont les axes se trouvent convenablement orientés ».

1410. Théorie de l'aurore polaire. — Pour établir une théorie de l'aurore polaire, il faut expliquer l'accumulation de grandes quantités d'électricité au haut de l'atmosphère des régions glaciales ; faire voir comment cette électricité produit les effets lumineux qui constituent le météore, et enfin montrer comment elle peut agir sur l'aiguille aimantée.

Peltier explique de la manière suivante la grande quantité d'électricité accumulée dans l'atmosphère des régions polaires3. Les vapeurs qui s'élèvent

* Annales de chimie et de physique, 3e série, t. XXVII, p. 65.

* Archives de l'électricité, t. IV, p. 810.

entre les tropiques avec l'air dilaté, s'écoulent vers les pôles, à une certaine hauteur, emportant avec elles toute l'électricité qu'elles contiennent. A mesure qu'elles s'avancent, elles forment des nuages, et, plus prés des pôles, se condensent en particules glacées. Le courant supérieur coupe des cercles parallèles de grandeur décroissante, et la portion d'électricité non perdue en route, se trouvant resserrée dans un espace de plus en plus petit, finit par acquérir une tension considérable; l'électricité produit alors des décharges lumineuses entre les particules de glace, et d'autant plus facilement que cela se passe dans un air très raréfié. Ces décharges, qui ont lieu circulairement autour du pôle, forment l'aurore polaire.

M. A. de La Rive a formulé d'une manière plus précise et plus complète une explication analogue '. L'électricité positive des hautes régions de l'atmosphère intertropicale se rend vers les pôles en augmentant de tension, et va se joindre par l'intermédiaire des particules glacées qui flottent dans l'air, au fluide négatif de la terre, puis forme dans le sol un courant dirigé du pôle à l'équateur. Ce courant agit sur l'aiguille aimantée, et son intensité, variant avec la distribution de la chaleur dans la colonne atmosphérique (1321) , il produit les variations diurnes, comme nous le verrons plus tard. Quand il y a une grande accumulation de particules glacées, on aperçoit un nuage sombre, qui n'est autre chose que le segment obscur; puis des décharges lumineuses qui forment les rayons auroraux. Alors l'aiguille aimantée est agitée par ces décharges, pendant lesquelles le courant terrestre éprouve nécessairement des variations brusques d'intensité, en donnant lieu à ce qu'on a appelé un orage magnétique. Les particules « glacées sont surtout abondantes quand le soleil se trouve dans l'hémisphère opposé au pôle considéré ; aussi a-t-on remarqué que c'est principalement dans la saison froide, que les aurores polaires sont fréquentes ; elles se produisent alors presque tous les jours, et remplacent, par la clarté qu'elles répandent, la lumière absente du soleil. A l'appui de cette explication, nous ajouterons que Wrangel a vu des cercles lumineux autour de la lune quand les rayons auroraux s'élançaient dans sa direction, et nous verrons, dans l'optique, que ces cercles supposent l'existence de particules de glace. D'autres fois, on a vu des cirrus nombreux aux endroits où des lueurs aurorales avaient apparu, et même on les a vu se grouper comme les rayons d'une aurore polaire.

Enfin, pour expliquer la forme de l'aurore polaire et sa relation de position avec le pôle magnétiaue de la terre, M. A. de La Rive fait l'expérience qui suit 2. Il prend un ballon à deux tubulures ; l'une est munie d'un robinet r (fig. 1036), par lequel on peut extraire l'air; l'autre a laisse passer un cylindre en fer doux f, dont une des bases arrive au centre du ballon, tandis

1 Annales de chimie et de physique, 3e série, t. XXV, p. 310.

*Ann. dech. et de ph.y 3e série, t. XXV, "p. 318, et Bibl de Genève (Arch. des se), t. XXIV, p. 337.

SOURCES D ELECTRICITE

couche épaisse de gomme laque, excepté sur ses

bases, est entouré d'un anneau en cuivre qui en

est séparé par la gomme laque , et se trouve tout

près de la tubulure, en dedans du ballon . Une tige

métallique t, fixée à l'anneau , et isolée du cylindre

de fer, traverse la tubulure et sort au dehors.

Si , après avoir extrait l'air du ballon , on * fait

communiquer cette tige avec une machine électrique

et le cylindre de fer avec le sol, on voit une

gerbe lumineuse irrégulière qui va de l'extrémité

du cylindre à l'anneau. Mais si le fer doux est

aimanté par l'influence d'un fort aimant qu'on en

approche très près en o, la lumière électrique jaillit

seulement du contour de la base du cylindre de fer,

en formant un cercle lumineux d'où partent des jets qui tournent autour du

cylindre, soit dans un sens, soit dans l'autre, suivant le sens de l'aimantation

et la direction que suit le fluide positif.

Ces résultats peuvent servir à faire concevoir la forme qu'affecte la lumière de l'aurore polaire, et la position de ses rayons par rapport au pôle magnétique du globe et à la direction de l'aiguille d'inclinaison. On peut donc dire aujourd'hui que la science est sur la voie de l'explication, au moins dans son ensemble, du phénomène de l'aurore polaire.

Fig. 4 036.