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L’École normale de l’an III. Vol. 3, Leçons de physique, de chimie, d’histoire naturelle

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Étienne Guyon

Leçons de physique d'Haüy

Quinzième leçon

26 floréal/15 mai

Texte intégral

1L’aimant a été regardé pendant longtemps comme une simple pierre, qui avait la propriété d’attirer le fer ; et la trace de cette opinion s’est conservée dans le langage vulgaire, qui désigne encore par le nom de pierre d’aimant la mine de fer naturellement pourvue de la propriété dont il s’agit. On aura jugé de sa substance par les particules pierreuses dont elle est souvent mêlée et qui lui sont purement accidentelles.

2Les anciens ont connu la vertu attractive que l’aimant exerce sur le fer : ils avaient même remarqué qu’il communiquait au fer la vertu d’attirer un autre fer. Mais quoique l’aimant, par cette sympathie qu’il semblait montrer pour le fer, dût être une de ces espèces de jouets que la curiosité se plaît à exercer, et qu’elle retourne de toutes les manières, la plus belle et la plus importante des propriétés de ce minéral, celle qui lui fait regarder le Nord par une de ses extrémités, a longtemps échappé à l’observation. Il paraît que c’est vers le xiie siècle qu’a été faite cette découverte, dont plusieurs nations se disputent l’honneur.

3Les recherches des savants, pour communiquer aux aiguilles de boussole la plus grande vertu possible, leur ont procuré de nouvelles connaissances sur l’action des corps magnétiques, et à la suite des faits sont venues les théories à l’aide desquelles on a cherché à les expliquer. Les tourbillons de Descartes avaient tellement séduit les esprits, que l’on essaya d’en mettre partout. On en donna aux corps électriques. L’aimant eut aussi les siens. On imagina ensuite de simples effluves de matière magnétique, dont les molécules s’accrochaient les unes aux autres, ou prenaient un mouvement de recul, suivant la manière dont les effluves de deux aimants se rencontraient. Il y avait dans le fer des espèces de petits poils qui faisaient fonction de valvules, pour permettre au fluide de passer dans un sens, et lui refuser le passage, quand il se présentait en sens contraire. Telle était l’opinion de Dufay, et ce physicien célèbre qui avait si bien vu le principe des mouvements électriques, lorsqu’il en vint au magnétisme, ne donna qu’une machine de son invention, au lieu du mécanisme de la nature.

  • 1 Sur les recherches d’Aepinus et sur l’histoire du magnétisme jusqu’à Aepinus, voir R. W. Home, Aep (...)
  • 2 Voir treizième leçon, note 192.

4Aepinus est le premier, qui, pour expliquer les phénomènes du magnétisme, ait employé de simples forces soumises au calcul1. Ce fut en tenant une tourmaline qu’il conçut l’idée qui a servi de base à sa théorie. Il venait de découvrir que les effets de cette pierre étaient dus à l’électricité, et avait remarqué qu’elle repoussait par un côté et attirait par l’autre un petit corps électrisé. Il donna à ces deux côtés le nom de pôles, et ce mot qui aurait pu ne passer que pour une expression plus commode, devint dans son esprit le véritable mot. Il vit dans la tourmaline une espèce de petit aimant électrique, et comparant les phénomènes des vrais aimants avec ceux des corps idio-électriques2, il trouva que les actions des deux fluides pouvaient être ramenées aux mêmes lois, et joignit ainsi au mérite d’avoir perfectionné la théorie de l’électricité, et créé, pour ainsi dire, la théorie du magnétisme, celle d’attacher à un même anneau ces deux grandes portions de la chaîne de nos connaissances.

5Aepinus n’avait pu tout faire. Le citoyen Coulomb en reprenant de ses mains la première théorie, pour lui donner un nouveau développement, avait par là même contracté une espèce d’engagement de perfectionner encore la seconde, et l’exposé que nous ferons bientôt de ses résultats prouvera qu’il s’est acquitté.

6Nous allons d’abord présenter les principes généraux de la théorie, et après en avoir fait l’application aux différentes expériences que l’on peut faire sur les aimants, nous exposerons les connaissances les plus probables auxquelles on est parvenu jusqu’ici sur le magnétisme du globe terrestre.

7Tandis que le fluide électrique exerce son action sur tous les corps connus, on ne trouve que le fer seul qui obéisse au fluide magnétique. Cette différence en indique une dans la nature des deux fluides, qui se ressemblent seulement par leur manière d’agir.

  • 3 Les travaux de Coulomb sur le magnétisme furent publiés dans ses « Recherches sur la meilleure man (...)

8La correspondance entre les deux théories nous conduit à concevoir aussi le fluide magnétique comme composé de deux fluides particuliers, combinés entre eux dans le fer qui ne donne aucun signe de magnétisme, et dégagés dans le fer qui a passé à l’état d’aimant. Les molécules de chaque fluide se repoussent de même les unes les autres et attirent celles de l’autre fluide, et Coulomb a prouvé que ces différentes actions suivaient la raison inverse du carré de la distance3.

  • 4 Coulomb, s’appuyant en particulier sur l’expérience de l’aimant coupé, pensait que les deux fluide (...)

9Tout le fluide naturel d’un corps magnétique, même après sa décomposition, reste dans l’intérieur de ce corps, et sous ce rapport les aimants peuvent être assimilés aux corps idio-électriques. Les deux fluides dégagés de la combinaison se portent par des mouvements contraires vers les extrémités de l’aimant, d’où ils exercent des actions analogues à celles de l’électricité vitrée et de l’électricité résineuse4. Ce qu’il y a de plus naturel, pour distinguer ces deux fluides par le langage, est d’emprunter leurs noms de ceux des pôles de l’aimant, en appelant l’un fluide boréal, et l’autre fluide austral.

  • 5 Une certaine confusion règne dans les ouvrages de l’époque à propos de cette définition purement c (...)

10Mais il se présente ici une observation, qui nous paraît intéressante, sur la manière de dénommer les pôles eux-mêmes. Suivant l’acception commune, le pôle boréal d’un aimant est celui qui est tourné vers le Nord, et le pôle austral celui qui regarde le Midi. Mais nous verrons dans la suite que le globe terrestre fait la fonction d’un véritable aimant. On sait de plus que deux aimants se repoussent par les pôles de même nom, et s’attirent par les pôles de différents noms. Il en résulte que dans une aiguille aimantée, l’extrémité qui est tournée vers le Nord est dans l’état contraire à celui du pôle de notre globe situé dans la partie du Nord, et comme ce dernier pôle doit être le véritable pôle Nord relativement au magnétisme, ainsi qu’il l’est à l’égard des quatre points cardinaux, il paraît plus convenable de donner le nom de pôle austral, à l’extrémité de l’aiguille, qui est tournée vers le Nord, et celui de pôle boréal à l’extrémité opposée5. Nous adopterons, en conséquence, ces dénominations, qui sont déjà usitées en Angleterre ; et par une suite nécessaire, nous nommerons fluide austral celui qui [réside dans] la partie de l’aiguille la plus voisine du Nord, et fluide boréal celui qui réside dans la partie située vers le Midi.

11Il en est du magnétisme comme il en serait de l’électricité, s’il n’existait dans la nature que des corps parfaitement idio-électriques. Chaque aimant n’a jamais que sa quantité naturelle de fluide, qui est constante ; en sorte qu’il ne peut ni recevoir d’ailleurs une quantité de fluide additionnel, ni céder de celui qu’il possède par sa nature, et que le passage à l’état de magnétisme dépend uniquement du dégagement des deux fluides qui composent le fluide naturel, et de leur transport vers les parties opposées du fer.

  • 6 Cf. « Septième mémoire sur l’électricité et le magnétisme », Mémoires de l’Académie royale des sci (...)

12Plus ce métal est dur, et plus les deux fluides éprouvent de difficulté à se mouvoir dans ses pores, et en général cette difficulté est toujours considérable et supérieure de beaucoup à la résistance que les corps même les plus parfaitement idio-électriques opposent au mouvement interne des fluides dégagés de leur fluide naturel. Coulomb compare cette résistance au frottement, et lui donne le nom de force coercitive6.

  • 7 10 lignes = environ 3 cm ; 25 pouces = 68 cm.

13Dans la détermination de la loi suivant laquelle s’exercent les actions électriques à raison de la distance, on s’était servi de corps sphériques, animés chacun d’une seule espèce d’électricité, et dont on pouvait par conséquent supposer que les forces agissaient du centre. Mais pour les expériences magnétiques dirigées vers un but semblable, on ne pouvait employer que des corps dont les deux parties fussent sollicitées par des forces contraires ; et en choisissant, ainsi que l’a fait Coulomb, de longues aiguilles aimantées, il fallait avant tout déterminer le centre d’action de chaque moitié de l’aiguille, c’est-à-dire le point tellement situé que si toutes les molécules qui appartiennent à cette moitié se trouvaient réunies dans ce même point, leur action totale serait la même, sur un corps magnétique placé à une certaine distance, que quand elles sont disséminées dans les pores de l’aimant. Or l’expérience a prouvé que les centres d’action étaient à une petite distance des extrémités. Par exemple, cette distance n’était que de deux lignes dans un fil d’acier de 25 pouces de longueur7. On peut observer, d’une manière générale, cette proximité des centres d’action à l’égard des extrémités d’un barreau aimanté, en tenant ce barreau dans une position verticale, vis-à-vis d’une aiguille suspendue librement, et en le faisant monter et descendre, de manière que les différents points de sa longueur se présentent successivement à l’aiguille ; on remarquera dans cette aiguille une tendance sensible vers un certain point du barreau, qui sera peu éloigné de l’extrémité située du même côté.

14Les expériences qui avaient conduit à ces résultats étaient faites de manière qu’en y appliquant le calcul, et en supposant les actions magnétiques en raison inverse du carré de la distance, on trouvait que les centres d’action devaient avoir précisément les positions observées. Mais Coulomb ne s’en tint pas là ; et en partant des positions des centres d’actions, considérées seulement comme des résultats d’expérience, il se proposa de démontrer directement la loi dont il s’agit.

  • 8 Le plan méridien magnétique considéré est celui qui passe par le centre de la petite aiguille hori (...)
  • 9 Cette méthode de la mesure de la durée des petites oscillations d’une boussole était utilisée pour (...)

15Il y parvint par deux méthodes différentes ; la première consistait à faire osciller une aiguille aimantée d’un pouce de longueur, vis-à-vis d’un des centres d’action d’un fil d’acier long de 25 pouces. Ce fil était placé verticalement dans le plan du cercle qu’on appelle méridien magnétique, et que nous ferons connaître plus particulièrement dans la suite8. Il suffit de dire pour le présent que ce cercle coïncide avec la direction que prend naturellement une aiguille aimantée librement suspendue. Avant l’expérience, Coulomb avait reconnu que l’aiguille abandonnée aux seules forces qui tendent à la maintenir dans son méridien magnétique, ou à l’y ramener lorsqu’elle en a été écartée, faisait quinze oscillations en 60 secondes. Or il en est ici de cette aiguille comme d’un pendule qui oscille en vertu d’une certaine force. On prouve que cette force est proportionnelle au carré du nombre d’oscillations faites pendant un temps donné, que l’on prend pour l’unité de temps9.

  • 10 Le magnétisme « naturel » est le magnétisme terrestre.

16Cela posé, Coulomb fit osciller l’aiguille successivement à différentes distances du centre d’action inférieur du fil d’acier dont on a parlé, en écartant chaque fois ce fil d’une quantité déterminée, et en le maintenant toujours dans le plan du méridien magnétique. Comme les deux actions du pôle inférieur de ce fil pour ramener l’aiguille à la position où elle n’avait aucun mouvement étaient conspirantes à l’égard des deux pôles de l’aiguille, ainsi que nous le verrons dans la suite, et que cette aiguille était d’ailleurs fort courte, on pouvait, sans erreur sensible, considérer le milieu de l’aiguille comme la distance moyenne entre celles auxquelles les deux actions s’exerçaient sur l’aiguille ; et c’était relativement à cette distance qu’il s’agissait d’estimer la force du fil en présence duquel l’aiguille oscillait. À chaque essai, Coulomb prenait le carré du nombre d’oscillations faites en 60 secondes ; et retranchant de ce carré celui de quinze, qui donnait la mesure de l’action produite par le magnétisme naturel qui sollicite l’aiguille10, il avait pour différence l’action due au fil d’acier. Or l’observation faisait voir, que cette dernière action, à mesure qu’on éloignait davantage le fil d’acier à l’égard de l’aiguille, suivait la raison inverse du carré de la distance.

17Cependant le nombre d’oscillations faites en 60 secondes ne donnait pas toujours exactement la quantité de l’action exercée par le fil d’acier. Cette exactitude n’avait lieu sensiblement, qu’autant que l’aiguille était à des distances assez petites du fil d’acier pour permettre de négliger la force du pôle supérieur de ce fil, qui alors était dirigée suivant une ligne peu éloignée de la verticale, et qui d’ailleurs agissait de beaucoup plus loin que le pôle inférieur. Mais lorsque l’aiguille était plus écartée du fil d’acier, alors la partie de la décomposition de cette force qui était dans le sens horizontal, le même que celui suivant lequel agissait le pôle inférieur, devenait plus appréciable par rapport à la force de ce même pôle ; et aussi n’était-ce qu’en faisant la petite correction qu’elle exigeait que l’on parvenait à représenter la loi cherchée avec toute la précision convenable.

  • 11 Dans cette deuxième méthode (« Second mémoire sur l’électricité et le magnétisme »), la force magn (...)

18L’autre méthode était analogue à celle que Coulomb avait employée relativement à l’électricité. Il faisait de la balance électrique une balance magnétique, en remplaçant par une longue aiguille aimantée le levier suspendu au fer métallique11, et en substituant à la balle de cuivre une semblable aiguille placée verticalement sur le méridien magnétique. Telle était la disposition respective des deux aiguilles que quand celle qui était mobile allait toucher l’autre, en conservant sa position horizontale, le contact se faisait par un des centres d’action de la première, et le centre inférieur de la seconde.

19La tendance naturelle de l’aiguille à revenir dans son méridien magnétique était encore ici une action particulière qui se composait avec les actions réciproques des deux aiguilles ; actions dont il s’agissait de trouver le vrai rapport, en les démêlant de cette combinaison. Pour y parvenir, Coulomb compara d’abord la première force toute seule avec la force de torsion, et il trouva que si l’on tordait le fil métallique qui portait l’aiguille mobile, d’abord sous un angle de 36 degrés, l’aiguille s’écartait de un degré de son méridien magnétique, et qu’ensuite si l’on tordait le fil sous des angles qui fussent successivement doubles, triples, quadruples, etc., de 36 degrés, l’aiguille allait se placer à 2 degrés, 3 degrés, 4 degrés, etc. de son méridien magnétique ; et ainsi en retranchant de chaque torsion imprimée le nombre de degrés qui donnait la distance de l’aiguille au méridien, c’est-à-dire la quantité dont le fil s’était détordu, en vertu du mouvement de l’aiguille, on trouvait que la force de l’aiguille pour réagir contre chaque torsion équivalait à autant de fois 35 degrés de torsion, que l’arc qui mesurait la distance de l’aiguille au méridien renfermait de degrés.

  • 12 Dans cette expérience, il faut, comme faisait Coulomb, procéder à l’inverse. L’aiguille horizontal (...)

20Cela posé, pour rendre plus sensible le procédé de Coulomb, nous allons faire le récit d’une de ses expériences. L’aiguille fixe étant dans son méridien magnétique, et le pôle inférieur de cette aiguille étant le pôle Sud, Coulomb met en contact avec ce pôle celui de même nom dans l’aiguille mobile, et cela de manière que le fil métallique n’ait aucune torsion12. A l’instant l’aiguille fixe repousse l’aiguille mobile à une distance de 24 degrés (fig. 34, p. 220).

21Or, la tendance à retourner au méridien agit en sens contraire du mouvement que vient de faire l’aiguille mobile, et par conséquent elle diminue d’autant la véritable répulsion, ou celle qui aurait lieu, si cette tendance était nulle ; c’est-à-dire que celle-ci remplace la force de torsion qu’il faudrait ajouter à celle de 24 degrés, pour maintenir l’aiguille à la même distance, en vertu de la seule répulsion. Mais lorsque l’aiguille est à 24 degrés du méridien, la torsion qui mesure sa tendance à y retourner est égale à 35 fois 24 degrés, qui font 840 degrés. Donc la répulsion qu’il s’agissait d’estimer équivaut à une torsion de 840 degrés, plus 24 degrés, ou de 864 degrés.

  • 13 Si la torsion était produite par un mouvement imprimé immédiatement à l’aiguille mobile, il est év (...)

22Les choses étant dans cet état, Coulomb donne au fil métallique une nouvelle torsion égale à trois circonférences de cercle, en sens contraire du mouvement de 24 degrés qu’avait déjà fait l’aiguille suspendue au fil, et alors cette aiguille se rapproche à 17 degrés de l’aiguille fixe. Or, trois fois 360 degrés font 1 080 degrés ; et puisque cette torsion n’est qu’une continuation de celle qui existait déjà13, et qui se trouve réduite à 17 degrés, on aura 1 097 degrés pour la torsion qui mesure la force répulsive mutuelle des deux aiguilles, moins la tendance à retourner au méridien. Mais cette tendance équivaut à une force de torsion de 17 fois 35 degrés, ou de 595 degrés ; donc si l’on ajoute 595 degrés à 1 097, la somme de 1 692 degrés donnera la torsion qui fait équilibre à la répulsion qu’il fallait évaluer.

  • 14 Le rapport des forces de torsion qui contrebalancent l’interaction magnétique entre les pôles est (...)

23Il suit de là que les deux répulsions sont entre elles comme 864 à 1 692, c’est-à-dire, dans un rapport qui approche beaucoup de celui de 1 à 2. Mais les distances correspondantes étaient 24 et 17, dont les carrés 576 et 289 approchent beaucoup du rapport de 2 à 1 ; d’où l’on voit que les répulsions magnétiques suivent la raison inverse du carré des distances14. Différents essais ont confirmé ce résultat, qui s’applique de même aux attractions.

  • 15 C. Coulomb, « Septième mémoire sur l’électricité et le magnétisme », art. cité.

24Nous reviendrons dans la suite sur d’autres résultats non moins intéressants auxquels est parvenu le citoyen Coulomb. Mais en attendant nous exposerons celui qui concerne la manière dont le fluide magnétique est distribué dans l’intérieur d’un barreau ou d’un fil d’acier aimanté15. Coulomb a présenté à l’un de ces fils une petite aiguille d’acier, pareillement aimantée et très mobile autour de son centre, de manière qu’en élevant et en abaissant le fil d’acier dans le sens vertical, il faisait correspondre l’aiguille successivement à différents points de la hauteur de ce fil. Dans chaque position, il laissait osciller l’aiguille ; et en comptant le nombre d’oscillations qu’elle donnait dans une minute, il jugeait de la force magnétique du point correspondant sur le fil d’acier, cette force étant proportionnelle, ainsi que nous l’avons dit, au carré du nombre d’oscillations, pendant l’unité de temps. Il a trouvé que les densités magnétiques décroissaient rapidement de part et d’autre, depuis les extrémités ; en sorte que sur un fil de 27 pouces de longueur, elles étaient presque nulles depuis le cinquième pouce jusqu’au milieu. Cette distribution est analogue à celle du fluide électrique autour d’un conducteur cylindrique, et plus spécialement à celle qui a lieu dans les corps idio-électriques qui acquièrent leur vertu par la chaleur, tels que les tourmalines. La position des centres magnétiques à une petite distance des extrémités d’un barreau aimanté, est une suite nécessaire de la même distribution.

25Passons à l’explication des phénomènes que présentent les aimants en vertu de leurs actions mutuelles. Ces phénomènes dépendent, ainsi que les phénomènes électriques, des actions simultanées de quatre forces, savoir deux attractions et deux répulsions, lesquelles sont toutes égales dans l’état naturel.

26Deux aimants situés l’un vis-à-vis de l’autre sont exactement dans le même cas que deux corps idio-électriques, qui n’ont que leur fluide naturel, lequel est décomposé à l’intérieur. En appliquant ici le même raisonnement que nous avons fait relativement à ces derniers corps, on conclura que si les aimants se regardent par leurs pôles Nord ou par leurs pôles Sud, il doit y avoir répulsion ; et qu’au contraire si le pôle Nord de l’un regarde le pôle Sud de l’autre, les aimants doivent s’attirer.

27Si l’on place un barreau de fer non aimanté dans la sphère d’activité d’un aimant, on concevra, en appliquant encore ici ce que nous avons dit d’un corps à l’état naturel que l’on présente à un corps électrisé, que le barreau doit acquérir lui-même la vertu magnétique ; en sorte que les pôles les plus voisins seront ceux de noms différents, et que les deux aimants s’attireront.

28Le barreau qui a reçu le magnétisme, agit à son tour sur l’aimant qui le lui a communiqué, en décomposant une nouvelle portion du fluide naturel de cet aimant, dont une partie est attirée vers le pôle le plus voisin du barreau, et l’autre repoussée vers le pôle opposé. La même chose arrive, à plus forte raison, lorsqu’on fait prendre le magnétisme à un barreau par le contact immédiat d’un autre barreau déjà aimanté : il en résulte une espèce de paradoxe très embarrassant pour les physiciens qui admettaient des tourbillons ou des effluves magnétiques ; c’est qu’un aimant pouvait devenir plus fort lorsqu’il paraissait avoir cédé une partie du fluide dans lequel résidait sa force. Au reste, ce surcroît de vertu acquis par l’aimant n’est bien sensible qu’autant que la force coercitive de cet aimant n’est pas très considérable.

29Réaumur a observé le premier, avec surprise, qu’un aimant qui avait à peine la force nécessaire pour soutenir un morceau de fer d’un poids déterminé l’enlevait plus aisément lorsqu’on plaçait ce fer sur une enclume. Cet effet s’explique de soi-même dans la théorie que nous avons adoptée. Le fer ne peut être en contact avec l’aimant sans devenir aimant lui-même ; dès lors il agit de son côté sur l’enclume pour l’aimanter aussi, et l’enclume à son tour réagit sur lui, pour augmenter la quantité de fluide libre, dans chacun de ses pôles, c’est-à-dire, qu’elle le rend plus attirable qu’il ne le serait sans elle.

30Voici un autre résultat qui, tout élémentaire qu’il est aujourd’hui pour ceux qui connaissent tant soit peu la théorie de l’aimant, en offre une preuve si parlante qu’il mérite par cela seul d’être cité. On a deux barreaux aimantés, à peu près d’égale force, et l’on présente tour à tour à chacun d’eux une clef qu’il soit capable d’enlever ; ce qui a lieu, quel que soit le pôle que l’on mette en contact avec la clef. On dispose ensuite un des barreaux sur une table, de manière qu’il la dépasse assez pour que la clef y reste suspendue. On pose alors l’autre barreau sur celui auquel la clef est adhérente, en faisant correspondre du même côté les pôles de différents noms ; à l’instant la clef tombe, parce que l’action que le pôle en contact avec elle exerce pour attirer à lui le fluide hétérogène de cette clef, est presque détruite par l’action répulsive du second barreau ; d’où l’on voit que l’explication du fait suppose nécessairement ce principe que le fer mis en contact avec un aimant devient aimant lui-même. On conçoit aussi la raison de l’espèce de surprise que cet effet occasionne, lorsque l’esprit n’est pas en garde contre le paradoxe qui se présente à l’œil, et qui consiste en ce qu’une force est détruite par l’addition d’une autre force, qui, employée seule, produit en apparence un effet tout semblable.

31Mais cette théorie à l’aide de laquelle on rendait facilement raison de tant de résultats singuliers, qui réduisaient au silence les autres théories, semblait à son tour être mise en défaut par le fait que nous allons exposer. L’observation prouve qu’un barreau d’acier aimanté convenablement a ses deux moitiés animées de forces égales et contraires, en sorte que tous les points de la surface d’une même moitié attirent constamment un des pôles d’une aiguille qu’on leur présente successivement, et que tous ceux de l’autre moitié repoussent ce même pôle. Coupez le barreau vers l’une de ses extrémités, de manière à en détacher une portion qui ait si peu de longueur que vous voudrez ; et à l’instant, cette portion deviendra elle-même un aimant complet, qui aura encore ses deux moitiés sollicitées par des forces égales et contraires. D’où peut provenir ce double magnétisme dont se trouve pourvu, tout à coup, par une sorte de création, ce segment qui était auparavant tout entier [dans] un état unique, semblable à celui de la partie dont il a été séparé ?

32Aepinus n’a pas été aussi heureux qu’à son ordinaire dans la solution qu’il a essayé de donner de cette difficulté. Il était réservé à Coulomb de la faire disparaître, d’après une idée très plausible, qui consiste à admettre que dans une aiguille magnétique, que nous supposerons être extrêmement déliée pour une plus grande simplicité, chaque molécule intégrante est elle-même un petit aimant, qui a son pôle Nord et son pôle Sud, égaux en force l’un à l’autre. Tous ces aimants sont rangés à la file, le long de l’aiguille, de manière que le pôle Nord de l’un est contigu au pôle Sud de l’autre, ou réciproquement. Il en résulte d’abord que la série de tous ces pôles qui se succèdent l’un à l’autre, a nécessairement un pôle Nord pour l’un de ses extrêmes et un pôle Sud pour l’extrême opposé.

33Dans l’une des moitiés que nous supposerons être celle qui se tourne vers le Sud, lorsque l’aiguille est libre, le pôle boréal de chaque molécule est plus fort que le pôle boréal de la molécule précédente ; en sorte que la force du pôle boréal peut être considérée comme étant composée de deux forces dont l’une est équilibrée et détruite par la force australe voisine, et l’autre qui dépasse le point de l’équilibre exerce seule son effet. Mais cette différence va en diminuant vers le milieu de l’aiguille, où elle devient nulle. La même chose a lieu en sens contraire dans la moitié de l’aiguille qui regarde le Nord. La quantité de force qui est en excès dans chaque molécule appartient au pôle austral ; et cet excès, en partant de l’égalité avec celui qui lui correspond dans la première moitié, diminue selon la même loi, et devient pareillement nul dans le point du milieu.

34Pour rendre cette explication plus sensible, supposons que le tableau suivant représente la série des pôles, la lettre a désignant le pôle austral, et la lettre b le pôle boréal de chaque molécule ; et indiquons les densités magnétiques ou les forces des différents pôles par des nombres que nous placerons au-dessus des lettres correspondantes.

35La moitié de la série, qui est placée à droite, représentera celle de l’aiguille dans laquelle réside ce que nous appelons le pôle boréal. Les forces absolues des pôles de la première molécule seront égales chacune à 12 ; celles des pôles de la seconde seront égales à 20, etc. La force boréale de la première molécule subsistera toute entière. Mais la force australe sera équilibrée par 12 degrés de force boréale faisant partie de la force 20 du pôle boréal de la seconde molécule, et ainsi il restera 8 degrés de force boréale pour le point de contact entre les deux molécules. En continuant le même raisonnement par rapport à toutes les autres molécules, on concevra aisément que l’état de l’aiguille se réduit à celui qui est représenté par le second tableau placé ci-après, dans lequel toutes les forces de la moitié à droite sont boréales et les lettres qui les désignent portent les nombres égaux aux différences entre les forces des pôles contigus, tandis que les forces de la moitié à gauche sont toutes australes, et ont leurs nombres correspondants égaux aux différences qui existent de même entre les forces des pôles voisins :

36Or, il est visible que l’aimant agit dans ce cas comme ayant ses deux moitiés animées de forces égales et contraires.

37Maintenant si l’on détache une portion de l’aimant, par exemple celle qui est composée des trois aimants partiels qui terminent la moitié située de droite, et qui sont représentés par les caractères suivants :
24, 24, 20, 20, 12, 12.
a, b, a, b, a, b.

38On aura encore un pôle Nord à une extrémité, et un pôle Sud à l’extrémité opposée ; et les forces de ces deux pôles qui n’étaient pas égales au moment de la séparation, le deviendront ensuite, par la nouvelle distribution qui se fera du fluide dans l’intérieur du petit aimant, et d’où résultera la même conformité que dans l’aimant entier, entre les densités des points semblablement situés de part et d’autre.

39On peut entrevoir, à l’aide du seul raisonnement, que la force, par exemple du premier pôle à gauche, qui est 24 au moment de la séparation, doit diminuer aussitôt après. Car si nous considérons les actions qu’exerçaient sur le fluide austral de ce pôle les différentes quantités de fluide, soit boréal, soit austral, qui étaient situées de part et d’autre du même pôle, nous trouverons d’abord que la somme 25, 25, 24, 20, 12, des quantités de fluide boréal des cinq molécules situées à la gauche du pôle dont il s’agit, étant égale à celle des quantités de fluide austral, et chaque quantité égale de fluide boréal agissant de plus près que la quantité égale de fluide austral renfermée dans la même molécule, l’attraction l’emportait sur la répulsion.

40D’une autre part, il est aisé de concevoir que la somme 24, 20, 12, des quantités de fluide boréal situées à la droite du même pôle, étant plus forte que la somme 20, 12, des quantités de fluide austral, et les premières agissant d’ailleurs à de moindres distances, l’attraction l’emporte encore ici sur la répulsion ; en sorte que dans l’aimant complet, il fallait que l’excès de cette seconde attraction fût précisément égal à l’excès de la première qui agissait en sens contraire, puisque le fluide du pôle que nous considérons était en équilibre.

41Maintenant si l’on suppose que la partie de l’aimant représentée sur le troisième tableau, soit séparée du reste, il est évident que le pôle austral, qui termine ce petit aimant vers la gauche, se trouvant soustrait à la force attractive des molécules qui compose le reste de l’aimant, l’attraction en sens contraire qui était balancée par la précédente agira efficacement sur le fluide du même pôle, dont une partie ira se réunir au fluide du pôle boréal de la même molécule ; ce qui tend à diminuer la quantité de fluide libre renfermé dans le pôle austral que nous venons de considérer, et à rapprocher ce pôle de l’égalité avec celui qui est situé à l’autre extrémité du petit aimant.

  • 16 Ibid., § XXX-XXXI.

42Coulomb a fait, à l’appui de son hypothèse, diverses expériences dont on peut lire les résultats dans les mémoires de l’Académie16. Nous avons vu que les tourmalines offraient un phénomène semblable ; et il est effectivement naturel de penser que les molécules intégrantes des corps, soit magnétiques, soit électriques, étant de petits cristaux complets, qui ont des formes similaires, et qui sont disposés symétriquement dans le corps entier, chacune d’elles doit aussi subir complètement la double action de l’électricité ou du magnétisme, pour mettre ses deux moitiés dans deux états différents, en sorte que la distinction de ces mêmes états, relativement au corps entier, n’est qu’une suite de ce qui a lieu pour chaque molécule. L’effet de l’ensemble s’assimile à celui des parties composantes.

43Nous placerons ici quelques détails sur les armures des aimants, et sur la communication du magnétisme.

44Les armures sont des lames de fer mou que l’on applique contre les aimants aux endroits des pôles, et qui contribuent soit à en conserver la vertu, soit même à l’augmenter. Avant d’armer un aimant, on le taille en parallélépipède rectangle, de manière que si l’on conçoit un plan qui passe à égale distance de deux faces opposées, parallèlement à ces mêmes faces, les deux moitiés interceptées par ce plan, seront dans deux états différents de magnétisme, comme celles d’un barreau aimanté. Chaque armure a la forme d’une équerre, dont une des branches qui est plus longue que l’autre, et que l’on nomme la jambe de l’armure, s’applique contre une des faces dont nous venons de parler ; et l’autre branche qui est le pied de l’armure, s’applique contre la face adjacente, que l’on peut considérer comme la base du parallélépipède (fig. 35, p. 220). L’armure ne recouvre cette base que sur un espace de quelques lignes de longueur.

45Analysons maintenant l’effet de l’armure qui répond au pôle Nord de l’aimant. La force de ce pôle agit pour décomposer le fluide naturel de l’armure ; elle attire le fluide austral dans les parties de l’épaisseur de l’armure, les plus voisines de l’aimant, et repousse le fluide boréal dans les parties les plus éloignées ; et comme elle agit beaucoup plus efficacement sur la jambe, le fluide austral se portera de préférence dans l’épaisseur de celle-ci, et le fluide boréal sera refoulé en grande partie dans le pied, tant par l’action de l’aimant que par la force répulsive mutuelle de ses propres molécules.

46Le pied de l’armure acquerra donc l’espèce de magnétisme qui existe dans la partie correspondante de l’aimant, c’est-à-dire le magnétisme boréal. On prouvera par un raisonnement semblable que les effets contraires ont lieu relativement à l’autre armure.

47Or, la jambe agit à son tour, par son magnétisme austral, sur le pôle boréal de l’aimant, pour y attirer de nouveau fluide, et cet effet n’est que faiblement balancé par l’action opposée du pied de l’armure, qui est à une plus grande distance. Par une suite nécessaire, le pied acquerra un surcroît de force ; et c’est en général de cette combinaison d’actions réciproques que dépend l’avantage qu’ont les armures d’ajouter un nouveau degré d’activité à la force que les aimants ont reçue de la nature.

48La jambe de l’armure doit être d’une certaine épaisseur, que l’on ne pourrait ni diminuer ni augmenter sans inconvénients. Car si elle se trouvait tellement mince que le pôle adjacent de l’aimant fût capable d’y attirer une nouvelle quantité de fluide, dans le cas où elle serait plus épaisse, elle ne produirait pas tout son effet. D’une autre part, si son épaisseur excédait de beaucoup la limite jusqu’à laquelle peut s’étendre le fluide attiré par le pôle voisin, l’autre fluide repoussé par le même pôle, passant en partie dans le reste de l’épaisseur, y produirait un magnétisme semblable à celui du premier pôle, et dont la réaction sur ce pôle, s’opposerait à l’effet principal. Il y a donc un certain degré d’épaisseur, qui donne, relativement à la jambe de l’armure, le maximum de magnétisme contraire à celui du pôle adjacent, et pour le pied le maximum de magnétisme semblable à celui du même pôle. L’artiste qui veut diriger la construction de l’armure vers la plus grande perfection de l’aimant doit chercher ce degré auquel on ne peut parvenir que par le tâtonnement.

49Avant de passer à ce qui concerne la communication du magnétisme, nous rappellerons ce que nous avons déjà dit de la différence qu’apporte en général dans le mouvement interne du fluide le plus ou moins de dureté du fer. L’acier ne se prête à ce mouvement qu’avec beaucoup de difficulté ; mais aussi dès qu’une fois les deux fluides composants ont franchi les obstacles qui tendaient à les empêcher de se distribuer dans les deux moitiés d’un barreau d’acier, la même difficulté qui avait retardé cette distribution s’oppose à l’effet de la force attractive, qui tend à ramener les deux fluides l’un vers l’autre, et à faire rentrer par leur combinaison le barreau dans son état naturel. Au contraire, dans le fer doux, le dégagement des deux fluides se fait plus facilement et plus abondamment ; mais le retour à l’état de combinaison s’opère ensuite avec la même facilité, d’où il suit que le fer doux acquiert promptement un degré de magnétisme considérable, mais en même temps fugitif, au lieu que l’acier, beaucoup plus difficile à aimanter, conserve aussi beaucoup plus longtemps sa vertu ; et c’est pour cette raison que l’on préfère les barreaux d’acier, pour faire les aimants artificiels. Dans les armures qui, comme nous l’avons dit, sont de fer doux, le magnétisme se maintient par l’action constante de l’aimant qui est en contact avec elle.

50Le procédé le plus simple pour communiquer le magnétisme à une verge de fer ou d’acier consiste à frotter cette verge avec un barreau aimanté, dont on fait glisser un des pôles dans toute la longueur de la verge, en répétant plusieurs fois cette opération dans le même sens. Supposons que le pôle en contact avec la verge soit le pôle boréal du barreau. L’action de ce pôle attire le fluide austral de la verge, et repousse le fluide boréal : d’où il résulte que la partie de la verge en contact avec le barreau tend sans cesse vers l’état de magnétisme austral ; et lorsque le barreau est arrivé à l’extrémité, et qu’on le retire, la partie qu’il vient de quitter se trouve dans ce même état de magnétisme.

51Le barreau, pendant son mouvement, agissait en même temps de part et d’autre, à une certaine distance, pour repousser le fluide boréal ; mais à mesure qu’il avançait vers l’extrémité qui devait être le terme de son mouvement, il détruisait l’effet de cette action dans les points dont il se rapprochait, et les faisait passer à l’état de magnétisme austral ; d’où il suit qu’à la fin de son mouvement, les parties situées jusqu’à une certaine limite vers l’extrémité qu’il vient de quitter possèdent le magnétisme austral, et les parties ultérieures situées vers l’extrémité opposée, ont acquis le magnétisme boréal ; et ainsi lorsque la verge restera ensuite abandonnée à elle-même, les deux fluides, pour satisfaire aux conditions de l’équilibre, s’y distribueront de manière que toute la moitié sur laquelle le barreau aura passé en dernier lieu aura le magnétisme austral, et l’autre moitié le magnétisme boréal.

52Si l’on fait une nouvelle friction, toujours dans le même sens, elle agira en partie pour diminuer l’effet de la précédente, et en partie pour l’augmenter, et tant que le second effet l’emportera sur le premier, la verge continuera d’acquérir [du magnétisme]. Mais cette augmentation de vertu magnétique sera très limitée, de manière qu’après un petit nombre de frictions, la communication du magnétisme s’arrêtera.

  • 17 J. Michell (1724-1793), Traité sur les aimants artificiels, Paris, (trad. fr.) 1752.

53La méthode du double contact, inventée par Michell, est beaucoup plus avantageuse17. Pour la mettre en pratique, on prend deux barreaux aimantés, que l’on dresse verticalement à une petite distance l’un de l’autre, de manière que leurs pôles opposés se correspondent (fig. 36, p. 220). On les fait glisser dans cette situation d’un bout à l’autre de la verge que l’on veut aimanter, de manière qu’ils vont et viennent alternativement, sans leur permettre de dépasser les extrémités de cette verge ; et lorsque après plusieurs frictions les barreaux se retrouvent vers le milieu de la verge, on les enlève suivant leurs directions perpendiculaires à cette verge.

54Pour concevoir l’effet de la méthode dont il s’agit, supposons que le barreau situé à la droite de l’observateur soit celui dont le pôle inférieur est à l’état de magnétisme boréal, et le barreau situé à sa gauche, celui dont le pôle inférieur est [à l’état de] magnétisme austral. Si nous considérons ce qui se passe dans la partie de la verge qui répond à l’intervalle entre les centres d’action des pôles inférieurs, les seuls qui influent d’une manière bien sensible sur le résultat, il sera facile de voir que chacune des molécules du fluide austral renfermé dans cette partie intermédiaire est attirée de gauche à droite par le pôle boréal, et repoussée dans le même sens par le pôle austral. Chaque molécule du fluide boréal est attirée au contraire de droite à gauche par le pôle boréal. Ces effets sont contrariés, jusqu’à un certain point, par les actions que les barreaux exercent sur les parties ultérieures. Par exemple, le barreau à droite repousse du même côté les molécules du fluide boréal qui sont derrière lui, au lieu qu’il repousse de droite à gauche celles qui sont en avant, dans l’intervalle entre les centres. Mais la première répulsion est détruite en grande partie par l’attraction contraire de l’autre barreau sur les mêmes molécules ; en sorte que, tout compensé, l’opération tend sans cesse vers son but, qui est en général de produire le magnétisme austral dans toute la moitié de la verge située à droite, et le magnétisme boréal dans la moitié opposée. La précaution que l’on prend d’enlever les barreaux du milieu de la verge, à la fin de l’opération, sert à favoriser la distribution symétrique des fluides dans les deux moitiés de la verge abandonnée ensuite à elle-même.

55Aepinus a employé cette méthode avec plus de succès, en inclinant les barreaux en sens contraire, de manière que chacun d’eux fit un petit angle d’environ 15 ou 20 degrés, avec la verge qui recevait le magnétisme (fig. 37, p. 220). On gagne deux choses, dans cette manière d’opérer. D’abord, les centres d’actions des pôles, qui étaient élevés d’une certaine quantité au-dessus de la surface de la verge, quand les barreaux avaient une position verticale, se trouvent beaucoup plus près d’elle, et leur action en est plus efficace. En second lieu, l’intervalle entre les centres d’actions étant considérablement augmenté, en conséquence de l’angle très ouvert que les barreaux font entre eux, cette nouvelle circonstance recule les limites entre lesquelles était resserré l’effet des forces conspirantes, et seconde d’autant mieux leur activité.

56Il arrive quelquefois, dans la pratique de ces méthodes, que la verge acquière des points conséquents, c’est-à-dire différents pôles qui se succèdent sur la longueur de la verge ; en sorte que celle-ci a ses différentes parties tour à tour dans des états opposés. Cet effet a lieu lorsque la force coercitive, ou celle qui naît de la résistance que le fer oppose au mouvement du fluide, étant plus grande dans un endroit de la verge que dans les autres, le fluide s’y engorge, de manière que la partie où s’est fait cet engorgement agissant sur celle qui est située derrière elle lui communique le magnétisme contraire au sien.

57Le citoyen Coulomb, en procédant comme Aepinus pour la disposition des barreaux, les fait mouvoir différemment ; et après les avoir posés tous les deux sur le milieu de la verge qu’il veut aimanter, les tire en sens contraire l’un de l’autre, jusqu’à une petite distance de l’extrémité la plus voisine, puis recommence, en partant toujours du milieu. Cette méthode produit plus d’effet, et n’a pas l’inconvénient des points conséquents.

58Pour se procurer deux barreaux fortement aimantés, on en prend quatre, tous égaux et semblables, dont deux au moins doivent avoir un commencement de magnétisme. Nommons ces derniers barreaux R et S, et désignons les autres par M et N. On dispose ceux-ci parallèlement l’un à l’autre, entre deux autres barreaux de fer doux, que l’on appelle contacts, et qui sont beaucoup plus courts, mais de la même épaisseur ; et cela, de manière que si les barreaux M, N ont eux-mêmes un certain degré de vertu, leurs pôles de différents noms doivent se correspondre. On place les barreaux R, S, sur le milieu d’un des premiers, tel que M, inclinés en sens contraire, comme il a été dit (fig. 38, p. 220). Si le barreau R est le plus voisin, par exemple, du pôle Nord de M, son pôle inférieur doit être le pôle Sud ; et alors le pôle inférieur du barreau S, qui est de même le plus voisin du pôle austral de M, sera le pôle Nord. Tout étant ainsi disposé, on fait glisser à plusieurs reprises chacun des barreaux R, S, sur la moitié correspondante du barreau M, suivant la méthode adoptée par Coulomb ; puis ayant retourné le barreau M, sans changer la disposition de ses pôles, on répète l’opération sur l’autre face. On fait des frictions semblables sur le barreau N, en observant d’invertir l’ordre des pôles des barreaux R, S, parce que ceux du barreau N sont eux-mêmes situés en sens contraire des pôles du barreau M. Cette opération finie, on substitue les barreaux R, S, aux barreaux M, N, et l’on se sert de ceux-ci pour augmenter la vertu des autres. Lorsqu’on jugera que la communication du magnétisme est parvenue à son dernier degré, on emploiera les barreaux qui auront reçu les dernières frictions, pour aimanter des aiguilles d’acier, et d’autres corps de la même espèce.

59Il nous reste à parler des forces magnétiques qui existent dans la nature. Ici se présente une nouvelle différence entre l’électricité et le magnétisme. La première, bornée à des phénomènes d’une existence locale et passagère, réside principalement dans l’atmosphère, où elle se mêle aux différentes causes qui produisent les météores. L’autre exerce une action générale et durable, qui se rapporte à des points fixes, qui varie par un progrès lent et gradué, et qui a son siège dans le globe même que nous habitons.

60Mais avant de faire connaître les opinions des physiciens sur la cause de cette action, nous allons exposer ce que l’on a observé par rapport à la position de l’aiguille aimantée. Lorsqu’on dit de cette aiguille qu’elle tourne une de ses extrémités vers le Nord, quand elle est librement suspendue, cela n’est vrai que dans un sens général, et qui admet un grand nombre de restrictions. Si l’on porte l’aiguille successivement à différents points du globe, il y en aura quelques-uns où sa direction coïncidera exactement avec une ligne tirée du Midi au Nord, ou avec le méridien du lieu. Mais dans d’autres points, elle s’écartera de cette ligne, tantôt vers l’Orient, tantôt vers l’Occident, et la quantité de l’écartement variera suivant les lieux. On a donné à cette déviation le nom de déclinaison.

61Pour mesurer la déclinaison, on suppose un plan vertical, qui passe par la direction de l’aiguille. L’angle formé par ce plan avec le méridien du lieu donne l’angle de déclinaison ; et l’on appelle méridien magnétique, le cercle qui coïncide avec le premier plan.

62L’aiguille est sujette à une autre espèce de déviation. Supposons qu’étant en équilibre sur son pivot, avant d’être aimantée, elle se trouvât située dans un plan exactement parallèle à l’horizon. Dès qu’elle aura reçu la vertu magnétique, elle prendra une position plus ou moins inclinée par rapport à ce plan, exceptée à certains endroits de la Terre. On a donné à cette seconde déviation le nom d’inclinaison.

63Si l’on part de l’un des endroits où la déclinaison est nulle, et qu’on s’avance vers le Nord ou vers le Sud, on pourra passer par une suite de points où elle sera pareillement nulle. Mais ces points ne se trouveront pas sur un même méridien. Ils formeront une courbe irrégulière, qui aura des inflexions en différents sens.

  • 18 E. Halley (1656-1742), Philosophical Transactions, 195, 1692, p. 163-178.

64Halley est un des premiers qui ait entrepris de tracer sur une mappemonde ces suites de points où la déclinaison est zéro, et que l’on a appelées bandes sans déclinaison18.

65On a observé jusqu’ici trois bandes sans déclinaison, qui ont été suivies par les marins jusqu’à des latitudes plus ou moins considérables.

66Mais de plus, la déclinaison varie avec le temps dans un même lieu, et ses variations ne croissent point dans le même rapport que le temps ; en sorte que les bandes sans déclinaison changent continuellement, et de position, et de figure. A Paris, la déclinaison était nulle en 1666 ; aujourd’hui, c’est-à-dire, 129 ans après cette première époque, elle est de 22 degrés et demi vers l’Ouest.

  • 19 J.-D. Cassini (1748-1845) a mené des observations régulières, espérant trouver des lois pour les v (...)

67Ce n’est pas tout encore ; l’aiguille est sujette à une variation diurne particulière, observée avec beaucoup de soin par Cassini, et en vertu de laquelle sa direction, du moins à Paris, se rapproche un peu de la méridienne, depuis environ 8 heures du matin, jusqu’à 2 heures après midi, et s’en écarte ensuite jusqu’à environ 9 heures du soir, après quoi elle reste stationnaire jusqu’au lendemain19. Elle fait ainsi continuellement de petites oscillations, dont la marche générale est telle que la somme des mouvements qui ont lieu vers l’Ouest l’emporte sur celle des mouvements en sens contraire, de manière que la déclinaison va en augmentant du même côté.

  • 20 Constantine Phipps (1744-1792), capitaine de la marine royale britannique, dirigea une expédition (...)

68L’inclinaison de l’aiguille a aussi ses variations, qui sont surtout sensibles lorsqu’on change de latitude. Elle est nulle à peu près à l’équateur, de manière que tous les points où l’aiguille est exactement parallèle à l’horizon forment une courbe irrégulière, qui coupe l’équateur sous de petits angles. A mesure que l’on s’écarte de ce cercle, en allant vers un pôle ou vers l’autre, l’inclinaison va en augmentant, de sorte que l’extrémité de l’aiguille qui regarde le pôle voisin s’abaisse continuellement en dessous de sa première position. Cette variation ne suit pas le rapport des latitudes. La plus grande inclinaison dont on ait encore parlé est de 82 degrés, et a été observée par Phipps, à 79 degrés 44 minutes de latitude méridionale et 131 degrés de longitude20. L’inclinaison varie aussi avec le temps, dans un lieu donné.

69Si nous écartons encore ici les hypothèses qui, pour expliquer ces différents effets, employaient des tourbillons de matière magnétique qui tournaient autour du globe en entrant par un pôle et en sortant par l’autre, ou des effluves qui en partant de l’équateur se portaient vers les pôles, par des mouvements opposés, nous trouvons en général deux opinions différentes sur la cause du magnétisme naturel. Les uns ont recours à l’action des mines d’aimant, que l’on suppose être très abondantes vers les pôles. La disposition irrégulière des masses dont ces mines sont formées, occasionne les diversités que l’on observe, pour un même instant, dans les déclinaisons et les inclinaisons des aiguilles situées à différents points de la Terre ; et les changements successifs que subissent les mines, par l’action des diverses causes qui les altèrent, ou les détruisent à tel endroit, tandis qu’ailleurs il s’en produit de nouvelles, font varier à leur tour, avec le temps, la quantité de la déclinaison ou de l’inclinaison, pour chaque lieu particulier.

70Halley, Aepinus et d’autres physiciens, sans nier l’influence des mines d’aimant sur la direction des aiguilles, l’ont regardée seulement comme une force secondaire, et ont supposé que la force principale provenait d’un très gros aimant de figure globuleuse, ou à peu près, qui formait comme le noyau du globe terrestre. Halley avait de plus imaginé que ce noyau devait avoir un mouvement très lent, par lequel sa position changeait continuellement à l’égard du globe ; ce qui servait à expliquer, selon ce physicien, les variations que le temps apportait dans l’inclinaison et la déclinaison des aiguilles, relativement à un même lieu.

71Aepinus n’admet point ce mouvement, qui lui paraît insuffisant et même absolument inutile ; et pour ramener les phénomènes à l’hypothèse d’un noyau fixe, il observe d’abord que si le fluide était distribué uniformément dans ce noyau, en sorte que ses deux centres d’action, ayant des forces égales, fussent situés sur l’axe de la Terre à des distances égales du centre, la déclinaison serait nulle à tous les points du globe ; tandis que l’inclinaison, nulle seulement à l’équateur, croîtrait vers les pôles, suivant une loi qui serait en relation avec le changement de latitude.

72Mais la distribution du fluide se fait irrégulièrement à l’intérieur du noyau magnétique. Dans certaines parties, le fluide est plus accumulé, dans d’autres il est plus rare ; et il en résulte que les positions des centres d’action changent continuellement à l’égard d’une aiguille portée à différents points de la Terre. Si le point auquel répond actuellement l’aiguille est tellement situé que la résultante de toutes les forces qui agissent diversement des différents points du noyau magnétique, soit parallèle à l’axe de la Terre, la déclinaison sera nulle ; et suivant que cette résultante fera un angle plus ou moins ouvert avec l’axe du globe, la déclinaison elle-même sera plus ou moins considérable.

73D’un autre côté, la distribution du fluide change avec le temps dans l’intérieur du noyau, et ces changements déterminent ceux que subissent la déclinaison et l’inclinaison de l’aiguille dans un même lieu.

74Tout ceci se réduit à supposer que les aiguilles aimantées se dirigent par rapport au globe, comme s’il existait dans le sein de ce globe, un noyau semblable à celui qu’Aepinus y plaçait. L’observation n’en dit pas davantage ; et comme nous sommes naturellement tentés de réaliser par la pensée ce qui est conforme aux apparences, rien n’empêche que nous n’adoptions le terme de noyau magnétique, seulement pour donner un support à nos conceptions. Le point essentiel est de tâcher de si bien choisir cet agent, peut-être idéal, que nous ne risquions autre chose que de nous être trompés de nom.

  • 21 G.-Ph. de Lahire (1677-1719), « Nouvelles remarques sur l’aimant et sur les aiguilles aimantées », (...)

75Une observation faite par Lahire donne une nouvelle couleur à cette hypothèse21. Ce physicien ayant taillé, en forme de sphère, un aimant naturel qui pesait près de cent livres, et en ayant déterminé l’axe d’après la position des pôles magnétiques, traça sur cette sphère un équateur et un certain nombre de méridiens. Il fit ensuite correspondre une aiguille aimantée successivement à différents points de cet aimant, et il remarqua que dans quelques-uns de ces points, elle se dirigeait exactement d’un pôle à l’autre, et que dans d’autres points, elle déclinait à droite ou à gauche ; en sorte que la plus grande déclinaison observée se trouvait être d’environ 26 degrés.

76Suivons maintenant la comparaison entre les actions exercées sur l’aiguille par l’aimant dont nous venons de parler, et celles du noyau magnétique, par rapport aux aiguilles de boussole. Si l’on conçoit que la petite aiguille sollicitée par le premier aimant soit suspendue librement à un fil délié, et qu’on la place, par exemple, entre l’équateur et le pôle boréal de l’aimant, la force de ce pôle tend à attirer le centre d’action du pôle austral de l’aiguille, et à repousser celui du pôle boréal. La force du pôle austral de l’aimant agit au contraire par répulsion sur le centre d’action du pôle austral de l’aiguille, et par attraction sur celui du pôle boréal. Ces quatre forces peuvent être réduites à deux qui tirent l’aiguille dans deux sens opposés, et dont le rapport variable dépendra des distances entre les pôles de l’aimant et les centres d’action de l’aiguille.

  • 22 P. Bouguer (1698-1758), Manière d’observer en mer la déclinaison de la boussole, Paris, 1731.

77La même combinaison de forces a lieu à l’égard d’une aiguille située sur le globe terrestre. Le pôle austral de cette aiguille est tiré vers le Nord, tandis que le pôle boréal est tiré en sens contraire vers le Midi. Mais l’observation prouve que les deux actions sont ici très sensiblement égales entre elles, quel que soit le point de la Terre où se trouve l’aiguille. Cette conclusion suit nécessairement d’une expérience de Bouguer, qui ayant suspendu à un fil, par le milieu, une aiguille non aimantée, auquel cas la direction du fil était verticale, puis ayant aimanté l’aiguille, observa que le fil conservait son aplomb22. Coulomb a déduit la même conséquence de ce que le poids d’une aiguille aimantée restait le même qu’avant l’opération qui avait produit le magnétisme. On voit effectivement que si l’une des deux actions l’emportait sur l’autre, son excès pourrait être considéré comme une force particulière dont la direction, faisant un angle avec celle de la pesanteur, altérerait l’action de cette dernière force, de manière que l’aiguille n’exercerait plus sur la balance la même pression que quand elle n’était pas encore aimantée.

78On concevra la raison de cette égalité, et de la différence qui en résulte entre l’action du noyau magnétique [de la Terre] et celle des aimants qui sont à notre portée, si l’on fait attention que ce noyau agit sur l’aiguille aimantée à de très grandes distances. Car alors les deux centres d’actions de l’aiguille étant censés être au contraire infiniment près l’un de l’autre, par comparaison à l’éloignement du noyau, la répulsion que le pôle boréal de ce noyau exerce sur le centre boréal de l’aiguille sera sensiblement en équilibre avec l’attraction du même pôle sur le centre austral de l’aiguille ; et le même équilibre ayant lieu à l’égard des actions du pôle austral de l’aimant sur les deux centres de l’aiguille, on voit que celle-ci est sollicitée par quatre forces, qui étant prises deux à deux sont égales et contraires, d’où il suit qu’elle est également attirée vers le Nord et vers le Sud.

  • 23 L’aimant de Lahire étant une sphère de dimension finie dont les pôles sont à des distances différe (...)
  • 24 C. Coulomb, « Deuxième mémoire sur l’électricité et le magnétisme » (1785), 1788, (Premier résulta (...)

79Reprenons l’aimant de Lahire, et supposons que l’on écarte l’aiguille de la direction de son méridien magnétique, en faisant mouvoir, par exemple, son pôle austral vers l’Est, auquel cas le pôle boréal prendra un mouvement vers l’[Ouest]. Tel sera l’effet des forces de l’aimant, que son pôle boréal agira par l’attraction sur le pôle austral de l’aiguille pour le ramener vers l’Ouest, et repoussera au contraire vers l’Est le pôle boréal de l’aiguille ; et il est visible que ces deux actions concourront pour déterminer le retour de l’aiguille à son méridien magnétique23. En appliquant le même raisonnement à ’action du pôle austral de l’aimant, on concevra qu’elle est composée pareillement de deux actions qui conspirent vers le même but. Pour estimer les effets réels de ces différentes forces obliques, il faut décomposer à l’ordinaire chacune d’elles en deux directions, dont celle qui est perpendiculaire à l’aiguille contribue seule au résultat ; et il est clair que l’on peut substituer aux différentes perpendiculaires données par ces décompositions une seule force qui soit de même perpendiculaire à l’aiguille et qui, dans le cas présent, où cette aiguille est supposée plus voisine du pôle Nord de l’aimant, pourra être conçue comme étant appliquée à un point placé entre le milieu de l’aiguille, et l’extrémité qui regarde le Nord. Cette force est ce qu’on appelle la force directrice de l’aiguille ; et Coulomb a trouvé, par l’observation, que relativement aux aiguilles sollicitées par l’action du noyau magnétique de notre globe, elle était proportionnelle au sinus de l’angle que fait la direction de l’aiguille dérangée de son méridien, avec celle de ce méridien lui-même24.

80Maintenant les forces que ce noyau exerce sur les différents points de la même aiguille ont aussi une résultante, dans une direction parallèle au méridien magnétique, et oblique, par conséquent, à l’aiguille que l’on suppose toujours écartée de ce méridien ; et il est facile de concevoir de même, que cette résultante doit passer par un point situé dans la moitié de l’aiguille, qui répond au pôle Nord du noyau magnétique, si l’expérience se fait dans une des contrées boréales, ou au pôle Sud, dans le cas contraire.

81Or, on a reconnu que la force représentée par cette résultante était une force constante, quel que fût le nombre de degrés dont l’aiguille eût été dérangée de son méridien, et que de plus elle passait toujours par le même point de l’aiguille. La théorie établit une liaison entre ces nouveaux faits et celui qui donne les forces directrices proportionnelles aux quantités dont l’aiguille a été écartée de son méridien ; en sorte qu’en partant de ce dernier fait, comme d’un principe d’observation, et en supposant que la force passe toujours par un même point de l’aiguille, on en conclut, au moyen du calcul, qu’elle doit être constante.

82Ces différents résultats sont autant de principes secondaires qui suppléent au défaut des véritables principes auxquels nous conduirait une connaissance plus exacte de la cause du magnétisme naturel.

83Le citoyen Coulomb les a pris pour bases de sa théorie, et les a employés avec succès à représenter, par des formules analytiques, les principales lois du magnétisme déjà déterminées à l’aide de l’expérience.

84Pour achever le parallèle entre le noyau magnétique du globe et les aimants qui sont à notre portée, nous observons que comme la présence seule d’un de ces aimants suffit pour communiquer le magnétisme au fer placé dans sa sphère d’activité, de même l’action du noyau magnétique de la Terre, qui s’étend à des distances, pour ainsi dire, immenses, doit être capable de transmettre un certain degré de vertu magnétique aux verges de fer et autres corps semblables, dont la force coercitive n’est pas assez grande pour s’opposer à cette action. Le corps dont il s’agit étant supposé dans l’espace compris entre les deux centres d’action du noyau, leurs forces conspireront pour aimanter ce corps, chacun attirant de son côté le fluide de nom différent, qui sera en même temps repoussé dans le sens de cette attraction, par la force de l’autre centre.

85Or, tous les physiciens savent qu’une verge de fer dirigée dans une certaine position donne, en peu de temps, des signes plus ou moins marqués de magnétisme ; et c’est en profitant de ce magnétisme naissant, auquel on fait prendre de nouveaux accroissements par le frottement, que l’on est parvenu à résoudre ce problème singulier de physique : exciter dans les barreaux d’acier une très grande vertu magnétique, sans avoir eu préalablement aucun aimant entre les mains.

86La position la plus favorable, pour faire naître dans une verge de fer le premier degré de magnétisme, est celle qui coïncide avec la direction d’une aiguille aimantée, suspendue librement, parce que c’est celle où la résultante de toutes les forces exercées par le noyau magnétique est dirigée dans le sens de la longueur de la verge. La position qui donne le minimum de magnétisme acquis, est celle qui a lieu lorsque la verge étant située dans un plan parallèle à la surface supérieure ou inférieure de l’aiguille dont nous venons de parler, sa longueur est perpendiculaire à la direction naturelle de cette même aiguille, parce qu’alors la résultante des forces du noyau est dans le sens de l’épaisseur de la verge. Entre ces deux positions, il y en a une infinité d’autres, où la verge acquerra un degré de vertu plus ou moins sensible, suivant que chaque position se rapprochera plus ou moins de celle qui donne le maximum de magnétisme.

87On peut vérifier ces différents résultats à l’aide d’une expérience aussi curieuse que simple et facile à faire. Vous prenez une barre de fer doux, et vous la tenez un instant dans une des positions où l’action du noyau de notre globe puisse lui communiquer le magnétisme. La position verticale ou inclinée seulement de quelques degrés à l’horizon est plus commode pour l’expérience. Alors, sans changer de position, vous présentez l’extrémité inférieure de la verge au pôle austral d’une aiguille aimantée, et vous observez qu’elle le repousse. Vous faites ensuite descendre la verge, en la maintenant dans la même direction, jusqu’à ce que son extrémité supérieure se trouve vis-à-vis du même pôle l’aiguille, et alors il y a attraction. Vous renversez la position de la verge, et aussitôt les pôles eux-mêmes se trouvent renversés. L’extrémité qui repoussait le pôle austral de l’aiguille l’attire, et celle qui l’attirait le repousse. Le fer doux n’opposant qu’une résistance peu considérable au mouvement interne des deux fluides, qui se sont dégagés du fluide naturel, le magnétisme qu’il acquiert n’est qu’un effet fugitif, qui, par le simple renversement de la verge, fait place à l’effet opposé. L’alternative subite de ces attractions et répulsions semble avoir quelque chose de magique, et tendrait à faire soupçonner de subtilité la main du physicien, au point que cette belle expérience en est, pour ainsi dire, dégradée.

88Si, au contraire, vous tenez la verge dans une position qui passe par le plan auquel répond la surface supérieure ou inférieure de l’aiguille, et qui soit en même temps perpendiculaire au méridien magnétique, la verge alors n’éprouvant aucune action sensible de la part du noyau de notre globe, ce sera l’aiguille qui, par sa proximité, la tirera de son état naturel ; et en conséquence, elle attirera indifféremment cette aiguille par ses deux extrémités.

89On réussira même à produire des effets semblables avec une simple clef, ou tout autre corps fait de fer mou et d’une forme allongée. Mais quand ce corps a peu de masse, il faut employer une aiguille qui soit faiblement aimantée, et dont l’action immédiate sur ce même corps ne puisse troubler l’effet du magnétisme naturel.

90Ainsi la ressemblance se soutient partout entre le globe terrestre et les aimants qui sont à notre disposition ; et s’il y a quelque différence, elle provient uniquement de celle des distances auxquelles agissent ces deux espèces d’aimants, et dépose, par là même, en faveur de l’analogie qui résulte de leur comparaison. C’est ce qui va s’éclaircir encore d’après l’observation suivante.

91Si vous faites flotter sur l’eau une aiguille aimantée, en lui donnant une lame de liège pour support, elle se dirigera dans le sens du méridien magnétique. Mais en supposant, par exemple, que l’expérience se fasse dans nos contrées, on ne verra point l’aiguille s’avancer vers le bord du vase, qui est tournée vers le Nord, comme cela arriverait, si l’on plaçait derrière ce bord un aimant, qui n’eût même qu’une faible vertu, et dont le pôle boréal fût tourné vers le pôle austral de l’aiguille. La raison de cette diversité d’effets se présente d’elle-même, d’après ce que nous avons déjà dit. Car la force directrice du noyau de notre globe résulte du concours de deux forces qui, en supposant l’aiguille écartée de son méridien magnétique, agissent perpendiculairement sur ses deux moitiés, pour les faire tourner en sens opposés, de manière que les deux mouvements conspirent à ramener l’aiguille dans son méridien magnétique. Au contraire la force attractive résulte de la différence entre deux forces qui agissent dans le sens de la longueur de l’aiguille, en tirant l’une vers le Nord, l’autre vers le Sud. Or, ces deux forces étant sensiblement égales, ainsi que nous l’avons dit, leur effet est nul pour faire avancer l’aiguille d’un côté ou de l’autre. Ainsi l’aiguille sera d’abord dirigée, et ensuite restera immobile ; mais la différence entre les deux forces devient sensible lorsque l’aimant est voisin du vase qui renferme l’aiguille, parce qu’alors les distances entre chaque pôle de cet aimant et les deux centres d’action de l’aiguille diffèrent elles-mêmes d’une quantité appréciable ; en sorte que la force du pôle boréal, qui s’exerce de plus près, doit prévaloir pour faire avancer l’aiguille de son côté.

92On voit par tout ce qui précède que les phénomènes magnétiques, quoiqu’ils promettent moins, au premier aperçu, que ceux de l’électricité, n’en sont par moins dignes de l’attention des physiciens, par leurs rapports, soit entre eux, soit avec un instrument très précieux à la navigation ; et ici se présente une réflexion sur le reproche que l’on pourrait faire à certaines branches de nos connaissances, d’être stériles pour le bien de la société. L’aimant ne fut pendant plusieurs siècles qu’un sujet d’amusement : il ne paraissait plus rien en l’absence du fer ; et cependant une découverte imprévue a fait voir qu’il n’avait besoin que de lui-même, pour offrir aux marins un guide capable de les conduire jusqu’aux extrémités de la Terre.

93Ainsi parce qu’un objet relatif aux sciences ne semble d’abord aboutir qu’à des expériences ou à des spéculations curieuses, ce n’est pas une raison de le condamner à l’oubli. Outre qu’il en résulte toujours des connaissances propres à exercer la sagacité de l’esprit et à orner la raison, ces connaissances servent souvent à éclairer même les vérités d’usage qui en sont voisines, et participent de leur utilité, en nous aidant à les approfondir. Mais de plus, elles peuvent receler elles-mêmes une utilité cachée, qui enfin se déclarera ; et les moments que nous leur donnons préparent peut-être celui où tout à coup elles tourneront vers nous leur côté le plus intéressant.

Notes

1 Sur les recherches d’Aepinus et sur l’histoire du magnétisme jusqu’à Aepinus, voir R. W. Home, Aepinus’s Essay on the Theory of Electricity and Magnetism, op. cit., p. 137-188, 203-224.

2 Voir treizième leçon, note 192.

3 Les travaux de Coulomb sur le magnétisme furent publiés dans ses « Recherches sur la meilleure manière de fabriquer les aiguilles aimantées », Mémoires de mathématiques et de physique présentés à l’Académie royale des sciences, par divers savants (1777), 1780, ainsi que dans ses deuxième et septième « Mémoires sur l’électricité et le magnétisme », Mémoires de l’Académie royale des sciences (1785), 1788 et (1789), 1793.

4 Coulomb, s’appuyant en particulier sur l’expérience de l’aimant coupé, pensait que les deux fluides magnétiques se séparent à l’intérieur de chaque molécule d’acier où ils sont emprisonnés (cf. « Deuxième mémoire sur l’électricité et le magnétisme », § XXV, XXX).

5 Une certaine confusion règne dans les ouvrages de l’époque à propos de cette définition purement conventionnelle. L’Encyclopédie de Diderot définit (comme les Anglais) le pôle austral d’une aiguille comme étant celui qui se dirige vers le Nord (article « Aimant ») mais Coulomb utilise la définition inverse.

6 Cf. « Septième mémoire sur l’électricité et le magnétisme », Mémoires de l’Académie royale des sciences (1789), 1793, § XXVI.

7 10 lignes = environ 3 cm ; 25 pouces = 68 cm.

8 Le plan méridien magnétique considéré est celui qui passe par le centre de la petite aiguille horizontale mobile.

9 Cette méthode de la mesure de la durée des petites oscillations d’une boussole était utilisée pour étudier les variations du magnétisme terrestre à la surface de la terre, ou au cours du temps en un même endroit.

10 Le magnétisme « naturel » est le magnétisme terrestre.

11 Dans cette deuxième méthode (« Second mémoire sur l’électricité et le magnétisme »), la force magnétique s’oppose à la force de torsion d’un fil métallique. Dans la balance électrique, le « levier » est une tige horizontale légère suspendue en son milieu à un long fil métallique, appelé ici par erreur « fer métallique ».

12 Dans cette expérience, il faut, comme faisait Coulomb, procéder à l’inverse. L’aiguille horizontale mobile étant dans la direction du méridien magnétique, et son fil de suspension non tordu, on rapproche le pôle Sud de l’aimant vertical du pôle Sud de l’aiguille horizontale.

13 Si la torsion était produite par un mouvement imprimé immédiatement à l’aiguille mobile, il est évident que pour continuer de tordre le fil, il faudrait faire tourner cette aiguille suivant le sens de son premier mouvement dans un arc de 24 degrés. Mais comme la torsion agit par l’extrémité supérieure du fil. en vertu de la rotation imprimée à la tige qui tient ce fil suspendu, on conçoit aisément que pour continuer de tordre le fil, il faut faire tourner la tige en sens contraire du mouvement qui a déjà eu lieu vers le bas.

14 Le rapport des forces de torsion qui contrebalancent l’interaction magnétique entre les pôles est 1 692/864 = 1,96 tandis que le rapport des carrés des angles (assimilés aux distances entre les pôles) est 576/289 = 1,99.

15 C. Coulomb, « Septième mémoire sur l’électricité et le magnétisme », art. cité.

16 Ibid., § XXX-XXXI.

17 J. Michell (1724-1793), Traité sur les aimants artificiels, Paris, (trad. fr.) 1752.

18 E. Halley (1656-1742), Philosophical Transactions, 195, 1692, p. 163-178.

19 J.-D. Cassini (1748-1845) a mené des observations régulières, espérant trouver des lois pour les variations de la déclinaison au cours d’une journée et d’une journée à l’autre.

20 Constantine Phipps (1744-1792), capitaine de la marine royale britannique, dirigea une expédition scientifique vers le pôle Nord en 1773, pendant laquelle il fit une série d’observations magnétiques.

21 G.-Ph. de Lahire (1677-1719), « Nouvelles remarques sur l’aimant et sur les aiguilles aimantées », Mémoires de l’Académie royale des sciences (1705), 1730, p. 97-110.

22 P. Bouguer (1698-1758), Manière d’observer en mer la déclinaison de la boussole, Paris, 1731.

23 L’aimant de Lahire étant une sphère de dimension finie dont les pôles sont à des distances différentes de l’aiguille, les forces exercées par chaque pôle de la sphère ne sont pas égales (sauf si l’aiguille est à l’équateur), contrairement aux forces magnétiques exercées par les pôles magnétiques du globe terrestre.

24 C. Coulomb, « Deuxième mémoire sur l’électricité et le magnétisme » (1785), 1788, (Premier résultat).

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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