Histoire des Météores/Chapitre 5
Découverte de l’électricité. — Ambre jaune et ambre gris. — Le cheval de Sévère et l’âne de Tibère. — Hommes électriques. — Théorie de l’électricité. — Corps bons et mauvais conducteurs. — Diverses espèces d’électricités. — Électrisation par influence et par contact. — Transmission électrique. — Étincelles électriques. — État électrique de l’atmosphère et du globe terrestre.
I.
Bien que les grandes applications de l’électricité soient récentes, la découverte de cet agent date de la plus haute antiquité. Les phénomènes qu’il présente ont été observés pour la première fois dans l’ambre jaune, que les Grecs appelaient électron, d’où est venu le nom d’électricité. Le philosophe Thalès en était si surpris qu’il croyait que l’ambre était animé.
Il ne faut pas confondre l’ambre jaune avec l’ambre gris : ces deux substances sont très différentes ; elles n’ont guère de commun que la propriété d’être toutes deux aromatiques.
L’ambre gris est une substance grasse, qui présente une odeur suave et pénétrante ; son parfum a quelque analogie avec celui du musc ; sa couleur grise est mêlée de noir et de jaune ; il a la consistance de la cire, et peut se ramollir comme elle. D’après les opinions les plus certaines, ce serait dans l’estomac, dans les intestins de certains cachalots malades, que se formerait cette substance.
L’ambre jaune, que l’on appelle aussi succin et carabé, substance dans laquelle on a pour la première fois découvert les phénomènes électriques, est une résine fossile, diaphane, d’une odeur agréable ; elle est susceptible de recevoir un beau poli, et sert à faire des ornements de luxe.
Les poètes anciens supposaient que les grains d’ambre provenaient des larmes des sœurs de Phaéton.
Cette substance paraît être le produit d’un espèce de conifère antédiluvienne, dont on ne rencontre plus que les graines et les cônes ; elle était primitivement fluide, comme le prouvent les insectes et les brins de plantes qu’elle contient quelquefois.
L’ambre jaune accompagne la lignite dans plusieurs localités ; il existe en assez grande quantité dans les dunes sablonneuses qui bordent les rivages de la mer Baltique ; le mouvement des eaux en dépose beaucoup sur la côte.
II.
Revenons maintenant à l’électricité.
On sait que les chevaux, les chiens, les chats, et quelquefois même les hommes, peuvent devenir électriques au point de jeter des étincelles lorsqu’on les frotte, et cette observation est très ancienne.
On lit dans les Extraits de la vie du philosophe Isidore, écrite par Damascius, que de nombreuses et fortes étincelles s’élançaient du cheval de Sévère quand on le maniait, et qu’on remarqua la même chose dans l’âne que montait Tibère, lorsque ce prince étudiait la rhétorique à Rhodes ; qu’il partait des étincelles du corps de Balinéris, père de Théodoric, roi d’Italie ; qu’un phénomène analogue arrivait à Damascius lui-même pendant qu’il mettait ou quittait ses vêtements, mais que d’autres fois les flammes paraissaient fort sensiblement sur ses habits, sans rien brûler. Il dit aussi avoir vu un homme qui, en se frottant la tête avec une pièce de drap rude, en faisait sortir des étincelles et même des flammes.
Le maréchal Vaillant, dans une communication à l’Académie des sciences, a fait également remarquer que son corps produisait facilement des étincelles.
« Pendant longtemps, dit-il, surtout de 1818 à 1830, lorsqu’il faisait un froid vif et sec, ce qu’on appelle un beau froid, et que je rentrais dans ma modeste chambre, sans feu, après avoir passé la soirée soit dans un cabinet de lecture, soit chez des amis, dans des lieux bien chauffés, surtout lorsque j’avais marché vite et un peu longtemps, j’étais témoin et sujet d’apparitions électriques que m’ont rappelées celles de New-York.
« Au moment où j’ôtais ma chemise, elle pétillait, devenait toute lumineuse, une multitude d’étincelles s’en échappaient de toutes parts, les deux pans se collaient l’un à l’autre, et restaient appliqués avec une certaine adhérence. Les premières fois qu’il me fut donné de voir ce phénomène, je fus plus que surpris, presque effrayé. À présent, ma chambre à coucher n’est pas davantage chauffée, mais je ne cours plus. L’hiver a beau être sec, l’hiver de l’âge est plus puissant encore ; mes vêtements intérieurs laissent bien échapper encore quelques étincelles, mais elles sont faibles, rares, peu brillantes, et elles ne pourraient plus me causer le moindre effroi. »
Tous ces phénomènes sont dus à l’électricité.
III.
Si l’on frotte un disque de verre ou un bâton de résine, par exemple, et qu’on leur présente ensuite des corps légers, tels que de la sciure de bois, du papier, etc., ces corps sont attirés (fig. 15).
Cette puissance d’attraction qui se développe par le frottement est attribuée à un mouvement que l’on appelle l’électricité.
L’électricité se trouve non seulement dans le verre et la résine, mais elle est répandue dans tous les corps, de quelque nature qu’ils soient, et dans les plus petites parties de chacun.
Cependant le frottement ne met pas cet agent en évidence dans tous les corps ; quelques-uns conservent la propriété attractive développée par le frottement : ils sont appelés corps mauvais conducteurs de l’électricité, parce qu’ils conduisent mal ce mouvement, le gardent, l’emprisonnent ; d’autres perdent la propriété attractive à mesure qu’elle se développe : ils sont appelés bons conducteurs, parce qu’ils permettent à l’électricité de circuler, d’aller dans l’air, dans les corps environnants.
Tous les corps ne sont pas également bons ou mauvais conducteurs ; chacun occupe un degré intermédiaire entre celui qui l’est le plus et celui qui l’est le moins.
Le soufre, la soie, les fourrures, le verre, le cristal de roche, le diamant et les autres pierres précieuses, les résines, telles que la gomme laque, la cire à cacheter, sont mauvais conducteurs de l’électricité.
Les métaux, les substances animales et végétales, le globe terrestre, les liquides en général et la vapeur d’eau sont de bons conducteurs de l’électricité.
Il est à remarquer que l’humidité rend bons conducteurs tous les corps ; ceux que l’on veut électriser par le frottement ou de toute autre manière, doivent donc être chauffés préalablement ou séchés d’une manière quelconque, pour être privés de toute humidité ; car l’électricité se conserve longtemps dans l’air, ou dans un gaz sec, mais elle se dissipe promptement dans les mêmes gaz humides.
On sait que les machines électriques sont des instruments destinés à développer de grandes quantités de fluide électrique ; elles se composent principalement : 1° d’un corps frotté, 2° d’un corps frottant, 3° d’un conducteur isolé.
Quand une personne monte sur un tabouret isolé, et qu’elle est mise en communication avec la machine électrique, elle s’électrise en même temps que les conducteurs de la machine ; ses cheveux se hérissent et pétillent ; chargés de la même électricité, ils se repoussent dans tous les sens. En approchant le doigt de la personne ainsi électrisée, on peut tirer des étincelles de toutes les parties de son corps, comme si elle était un conducteur de la machine électrique.
IV.
Lorsqu’on veut électriser un corps bon conducteur, on l’isole, c’est-à-dire qu’on lui donne pour support un corps mauvais conducteur, qui intercepte toute communication avec de bons conducteurs ; alors l’électricité, ne trouvant aucun passage dans les corps environnants, demeure comme emprisonnée dans le bon conducteur.
Les mauvais conducteurs que l’on emploie ordinairement comme isolants sont le verre, la résine commune, la gomme laque et les fils de soie.
Voici une expérience très remarquable :
Lorsque l’on électrise par le frottement un morceau de verre, et qu’on lui présente une balle de sureau ou tout autre corps léger bon conducteur suspendu à un fil de soie, cette balle est d’abord attirée fortement par le verre, et dès que, par le contact, il lui a communiqué son électricité, il la repousse. Si, au lieu d’un morceau de verre, on emploie de la résine, l’effet est le même.
Mais ce qui est très singulier, c’est que si une balle repoussée par le verre électrisé est soumise à l’action de la résine, elle est vivement attirée vers elle, et le verre, à son tour, attire puissamment la balle qui a été repoussée par la résine électrisée.
Ces phénomènes curieux ont amené les physiciens à conclure que l’électricité du verre et celle de la résine ne sont pas identiques, puisque chacune d’elles attire ce que l’autre repousse.
On appelle électricité vitrée celle qui se développe sur le verre ou celle qui lui est identique, et électricité résineuse celle qui se développe sur la résine ou celle qui lui est identique ; car tous les corps électrisés présentent l’une ou l’autre de ces deux électricités.
L’électricité vitrée s’appelle aussi électricité positive, et l’électricité résineuse électricité négative. Ces dernières dénominations, plus exactes que les premières, viennent d’un système imaginé par Franklin, où l’on essayait d’expliquer tous les phénomènes par une seule électricité, que l’on supposait tantôt en plus, tantôt en moins. Quoique ce système soit généralement abandonné, on en a conservé les dénominations, qui indiquent très bien deux propriétés contraires.
V.
Cet agent n’agit pas toujours avec la même force ; une observation attentive et des expériences sûres, ont fait connaître que les attractions et les répulsions électriques varient suivant les distances et les quantités d’électricité, d’après les deux lois suivantes :
1° Les attractions et les répulsions électriques sont en raison directe des quantités d’électricité ; c’est-à-dire que s’il y a 2, 3, 4, etc., fois plus d’électricité, les corps seront 2, 3, 4 fois plus attirés ou repoussés.
2° Les attractions et les répulsions électriques sont en raison inverse du carré des distances ; c’est-à-dire que si la distance est 2, 3 ou 4 fois plus grande, les attractions et les répulsions seront 4, 9 ou 16 fois moindres.
Tous les corps de la nature possèdent les deux électricités combinées en quantité indéfinie ; mais lorsqu’elles sont réunies en quantités égales, elles composent ce qu’on appelle l’électricité neutre, et les corps dans lesquels existe l’électricité neutre n’ont ni la propriété d’attirer les corps légers, ni celle de les repousser ; ils ne donnent aucun signe d’électricité. Ils sont dits à l’état neutre ou naturel.
Le frottement ne développe pas toujours la même électricité dans la même substance ; le verre, par exemple, frotté avec de la laine ou de la soie s’électrise vitreusement, mais il prend l’électricité résineuse si on le frotte avec une peau de chat. On devrait donc bannir ces dénominations d’électricité vitrée et résineuse, qui sont tout à fait impropres.
L’espèce d’électricité que l’on communique à un corps dépend non seulement d’un corps frottant, mais aussi de l’état de la surface du corps frotté. On peut, par exemple, donner à une même tige de verre les deux électricités à la fois ; il suffit pour cela qu’elle soit polie à l’une de ses extrémités et dépolie à l’autre.
Naturellement, on est porté à demander pourquoi dans tels cas c’est l’une des électricités qui se développe plutôt que l’autre ? mais la science n’est pas encore assez avancée pour résoudre cette question.
Il n’est sans doute pas nécessaire de faire remarquer que le corps frottant s’électrise aussi pendant l’opération, et qu’il contracte toujours l’électricité contraire à celle qui se manifeste à la surface du corps frotté.VI.
On peut électriser un corps bon conducteur de deux manières : par contact et par influence.
On l’électrise par contact en le mettant, après l’avoir isolé, en communication directe avec un corps déjà électrisé. À l’instant même une partie de l’électricité de celui qui est électrisé s’écoule dans l’autre et se manifeste à sa surface.
Mais il n’est pas nécessaire de mettre en contact avec une source électrique un corps bon conducteur pour l’électriser ; il suffit de l’en approcher.
Par sa seule présence, la source électrique agit alors sur l’électricité neutre, la décompose et attire de son côté l’électricité contraire à la sienne, et repousse de l’autre côté l’électricité semblable ; le corps est alors électrisé par influence.
Dans ce cas, il n’y a simplement que séparation et déplacement des agents électriques dans le corps bon conducteur, il ne reçoit rien de la source et ne lui donne rien ; aussi, si on le soustrait à son influence, en l’éloignant ou en supprimant la source elle-même, les électricités séparées se recomposent, et le corps revient à l’état neutre.
Lorsque cette recomposition s’opère brusquement, les électricités en se rejoignant éprouvent des mouvements rapides de translation, et déterminent dans les corps où cette recomposition a lieu des secousses plus ou moins violentes, que l’on désigne sous le nom de choc en retour.
On évite les effets brusques et quelquefois destructeurs de ce choc en retour, en éloignant peu à peu de la source électrique le corps électrisé par influence.
Il suffit qu’un corps bon conducteur soit en communication avec une source électrique par un seul point, pour que l’électricité se répande immédiatement dans toute sa surface ; et lorsqu’il est électrisé, il importe peu qu’on le touche par un point ou par un autre : la perte qu’il éprouve se fait également sentir dans toute sa surface.
Pour lui enlever toute son électricité, il suffit donc de le mettre un instant en communication avec le sol, qui est bon conducteur. C’est pour cela que lorsque l’on parle de notre globe dans l’intervention des phénomènes électriques, on lui donne le nom de réservoir commun.
Il n’en est pas de même des corps mauvais conducteurs, ils ne prennent ou ne perdent de l’électricité que dans l’étendue de leur contact ; chacun de leurs points doit être considéré comme indépendant des autres, se chargeant seul d’électricité, et seul aussi la perdant. Cette cause permet de charger divers points d’un même plateau de résine d’électricités de différente nature.
La transmission de cet agent dans l’étendue d’un corps bon conducteur, d’un fil métallique, par exemple, s’opère avec une telle rapidité, qu’il a été impossible jusqu’à présent d’en calculer la vitesse ; il se transporte presque instantanément d’un bout du fil à l’autre.
Tout autour d’une source abondante d’électricité il se répand une odeur analogue à celle de l’ail ou du phosphore ; on retrouve quelquefois cette odeur dans l’air, à l’approche d’un violent orage.
La couleur de l’étincelle électrique est ordinairement bleuâtre et rougeâtre ; mais un fait assez curieux, c’est que l’électricité s’écoulant d’un corps terminé par une pointe présente une lumière qui change dans son aspect, suivant la nature de cette électricité ; si elle est positive, elle s’échappe sous forme d’une belle aigrette lumineuse dont les rayons divergents excitent dans l’air un léger bruissement ; si, au contraire, elle est négative, on n’aperçoit qu’un point lumineux à l’extrémité du corps aigu.
Quoique l’on ne soit pas brûlé par la lumière électrique, il n’en résulte pas qu’elle soit sans chaleur ; dans beaucoup de cas, elle agit comme le feu ; ainsi l’étincelle électrique peut rallumer une bougie qui vient d’être éteinte, enflammer l’éther, l’alcool, les gaz inflammables, tels que l’hydrogène, etc.
VII.
M. de la Rive a communiqué à l’Académie des sciences un important Mémoire sur l’état électrique du globe. Il fait remarquer que dans l’état normal l’atmosphère est chargée d’électricité positive, et que cette électricité va en croissant, à partir de la surface du sol où elle est nulle, jusqu’aux plus grandes hauteurs qu’on ait pu atteindre. Le globe terrestre, par contre, est chargé d’électricité négative ; c’est ce que prouvent un grand nombre d’observations, les unes directes, les autres indirectes ; c’est d’ailleurs la conséquence de la présence de l’électricité positive dans l’atmosphère, l’une des électricités ne pouvant se manifester à l’état libre sans qu’une quantité équivalente de l’autre se manifeste également.
À la surface du contact de l’air atmosphérique et de la partie solide ou liquide du globe terrestre, il existe une couche d’air à l’état neutre, les deux électricités devant s’y neutraliser constamment, vu que la cause (probablement souterraine) qui les dégage, agit nécessairement sans interruption. Cette neutralisation est naturellement facilitée dans les plaines et au-dessus des mers par l’humidité, toujours plus ou moins considérable, dont y sont imprégnées les couches d’air en contact avec le sol. Mais il n’en est pas de même sur les sommets des montagnes et surtout au haut des pics élevés ; la sécheresse de l’air doit y rendre la combinaison des deux électricités plus difficile et leur permettre d’acquérir, à la négative dans le sol, à la positive dans l’air, un degré de tension passablement énergique. C’est ce que démontre, d’une part, la forte électricité positive que l’air possède à ces grandes hauteurs, et d’autre part, l’attraction qu’exercent les montagnes, en vertu de leur électricité négative, sur les nuages positifs de l’atmosphère.
Maintenant, que se passera-t-il, se demande M. de la Rive, si on réunit, par un fil électrique, une plaque métallique implantée dans le terrain de la plaine avec une plaque semblable implantée dans le sol d’un lieu élevé ? Comme il y a un écoulement continu de l’électricité négative du sol vers la positive de l’air, qui produit la couche neutre, il en résulte donc nécessairement un transport d’électricité négative de haut en bas, ou, ce qui revient au même, un courant d’électricité positive ascendant dans le fil conducteur qui réunit deux lieux inégalement élevés au-dessus de la mer.
On le voit, les phénomènes électriques qui se passent à la surface de notre globe et dans notre atmosphère sont passablement complexes. Il y a d’abord un fait général, savoir, l’accumulation par l’effet des vents alizés, dans l’atmosphère des régions polaires, de l’électricité positive dont l’air des régions équatoriales se trouve constamment chargé par les particules de vapeur aqueuse qui s’y élèvent des mers. L’influence de cette électricité positive accumule et condense près des pôles une grande portion de l’électricité négative que possède la partie solide du globe, en même temps qu’elle est aussi condensée par elle. Les décharges plus ou moins fréquentes qui ont lieu entre ces électricités condensées à travers l’atmosphère, donnent naissance aux aurores polaires dont l’apparition est toujours accompagnée de courants électriques circulant dans le sol ; ces courants manifestent leur présence, soit par leur action sur les aiguilles de la boussole, soit par leur transmission à travers les fils télégraphiques.
Mais, outre le fait général et dominant que rappelle M. de la Rive, il existe un grand nombre de faits particuliers et locaux, provenant des inégalités de tension dans la distribution plus ou moins variable de l’électricité, soit négative, soit positive, dont sont respectivement chargés le globe terrestre et son atmosphère. Tels sont les orages ordinaires et tous les phénomènes variés qui les accompagnent. L’attraction des nuages par les montagnes, les effets de phosphorescence qu’ils présentent quelquefois, tiennent à la même cause, et il est probable que bien d’autres phénomènes naturels, comme les trombes, par exemple, ont aussi la même origine[1].
On n’est pas étonné de voir l’état atmosphérique du globe agir puissamment sur les personnes dont le système nerveux est très susceptible, lorsque l’on connaît les relations qui existent entre l’électricité et la vie, et les perturbations que les changements atmosphériques apportent dans l’état électrique du globe[2].
