dans l'air de particules électriques mobiles, ou ions, qui se déplacent sans cesse à la façon des molécules gazeuses. Schuster avait le premier, en 1877, interprété par cette ionisation la déperdition de charge que subit un conducteur isolé quand il est exposé à l'air (Coulomb), et il avait attiré l'attention sur l'importance du rôle que pouvaient jouer les ions, par leurs déplacements et leur répartition, sur le champ électrique terrestre et ses variations. Mais en 1899 ces idées reçurent un développement considérable. C. T. R. Wilson, en Angleterre, Elster et Geitel, en Allemagne, les approfondirent et multiplièrent les observations sur l'ionisation de l'air.

Ionisation. Voici ce que l'étude en laboratoire avait appris sur l'ionisation des gaz et ses agents physiques.

On sait qu'une molécule gazeuse est un agrégat d'atomes, qui eux-mêmes se composent d'une masse principale porteuse d'électricité positive, sinon identique avec elle, et de charges électriques négatives élémentaires, ou électrons. Sitôt que pour une cause ou pour une autre (par exemple par choc ou sous un rayonnement intense) un électron se détache de la molécule, celle-ci reste chargée d'un surplus positif égal à la charge négative qui constitue l'électron. Si la vitesse de l'électron est assez considérable, il sera capable de détacher à son tour par choc sur les molécules du gaz d'autres électrons, et d'ioniser davantage la masse gazeuse, jusqu'à ce que, par suite de ces chocs, sa vitesse soit tombée en dessous. de la force vive nécessaire pour produire cet effet. Si la vitesse de l'électron libre n'est pas trop considérable, il ne tarde pas à attirer par action électrostatique des molécules neutres, dont l'ensemble groupé autour de lui forme un ion négatif. De même, le reste positif de la molécule qu'il a quittée attire des molécules neutres; ensemble ils forment un ion positif de masse plus considérable.

On admet généralement que chaque ion ne porte qu'une charge élémentaire, et que leurs différences de mobilité sont dues à des différences de masse et de viscosité. Les négatifs sont généralement plus mobiles. Les ions diffusent dans la masse des molécules neutres d'après les mêmes lois que les gaz qui se mélangent; mais ils ne constituent jamais qu'une infime partie de la masse, au plus le dix-milliardième. Ils ont la propriété de pouvoir servir de germes de condensation à la vapeur d'eau, comme les fines poussières de l'air, sur lesquelles la vapeur se condense en gouttelettes de brouillard. Cette condensation s'opère plus aisément sur les ions négatifs que sur les positifs, comme C. T. R. Wilson l'a démontré dans ses remarquables expériences sur l'air débarrassé des poussières, ionisé, et sursaturé de vapeur d'eau. Lorsque par une détente brusque on porte le volume de cet air à 1,25 de sa valeur primitive, le brouillard se forme sur les ions négatifs; pour des détentes brusques de plus en plus fortes, ce brouillard ne s'épaissit pas d'abord, mais quand la détente atteint 1,31 l'augmentation subite du brouillard démontre qu'à leur tour les ions positifs servent de germes de condensation. On a d'ailleurs découvert des ions gazeux d'une mobilité beaucoup moins considérable que ceux sur lesquels expérimentait Wilson, environ deux mille fois plus lents, donc beaucoup plus massifs, semble-t-il, de l'ordre d'un million de molécules, et dont le diamètre serait de l'ordre du centième de micron. Ces derniers condensent la vapeur d'eau à peine sursaturée et même simplement saturante.

Les ions de signe contraire s'attirent évidemment entre eux, et peuvent en s'entrechoquant neutraliser leurs charges. Si toute cause d'ionisation cessait d'agir dans la masse, celle-ci reviendrait rapidement à l'état non-ionisé. La cause agit-elle toujours avec la même intensité, il devra s'établir un équilibre de régime entre le nombre d'ions nouvellement formés dans l'unité de

temps et celui des ions disparus, soit par recombinaison entre eux, soit par diffusion, soit par entraînement électrostatique, par exemple dans un champ électrique.

Causes d'ionisation. Les causes d'ionisation des gaz sont nombreuses; disons quelques mots des principales qui peuvent agir dans l'atmosphère. La plus importante, du moins à proximité du sol, semble être les substances et émanations radioactives, qui ionisent l'air par leur rayonnement corpusculaire positif alpha, ou négatif bêta, ou par leur rayonnement ondulatoire gamma. Le rôle important des radioéléments dans l'électricité terrestre et atmosphérique sera exposé en détail plus loin.

Les premiers phénomènes d'ionisation des gaz ont été découverts par la décharge électrique. L'étincelle est une cause d'ionisation; donc aussi l'éclair. Dans les gaz raréfiés, le courant électrique s'établit par ionisation. Quand le vide est plus avancé, le flux sortant de la cathode est constitué par des électrons libres. Ceux-ci, au sortir de l'ampoule, ont encore assez de force vive pour ioniser les molécules de l'air environnant. Même les rayons canaux positifs, qu'on peut recueillir en arrière de la cathode, ont ce pouvoir, mais beaucoup plus restreint.

Très tôt on a reconnu l'ionisation des gaz dans les flammes et dans les produits de la combustion à température élevée. On a découvert depuis l'émission d'électrons par les corps simplement incandescents.

Les rayons X, que le choc des électrons cathodiques fait surgir de l'anticathode, sont un puissant facteur d'ionisation, soit directement dans les milieux gazeux qu'ils traversent, soit par l'arrachement d'électrons, ou l'émission de rayons secondaires ondulatoires à partir des substances solides qu'ils frappent.

Il existe un rayonnement ionisateur très pénétrant, de fréquence encore supérieure au rayonnement gamma des

radioéléments, et dont la source n'est pas encore bien connue. L'étude en sera rapportée plus loin.

Même aux fréquences moins élevées que les rayons X, celles qui correspondent à la région ultra-violette du spectre, voire même à sa partie lumineuse, le rayonnement électromagnétique est capable d'ioniser. En effet, un corps chargé d'électricité négative se décharge, en émettant des électrons, quand il est exposé à la lumière ultra-violette. Ce pouvoir photo-électrique diffère considérablement d'une substance à l'autre ; il est particulièrement élevé pour les métaux, et surtout quand la surface en est fraîchement polie. Les métaux alcalins sont les plus sensibles, ils le sont déjà à la lumière ordinaire, voire à l'infra-rouge; l'aluminium, le zinc aussi sont sensibles; le nickel, le fer beaucoup moins. Certains oxydes et la glace sont photo-électriques; de même la plupart des roches et des terrains, mais dans un degré beaucoup moindre. L'eau ne semble l'être qu'excessivement peu, et en raison d'impuretés situées à sa surface. Étant donnée l'absorption des rayons ultra-violets dans les couches supérieures de l'atmosphère, l'action photo-électrique n'est sans doute efficace qu'aux limites extérieures; mais elle doit se produire sur les aiguilles de glace qui constituent les nuages très élevés, ou cirrus, et peut-être aussi sur des particules solides en suspension à des hauteurs encore plus considérables. Toutefois, la charge positive qui tend à s'établir sur un conducteur neutre par cette émission d'électrons reste toujours faible, et correspond à 1 ou 2 volts. Lenard a pu établir un effet photo-électrique, même sur des molécules gazeuses, mais uniquement par rayonnement ultra-violet de très haute fréquence (longueur d'onde entre un dixième et deux dixièmes de micron).

Il existe également des cas d'ionisation par action superficielle. Ainsi, près des cascades, l'air est chargé négativement, et l'eau positivement; de même l'air qui a traversé,

de l'eau pure en barbotant est chargé d'ions négatifs de faible mobilité, et l'eau reste chargée en signe contraire. Toutefois, si l'eau n'est pas pure, et suivant la nature et la teneur des substances en suspension ou en solution, le phénomène peut décroître en intensité, cesser entièrement, ou se produire en sens contraire. C'est ainsi que le barbotage dans l'eau de mer charge l'air positivement et l'eau négativement. On observe des ionisations analogues dans le rejaillissement et la pulvérisation des liquides. La brusque variation des surfaces de séparation du liquide et du milieu entraîne la production d'électricité. C'est ainsi qu'on explique, par le déferlage des vagues, la formation d'ions positifs au-dessus de la mer, de même que les charges de l'air sous le frottement de la pluie et les chocs fréquents des gouttes.

Déperdition.

Coulomb avait observé que la déperdition de charge d'un conducteur isolé exposé à l'air libre était à chaque instant proportionnelle à la charge du conducteur. On peut appeler coefficient de déperdition la fraction constante de la charge perdue à un moment quelconque dans l'unité de temps; on l'exprime ordinairement en centièmes de la charge moyenne perdus dans une minute.

Cette loi de déperdition de Coulomb n'est rigoureuse que lorsque l'état d'ionisation de l'air ambiant reste constant ; et la mesure du coefficient de déperdition suppose des expériences de courte durée et des variations. de charge limitées.

Pour déterminer le coefficient de déperdition à l'air libre, Elster et Geitel conçurent un appareil assez simple, mais dont les indications sont sujettes à caution. La méthode consiste à observer, à l'aide d'un électromètre à feuilles (plus tard on adopta l'électromètre bifilaire Wulf, plus sensible), le temps nécessaire pour que le potentiel d'un collecteur (cylindre de laiton ou de zinc