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Submitted on 1 Jan 1924
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Sur les anomalies du magnétisme terrestre et de la gravité dans le gouvernement de Koursk (Russie
centrale)
P. Lasareff
To cite this version:
P. Lasareff. Sur les anomalies du magnétisme terrestre et de la gravité dans le gouvernement de Koursk (Russie centrale). J. Phys. Radium, 1924, 5 (6), pp.180-190. �10.1051/jphysrad:0192400506018000�.
�jpa-00205150�
SUR LES ANOMALIES DU MAGNÉTISME TERRESTRE ET DE LA GRAVITÉ DANS LE GOUVERNEMENT DE KOURSK (RUSSIE CENTRALE)
par M. P. LASAREFF
1. Introduction. - L’anomalie magnétique de Koursk fut découverte par Smirnov et étudiée ensuite par Piltschikov, Sergievsky. Rodd et Mourea-uix, invité par la Société de
Géographie de Russie à prendre part à ces travaux (’). Ces recherches n’ont cependant pas fourni d’éléments suffisants pour dresser des cartes des éléments magnétiques H, Z et D (2).
Dans ce but, Leyst a entrepris l’étude systématique des anomalies magnétiques de Koursk,
mais sa mort en Allemagne, en 1918, a soustrait tous ses documents à la science russe. J’ai alors exposé, à l’Académie des Sciences de Russie, l’état de la question et, à la suite de cette
communication, une commission spéciale a été nommée dont j’ai l’honneur d’assumer la
présidence. ,
Malgré des conditions de travail très pénibles au cours de l’été de 1919, quand le gou- vernement de Koursk était traversé par le front de la guerre civile, le groupe des travail- leurs se trouvant non seulement dans le voisinage de la ligne du front, mais parfois même
entre les deux lignes des adversaires, on eut la chance de trouver une bande d’anomalie et
d’explorer une région présentant des valeurs considérables de Z (jusqu’à 1,4 unités C. G. S.).
A la suite de ces travaux, il a paru intéressant d’entreprendre une série de forages pour
déceler, en profondeur, la présence soupçonnée de gites de magnétite. Une commission spéciale a été désignée à cet effet, comprenant un grand nombre de savants russes, et
présidée par les suivants : £I. J. Goubkin, président ; P. Lasareff, vice-président et chef
des travaux IÍ1agnétométriques, gravimétriqucs et géodésiques; A. Archangelsky, chef
des travaux géologiques ; M. A. Himmelfarb, Ingénieur en chef des travaux de forage et
secrétaire de la Commission.
Au cours de cinq saisons (1919-19~3), on fit le levé magnétique d’une superficie de
i 500 km2 environ et on obtint les valeurs de D, H et Z en 14000 stations environ.
En ~t9~1, 1922, 19~3, des levés du champ de gravitation furent exécutés dans les dis- tricts de Stschigry et Stary Oscol (1), ainsi que des forages profonds et des travaux géolo- giques.
II. Méthodes des mesures magnétométriques et des mesures géodésiques. -
Pour la détermination de D, H et Zon se servit de la méthode du déflecteur de Collongue (4).
Cette méthode, proposée à la Commission Magnétique par M. Kriloff, donnait une exacti-
tude suffisante (de 1 p. 100 jusqu’à 0,25 p. 100) et permettait d’exécuter le travail prompte- ment, de manière que les mesures de D, Il et Z en un point n’exigeaient que 20 minutes. Une correction relative à la variation du champ n’était pas nécessaire parce que les variations (1) On trouve un aperçu historique de la question dans l’article de P. L’anomalie magnétique
dans le gouvernement de Koursk. Annexe aux Procès verbaux de l’Académie des Sciences de Russie, 1921.
(2) H est la composante horizontale; Z, la composante verticale et D, la déclinaison.
(3) Les travaux géophysiques exécutés dans le domaine de l’anomalie de Koursk sont décrits dans les rticles suivants : -.
P. LASAREFF. Annexe aux Procès- verbciitx de rA cadémie des ,Sciences de Russie, 1921..
P. LASAREFF. The Kursk llagnctic Anomaly, Berlin. 1922.
P. LASAUEt-F. Contptes rendus de l’Acccdemie des Sciences de Russie (1923), p. 1,31, 33.
P. LAS.B.REFF..Yaturlcissens(’ha{len (1923), p. 705.
P. LASAREFF. Ter’t’fstrial Jfa,qnetisnl, décembre 9 923.
P. C. R., t. 177 (1923), p. 1 32 ; t. 178 (’1924), p. 510; t. 17 8 (i924), p. 627. , (4) Voir: Encyklopiidie der Matlzem. t. 6 (1 A), n° 3, p. 332.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192400506018000
dans le champ normal n’atteignent que 0.15 p. 100 de la valeur observée (H, Z) et sont, par
conséquent, moindres que les erreurs de la méthode (1).
Après avoir déterminé D, en mesurant l’angle entre la direction du méridien géogra- phique et l’axe de l’aiguille magnétique mobile de l’appareil, on mesure H et Z. Le principe
de ces mesures sera facilement compris par ce qui suit.
, Fig. i .
’
Supposons que OH = H (fig. 1) représente la direction et la valeur de la composante horizontale du champ terrestre, qu’on explore, et que OM =1V est la composante horizon-
tale variable du champ d’un aimant horizontal (aimant déflecteur N S). Cette force peut être , changée à la volonté par le déplacement t vertical de l’aimant NS. ’La résultante des deux forces H et jJ1 sera OA - fI - ill. Supposons qu’un champ magnétique ON = iV, donné
par l’aimant NS, exerce une action dont la direction soit perpendiculaire à la direction de H et de -JI.
La résultante des trois forces H, M et iBT sera dirigée suivant la diagonale OR du rec- tangle dont les côtés sont 0.4 et ON ; alors, l’angle ~, formé par la direction de la compo- sante horizontale du champ exploré OH et celle cle la résultante OR, est déterminé par le
rapport : ,
,
Si I/= J/, l’angle 9 = l’aiguille de l’instrument occupe la position perpendicu-
laire à la direction de la composante horizontale (2).
Pour mesurer le champ terrestre au point donné, l’aimant mobile N S du déflecteur est
déplacé jusqu’à ce que l’aiguille ait tourné de 90° de sa position primitive. Ce moment est
celui de l’égalité entre H et AI et l’on peut, d’après la distance entre l’aimant mobile du déflec- teur et l’aiguille de l’appareil, obtenir la valeur de M et par conséquent H. ’
(1) On trouve des calculs relatifs à cette question dans l’article suivant : P. Annexe aux
Procès-verbaux de. lacadéatie des Sciences de Russie, loc. cit., p. 3.
°
(~) Le champ, pour l’aiguille donnée, peut être considéré comme homogène.
Afin de pouvoir graduer l’appareil en unités absolues, il est indispensable de faire des
mesures dans un champ d’intensité connue.
Pour la mesure de la composante verticale du champ Z on se sert d’une petite aiguille
aimantée AB suspendue à un fil fin horizontal, sans torsion, fixé àiun disque léger, tournant
autour d’un axe vertical (Fig. 2).
Le centre de gravité de l’aiguille est disposé de manière qu’à l’état désaimanté l’aiguille
ait la position horizontale. L’aiguille aimantée s’incline. Si, au-dessus
de l’aiguille AB, on dispose, sur l’axe vertical de rotation OP, ûn
aimant NS, de manière que son axe coïncide avec OP et que la com-
posante verticale Zi ait une direction opposée à celle du champ ter- restre ; si Z, (la composante verticale du champ de l’aimant) est égale
et opposée à la valeur de Z, la position de l’aiguille est horizontale.
La graduation en unités absolues s’effectue de la même manière que pour H.
Les travaux dans le gouvernement de Koursk furent exécutés par un groupe de travailleurs du Service Hydrographique (1).
Malgré des conditions très défavorables, inhérentes en 1919 à la guerre civile, des mesures ont été faites dans la bande nord de l’anomalie et on a obtenu les valeurs de D, H et Z en i4 000 stations
avec une approximation de 0,5 à 1 p. 300.
Pour obtenir cette précision il était indispensable d’avoir des eartes à grande échelle.
Voici le calcul simple par lequel je suis arrivé à fixer l’échelle des cartes géodésiques (2).
Soient Z la valeur de la composante verticale observée au point A,
et la variation de Z observée au point B, situé sur la normale aux
isolignes Z. La distance AB est 1. Ensuite, soit /,, une distance sur la
surface de la Terre à laquelle correspond une distance minimum ?~
appréciable graphiquement sur la carte. Admettons que AZ soit une fonction linéaire de 1 ; nous trouvons que la variation de Z correspon- dant à une distance 10 est
Pour éviter un travail superflu, il a fallu choisir une méthode magnétométrique dont
l’erreur d’observation soit égale à 11:10,
.
Sip est l’erreur commise (pour 100), -. ne doit pas dépasser à Z, . Par conséquent,
100 z
où F est une constante dépendant de l’échelle.
Les calculs montrent que, pour obtenir toute la précision possible de la méthode du
déflecteur de Collongue, il faut avoir une carte à grande échelle ou ~0 1 000 environ) . ,
(1) Les travaux ont été exécutés par MM. Jurkevitsch, Zaborovsky, Ovod, Janovsky, Krnschinin, Jakovlev, Beliajev, Gengolovic, Musiatovic, Riabinin. Chefs des travaux magnétiques : MM. Pavlinov
~919-1~21) et Zaborovsky (1921-1924).
(2) Voir : P. LASAREFF. Comptes rendu/) de des Sciences de Russie (19?3), p. 31. , P. LASAREFF. C. R., t. ’iÎÔ (1924), p. 510.
Pour déterminer les coordonnées du lieu d’observation on en trouvait comme à l’ordi- naire la position géométrique par rapport à des points de base dont les coordonnées étaient
connues grâce à un levé trigonométrique exact antérieur.
’
Pour compléter le réseau géodésique qui existe dans le gouvernement de Koursk, la Sec- tion géodésique a commencé sa triangulation le long de’la partie septentrionale de l’ano-
malie {’).. ,
III. Résultats des travaux magnétométriques. - Il était nécessaire d’explorer
deux bandes de terrain où les anomalies avaient été signalées : l’une qui traverse, en écharpe,
dans la direction NO-SE, la partie septentrionale, et l’autre, à peu près parallèle, située dans la partie méridionale du gouvernement de Koursk; ces bandes sont séparées par un champ
d’anomalies faibles sur une largeur d’environ t~0 km.
Les travaux de la Commission situent la bande septentrionale entre le district de Dmi- trovsk, dans le gouvernement d’Orel, etle district Stary Oskol, à la limite du gouvernement
de Voronège.
La largeur de la zone anormale ¡~est comprise entre 2 km (Stschigry) et 40 km (Stary Oskol) ; sa longueur atteint 250 km. Le passage des anomalies fortes aux anomalies faibles
se produit brusquement. ,
On peut déduire, d’après les mesures effectuées sur les anomalies magnétiques de ces régions, les conclusions suivantes :
°
Fig. 3.
Suivant une série de profils transversaux des isolignes, on constate l’existence de
maxima de la composante verticale Zm (voir fig. 3, Z, Z, qui représente la variation de Z normalement aux isolignes).
Ces maxima sont échelonnés sur ce que nous avons appelé la ligne axiale ou fonda-
mentale de r anornalie.
La figure ~~ représente la carte géographique de la partie étudiée du gouvernement de
Koursk. La ligne A, A, A est la ligne axiale de l’anomalie.
La composante verticale Z est variable tout le long de cette ligne axiale, montrant plusieurs
maxima dont deux très élevés (Z = 2,0 C. G. S.), se manifestent vers le milieu (Stschigry)
et à l’extrémité sud (Stary Oskol) de la bande anomale.
°
Pour donner une représentation exacte de la variation de l’intensité du champ de
l’anomalie on a représenté, sur la figure 5, les résultats des mesures de la composante ver-
ticale Z le long de la ligne axiale de l’anomalie. _
{~) Les travaux géodésiques ont été exécutés par 1B1)1. P. Aksenov, J. Alekseiev, N. Stschelkine.
L’axe des abscisses représente les longueurs prises le long de la ligne axiale, les ordon-
nées sont les valeurs de Z.
’
La variation de H normalement à’la ligne axiale est donnée sur la figure 3.
On voit que les valeurs minima de H avoisinent la ligne axiale (point 0) ; les composantes horizontales anormales Ha sont dirigées vers cette même ligne e).
En franchissant, du Sud-Ouest vers le Nord-Est, la ligne axiale de l’,anomalie, on
passe brusquement de la déclinaison Est à la déclinaison Ouest.
La bande anormale méridionale passe par les villages de Kotschetovka et Nepkchajevo,
où l’anomalie avait été déjà découverte dans les recherches antérieures. La composante ver-
ticale Z varie, dans les districts de Belgorod et Obojan, de 0,50 à 0,72 C. G. S.
La largeur de cette bande anormale méridionale, qui atteint 30 km, est la même que celle de la bande septentrionale, mais l’nspect des isolignes des éléments magnétiques D, Het
Z est différent. Les tracés de celles de la bande septentrionale sont en effet des lignes gros- sièrement parallèles, enserrant parfois des courbes fermées très allongées, disposées en une
file régulière, qui limitent des régions de valeurs maxima ou minima (voir fig. 6). Et c’est
1
~
Fig. 6. "
seulement dans le district de Stary Oscol qu’on trouve des isolignes fermées, moins allongées
et disposéeb irrégulièrement les unes à côté des autres (voir fig. 7).
La bande méridionale présente presque partout cette disposition irrégulière des iso- lignes.
11 en résulte, que, en recoupant normalement les isolignes, on rencontre souvent plu-
sieurs maxima, alors que dans la bande septentrionale il existe presque partout un seul maximum, correspondant à la ligne axiale.
(1) Les valeurs D, H eL ’/,, obtenues par les observations directes, dépendent aussi bien du champ
normal que du champ anormal. ,
Afin d’oloenir les composantes du champ anormal, on cherche les valeurs X et Y des composantes Nord et Ouest X = H. cos D et ~’ = H. sin D.
Désignant par X,,, Y,,, Z" les composantes du champ normal, calculé d’après la formule de :M. Carlheim-Gulienskold, et par Xa, Ya, Za, les composantes du champ anormal suivant les mêmes axes,
nous avons X = ,X"Tl + .0’B([; 1’= Y,, + l,,; Z= Zn + Za et lIa = ~/X"2 + )",Ll.
Pour obtenir un contrôle rigoureux du levé magnétique, on a calculé l’intégrale curvi-
ligne B(X d x + Y cl y), qui exprime le travail effectué le long du contour limité par les
)A
parallèles et méridiens des deux points A et B.
Fig.7
Les calculs ont montré, que l’intégrale curviligne ne dépend que de ses limites et ont
permis d’établir les cartes de potentiel de la composante horizontale C).
On a pu, en outre, en déduire la certitude d’une indépendance complète entre les cou-
rants électriques de l’atmosphère et l’anomalie magnétique de Koursk.
IV. Résultats des travaux gravimétriques. - L’étude du champ de la pesanteur
dans le domaine de l’anomalie de Koursk a démontré l’existence d’un champ anormal de pesanteur (~).
Dans le district de Schigry, les maxima de magnétisme terrestre OM (fig. 8 ), et les
maxima de pesanteur gm ne coïncident pas, le maximum de gravité gm étant distant de
200 m du premier. Les observations ont été faites sur deux parallèles distants de 1,5 km et la loi est la même dans ces deux cas.
Les vecteurs de la composante horizontale de la pesanteur ayant, vers l’ouest du maxi-
mum de g, une grandeur plus considérable et étant-dirigés vers la ligne axiale de l’ano-
malie, varient brusquement en passant par le maximum ; vers l’est de ce maximum, on , trouve des vecteurs beaucoup plus petits et dont la direction est très variable.
La valeur de la variation niaximum de g est
(1) Les calculs ont été effectués par Mlle Boulanova, Mme Tedorova, Deriaguine et Gamburtzev.
(‘~) L’étude du champ de la pesanteur a été exécuté par la méthode du pendule de Stückrat (M. A. Michailov) et par la méthode du variomètre d’Eotvos (1I11. P. Aksenov, P. likiforov). On trouve la description des méthodes de Stückrat et d’Eotvos dans l’ouvrage de Jordan et C. Reinhertz : Handbuch dei- Vermessun,qskunde, t. 3 (1916), p. 666 et ~4~, Stuttgart.
et est observée par méthode d’Eôtvos au point gm (fig. 8) situé, vers l’est, à la distance de 200 m. La détermination directe de 8y par la méthode de Stückrat a donné 1 g z 0080 ± 0,0016.
A une distance de 3 km vers l’ouest du maximum de gravité, l’anomalie est inappréciable.
Dans le district de Stary Oskol, les maxima de la
composante verticale Z et les maxima de gravité se
confondent (voir fig. 8).
Il est intéressant d’indiquer que, dans les domaines de Z minima et Z maxima, les valeurs de restent
les mêmes, tandis que Z varie de
Z = 0,6 (Tim) à Z = 2,0 (Stschigry, Stary Oskol).
V. Les causes possibles de l’anomalie mu-
gnétique. - On regarde comme causes possibles de
l’anomalie magnétique soit des courants électriques,
soit des gisements magnétiques. Le présent para-
graphe a pour objet d’indiquer un critérium qui permette de distinguer les anomalies ma-
gnétiques provoquées par les courants électriques de celles provoquées par la présence des gisements magnétiques (’).
J’examinerai d’abord, d’une part, l’anomalie due à l’existence d’un courant électrique rectiligne parallèle à la surface de la Terre et, d’autre part, l’anomalie dépendant de l’action de pôles magnétiques distribués uniformément
sur une ligne droite parallèle à la même surface.
J’appellerai ligne principale de l’anomalie,
la projection du courant et celle de la ligne des pôles sur la surface horizontale de la Terre.
Soit a (fig. 9) la distance OA du courant rec-
tiligne ou de la ligne magnétique de la surface de la Terre. Nous admettrons que le plan de la figure
est perpendiculaire à ces lignes. D’autre part,
soient x la distance AB (B représente le point d’observation) et 7°, la distance OB.
Je calculerai les variations de la composante
verticale anormale Za et la composante horizon-
tale anormale H~.
1. Courant électrique. ~- La force magnétique due au courant électrique peut être représentée p par BM = M - - B 1r où B est une constante dépendant .de l’intensité du courant
2. Gisenlent lJlagn.étique - La force d’attraction sur l’unité de masse magné-
-B
tique exercée par la ligne des pôles est égale à BN - N - - où B est une constante.
r
(1) Voir. P. LÀS-IREFF . Annexe aux Procès-verbaux de l’académie des Sciences de Russie, loc. cit., et P. LASA-
REFF. C. R., t. 178 (1924), p. 627. -
r
Nous voyons que la fonction qui représente Ha dans le cas d’un gisement, représente Z,
dans le cas d’un courant et, inversement, les expressions (i) et (2) sont représentées dans la figure 10, où la ligne AA représente la fonction Ra x2+ a2 et la ligne n BB, la fonction x2 +a 2
(B - 1 et a = 1).
Si, au lieu d’une ligne de pôles unique, nous avions deux lignes sur lesquelles seraient
distribuées des masses égales et de signe contraire, nous aurions
et
a et b étant les distances des lignes de pôles à la surface de la Terre et c, la distance des.
projections de ces lignes sur la même surface. ’
Si les anomalies sont produites par plusieurs lignes]de pôles parallèles, nous aurons
où I est la somme de termes Bi, ai, Ci, ,variant d’une ligne à l’autre.
Comme on peut aisément le voir, les vecteurs Ha sont toujours perpendiculaires à la
Fig.10. Fi g. 11.
ligne principale (qui coïncide avec la ligne fondamentale pour une série de pôles) ; mais,
tandis que, dans le cas d’un courant, ces yecteurs ont la même direction en traversant la
ligne principale, dans le cas des gisements linéaires, par contre, la direction des vecteurs
change de signe en traversant la ligne principale.
Si, au lieu des valeurs Za et 1/n, nous prenons celles de Z et H directement observées,
nous obtenons pour Z les lois semblables : le maximum de Z (gisement) et la valeur nor-
male de Z (courant) correspondent à la ligne principale, Z étant égale à Za -f- Zn ’(Zn est
constante dans le domaine de l’anomalie).
Si la ligne principale est perpendiculaire à la direction du méridien magnétique, les
lois valables pour//restent également semblables au cas déjà cité, mais elles sont plus com- pliquées si la ligne principale fait un angle différent de 90° avec le méridien.
La variation de D, dans le cas d’un gisement, peut être étudiée par la méthode sui- vante. Soit AA la ligne principale (fig. 1 i). En deux points B, C disposés symétriquement
par rapport à la ligne AA, la composante anormale horizontale /7~ a les mêmes valeurs mais des directions opposées ; pour cette raison, si, dans la région de l’anomalie, coïncide avec
la direction du méridien géographique, les valeurs de Il observées ont des directions diffé-
rentes au sud eau nord de AA : on observe, > au nord, > une déclinaison vers l’ouest, , et au sud, vers l’est, les isogones étant parallèles à la ligne A.~.
Dans le cas du courant électrique, nous avons, le long de la ligne principale, une
inflexion double des isolignes de D.
Dans le domaine de l’anomalie de Koursk, la distribution de D, II et Z correspond, en
tous points, à l’existence de gisements (’ ).
En admettant que c’est,une ligne des pôles qui produit l’anomalie, on peut calculer la
profondeur de ces pôles sous la surface de la Terre. Cette méthode m’a donné au point B (fig. 4) la profondeur de 300 m environ (2). On peut admettre deux séries de pôles ou un gisement cylindrique aimanté par influence, comme M. Zaborovsky et 1~. Kostizine l’ont
admis, le résultat de la détermination de la profondeur reste le même.
VI. Sur les travaux de forage profond. - Le point situé sur la bande septentrionale (point B, fig. 4) a été fixé en 1921 par la Commission pour les travaux de forage profond.
Ces forages ont montré, en i923, qu’il existe, à une profondeur de 1~!~ m, des amas de magné-
tite en relation avec des quartzites inclinées à 70°. Ce minerai est impur à la surface, avec
une densité de 3,8 et une teneur en fer métallique de 40 à 45 pour mais il s’enrichit
aux profondeurs plus grandes.
Les forages ultérieurs; au nombre de dix, ont été exécutés (3) suivant des directions normales à la ligne axiale. Les plus profonds sont situés sur une ligne coupant la ligne axiale
au point B.
Fig. i‘~.
La représentation graphique des résultats de forages profonds (ab, cdc, ghi, lm, nop) est
donnée sur la figure ~~ (les abscisses sont les distances de la ligne axiale g; les ordonnées,
les profondeurs). ..
(1) Voir. P. aux Procès-rerbau:r: cle rj,radénÚe des Sciences de Russie, p. ii.
(2) Les mesures de profondeurs onL été exécutées par deux méthodes différentes; cc) par la compa- raison.de la variation de Z et H (la distance du pomt ou de la ligne axiale est égale à la profondeur);
et b) par l’observation de la variation sur les hauteurs différentes. = constante, R étant la dis- tance du point d’observation à la ligne des pôles. "
(~’,) Ces travaux ont été dirigés par M. A. Himmelfarb, Ingénieur en Chef et .:B1...B. Popov, Ingénieur.
Cette figure représente une section normale verticale du gîte, passant par la normale
a c g 1 n à la ligne axiale au point g.
. On voit que le gîte ferrifère (AAAA) représente un cylindre à section allongée incliné sur
l’horizontale d’un angle de 50° à 60°.
Pour calculer la masse de fer métallique du gisement, nous admettons que le gisement
a une forme cylnidrique dont la section s est égale à 6,4.10~ (voir fig. ~3; s est égale à
fi Fig.13.
La longueur du gisement L est de 250 km ; la densité, 4,5 ; la teneur en fer
métallique varie le long de la ligne axiale et nous supposons que cette teneur, pour chaque section, est proportionnelle à Za observée sur la ligne axiale au point correspondant, la
teneur maximum au point B (Z~=2,0) étant 46 pour 100. Avec cette hypothèse, nous
obtiendrons la quantité de fer métallique contenue dans la bande septentrionale du gise-
ment égale à
111 = 0,8~8.~0’~’ tonnes (’).
Les calculs effectués pour les grands gisements de Kûruna (Suède) par M. Carlheim
Gyllenskôld et M. Lundbohm montrent (1) que ..JI, pour ces gisements, est égale à 1,372. i09 tonnes.
(1) Les détails de calculs se trouvent clans mon article publié dans les Comptes rendus de l’Académie des Sciences.
(2) Voir E. LEYST. Anomalie magnétique de Koursk. Travaux édités sous la rédaction de 31. P. LASAaErF, Moscou, 1921 (en russe).
Manuscrit reçu le 1.1 avril 1924.