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Submitted on 1 Jan 1905
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Recherches sur la radioactivité de l’atmosphère du sol
H. Geitel
To cite this version:
H. Geitel. Recherches sur la radioactivité de l’atmosphère du sol. Radium (Paris), 1905, 2 (6), pp.193-196. �10.1051/radium:0190500206019300�. �jpa-00242132�
Recherches sur la radioactivité
de l’atmosphère du sol
Introduction
/yu début de ses recherches sur la radioactivité
A des minerais d’uranium et de thoriunl, avant
la découverte du polonium et du radium,
Mme Curie a émis une hypothèse hardie pour expli-
quer l’émission d’énergie de ces substances 1 : « Pour
interpréter le rayonnement spontané de l’uranium et du thoriuln, on pourrait imaginer que tout l’espace
est constam ment traversé par des rayons analogues
aux rayons RÕntgen, mais beaucoup plus pénétrants
et ne pouvant être absorbés que par certains éléments à gros poids atomique, tels que l’uranium et le tho- rium. »
Il faut reconnaîtrc que, dans l’état oû se trouvaient alors nos connaissances sur la nature des rayons de
Becquerel, cette pensée pouvait sembler surprenante,
mais Ctalt justifiéc. On sait, en Effet, que les rayons
Röntgen, à la rencontre d’un corps quelconque, nlais
surtout d’une substance très dense, subissent une
transformation partielle en rayons dits secondaires ; cc phénomène a été découverte par Perrin 2 et étudié en détail par Sagnac:;. -!Si, pour une raison quelconque,
les rayons efficaces, . primaire, échappent à notre
observation de façon que leur présence nous delneure incollnue, tandis que les rayons secondaires restent
perceptihles, il est hors de doute que nous croirions observer un phénomène indépendant, dù à une source d’énergie mystérieuse. Or, il est facile de voir clue
toutes les actions caractéristiques des rayons Röntgen,
l’ionisation de l’air, l’excitation de la phosphorescence,
la modification chimique des plaques photographiques,
sont liées à une certaine dépense d’énergie corrélatif’
d’une absorption partielle des rayons. Si donc oii til)- pose cette absorption insensible, ce qui relent a envisager dus rayons émis par un tube infiniment du J’.
on s’enlève du même coup le moyen de les percevoir.
Il n’y a donc rien d illogique dans l’idée que tout l’es- pace est rempli de la sorte de rayons infiniment péné-
trant, d’origine inconnue : cette idée restera une
hypothèse tant que nos llloyelh d’observation lit, seronr pas delenus assez sensibles pour mettre en
évidence dans ll’ cas général, la radiation secondaire
qui accompagne les rayons - car leur pouvoir de
1. Sk. Cl RIt. C. R. m 6. p. ii05. 1898.
2. PERRIN Ann. de Chim. el de Phys. i’. Il. p. 496, 1897.
3. SAGNAC. Ann. de Chim. et de Phys. 7.22. p. 493, 1901.
pénétration ne peut être rigoureusement infini-
ou tant qu’on n’aura pas découvert des substances
spéciales assez denses pour que les effets secondaires
s’y montrent immédiatement. D’après Mme Curie,
nous connaissons de pareilles substances, ce sont les substances radioactives, lllollillll et thoriull1;
grâce à leur poids atomique élevé, elles donnent en
effet, sous l’action des rayons Röntgen, 1111 rayonnement secondaire intense.
Au moment où parut cette hypothèse, l’analogie
entre les rayons de Becquerel et les rayons secondaires semblait complète; de plus, si elle s’était confirmée,
on aurait résolu, provisoirement du moins, la ques- tion si délicate de l’origine de l’énergie rayonnée; une
confirmation expérimentale méritait donc d être ten- tée. Si les rayons répandus dans tout l’espace avaient
une direction déterminée, la rotation de la terre
devrait avoir pour effet une période diurne dl’ la radio- activité d’un morceau de pechblende; de plus, on
devrait s’attendre à une diminution marquée de la
radioactivité au fond d’un puits de mine, car il semble
difficile d’admettre qu’a travers des centaines de mètres de roche l’absorption des rayons excitateurs soit absolument nulle.
On n’a pu, malgré tous les efforts, constater le pre- n1Ïer effet1, et le second n’existe pas davantage, comme
il ressort d’expériences faites au fond d’un puits de
600 mètres dans le Harz2, 11 reste possible, il es) M*ai, (lue la terre elle-même soit la source de la radia- tion partout présente, mais c’est une question diffi-
(’ile a résoudre expérimentalement, car. dans ce cas.
le corps qui émet est aussi celui qui absorbe, et l’ef-
fet revient à l’action d’une couche dont l’épaisseur dépend du pouvoir absorbant et du pouvoir émissif
du sol. Dans ce cas, on devrait constater an fond d mi
puits de mine plutôt UI1 accroissement qu’une dimi-
nution, puisque les rayons excitateurs viennent de tous les cotés. Mais à l’époque dont nous partons,
cette hypothèse l’ pouvait se présenter, car il n’y
avait pas la moindre raison de considérer la terre
comme nue source de rayons Rontgen.
À la suite des progrès de nos connaissances "111’ la radioactivité, ou a abandonné complément les idées
de ce genre, car des différences specifiques se sont
fait jour entre ltw rayons secondaires et les rayons de
1. Sk. CERIL. hlln-i’· presentes à la Faculté des sciences
Pari.., p. 1 10, 1903.
2. J. ELSTER et H. GEITHL Wied. Ann.. 66, p. 739, 1898.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190500206019300
194
Becquerel. Il suint de citer l’émission de particules 03B1,
la production de substances X et d’émanations, tous phénomènes absents dan; le cas des rayons Röntgen.
et que la théorie rIe la désintégration de Ruther- ford et Sadd y a seule pu coordonner et concilier avec
le principe de la conservation de l’énergie.
Si l’hypothèse hardie de Mme Curie, l’idée d’un rayonnement universel cause de la radioactivité, n’a
pu se maintenir, on est néanmoins arrivé au résultat
remarquable qu’un semblable rayonnement existe certainement, mais comme conséquence de la radioac- tivité. On nous permettra de rappeler sommairement la marche suivie.
La déperdition de l’électricité dans l’air,
rôle de la vapeur d’eau et des poussières.
Les premières connaissances acquises sur ces
rayons, au sein desquels nous sommes, pour ainsi dire, plongés, remontent au début des recherche s scienti-
fiques sur l’électricité. Le réactif le plus sensible (bien qu’il ne soit pas suffisant pour les caractériser) des
rayons Becquerel, c’est la conductibilité électrique,
l’ionisation de l’air et des autres gaz soumis aux rayons. Or, Coulo1nb a déjà eu occasion, dans ses
recherches fondamentales sur la loi des actions
électriques, de montrer que la perte de charge dans
l’air est due en grande partie au contact de l’uir lui-
même1. Il montra que cette perte ne changeait pas
sensiblement, si au lieu de toucher le conducteur
chargé (une balle de moelle de sureau dorée) avec
une baguette de g111e-laque, il en employait qua- tre, et il en concluait, a bon droit, que la conductibi- lité superficielle des isolan ts était négligeable par
rapport à la perte par l’air. Au moyen de la balance de torsion, il chercha à déterminer la loi de cette
perte en fonction du temps, et trouva qu’elle s’ex- primait par une formule de la f’ormc
ou Eo désigne la charge initiale, t lc temps, et ce une constante, appelée coefficient de déperdition. Ce
dernier dépendait essentiellement de l’état hygro- métrique de l’air, et quelques expériences semblaient indiquer qu*il était proportionnel an cube de la tun-
sion de vapeur d’eau.
La première loi est exacte quand le conducteur
chaîne est ii l’air libre2; mais à l’intérieur de la balance de torsion, où opérait Coulomb, elle n’est certainement pas rigoureuse, surtout aux hautes
tensions électriques. Mais il ne faut pas oublier que Coulomb attit surtout pour objet de déterminer
1. COULOME. Mém. de l’Acad. royale des Sciences. 1785,
p. 612.
2. Il. LEPRT. Terrestrial Magnetism and Atmospheric Elec- tricity. 6. 101. iaill.
la loi des attractions et des répulsions électrostati- ques; il ne se proposait pas d’étudier en elle-même la perte par I’air et ne la considérait que comme
une correction. Il déplore lui-même d’avoir manqué
de temps pour étudier divers échantillons de gaz dans des conditions hygrométriques différentes. Pour obtenir la Ioi des actions à distance, indépendam-
ment de la perte par l’air, sa formule exponentielle
suffisait.
La grande influence attribuée par Coulomb à la pré-
sence de la vapeur d’eau ne peut s’expliquer que par par une erreur expérimentale, la conductibilité super- ficielle de la gomme-laque augmentant avec l’hunii- dité. L’autorité légitime dont jouissait Coulomb
comnle expérimentateur est la cause pour laquelle
cette conception erronée s’est conservée jusque
dans les traités moderiies. Il arriva ici, comme sou- vent, qu’on oublia les restrictions signalées par l’au- teur lui-même, Coulomb s’étant fort bien rendu compte, au cours de son travail, de 1 incertitude qui
subsistait sur la question de la déperdition : (( Avant
de finir cette première partie de mon mémoire, je
dois encore avertir que, quoique le thermomètre, l’hygrométre, et même le baromètre, marquent à différents jours les mêmes degrés, le décroissement de l’électricité n’est cependant pas toujours le même.
L’on ne peut, ce me semble, expliquer ces variétés par
une autre cause que par la composition de l’air formé
de différents éléments plus ou moins idioélectriques,
dont la densité, les proportions varient presque conti- nuellement et qui ont des degrés d’affinité différents
avec les vapeurs aqueuses. »
A coup sûr, Coulomb a le mérite d’avoir montré le premier que la déperdition de l’électricité est due
au contact des conducteurs et de l’air, et non au simple défaut d’isolement des supports. Le programme quc Coulomb s’était tracé sans le remplir, savoir
l’étude systématique de la déperdition de l’électricité dans différents milieux et dans des conditions hygro- l11étriques bien connues, fut réalisé 60 ans plus tard
aVeC un soin minutieux par Jllatteiteci 1.
Bien que certains de ses résultats soient inexacts,
sans doute a cause des imperfections de méthode (c’est
ainsi qu’il trouve, comme Coulomb, un accroissement de déperdition avec l’humidité de l’air, sans propor- tionnalité il est vrai, et ne constate aucune différence
entre l’air, l’hydrogène, le gaz carbonique), son tra,-
vail contient tant d’observations excellentes qu’on lui
doit les plus grandes obligation, surtout quand on
songe tt la nouveauté de ses résultats pour l’époque.
Nous ne pouvonb céder a la tentation de rappeler
deux de ses remarques.
Après avoir montré que la déperdition dans rail’
en mouvement n’est pas plus grande, plutôt plus
1. MATTEUCCI. Ann. de Chim. et de Phys.3, 28. p. 385. 1850.
petite, qu’au repos, il étudie l’influence des charges
voisines : La perte de l’électricité par le contact de l’air B aril’ suivant la nature de l’électricité possédée
par le, corps en présence; ainsi, en lnettant successi-
vement le même corps également électrisé. ou en
présence d’un corps chargé de l’éleclricité contraire,
ou en présence d’un corps chargé de la même électri-
cité, ou en le laissant seul, on trouve que la perte la
plus petite dans un temps donné est celle qui a lieu
dans le premier cas. )) Le fait que la déperdition de
l’électricité est ainsi augmentée par la présence de charges de méme signe, diminuée par la présence de charges de signe contraire, devait, à l’époque, sem-
bler inexplicable. L’explication est fournie par la théorie des ions ; dans le premier cas, lcs lignes de
I’orce issues des deux corps, qui sont les lignes de
cheminement des ions, se dispersent dans tout l’es-
pace ; dans le second cas, elles se resserrent en un
petit volume dans l’intervalle des deux corps, et les ions disponibles sont moins nombreux.
Un autre résultat de Matteucci, également facile à , interpréter dans la théorie des ions, est celui-ci :
« Dans l’air et dans les gaz autant que possible privés
de vapeurs aqueuses, la perte de l’électricité ne suit pas la loi trouvée par Coulomb, cn opérant dans l’air
plus ou moins humide. Pour des quantités d’électri-
cité comprises dans certaines limites, la perte de l’électricité est indépendante de son intensité ; cette perte est constante, de sorte que le rapport de la force électrique perdue à la force totale n’est pas une quan- tité constante, comme l’avait trouvé Coulomb. » Si l’on fait abstraction de la restriction inutile concer- nant les conditions de sécheresse et de pureté, on
reconnait qu’il s’agit du phénomène connu a présent
sous le nom de saturation. En fait, lorsque sous l’effet
d’une cause constante il se produit par unité de tclnps
dans un volume donné une quantité invariable d’ions des deux signes, il est impossible que, pendant ce temps, la perte d’électricité dépasse la valseur qu’on
obtient en multipliant le nombre des ions d’un
signe présent dans le gaz par la charges de l’un
d’eux. Cette linlite est atteinte quand le champ est
assez intense pour déplacer tous les ions présents.
Tandis que les deux premières observations de Matteucci tombèrent dans l’oul)li, la troisième qui
concernait la diminution de perte quand la densité de 1 air décrit eut plus de succès. Il est remarquable
que 1 observation de ce fait n’ait pas conduit son auteur a observer le fait corrélatif d’une diminution
analogue quand on passe d’un gaz à un autre moins dense.
La preuve fournie par Matteucci que la déperdition
subsiste dans l’air absolument sec, ruillait par la base
l’opinion qui attribuait le rôle essentiel i la vapeur d’eau. Des recherches ultérieures de Warburg éta-
1. WARBURG. Pogg. Ann., 145, p. ),8, 1872.
blirent que l’air humide ne conduit pas mieux que l’air sec, conclusion à laquelle était déjà arrive Munck af Rosenschöld 1.
Ces résultats ne furent pas admis des 1 abord, mais
malgré tout,le fait essentiel était découvert: l’air sec, et nous pouvons ajouter les autres gaz, possèdent à
la température ordinaire une conductibilité faible mais certaine. Il restait u trouver le mécanisme de ce
transport d’électricité. Ce fut l’objet de 1 important
travail de Nahruoldt 2, qui fil voir qu’à la température
ordinaire de l’air privé de poussières et enfermé dans
un récipient métallique relié au sol ne peut pas garder
une charge électrique. Ce fait s’interprète en disant
que les ions, les véhicules de l’électricité dans les gaz, diffusent très Bite Bers les parois où ils se déchar- gent. Si l’air renferme des poussières de quelque
nature qu’elles soient, les ions y adhèrent rll partie
et cet énorme accroissement dl’ masse parafe leur
mouvement. Le résultat de Nahrwoldt a été énoncé à tort comme une preuve qu’un gaz, sous les conditions ordinaires de température et de pression, ne peut recevoir aucune charge, ni par suite en transporter
aucune. Il ne restait plus alors qu’à rapporter la déperdition, aux poussières contenues dans l’air,
ainsi (me lc firent d’ailleurs beaucoup de physiciens.
Aussi, trouve-t-on dans les traités d’électricité deux.
théories différentes : l’une considère, avec Coulomb, la vapeur d’eau commue le véhicule de la déperdition ;
l’autre se réclame, al tort, de Nahrwoldt pour soutenir que cc sont les poussières, En tous cas, il y a un
recul en égard aux idées de Matteucci.
Questions météorologiques.
Il faut dire que ces phénomènes ne suscitaient qu’un
médiocre intérêt chez ceux (p1Ï s’occupaient d électro- stalique, jusqu’au jour 0B1 les physiciens étudièrent
directement la conductibilité des gaz. La physique appliquée, savoir la météorologie, s’y intéressait davan-
tage, car la question de la conductibihté de l’air éhnt à la base des problèmes d électricité atmosphérique.
Si l’air est en effet un isolant parfait. il ne neutv avoir de transport d électricité dans l’atmosphère,
sauf les cas de décharge disruptive par la foudre, que
sous forme de convention, c’est-à-dire par déplacement
de masses cliargées. L’électricité atmosphérique à l’exception des cas de décharge, suivrait donc les lois de l’électrostatique, car les effets électrodynamiques
d’une convention possible sont cncort’ loin. tnénn’
aujourdhui, de tomber sous laprécision de nos me- sures. Ce fut le point de vue d’Erman. de Pellier. et
c’est encore, un certain sens, celui d’Erner Au contraire, si l’air est conducteur, !cs différences
de potentiel dans son sein peuvent s’égaliser ...an,
1. M. AF ROSENSCHOLD. Phys. Ann. 31. p. 433. 1834
2. NAHRWOLDT. Wied. Ann. 51, p. 448. 1887.
196
transport, de masse, elles doivent même tendre à
s’égaliser, tl moins ilu’elles ne soient maintenues par certaines sources d’énergie, c’est-à-dire par des forces électromotrices. L’exemple le plus clair est la diffé-
rence de potentiel entre le sol et l’atmosphère; sa
moyenne annuelle est à peu près constante en un lieu déterminé, et pour peu que I*air soit conducteur, elle
ne peut s’expliquer que par l’action d’une force élec- 1 romotrice.
Des considérations de ce genre menèrent 11/. Linss al étudier systématiquement la déperdition de l’électri- cité dans l’atmosphère pendant le cours de deux ans.
Si le corps chargé qui sert dans ces expériences
abandonne, pendant l’unité de temps, une certaine quantité d’électricité a l’atmosphère, il faut que la nlême quantité sorte du sol, qui, comme le fait voir
sa différence de potentiel avec l’atmosphère est recou-
vert en temps normal d’une couche d’électricité libre
négative. Il importe d’abord assez peu de savoir la
nature du transport d’électricité du corps à l’atmo-
sphère, conduction ou convection par les poussières,
il ne s’agit que de connaître un fait; quelle est la frac-
tion de sa charge qu’un corps abandonne cn moyenne à l’atmosphére pendant l’unité de temps?
Or, la perte trouvée est telle qu’en moins de
100 minutes la surface du sol a du abandonner une
quantité d’électricité égale à celle qu elle possède à chaque instant. La question de savoir quelle est la
source qui maintient celle-ci constante est donc non
seulement naturelle, mais fondamentale. En même
temps, on constata une période annuelle dans le coef- ficient de déperdition, avec maximum en été et lnllll-
mum en hiver. Déjà Deccovia et lord Kelvin (en 1859)
ont trouve qu un conducteur isolé expose au champ électrique de l’air libre se charge d’une vitesse varia-
ble ; ce sont les premières observations de la conducti- bilité inconstante de l’atmosphère.
La méthode de M. Linss n’était pas a l’abri de toute critique au sujet des défauts d’isolement. Aussi M. El,tei- et 1noi avons-nous repris ces expériences,
en nous efforçant à la fois de réduire assez les défauts d’isolement pour les rendre négligeables et en em- ployant un dispositif qui permette, à tout instant, de
les connaitre et d’en tenir compte. L’appareil de de- perdition transportable, construit d’après ces prin- cipes a été très employé depuis, et se trouve décrit
en différents endroits’.
(A suivl’e.) H. Geitel,
Professeur au Gymnase de Wolfenbüttel.
La lampe et la soupape à vapeur
de mercure Cooper Hewitt
Tubes à gaz raréfié de grande conductibilité.
- Si l’on veut faire passer un courant électrique dans
un tube contenant un gaz
raréfié, ce gaz se com-
porte comme un diélectri-
que parfait tant que le
champ électrique n’a pas atteint une valeur déter- minée dépendant de la pression et de la nature
dit gaz. Lorsqu’elle est atteinte, le gaz perd brus- quement son pouBoir di- t’lectriyue et se comporte
Fig. 1. Dispositif pour l’ob- ensuite comme un conduc- tention d’un tube à gaz raré- ensuite comme un lit de grande conductibilité. teur, tallt qllïl est tra-
versé par un courant.
Pour le démontrer on peut se servir d’une ampoule
munie de (luatre électrodes, (l, b, c C’t d (fig. 1 : si
1. LINSS. Meteorol. Zeutschr., 4, p. 355, 1887.
un premier courant passe à travers deux d’entre elles,
(t et b par exemple, et si l’on ferme une pile P sur les
deux autres, celle-ci débite un courant facile à mesurer avec un galvanomère G, quand même le voltage de la pile ne serait que de 1 volt. Cet effet cesse instantané- ment dès que l’on interrompt le premier passage du courant.
M. Cooper Hew itt a ét tidié les tubes a vide dès 1895
et a porté spécialement son attention sur les phéno-
mènes qui se manifestent a la surface des électrodes.
11 a découvert que la résistance offerte au passage d’un
courant par un semblable tube, une fois la cohésion
diélectrique des gaz restant détruite, ne devrait être attribuée que pour une très faible partie a la colonne
galeuse, et qu’elle résidait surtout a la surface de la cathode. Il a appelé ce phénomène répugnance cl e la
cathode.
Il a découvert, cil même temps, que si la surface de la cathode était désagrégée par le pacage du courant
1. Traduit de l’allemand par L. BLOCli.
