EAUX NATURELLES, TERRES, AMENDEMENTS ENGRAIS ET PRODUITS AGRICOLES

8 1. — Eaux naturelles

127. Origine des eaux. — Toutes les eaux qui coulent à la surface de la terre proviennent de Timmense réservoir formé par la mer. On sait que l'évaporation enlève à la surface des eaux une couche évaluée, en moyenne, à 3 ou 4 millimètres d'épaisseur par jour. La superficie des mers étant d'au moins les deux tiers de celle du globe, il en résulte que le volume d'eau vaporisée est de plus de 1.000 kilomètres cubes par jour.

Cette énorme masse s'élève sous forme de vapeur pure. C'est le produit d'une distillation semblable à celle qui a lieu dans l'alambic. Elle se dissout dans l'air, qui s'en sature plus ou moins, et est emportée par les vents. Puis, quand elle parvient dans des régions froides, elle se condense, comme l'eau distillée dans le réfrigérant de l'alambic, et elle forme les nuages d'abord, puis la pluie. La pluie est donc de l'eau de mer distillée.

Les deux tiers environ de cette eau retombent dans la mer, et le reste arrive au sol sous forme de pluie, ou se condense en neige au sommet des montagnes et dans

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les latitudes très froides, où les élévations de température en liquéfient une partie de temps en temps.

Une fois arrivée au sol, Teau se partage en deux portions : Tune court à la surface et se rend directement aux ruisseaux, aux rivières et aux fleuves ; l'autre s'imbibe dans les terrains perméables et pénètre à l'intérieur, où elle forme les nappes souterraines. Ces nappes, qui reposent sur des bancs imperméables et en suivent les pentes, sont animées d'un courant plus ou moins sensible, qui les amène parfois à émerger sous forme de sources lorsque le banc imperméable vient affleurer la surface.

Enfin, les fleuves reconduisent toute celte eau condensée à la mer, d'où elle était sortie, et dont le niveau se trouve maintenu ainsi absolument constant.

128. Composition de l'eau de pluie. — L'eau do pluie, en tombant des nuages sur le sol, traverse l'atmosphère et s'y charge des matières solubles qu'elle y rencontre. Ces matières sont: les gaz de l'air, oxygène, azote et acide carbonique; un peu d'ammoniaque, provenant de la décomposition des matières organiques ; un peu d'acide nitrique, produit par l'action des étincelles électriques des régions nuageuses sur le mélange d'oxygène et d'azote, enfin des traces souvent à peine sensibles de sels minéraux, fournis parles poussières que les vents soulèvent à la surface de la terre ou sur la crête des vagues.

Cette absence presque complète de matières solides ï dans l'eau de pluie permet de l'employer souvent en guise

d'eau distillée.

Les trois gaz de l'atmosphère se retrouvent dans l'eau de pluie, mais en proportions difi*érentes. L'eau dissout

EAUX, TERRES, ENGRAIS, ETC. J(i7

seulement 1/62 de son volume d'azote, tandis qu'elle se charge de 1 /27 de son volume en oxygène et d'un volume égal au sien en acide carbonique. Aussi l'air dissous dans l'eau est-il bien plus riche en acide carbonique et plus pauvre en azote que l'air atmosphérique.

On a trouvé que de l'eau bien aérée renfermait environ 1 /20 de son volume de gaz ramené par le calcul à la température 0*" et à la pression de 0'",760 de mercure, dont la composition s'écarte peu des moyennes suivantes:

Oxygène 32 pour 100

Acide carbonique 3 —

Azote 6o —

La quantité d'ammoniaque trouvée dans l'eau de pluie est des plus variables. Elle augmente aux abords des villes, où abondent les foyers de putréfaction ; elle est plus grande dans une pluie faible, venant à la suite d'une longue sécheresse, que dans une pluie abondante ou succédant à une ondée antérieure. M. Boussingault a trouvé, en rase campagne, une moyenne de 0 gr. 75 d'ammoniaque par mètre cube d'eau tombée. Dans les villes, on en a constaté beaucoup plus : 3 grammes en moyenne à Paris et à Marseille, et jusqu'à 7 grammes à Lyon.

L'acide nitrique se trouve surtout dans les pluies d'orage. On en a dosé jusqu'à 6 grammes par mètre cube dans certaines pluies. Il se rencontre également dans les rosées, les brouillards, les neiges. Mais la moyenne des expériences de M. Boussingault, en rase campagne, ne dépasse pas 0 gr. 18 par mètre cube d'eau.

120. Composition dos eaux courantes et de puits. — Les eaux courantes, celles des sources et des puits, sont formées d'eau de pluie qui est restée en con-

tact plus OU moins prolongé avec le sol. Elles renferment donc les mêmes éléments et, en outre, des éléments pris au soi.

On y trouve par conséquent les mêmes gaz, oxygène, azote et acide carbonique, puis de l'acide nitrique et de l'ammoniaque. Mais, comme l'argile a la propriété d'absorber et de retenir les sels ammoniacaux, et que, d'autre part, une partie de l'ammoniaque se nitrifie dans le sol, cet élément s'y rencontre en moins grande dose que dans la pluie. Ainsi, la moyenne des analyses faites sur divers cours d'eau n'a donné que 0 gr. 17 d'ammoniaque par mètre cube d'eau courante, et descend même àO gr. 01 pour les sources. Quant à l'acide carbonique, sa dose est en général augmentée par le contact du sol.

Les éléments empruntés au sol sont: quelques matières organiques, en dose variable, suivant l'état du sol traversé ; puis des matières minérales formées soit de sels solubles, tels que des chlorures et les sulfates, soit de sels terreux dissous à la faveur de l'acide carbonique de l'eau sous forme de bicarbonates. Elles dépassent rarement un petit nombre de décigrammes par litre.

Ainsi on a trouvé dans :

La Loire 135 grammes de matières fixes par mètre cube.

La Garonne . . . 135 — — —

Le Rhône 184 — — —

Le Rhin 171 — — —

La Seine 211 — — —

L'Escaut 292 — — ~

On aura une idée de la composition de ces résidus par la moyenne des résultats d'analyses faites, pendant trois ans, jour par jour, au laboratoire de l'École des Ponts et

chaussées, sur l'eau de la Seine prise à Tamont de Paris :

gr.

Matières organiques par mètre cube d*eau 13,i

gr-

Silice 6,6

Peroxyde de fer et alumine. 1 ,2

Matières minérales 1 £*'^'^^/ : ^H

nar / Magnésie 6,0 .

mètre cube d'eau. ^Z . o

Chlore 4,3

Acide sulfurique 10,8

Acide carbonique, etc 67,6

Résidu total par mètre cube 210,8

Les eaux des puits ont souvent la même composition que les eaux des sources. Mais quelquefois elles sont beaucoup plus chargées de matières fixes, lorsqu'elles proviennent de nappes sans écoulement ou d'un écoulement très lent, surtout au milieu de terrains gypseux. C'est ce qui arrive notamment à Paris, où les eaux de puits donnent souvent des résidus de près de 2 grammes par litre, composés en majeure partie de sulfate de chaux.

Les puits étant placés en général à proximité des habitations, près de fosses à fumier ou d'aisances mal étanchées, leurs eaux renferment souvent une dose relativement élevée de matières organiques, d'ammoniaque et d'acide nitrique.

Les cours d'eau tiennent, en outre, en suspension des matières non dissoutes, nommées troubles ou limons, dont les colmatages tirent parti.

La quantité de limon entraînée est très variable d'un moment à l'autre sur un même cours d'eau, ou bien d'un cours d'eau à un autre. Elle augmente avec les crues^ qui donnent de la vitesse au courant et favorisent les

corrosions des rives. Aussi les cours d'eau torrentiels fournissent-ils beaucoup plus de limon que les rivières tranquilles. C'est ainsi que la Durance, en 1860, année il est vrai très humide, a porté au Rhône 18.000.000 de tonnes de limon, tandis que la Seine, quoique ayant un débit beaucoup plus considérable, n'en entraîne en moyenne que 200.000 tonnes par an.

Dans une période de sécheresse, comprenant les années 1869 et 1870, le Rhône, près de son embouchure, a débité en moyenne 7.400.000 tonnes de limon, ce qui est beaucoup moins que la Durance seule en 1860. La composition moyenne de ces limons du Rhône a été :

Résidu argileux insoluble dans les acides 48,60

Alumine et peroxyde de fer 9,95

Carbonate de chaux 31,84

Azote 0,44

Autres matières organiques et produits non dosés 9,47

Total iQO,(H)

130. Composition de l'eau de la mer. — L'eau de la mer est un extrait des eaux courantes, qui y apportent continuellement des sels, et s'y concentrent par évaporation. Cependant, la composition des sels de la mer est très différente de celle des matières trouvées dans les eaux courantes. Dans celles-ci, c'est la chaux qui domine ; dans la mer, ce sont les alcalis. On y trouve des chlorures et des sulfates au lieu de carbonates. Cela tient au monde d'êtres organisés qui vivent au fond de la mer, et s'y assimilent certains éléments de préférence à d'autres. C'est ainsi que le carbonate de chaux est absorbé presque en entier par les madrépores et les coquillages.

Le chlorure de sodium forme les 3/4 environ des sels

i de mer. Le dernier c îs et de sulfates de soud ec un peu de potasse composition de ces sels

sodium

potassium

magnésium

agnésie

laux

ers •^

Total li

al des sels tenus en dii BU moyenne de 35 kilo il varie d'un point à \ is les mers où Tévapon l'eau douce des fleuves, es contraires, près de 1 )l près des glaces pola au douce; elle est fail 'es encore peu concentr donnés par différents

mtient 44 kilog. de sels |

lu canal de Suez renfer ;els par mètre cube, et

dans la mer Morte, suivant les saisons, de 150 à 450 kilogrammes.

13t. Eaux diverses. — En dehors des eaux qui viennent d'être énumérées, on rencontre dans la nature des eaux qui jouissent de caractères particuliers, comme les eaux minérales, dont il n'y a pas à s'occuper ici, et les eaux incrustantes, qu'il suffit de mentionner.

Les ingénieurs ont quelquefois à étudier, en outre, diverses eaux industrielles déversées par les usines, au point de vue soit de leur utilisation pour l'agriculture, soit des inconvénients qu'elle peuvent présenter pour les cours d'eau où elles se déchargent. Il est impossible de donner ici aucune indication sur la nature de ces eaux, qui varient évidemment dans chaque cas en raison de leur origine.

Quelle que soit d'ailleurs l'eau à étudier, son analyse se fait toujours de la même manière. Mais, suivant les usages à laquelle on la destine, on peut se dispenser d'un ou de plusieurs des dosages que comporte une analyse complète.

132. Dosage des gaz dissous. — Pour analyser les gaz tenus en dissolution, on met dans un ballon {fig. 29) un volume déterminé d'eau, que l'on fait bouillir, et l'on a soin de recueillir les premières vapeurs qui entraînent tous les gaz avec elles. L'expérience se dispose comme il est indiqué ci-contre. La fiole A qui reçoit l'eau est pesée vide, puis remplie d'eau presque jusqu'au rebord du goulot, et pesée en cet état. La dififérence est le poids de l'eau mise en essai. On y adapte un bouchon, concave par le bas, et traversé par un tube ahc recourbé et terminé par un petit bec. Une partie

de Teau du goulot doit refluer dans ce tube. On place la fiole sur un fourneau. On dispose à côté une terrine ou un mortier B, à moitié rempli de mercure, sur lequel on renverse un tube barométrique ed divisé en parties égales, en centimètres cubes par exemple, entièrement plein de mercure. On allume le fourneau, et le premier effet de la dilatation produite par la chaleur est d'achever de remplir d'eau le tube abducteur abc. Quand Teau commence à sortir par le bec, on introduit celui-ci sous le tube renversé. Bientôt TébuUition se manifeste, et la vapeur se dégage à l'intérieur du tube où elle se condense, tandis que les gaz gagnent le sommet du tube et le remplissent en partie, chassant, par leur pression, le mercure d'abord, puis l'eau condensée. Au moment où le tube paraît entièrement vide, on écarte le bec, on éteint le fourneau et on laisse refroidir. La pression intérieure diminuant, le mercure, surmonté d'une petite couche d'eau, remonte dans le tube. Avec un peu d'habitude, on arrive à ne conserver qu'une couche d'eau de 1 à2 centimètres de hauteur.

Lorsque le tout est revenu à la température ambiante, on place le tube bien verticalement, et on note le nombre N de divisions qu'y occupent les gaz. On mesure au cathétomètre la colonne de mercure et la colonne d'eau dans le tube, et on consulte le baromètre et le thermomètre. La hauteur d'eau est divisée par 13,5, et le résultat ajouté à la hauteur du mercure : la somme représente la charge totale h de l'eau et du mercure. Si H est la pression baro-

Fio. 29.

métrique, /"la tension de la vapeur d'eau à la température ambiante t^ le tout exprimé en colonnes de mercure, H — h — /* est la pression supportée par les gaz. Le volume Vde gaz, supposé ramené à la température 0^ et à la pression de 0",7Ô0, est :

Ayant ainsi le volume total de gaz, on fait passer dans le tube un petit morceau de potasse caustique, qui gagne la surface et se dissout dans Teau. Au bout d'un temps assez long, que l'on abrège en inclinant de temps en temps le tube, afin d*imbiber de potasse les parois de la chambre du vide, cette potasse s'empare de la totalité de l'acide carbonique. Le volume du gaz diminue, n'occupe plus qu'un nombre N' de divisions, que l'on ramène comme ci-dessus au volume V pris à la température 0'' et à la pression 0"*,760. La différence V — V est le volume de l'acide carbonique. Il y a ici une incertitude sur la valeur à attribuer au nombre /*, la tension de la vapeur d'une dissolution de potasse étant sans doute moindre que celle de l'eau pure, mais dans une proportion qui n'a pas été bien étudiée.

Au moyen d^une pipette recourbée [fig. 30) dont on place le bec sous le tube, et dans laquelle on souffle légèment, on introduit quelques centimètres cubes d'une dissolution concentrée d'acide pyrogallique. Cet acide noircit et s'altère au contact de l'oxygène en l'absorbant. Lorsque le volume ne diminue plus, on mesure de nouveau le gaz restant, et son volume V" est celui de l'azote. La différence V — V" est le volume de l'oxygène.

Fio. 30.

4, TERHES, EJSGRAIS, ETC.

i de l'ammoniaque. — Le d

dans l'eau est fondé sur la volatili ûle est en liberté. Quand on fait ] i d'un sel ammoniacal avec un mde, ou encore avec une terre alci

magnésie, Tammoniaque se vole . vapeurs d'eau ; l'expérience a coi atièrement lorsque le premier cinqi risé. Si donc on place dans un balL

peu de potasse, ou mieux de magi iUir en condensant les vapeurs, ju me ait été distillé, le liquide con< 1 pure d'ammoniaque et renferme.

I centimètres cubes, la totalité de . dans le litre d'eau mis en expéri illeur pour faire cette distillation es

verre {fig. 31), dont la dispositic lult. Le ballon A reçoit 1/2 litre de te un bouis: l'un a, r, descend u ballon ; le tube de e d'abord, ur se racrpentin en yen d'un juste dans é au somi. Le ser- fio. 3i.

dans une

e froide par de l'eau qu'amèm re e, un vase de Mariotte B, et

s'échappe par un tube fg adapté à la partie supérieure. Les vapeurs ammoniacales qui se condensent sortent par le bout inférieur ci du serpentin et sont recueillies dans une fiole c.

La quantité d'ammoniaque étant très faible dans les eaux, on ne peut pas toujours se contenter d'une seule opération. On distille alors successivement une série de litres d'eau, 10 par exemple, et on réunit dans un même bocal tous les produits de la distillation, formant alors 2 litres. Puis, on fait passer de nouveau ces produits dans l'appareil, et on recueille une nouvelle liqueur dont le volume n'est plus que le 1/5 du précédent, soilO lit. 40. On recommence de nouveau, et ainsi de suite, jusqu'à ce que l'on n'ait plus qu'environ 200 centimètres cubes de liquide. A chaque distillation, l'ammoniaque entière passe et se condense avec les premières vapeurs.

On peut aussi faire bouillir l'eau dans une grande capsule de porcelaine, où l'on a mis un peu d'acide sulfurique ou oxalique, qui empêchent l'ammoniaque de se volatiliser à l'état de carbonate. On ajoute de l'eau à mesure qu'elle s'évapore, jusqu'à ce que tout l'échantillon ait été employé, et on s'arrête lorsque le résidu se trouve concentré au volume de 1/2 litre environ. C'est ce résidu qu'on porte dans le ballon de l'appareil qui vient d'être décrit, et que l'on distille en présence d'un excès de base fixe.

D'une manière comme de l'autre, on a réuni la totalité de l'ammoniaque du volume d'eau mis en expérience dans une dissolution de 200 centimètres cubes au plus, qui ne renferme pas d'autres produits.

Pour la doser on a recours aux liqueurs titrées. On se sert d'une dissolution normale d'acide sulfurique, dont un volume, représenté par N divisions de la burette, ren-

ferme un poids connu p d'acide sulfurique équivalant à un poids a d'ammoniaque. On place celte dissolution dans la burette, et on la verse dans la dissolution ammonia- •eale préalablement bleuie par la teinture de tournesol, jusqu'à ce qu'elle vire au rouge. S'il faut employer pour

-cela n divisions, la dose d'ammoniaque est -^ a.

Avant de procéder à cette analyse, qui est longue et délicate, il est bon de se rendre compte, par une recherche -qualitative, de la présence de l'ammoniaque. On la reconnaît facilement avec le réactif de Nessler.

Ce réactif se prépare delà façon suivante: 5 grammes d'iodure de potassium sont dissous dans leur poids d'eau. On y ajoute une solution chaude et saturée de bichlorure <le mercure jusqu'à ce que le précipité formé refuse de «'y dissoudre; la quantité de bichlorure ainsi ajoutée est de 2 grammes à 2 gr. 5. On filtre la solution et on la mélange avec 15 grammes d'hydrate de potasse, dissous dans 30 centimètres cubes d'eau. Après avoir étendu le tout à 100 centimètres cubes, on y verse encore quelques .gouttes de la solution de bichlorure, et on décante lorsque le précipité est complètement déposé.

Cette solution doit être conservée dans des flacons bien bouchés d'où la quantité nécessaire à un essai est prélevée, au moment de l'emploi, à l'aide d'une pipette.

Elle donne une coloration brun foncé avec l'ammoniaque.

Il est nécessaire que l'eau sur laquelle on opère ne renferme plus de terres alcalines, qui feraient perdre à la réaction de sa sensibilité.

On peut obtenir ce résultat en additionnant l'eau d'une quantité convenable de potasse caustique et de carbonate alcalin, laissant reposer et opérant sur la liqueur décantée.

CinVIE APPUQL'éB. 12

Mais il est préférable de distiller une partie de Teau dont on dispose pour cette recherche, avec un petit excès de carbonate de soude, et d'ajouter le réactif dans les premiers centimètres cubes qui passent à la distillation.

Le réactif de Nessler peut servir à évaluer la quantité d'ammoniaque par comparaison de la teinle obtenue avec celle d'une solution titrée. On distille un volume déterminé de l'eau, 1/2 litre par exemple, en présence d'une base, ou encore d'un carbonate terreux, et l'on recueille le premier cinquième du produit de la distillation, soit 100 centimètres cubes, qui sont additionnés de 2 centimètres cubes de rés^ctif et se colorent s'il y a de l'ammoniaque.

D'autre part, on ajoute à 100 centimètres cubes d'eau distillée, bien privée d'ammoniaque, le même volume de la liqueur de Nessler. Puis, au moyen d'une burette graduée, on verse, en agitant sans interruption avec une baguette de verre une solution renfermant, par litre, 0 gr. 1 d'ammoniaque à l'état de sel, jusqu'à ce que la coloration soitd'une égale intensité que celle duliquidedistillé. La quanti téd'ammoniaque ainsi versée est égale à celle de l'échantillon.

On peut encore se servir du colorimètre en l'employant comme il a été indiqué au dosage du carbone (n° 102).

134. Dosage de l'acîde azotique. — La présence de l'acide azotique dans l'eau peut être constatée en faisant évaporer à sec une certaine quantité d'eau, el traitant le résidu par l'acide sulfurique et la brucine, comme il a été dit au n" 5. Pour doser l'acide azotique ^ on commence par concentrer le volume d'eau sur lequel on veut opérer dans une capsule de porcelaine. Lorsque le volume de l'eau est réduit à quelques centimètres cubes, on la jette sur un filtre, ainsi que les eaux de

lavage de la capsule, et on recueille le liquide dans une fiole, où Ton ajoute une dissolution .de sulfate d'argent pour précipiter le chlore. On fait bouillir, on filtre, et on concentre au besoin la liqueur jusqu'à ce qu'elle n'occupe plus qu'un volume de 30 à 40 centimètres cubes.

Cette liqueur est versée dans une cornue tubulée A {fig. 32), dont le col entre dans un ballon B servant de récipient. Il est bon de mettre sur ce ballon un linge mouillé, qui le refroidit, et que l'on renouvelle quand il s'échaufle. La panse de la cornue est remplie de fragments grossiers de verre pilé, intimement mêlés de peroxyde de manganèse en poudre, et imbibés d'une dissolution concentrée de bichromate de potasse. Ces deux corps sont destinés à brûler la matière organique p^^ 32.

restée dans Teau, sans que

l'acide azotique soit altéré. On ajoute, enfin, de l'acide sulfurique concentré, et on chauffe avec précaution. L'acide azotique, déplacé par l'acide sulfurique, se volatilise et se rend dans le ballon B avec les vapeurs d'eau. On arrête l'opération lorsque l'apparition de vapeurs blanches annonce que l'acide sulfurique commence à se volatiliser à son tour.

La liqueur recueillie dans le ballon est une dissolution étendue d'acide azotique, mêlé d'une petite quantité d'acide sulfurique et d'acide chromique. On la fait bouillir après y avoir mis un peu de carbonate de baryte et on filtre. La liqueur filtrée ne renferme que de l'azotate de baryte, que l'on peut évaporer à sec et peser directement ou bien doser par l'acide sulfurique à l'état de sulfate de

baryte. Le calcul donne la dose d'acide nitrique correspondante. .