Rapportés à un million de parties d'air en poids

L'appareil de M. Schloesing donne le moyen de doser en quelques heures Tammoniaque contenue dans 30000 litres d'air. Les figures 35, 36, 37, 38 et 39 en représentent les différentes parties.

Avant d arriver au barboteur, Tair ne doit traverser aucun appareil si ce n'est des tuyaux en verre chargés de le puiser au dehors : il est donc indispensable de déterminer son passage par aspiration à Tissue du barboteur et après son contact avec le liquide acidulé. On peut imaginer divers mécanismes chargés d'aspirer et de mesurer en même temps de grandes quantités d'air. L'entraînement de l'air par im jet de vapeur a paru à M. Schlœsing le mode le plus simple, le plus commode sous le rapport de la constance et de la continuité, à la condition de chauffer un générateur de vapeur par un combustible tel que le gaz, dont la source est indéfinie, et de régler automatiquement la pression de la vapeur dans la chaudière et l'aUmentation de cette deniière ; Texpérimentateur est ainsi exonéré d'une surveillance trop attentive. Pour bien faire comprendre les dispositions que M. SchloBsing a adoptées, je les décriAii dans l'ordre suivant :

1* La chaudière ;

S"" L'entrainement de l'air par la vapeur ;

3'' La régulation de la pression ;

4"" L'alimentation de la chaudière ;

5* Le barboteur ;

6* L'appareil mesureur,de l'air entraîné.

L'ensemble du dispositif est représenté par la figure 35.

C, chaudière portée sur une enveloppe de maçonnerie F;

A, ajutage pour l'entraînement de l'air par la vapeur;

B, barboteur ;

R, régulateur de la pression ;

V, voie d'alimentation ;

MM', appareil servant à mesurer l'air.

1. Chaudière. — La chaudiè(p est eu cuivre; elle est formée par un cylindre vertical terminé par deux fonds bombés dont le supérieur porte une petite hausse. Cette hausse, a collet rabattu, reçoit un couvercle fixé par des brides et par des boulons. La figure 35 montre cette partie supérieure C munie d'un niveau d'eau. La partie

OnlGlHE ET SOURCElj DG l'aZOTE DES VÉGÉTAUX.

534 u nuTRiTioH de la punte.

couvercle de la chaudière est rapporté un tube en cuivre A', conique, ayant a son extrémité rétrécîe un diamëlre intérieur de 2 millimètres. Il est soudé vers son milieu à un tube en cuivre DD' de 9 centimètres de diamètre, coudé à angle droit, dont l'exlrémité D' est reliée, par du caoutchouc, à la conduite qui doit amener Tair sortant du barboteur; cette conduite est formée par un tube de verre d'un diamètre de 3 centimètres au moins. L'eitrémité D est reliée par un bout de lube de caoutchouc F à un ajutage en veire, simple tube étiré, ayant à sa partie inférieure un diamètre intérieur de 2 centimètres; la partie supérieure est formée par un bout cylindrique de 8 millimètres environ de diamètre intérieur. La vapeur, lancée dans l'fgutage par le tube A', détermine une aspiration

Fis. te. — Aiplnuar t Tkprar.

telle qu'en une heure il peut passer 7 mètres cubes d'air dans le barboteur avec une dépense de 2 kilogr. de vapeur. H est un petit tube qu'on peut relier avec un manomètre à eau pour estimer l'aspiration. Le tube G fixé sur l'ajutage E est destiné à puiser des échantillons du mélange de vapeur et d'air par une pointe fine occupant le centre de Téchappemeut ; il en sera ({uestion plus loin.

3. Régulation de la pression de la vapeur. — Il est essentiel, pour la constance du régime de l'appareil, que la pression de la vapeur dans la chaudière soit à très-peu près invariable. On satisfait à cette condition en faisant dépendre de la pression, de la vapeur le

ORIGINE ET SOURCES DE l' AZOTE DES VÉGÉTAUX. 535

chauffage de la chaudière, c'est-à-dire le débit du gaz par la grille, de telle sorte que, la pression de la vapeur venant à s'élever tant soit peu au-dessus de la pression voulue, le débit du gaz soit diminué, et qu'il soit au contraire augmenté si la pression tend à baisser. La ligure 37 représente le régulateur adopté par M. Schlcesing , répondant aux conditions ci-dessus indiquées. Il se compose de deux flacons F, G, reliés par un tube MM dont l'extrémité supérieure s'arrête dans le goulot du flacon G et dont l'extrémité inférieure descend jusqu'au fond du flacon F. Ce dernier est mis en relation, par un tube N, avec le tube G {fig. 35 et 36) du couvercle de la chaudière. La pression de la vapeur de la chaudière s'exerce en F sur du mercure et en élève le niveau dans le flacon G jusqu'à une hauteur qui mesure cette pression. Aussi doit-on donner au tube MM une longueur telle que le niveau du mercure s'arrête au tiers environ de la hauteur du flacon G.

La pression normale, dans les expériences de M. Schlcesing, était de 28 milllimèlres de mercure.

Le flacon G est fermé à. sa partie supérieure par un bouchon de caoutchouc porlant un tube en cuivre mince, d'un centimètre de diamètre, muni de deux tubulures P et Q. La tubulure P est reliée à la canalisation du gaz d'éclairage ; la tubulure Q communique à la grille placée sous la chaudière : le gaz doit donc traverser le tube en cuivre pour aller de l'une à l'autre et c'est pendant ce trajet que s'opère sa régulation. A cet effet, un bouchon S, traversé par un bout de tube en "verre, . est fixé dans le tube en cuivre entre les deux tubulures. Ce bout de tube est traversé par une baguette de verre conique et portée par un bouchon H flottant sur le mercure. Le tube T se prolonge en pointe dans le tube M de manière à être maintenu dans une position verticale. On comprend sans peine que l'augmentation de pression de la vapeur détermine l'ascension du flotteur et par conséquent l'éti^anglement du passage du gaz et la diminution du débit et qu'au contraire une diminution de pression produit un effet inverse. Cet appareil règle la pression avec une ti*èsgrande précision; dans les expériences de M. Schlœsing, les variations étaient à peine de 0'",001 de mercure, alors même que la pression du gaz venait à tripler, comme il arrive pendant quelque temps à la tom-

536 LA ItUTBITION DE LA PLANTE.

bée âe la nuit. Lorsque le ^i doit brûler pendant la nuit dans ua laboratoire, en l'absence de toute surveillance et surtout lorequ'il triverse librement des appareils en verre qui peuvent se briser spoola- Dément, il est essentiel d'adopter des dispositions qui interrompent

Fit- 31. ~ lUgalBMnr da pr«MloD

instanlanément le débit du gaz dans le voisinage de la canalisation. A cet eflet, l'extrémité du tube T porte, au-dessus du bouchon S, un disque de caoutchouc, pour que, en cas de mpture de quelque partie de l'appareil, la pression dans la chaudière devant infaillible-

ment descendre, le flotteur tombe et dès lors le disque de caoutchouc vienne boucher le passage du gaz.

4. Alimentation de la chaudière. — L'alimentalion a lieu automatiquement .par le débit d'un grand flacon de Mariotte , V {fig. 35), placé à une hauteur telle que le liquide amené dans la chaudière par un long tube en S, y occupe une hauteur, au-dessus de son orifice dans la chaudière, de S^jSO, équivalente à la pression mercurielle de 0",28. Ce tube en S consiste simplement en un tube de plomb d'un centimètre au moins de diamètre, soudé à la partie inférieure d'une boîte D, en cuivre, remplissant l'office de la boule d'un tube de sûreté et mise en relation avec la chaudière par la partie supérieure. Le liquide du flacon de Mariotte est débité par un tube en verre, K, recourbé deux fois, d'un diamètre intérieur de 2 millimètres.

Ces sortes de tubes retardent si bien l'écoulement par le frottement que Ton peut régler sans peine le débit par la hauteur du tube intérieur au-dessus de l'orifice d'écoulement. Le débit, dans les expériences de M. Schlœsing, était de 2 litres environ par heure.. Il est impossible de régler l'alimentation de manière qu'elle soit exactement égale à la dépense ; mais d'un jour à l'Butre les difiërences sont très-faibles et l'observateur peut être guidé à coup sûr pour retoucher le tube de Mariotte. Pour éviter l'obstruction accidentelle du tube K, il convient de filtrer l'eau d'alimentation à travers une toile métallique avant de l'introduire dans le flacon de Mariotte. Le dispositif qui vient d'être décrit permet de mesm^er très-exactement l'eau d'alimentation consommée en un ou deux jours, et par conséquent de déterminer le poids de vapeur dépensée dans une heure. On obtient ainsi l'une des données servant à mesurer le volume de l'air qui a traversé le barboteur.

5. Barboteur. — Une cloche à douille A, en verre, d'une capacité de trois litres, fermée par un disque de platine exactement emboité sur ses bords et percé de tiois cents trous de un demi-millimètre, repose sur trois calles en verre à vitre, dans un vase B, à fond plat, un peu plus large ; ce vase porte une large tubulure reliée à un gros tube C chargé de puiser l'air au dehors. L'espace compris entre la cloche et le vase est fermé, au-dessus de la tubulure, par un tube annulaire en caoutchouc, auquel est soudé un petit tube muni

538 LA WDTnmoH de la plante.

d'un robinet et cominiiniquaiil avec un réservoir d'eau : sous une

chaire de S à 4 mètres, le caoutchouc se gonfle instantanément et

Fit- 3g. — Birbalenr de l'sppuall SohliHliig.

forme un joint' parfait. Tel est rappareil destiné à absorber l'ammoniaque atmosphérique.

Voyons maintenant comment il fonctionne. On v^e, dans la clodie A, 300 centimètres cubes d'eau pure aiguisée d'acide sulfurique, puis on la fait communiquer par la douille avec l'appareil d'aspirationAA' (fig. 35 et 37). L'air, arrivant par le tube C, se répand alors entre la cloche et le vase , passe entre les deux fonds en chassant l'ean devant lui et pénètre dans la cloche par les trois cents trous du disque de platine. Le barbotage ainsi produit esl tellement énergique que le liquide n'a plus le temps de se réunir en couche au fond de la cloche; il est employé tout entier  former les parois de bulles entassées en forme de mousse sur une hauteur de 0",3U à 0*',35.

Lorsque le temps consacré au barbotage est écoulé, on exirait le liquide, et on le distille sur la magnésie pour y doser l'ammoniaque.

6. Appareil besureub de l'air entraîné. — Pour eflectuer celte mesure, M. Schlœsing s'est servi de la méthode chimique de jaugeage des fluides qu'il a décrite, en ces termes, dans les comptes rendus de l'Académie des sciences. (Séance du 20 juillet 1868.)

ORIGINE ET SOURCES DE l' AZOTE DES VÉGÉTAUX. 539

Soit F la quantité d'un fluide s'écoulant dans un canal pendant Tunité de temps ; je suppose Téçoulement constant : j'introduis dans le canal un fluide auxiliaire qui se mélange intimement avec le premier, et auquel je suppose aussi un écoulement constant dont je sais la mesure; soit ^ la quantité de ce fluide auxiliaire écoulée dans Tunité'de temps. En un point du parcours où le mélange est parfait, je puise un échantillon et je l'analyse. Je trouve une quantité ^ du fluide F, et une autre 9 de f. Il est

F ip ij»

évident que j'ai la proportion 7 = -, ou F = - /l La détermmation de

f, c'est-à-dire de la quantité de fluide auxiliaire écoulée dans l'unité de temps, pourra se faire par les moyens connus, dont la précision est aujourd'hui en quelque sorte illimitée ; l'exactitude du jaugeage du fluide ne dépendra donc que de celle de l'analyse chimique. Pour rendre celle-ci aussi grande que possible, il restera à choisir le fluide auxiliaire parmi les corps que la chimie sait doser exactement, lors même qu'ils sont délayés dans un très-grand volume d'un autre fluide.

Au lieu de prendre pour l'analyse un échantillon unique du mélange des fluides, il conviendra d'échantillonner continûment pendant toute la durée de l'expérience, et d'analyser la somme des échantillons successifs. On s'affranchira ainsi de la condition de constance de l'écoulement de f, et il sufihra de connaître la quantité qui s*est débitée du commencement à la fin de l'expérience.

Dans la plupart des cas, F à un débit constant, comme je Tai supposé, du moins pendant les quelques minutes que demande une expérience. Je citerai pour l'eau : les déversoirs, vannes, moteurs hydrauliques, canaux, rivières même; pour la vapeur: les chauffages; pour l'air, les ventilateurs, la ventilation en général, les cheminées, etc.

Mais il est d'autres cas où F est variable. Alors, pour que l'échantillonnage soit fidèle, il faut : o,u faire varier f en même temps que F, de manière que le rapport entre les deux fluides soit constant ; ou faire un échantillonnage continu, et observer un rapport constant entre le poids de mélange des fluides écoulé dans chaque élément de temps, et le poids de l'échantillon correspondant : la soramejdes échantillons successifs recueillis dans ces conditions représentera fidèlement les sommes de F et ^écoulées pendant l'expérience.

Il faut remarquer que lorsque F est variable, il est en même temps presque toujours périodique ; exemple : pompes, vapeur alimentant les machines motrices... Il sera souvent possible en pareil cas de transformer l'écoulement variable en écoulement constant par quelqu'un des moyens connus.

La nature du fluide auxiliaire et le dispositif pour le répandre et le mêler dans le fluide F, et pour assurer la fidélité de l'échantillonnage, doivent

changer selon la nature du fluide à jauger et les conditions dans lesquelles il s'écoule.

S'agira-t-il de jauger de Teau, les chlorures de calcium et de sodium paraissent devoir être d'un bon emploi comme fluides auxiliaires, à cause de Textrôme précisionr du dosage du chlore. Exemple: jaugeage de l'eau passant dans un moteur hydraulique; le fluide auxiliaire est une dissolution de sel marin contenant 150 grammeà de chlore pour 1 kilogr. de liquide; on en a dépensé 2,000 kilogr. en 600 secondes, durée de l'expérience. Dans 10 kilogr. de l'échantillon recueilli, on trouve i grammes de chlore. On a donc

En désignant par /"le chlore écoulé en une seconde, on a

En conséquence, •

F (eau passée dans la roue en une seconde) = 0*^,5 X 4999 =2499^,5.

S'il y a lieu de craindre que la roue n'ait pas mêlé suffisamment les deux fluides, on multipliera les prises d'échantillon en aval, pour suppléer, par une bonne moyenne, au défaut de mélange.

Les eaux courantes contenant du chlore, il faudra évidemment doser ce corps dans l'eau naturelle, prise immédiatement avant l'expérience, et dans les échantillons, et prendre, pour 9, là difl'érence.

Faudra-t-il jauger la vapeur qui s'écoule dans un tuyau, j'aurai recours à l'ammoniaque, corps volatil et susceptible d'un dosage rapide et exact par les liqueurs titrées. L'échantillonnage sera fait par un petit alambic chargé de condenser les quantités de vapeur et d'ammoniaque qui représenteront les fluides F et /*.

Enfin, s'il s'agit de jauger un courant gazeux,. on pourra, selon les cas, employer l'acide carbonique, une vapeur acide, comme celle de l'acide chlorhydrique, une vapeur alcaline, comme celle de l'ammoniaque, du gaz de l'éclairage et tous les corps susceptibles d'un dosage précis, lors même qu'ils sont étendus dans de très-grands volumes d'autres gaz*.

Voici comment M. Schlœsing a adapté cette méthode générale au cas particulier qui nous occupe :

Un flacon jaugé, d'une trentaine de litres M' (fig. 35), est muni

1 . Je recommande particulièrement aux agents forestiers cette méthode, qne j*ai eu l'occasion d'appliquer plusieurs fois avec succès à la mesure du débit de ruisseaux et de vannes. Elle leur rendra service pour Tétude des cours d'eau destinés k ralimentation des scieries. L 6.

ORIGINE ET SOURCES DE l' AZOTE DES VÉGÉTAUX. 541

des agrès nécessaires pour aspirer et mesurer l'air. Cet air est puisé par le petit tube G (fiff. 36) à l'issue de l'ajutage E ; il est mêlé à une certaine quantité de vapeur; mais celle-ci rencontre sur son trajet un condenseur M ; l'eau résultant de la condensation s'écoule dans un petit tube gradué. On analyse de la sorte le mélange d'air et de vapeur lancé par l'ajutage, la vapeur étant jaugée à l'état d'eau et l'air en volume. Cette détermination exige d'ailleurs, pour être exacte, des précautions dont la description ne pourrait trouver place ici, mais que tout expérimentateur exercé saura observer. Étant donné le rapport entre un poids de vapeur condensée et le volume d'air entraîné qui lui correspond, le volume d'air débité par l'ajutage dans une heure se déduit immédiatement de la quantité d'eau vaporisée dans le même temps, quantité qu'on a appris précédemment à déterminer.

M. Schlœsing a mesuré directement le débit de l'ajutage au moyen de grands gazomètres à air; il a trouvé des résultats concordant avec ceux de la méthode que je viens d'esquisser.

7. Vérification de la méthode. — Pour vérifier l'exactitude de la méthode, il fallait introduire dans un courant d'air absolument dépouillé d'ammoniaque une quantité connue de cet alcali , très-petite et comparable à celle qu'on trouve dans l'atmosphère, faire passer ce courant dans le barboteur et rechercher ensuite si le dosage effectué à l'aide de cet appareil fournissait le résultat théorique. La figure 39 représente l'appareil employé à cet effet par M. Schlœsing. A est l'extrémité supérieure d'une colonne formée de larges tuyaux de grès jointoyés avec de l'argile délayée dans de l'acide sulfurique étendu ; cette colonne a 5 mètres de hauteur et contient 6 hectoUtres de braise de boulanger concassée et imbibée d'acide sulfurique étendu de 10 parties d'eau. L'air qu'il s'agit de fournir au barboteur traverse la colonne de bas en haut et s'y dépouille de toute trace d'ammoniaque.

En effet, après avoir fonctionné pendant 24- heures à raison de 7 mètres cubes à l'heure avec de l'air puisé dans la colonne, le barboteur n'avait pas absorbé une trace dosable d'ammoniaque. Les autres appareils représentés (fig. 39) servent à introduire dans le courant d'air pur, en P, une quantité connue d'ammoniaque. M est un vase de Mariotte rempli d'eau distillée contenant une très-petite

quantité d'ammoniaque. Ce liquide est débité avec une extrême lenteur par le tube capillaire F (une goutte en 6 secondes). Le tube capillaire est en relation avec un serpentin S en verre, d'un diamètre d'un centimètre au moins. Ce serpentin est maintenu à une tempéra-

Tic. M. — Dougad* l'unBoDlftqneUmoiplilrlqae. Appanll da TirUsatlon.

ture rigoureusement constante de 25*, au moyen d'un bain d'eau chaiifië par une très-petite flamme de gaz, laquelle est commandée par un tbermo-régulateur Schlœsing. Le liquide descend dans ce serpentin et se rend dans une carafe C en traversant l'une des

branches du tube U. Toutes les précautions sont prises pour que le liquide, pendant ce trajet, ne soil point en communication avec Pair extérieur et n'y puisse diffuser aucune trace d'ammoniacjue. D'autre part, deux petites trompes T et T' déterminent deux courants d'air continus : l'air foulé par la trompe T' se rend au Tond du bain d'eau et fait simplement fonction d'agitateur aûn que la température y soit partout égale; l'autre courant T traverse d'abord une éprouvette E remplie de ponce imbibée d'acide sulfurique étendu, où il se dépouille de toute trace d'ammoniaque ; il est conduit de là dans le tube U, remonté dans le serpentin et se rend en P après avoir traversé un tube V incliné et un petit ballon I. Ainsi pendant que le liquide ammoniacal s'écoule lentement dans le serpentin , un courant d'air pur circulant en sens inverse entre en contact avec lui et lui emprunte de l'ammoniaque. De très-petites quantités de vapeur condensée en V, redescendent dans le serpentin, quelques gouttelettes de liquide sont retenues en I. Veut-on, à l'aide de cet appareil, introduire une quantité très-petite et déterminée d'ammoniaque dans un courant d'air rapide, on procède de la manière suivante. On fait fonctionner le vase de Mariotte M, et marcher lès trompes pendant une demi-heure environ, mais en ayant bien soin de laisser perdre dans l'atmosphère l'air qui sort du ballon I. Apre? cet intervalle de temps, l'appareil a pris un régime permanent. Ce résultat obtenu, on fait fonctionner le barboteur; on reUe aussitôt le ballon I au courant d'air pur en P et Ton place sous le tube U la carafe vide C. On note exactement Theure au même instant. L'expérience dure environ 6 heures. Pour la terminer, on supprime la communication entre I et le courant d'air de la colonne A ; au même instant, on enlève la carafe C que Ton bouche parfaitement. L'analyse du Uquide du barboteur fait connaître la quantité d'ammoniaque qu'il a retenue pendant la durée de l'expérience. Cette c^antité doit être égale à celle qui a été débitée en P ; or, cette dernière représente évidemment la perte que la Uqueur ammoniacale a subie^ans le serpentin, perte dont la détermination résulte de deux nouveaux dosages d'ammoniaque, le dosage dans le liquide initial et celui du liquide de la carafe C. Ce liquide a dû préalablement être mesuré. Si le flacon I a retenu une petite quantité de liquide, celui-ci doit être joint au

liquide de la carafe C. — Il est intéressant, dans ce genre de vérification, de déterminer le titre en ammoniaque du courant d'air qui a traversé le barboteur : ce titre se calcule sans peine quand on connaît le débit de l'ajutage par heure et la quantité totale d'ammoniaque versée dans*le courant d'air pendant la durée de l'expérience. L'extrême précision que l'on peut atteindre dans le dosage de l'ammoniaque permet de se rapprocher, dans ce genre d'expérience, da taux normal de l'ammoniaque dans Tatmosphère.

Voici, à titre d'exemple, les résultats de cinq expériences de vérification :

Durée

de t'expé-

rienoe.

Quantité d'air.

Aiinnonia-

qae introdaite.

Ammoniaque dans inc.

Ammoniaque dosée.

Gorreelion^

Ammouia*

que corrigée.

HiUigr.

Hinifr.

HaUgr.

MiUirr.

Hniifru 31,51

id.

id.

id.

id.

id.

id.

id.

Ainsi, dans les limites des expériences de M* ScMœsing, c'est-à-dire quand l'air contient de 0*^,03 à i milligramme d'ammoniaque par mètre cube, il peut fixer dans son barboteur une proportion de Talcali comprise e^ntre lesi et les ^ de la quantité totale.

11 faut que les molécules de gaz ammoniac, libre ou carbonate^ se détendent bien rapidement, malgré la résistance du milieu où elles sont disséminées, pour que l'absorption atteigne une telle proportion. La vitesse de la molécule de l'ammoniaque est si grande qu'en vingt-quatre heures une surface d'eau acidulée absorbe tout l'alcali existant dans une colonne d'air de même base que cette surface et d'une hauteur d'un kilomètre.

Cette extrême mobilité de l'ammoniaque au sein de l'air, soit dit, en passant, permet de concevoir comment les végétaux et les sols peuvent en puiser des quantités notables, malgré son état d'extrême dilution. ^

1. Cette correction est relative à la quantité d'alcali dosée dans 300 centimètres cubes d'eau du barboteur et dans Tairdes expériences k blanc; elle représente, exprimées en ammoniaque, la soude et la chaux cédées par le condenseur et les diverses parties de l'appareil.

ORIGINE ET SOURCES DE l' AZOTE DES VÉGÉTAUX. 545

IGO. — Teneur ammoniacale de l'air dans les diverses conditions météorologiques. ^ Je dois à Tainitié de M. Schlœsing ia communicalion des nombreux dosages d'ammoniaque aérienne exécutés au laboratoire de TÉcole d'application des manufactures de rÉtat pendant treize mois, de Juin 1875 à juillet 4876, par la méthode que je viens de décrire. Grâce à ces précieux renseignements, demeurés jusqu'à ce jour inédits, je suis en mesure de donner une idée exacte des variations du taux d'ammoniaque avec le jour, la nuit, la température, la pluie, la direction des vents et le changement des saisons. Je vais d'abord grouper ces résultats, j'en tirerai ensuite quelques conséquences fort importantes sur la répartition de l'ammoniaque dans les circonstances diverses que je viens d'énumérer. * Je commencerai par résumer en quelques chiffres les dosages d'ammoniaque atmosphérique exécutés, sans interruption, de juin 4875 à juillet 4876, faisant connaître les taux moyens d'alcali, rapportés à 400 mètres cubes d'air, pour l'année entière (jour et nuit), pour chacun des mois, suivant les grandes directions des*vents et pour les jours pluvieux et sans pluie, pour les temps couverts et sereins. Je donnerai ensuite le détail des résultats obtenus pour les sept mois de végétation active, afin de fournir des éléments plus complets à ceux que la question intéresserait particulièrement.