CHAPITRE II

DES OPÉRATIONS QUE L’ON DOIT FAIRE SUBIR A UNE SUBSTANCE AVANT DE LA SOUMETTRE A L’ANALYSE

Nous ne parlerons ici que des opérations qu'on a le plus souvent l’occasion d’effectuer. Les autres seront décrites aux articles spéciaux en même temps que les instruments qui servent à les effectuer.

Clioix de la substance. — A part le cas extrêmement rare où on ne possède d’une substance que juste la quantité nécessaire à une analyse, on devra, avant de commencer les opérations analytiques, faire choix d’une certaine quantité de la matière qu’on a à sa disposition, ce choix étant fait d'une façon variable, suivant la conclusion qu’on veut tirer de l’analyse.

S’agit-il par exemple d’analyser un minéral, on devra s’attacher à obtenir un petit fragment de ce minéral bien débarrassé de la gangue qui l’accompagne; s’agit-il d’une matière obtenue par des procédés chimiques, on devra employer les procédés habituels de purification : sublimation, cristallisation, etc., de manière à obtenir le produit aussi pur que possible. Au contraire, si l’on doit analyser ou, comme on dit, essayer un minerai ou un produit chimique, il faudra bien se garder de choisir dans la masse de matière un échantillon plus pur ou moins chargé de gangue que les autres; ce qu’il faudra cherchera obtenir, c’est un échantillon moyen, contenant le corps pur et les impuretés, dans des proportions qui soient aussi exactement que possible celles qu’ils présentent dans la masse totale soumise à l’analyse, et l’on conçoit toute l’importance du choix de l’échantillon moyen, si l’on veut tirer de l’analyse des conclusions utiles.

On réserve assez généralement le nom d’analyse aux opérations du premier genre, dont le but est d’établir la composition d’une substance bien définie ou d’un minéral. On donne au contraire le nom d’essai aux opérations du deuxième genre qui ont pour but d’établir la composition moyenne d’une

substance naturelle ou industrielle, d’évaluer la teneur de ces substances en élément utile plutôt que d’effectuer un dosage de tous les corps souvent en très grand nombre qui les constituent.

I Échantillonnage. — La manière de choisir un échantillon varie d’un minerai à l’autre, et souvent môme d’une usine à l’autre; nous donnerons ici comme exemple un procédé employé dans beaucoup d’usines pour les minerais de fer, qui peut servir de type pour échantillonner d’autres matières.

On choisit dans les bateaux affectés au transport du minerai et en général au milieu du chargement une tonne de minerai à l’arrière et autant à l’avant, cette opération étant effectuée pour tous les bateaux contenant la livraison. La masse ainsi obtenue est transportée à l’usine, où on la brise en morceaux de la grosseur d’une noix environ, qu’on dispose en un tas conique; puis en détruisant le sommet du cône on le transforme en un cylindre circulaire de base très grande par rapport à sa hauteur; enfin au moyen d’une règle on partage la surface de la base supérieure en quatre secteurs égaux, puis on enlève à la pelle le minerai de deux secteurs opposés. On reprend le minerai contenu dans les deux secteurs restants, on le casse en fragments plus petits sur lesquels on répète la série des opérations précédentes, en passant successivement par le cône et le cylindre, pour finir par deux secteurs opposés, et l’on recommence encore jusqu’à ce que les fragments n’aient plus que la grosseur d’un pois. A ce moment, on place le minerai sur un tamis assez gros, on pulvérise ce qui ne passe pas jusqu’à ce que tout ait traversé le tamis et on répète sur la substance ainsi obtenue les opérations précédentes, puis on recommence avec un tamis plus fin et ainsi de suite jusqu’à ce qu’on ait obtenu une poudre très fine. Comme on élimine chaque fois la moitié du minerai, on comprend qu’on arrive très vite à n’avoir plus qu’une très petite quantité de matière. En partant de quatre tonnes de minerai, au bout de treize à quatorze opérations il reste 500 grammes environ d’une poudre qui représente parfaitement la moyenne du chargement.

Pour l’échantillonnage des matières solubles on prélève, aveedes précautions convenables, un échantillon moyen, dont le poids peut atteindre plusieurs kilogrammes, on le dissout dans un volume connu d’eau et on se sert de quelques centimètres cubes de la dissolution, qui a bien la composition moyenne de la matière à analyser.

Division de la substance. — Toutes les fois qu’une substance est soluble dans l’eau ou dans les acides, l’analyse peut commencer immédiatement. S’il n’en est pas ainsi, il faut attaquer la substance, c’est-à-dire la traiter par des réactifs appropriés, soit en présence, soit en l’absence de l’eau, de manière à la rendre soluble. L’attaque sera d’autant plus facile que la matière sera eu fragments plus petits ou en poudre plus fine ; aussi quand on a une substance insoluble, la première opération à lui faire subir est une division mécanique. Dans certains cas il suffit de concasser et de broyer la substance, dans d’autres il faut l'amener à l’état de poudre impalpable.

Pour concasser grossièrement les minerais, on se sert de mortiers de fer

A>iAL\SE MINÉRALE — GÉNÉRALITÉS

tournés intérieurement de manière à présenter une surface bien unie. Si on a affaire à des roches ou à des minerais très durs, on pourra, dans certains cas, en utilisant les plans de clivage, disloquer par des coups convenablement appliqués des blocs qu’un effort beaucoup plus considérable serait impuissant à séparer en fragments. On peut aussi quelquefois user d'un artifice qui réussit quand la roche peut être chauffée sans décomposition à haute température ; il consiste à étonner la matière, c’est-à-dire à la chauffer fortement, puis à la plonger brusquement dans l’eau froide. La contraction brusque qui en résulte, SC produisant d’une façon très inégale à l’extérieur et à l’intérieur, amène souvent la rupture du morceau. On peut d’ailleurs recommencer l’opération plusieurs fois et arriver très vite à des fragments de petites dimensions.

Pour broyer une substance on emploie des mortiers de différentes formes et de différentes natures, en porcelaine, en verre, en acier ou en agate. La substance à pulvériser ne doit pas entamer le mortier, ce qui exclut ceux de porcelaine et de verre poui' l'analyse des matières dures, et oblige d’avoir recours à ceux d’acier ou d’agate. Le mortier d’acier a l'inconvénient d’introduire dans la substance à analyser un peu de fer dont il faut ultérieurement se débarrasser, soit en promenant dans la poudre un barreau aimanté, soit, ce qui vaut mieux, en la faisant digérer quelque temps avec de l’eau additionnée d'un peu d'acide nitrique. Quant au mortier d’agate, les matières dures l’usent assez vite et on ne peut l’employer que si l’on a beaucoup de matière à analyser; car on en perd toujours une petite quantité qui saute pendant l’opération sans qu’il soit possible de l’arrêter complètement.

Mortier d’Abich. — Quand on n’a qu’une petite quantité d’un minéral, on emploie un mortier d’acier, dit mortier d’Abich (fig. 1 et 1 bis), de forme cylin¬

drique, dans lequel entre à frottement doux un pilon de même forme. On place au fond du mortier la substance à pulvériser, le pilon par-dessus et le tout sur une enclume, puis avec un marteau on frappe sur la tête du pilon : un petit nombre de coups suffit pour réduire le minéral en poudre fine.

Certaines matières extrêmement dures résistent à l’emploi du mortier d Abicli et nécessitent l’emploi de procédés détournés. C’est ce qui arrive aveclosmiure d’iridium, matière tellement dure qu’elle pénètre dans 1 acier quand on essaie de la pulvériser au mortier d’Abich. Voici alors comment on opère : on mêle l’osmiure avec huit à dix fois son poids de zinc pur dans un creuset de charbon de cornue, placé lui-même dans un creuset de terre; on chauffe d’abord au rouge pendant 1 heure, puis on élève graduellement la température de manière à volatiliser complètement le zinc. L’osmiure qui s’était d’abord allié à ce métal reste seul dans le creuset, mais cette fois sous la forme d’une masse poreuse, très friable, qu'on sépare facilement avec un lamis des paillettes qui ont résisté ii l'atlaque.

Quand par un moyen quelconque une substance a été réduite en poudre, il y a encore intérêt à séparer les petits morceaux de dimensions appréciables qui ont pu échapper à la pulvérisation ; la présence d’un seul de ces fragments suffirait en effet à rendre une attaque très longue et ferait perdre tout le bénéfice qu’on est en droit d’attendre d’une pulvérisation bien faite. On sépare la poudre bonne pour l’attaque des grains qui ont besoin d’être traités à nouveau au mortier, soit par l’emploi du tamis soit par lévigation.

Tamis. — L’emploi du tamis est le plus répandu. Ceux dont on fait usage sont en soie, et on peut les fabriquer soi-même en appliquant un morceau d’étoffe à l’ouverture d’un cristallisoir; pour en faire usage, on place la poudre sur cette étoffe et on recouvre le tout d’un morceau de cuir de manière à constituer un couvercle bien tendu. En frappant alors sur le cuir, la poudre passe et tombe dans le cristallisoir, pendant qu’il reste sur le tamis des grains plus gros qui doivent être soumis de nouveau à l’action du pilon.

Lévigation. — Pour soumettre à la lévigation une matière broyée, on la délaie dans un peu d’eau; on verse la bouillie ainsi obtenue dans un vase à fond plat contenant beaucoup d’eau, on agite et on laisse reposer quelques instants ; on décante alors le liquide trouble dans un second vase, on reprend dans le mortier ce qui est resté dans le premier; pendant qu’on continue la pulvérisation.

ANALYSE MINÉRALE — GÉNÉRALITÉS If

le liquide trouble dépose La substance qu’il tenait en suspension, et qui est alors en poudre extrêmement fine; on recommence avec le résultat de la nouvelle pulvérisation en employant l'eau qui surnage le dépôt du deuxième vase, et ainsi de suite, jusqu’à ce que le résidu abandonné dans le premier soit négligeable. Cette méthode ne doit être employée qu’avec circonspection, en raison de l’action que l’eau peut avoir sur certaines substances pulvérulentes : c’est ainsi que tandis qu’elle n’attaque pas d’une manière appréciable le verre ordinaire, elle peut en dissoudre 2 à 3 p. 100 quand celui-ci est finement pulvérisé. Le feldspath, le porphyre, etc., se comportent, quoique à un moindre degré, de la même manière.

Quel que soit le procédé employé, il convient de pousser la pulvérisation de l’échantillon choisi jusqu’au bout : certaines roches sont en effet constituées par des minéraux de densités très différentes, en sorte que si on arrêtait l’opération avant qu’elle soit terminée, la poudre obtenue serait beaucoup moins riche en les éléments les plus durs.

Dessiccation. — Les corps, qu’ils soient anhydres ou hydratés, peuvent, suivant les conditions de température et d’humidité du milieu ambiant, retenir une certaine quantité d’eau. C’est ainsi que les poudres condensent de l’humidité, que les dépôts cristallisés ou amorphes formés dans une liqueur aqueuse retiennent toujours une certaine quantité d’eau interposée qui est surtout considérable quand les cristaux ont une dimension notable : aussi des cristaux un peu volumineux devront-ils en général être écartés quand il s’agit de fixer la composition d’une substance.

Si la matière anhydre dont on doit effectuer l’analyse est, comme cela se présente pour la majeure partie des minerais ou des minéraux, inaltérable par la chaleur, on se débarrasse facilement de l’humidité en portant là substance au rouge et plaçant ensuite le creuset ou la capsule qui la contient dans un dessiccateur, c’esl-à-dire dans un vase fermé contenant de l’air maintenu sec par l’emploi d’acide sulfurique ou d’un autre absorbant de la vapeur d’eau. La substance, débarrassée d’humidité, peut ainsi être refroidie sans en condenser de nouvelle, jusqu’au moment où on la pèse; si l’on craint que dans le trajet du dessiccateur à la balance (trajet très court puisque beaucoup de ces dessiccateurs sont portatifs) elle reprenne de l’humidité, il sera bon de la placer dans un petit creuset fermé, ou mieux dans une nacelle placée elle-même dans un tube susceptible d’être fermé avec un bouchon à l’émeri.

Si la substance anhydre s’altère par la chaleur, soit qu’elle se décompose, soit qu’elle s’oxyde, on ne peut songer à opérer comme il vient d’être dit. L’expérience seule peut apprendre jusqu’à quelle température elle peut être chauffée .'ans s’altérer, et que par suite il ne faudra jamais dépasser; il est clair qu’il fau:, si on veut être assuré d’une dessiccation complète, atteindre au moins 100 degrés. Quand la substance est oxydable, on peut lever la difficulté en opérant dans un gaz inerte. Enfin, dans le cas où elle ne saurait être chauffée sans se décomposer, le seul procédé à employer sera de l’abandonner dans un dessicateur pendant longtemps, si tant est que la substance ne se décompose pas spontanément, comme cela a lieu quelquefois, auquel cas la dessiccation ne saurait être qu’approximative.

On voit, d’après ce qui précède, que même pour une substance anhydre la dessiccation complète peut être difficile ou même impossible à obtenir; avec les substances hydratées on rencontre une difficulté de plus : il est en effet impossible en général de les porter au rouge sans leur faire perdre, en même temps que l’eau mécaniquement interposée, une partie de leur eau de constitution, et dans bien des cas une partie de celle-ci disparaît même au-dessous do 100 degrés. Enfin, non seulement la chaleur peut faire perdre aux corps hydratés une partie de leur eau de constitution, mais celle-ci peut encore, en se dégageant, produire une décomposition de la substance soumise à la dessiccation, comme cela se produit par exemple avec certains chlorures.

En résumé, on ne peut indiquer de procédé général de dessiccation; il conviendra d’opérer avec beaucoup de prudence, d’observer la substance à analyser de façon à voir si elle est déliquescente ou efflorescente dans une atmosphère déterminée, d’effectuer au besoin plusieurs analyses successives en chauffant chaque fois plus fort; bref, il faut faire l’étude de la substance en même temps que son analyse ; questions qui ne sauraient guère être séparées. Nous indiquerons seulement ici quelques modèles de dessiccateurs.

Appareils dessicateurs. — La figure 2 représente un dessiccateur fixe; il se compose, comme on le voit, d’une cloche rodée sur un plan de glace. La substance desséchante (acide sulfurique, chlorure de calcium, etc.) est placée dans un cristallisoir à surface aussi grande que possible; la matière à dessécher, contenue

Fig. 2.

dans un creuset, une capsule, ou déposée sur un verre de montre, est placée audessus et maintenue en place à l’aide d’un triangle ou d’une plaque métallique percée de trous de différents diamètres. On fait aussi usage de dessiccateurs dans

ANALYSE MINÉRALE — GÉNÉRALITÉS

lesquels on peut faire le vide pour hâter la dessiccation; on place alors dans la cloche un petit manomètre tronqué de façon à s’assurer qu’il n’y a aucune rentrée d’air.

Les figures 3 et 3 bis représentent deux dessiccateurs portatifs qui n’ont besoin d’aucune description.

Étuves. — Si la substance peut supporter l’action de la chaleur dans certaines limites, on hâte beaucoup la dessiccation par l’emploi d’étuves à température fixe.

Ktuve de G.iy-Ll'SSAc. — La plus simple de toutes est l’étuve à eau bouillante de Cay-Lussac que représente la figure 4; elle suffit dans beaucoup de

cas et ne nécessite aucun réglage. Elle se compose d’une double boîte en cuivre l'ouge dans laquelle on verse de l’eau qu’on fera bouillir en la plaçant sur un fourneau quelconque. La boîte intérieure, divisée en deux parties, et fermée sur le devant par deux portes, se trouve ainsi presque complètement entourée de

vapeur d’eau à dOO degrés. On peut d’ailleurs plonger un thermomètre par l'ouverture O pour s’assurer que cette température est sensiblement atteinte.

Étuve Wiesxegg. — Les modèles d’étuves à température variable sont assez ■nombreux. Nous n’indiquerons ici que l’étuve Wiesnegg à régulateur que représente la figure 5; elle est constituée par une caisse à doubles parois, entre lesquelles circule de l’air chaud obtenu au moyen d’une rampe à gaz placée à la partie inférieure, et qu’on peut élever ou abaisser à volonté au moyen d’une vis de pression qui la maintient fixée dans une position plus ou moins élevée

Kg. 5,

sur une rainure verticale qu’on aperçoit à droite de la figure. La porte de l’étuve étant vitrée, on peut suivre la manière dont la dessiccation s’effectue, ce qui, dans certains cas, peut être précieux.

Pour obtenir avec cette étuve une température fixe, on fait usage d’un régulateur. Un des instruments les plus simples qu’on puisse employer à cet effet est celui que représente la figure 5 bis. C’est un gros thermomètre à mercure contenant une quantité notable de liquide, et dont la partie capillaire se prolonge par une portion plus largo du diamètre d’un tube à gaz ordinaire, et portant deux tubulures latérales, l’une plus petite à la partie inférieure, l’autre D d’un diamètre égal à celui de la partie principale. A la tubulure inférieure est fixé avec de la cire un écrou portant une vis V qu’on peut enfoncer à volonté dans la tubulure ; enfin le tube se termine par un rodage dans lequel pénètre l’une des branches d’un T en verre dont l’extrémité inférieure de 2 à 3 millimètres de dia-

.NALYSE MINÉRALE — GÉNÉRALITÉS

mètre et taillée en biseau vient s’ouvrir un peu au-dessus de la vis. Pour faire usage de ce régulateur, on l’introduit dans l’étuve par un orifice ménagé à cet effet dans la paroi supérieure, et dans lequel on le maintient par un bouchon, de telle sorte que la vis V et les tubulures A et B soient extérieures. Si on met A en relation avec une prise de gaz, B avec la rampe de l’étuve, et qu’on allume celle-ci, sa température s’élève; mais par le fait de la dilatation la colonne mercurielle monte, et l’on conçoit qu’il arrivera un moment où elle viendra gêner le passage du gaz; dès lors le feu de la rampe diminuera et la température cessera de s’élever dans l’étuve; mais alors le mercure se contractant, l’ouverture sera de nouveau rendue libre, et la quantité de gaz débitée étant plus considérable la température s’élèvera; on conçoit qu’au bout d’un nombre très petit d’oscillations très peu étendues un régime fixe pourra s’établir. Néanmoins comme, surtout au début, le mercure pourrait, en se dilatant brus-

Eig. 5 bU.

quement, fermer complètement l’accès du gaz et amener l’extinction de la rampe, on ménage en o sur la branche intérieure du T un trou très petit qui assure, indépendamment de l’ouverture inférieure, un débit suffisant pour maintenir les becs au bleu et éviter l’inconvénient d’une extinction fréquente au début de la chauffe.

Pour obtenir une température fixe quelconque, on allume la rampe et on évalue la température de l’étuve avec un thermomètre plongé dans un orifice symétrique de celui par lequel est introduit le régulateur ; en agissant sur la vis V dans un sens convenable, on amène alors le mercure du régulateur à la base du tube à gaz, le feu de la rampe baisse, la température aussi, en sorte qu’il faut quelquefois, en manœuvrant la vis à nouveau, diminuer légèrement la hauteur du mercure dans le régulateur, mais on arrive Vite à la placer dans une position telle qu’elle correspond exactement à la température voulue. Comme l’extrémité de la vis a été choisie d’un diamètre assez gros, on peut se servir

du régulateur entre toutes les températures où peut s’employer le thermomètre à mercure.

Il existe beaucoup d’autres régulateurs, mais leur prix élevé en limite l’emploi.