HYDROGÈNE

L’hydrogène libre, que l’on ne rencontre qu'à l’état de traces dans la nature, ne prend aucune part aux phénomènes de la vie. Cet élément ne pénètre dans le cycle vital que sous la forme d’eau, et pour une très faible portion, à l’état d’ammoniaque. il n’est pas en effet douteux aujourd’hui que dans le travail chlorophyllien, l’eau ne soit décomposée en même temps que l’acide carbonique. Cette dissociation, d’abord niée par Th. de Saussure, a été démontrée par les expériences toujours citées de Boussingault |3), qui a constaté que le volume d’oxygène dégage par la plante verte peut être supérieur au volume d’acide carbonique absorbé. Connue l’acide carbonique (CO2 = 2 vol.) ne peut fournir que son volume d’oxygène (O2 = 2 vol.), il faut de toute nécessité qu’il y ait décomposition simultanée de l’eau. D’autre part, des analyses exactes de Boussingault ont

éprouvette pleine d’eau pour la voir bientôt se remplir de gaz acide carbonique. (A. Gautier, toc. rit.)

(1) G. liunge, Lchrbuch (1er ph’/siol Chemie , Leipzig, 1889, p. 19.

(2) MUnlz a trouvé ce microorganisme d’une manière constante sur des roches de diverse nature qu’il a examinées aux Pyrénées, dans les Vosges, sur le mont Blanc, au Saint-Gothard. Le ferment est surtout abondant dans les parties fissurées et dont la friabilité indique un commencement de dé -agrégation. Un exemple particulièrement intéressant est fourni par le Faulhorn (ruche pourrie) de l’Obcrland bernois, qui est formée par un schiste calcaire noir, friable, ayant l’aspect d’une masse en décomposition. Or, celte rorbe est littéralement envahie par le ferment

trique tant dans les parties superficielles que dans les couches sous jacentcs. (Voy. A. Mflntz, Annales de chimie et de physique, 1887, (fi), t. XI, p. 13ti).

' (J) Boussingault, Agronomie, etc., Paris, 186i, t. 111, p. 378.

établi que des végétaux cultivés dans du sable exempt de matières organiques renferment une proportion d'hydrogène supérieure à relie qui serait nécessaire pour transformer en eau, par le calcul, l’oxygène coexistant (I). Si l’on considère enfin ce fait que les plantes sont incapables de décomposer l’oxyde de carbone, on est conduit à admettre que la réduction porte sur le couple CO1 2 + 1120 et que l'oxygène dégagé (O2) provient à la fois de l’eau et de l'acide carbonique.

La majeure partie de l'hydrogène assimilé par la plante provient donc de décomposition de l’eau dans les parties vertes. Une plus faible portion pénètre sous la forme d’ammoniaque que les plantes peuvent absorber directement (2). Cet hydrogène entre dans la construction des principes immédiats organiques des végétaux, puis des animaux. Là, ces matériaux subissent des phénomènes de désagrégation qui ont pour effet d’éliminer peu. à peu cet élément, soit à l’état d'eau et d’ammoniaque, soit sous la forme de composés qui, une fois sortis de l'organisme, aboutissent rapidement aux mômes termes de décomposition.

La putréfaction des tissus végétaux et animaux restitue également l’hydrogène an monde minéral sous la forme d’eau et d'ammoniaque.

L’oxygène est, de tous les éléments, le plus abondamment représenté dans notre globe. A l'exception du chlorure de sodium et de quelques autres minéraux non oxygénés d'ailleurs peu abondants, (chlorures, bromures, iodures, sulfures), tous les matériaux qui constituent la croûte terrestre contiennent, de l'oxygène, et quelques-uns d’entre eux, comme la silice et les silicates, le carbonate, le sulfate de chaux qui forment les couches les plus puissantes, renferment un poids d'oxvgène si considérable que l'on peut, sans exagération, dire que cet élément forme au moins le tiers du poids de l’écorce terrestre. A l'état de combinaison, ou le trouve encore dans l’eau dont il représente les 8/9 en poids, et dans tons les tissus ci humeurs des végétaux et des animaux. Enfin, à l’état libre, il forme le quart environ du poids de l’atmosphère.

L oxygène pénètre dans les organismes sons deux états :

1° A l’état d'oxygène combiné;

2" A l’état d'oxygcnc libre.

1” Oxygène combiné. — La plante verte trouve une certaine quantité d’oxygène combiné dans les composés oxygénés de l'azote, du phosphore, du soufre, qu’elle absorbe par scs racines (voy. plus loin). Mais la très grande partie de 1 oxygène dont elle a besoin pour la formation des matériaux organiques, lui est apportée par l’acide carbonique et l’eau. De ce couple 11*0 + CO*, elle sépare dans scs parties vertes de l'oxygène libre qui se dégage, et forme, par voie de

(1) L'objection tirée de ec fait que cet excès d’hydrogène pourrait provenir de l'ammoniaque absorbée en même temps a été prévue et réfutée par Boussingaull.

(2) L’ammoniaque subit, le plus souvent avant son absorption par la plante, le phénomène de la nitrification qui se poursuit si activement dans la terre Mais MQnlz a nionlré que celte transformation n. si pas uiic condition indispensable de l'utilisation de l'ammoniaque qui peut être absorbée directement par la plante ( Comptes rendus, 1889, t. GIX, p. 6t»!).

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synlhèse, des combinaisons moins oxygénées, plus riches au contraire en carbone et en hydrogène : les corps gras, les hydrates de carbone, et, avec adjonction de copules azotées, les matières. albuminoïdes. Les tissus de la plante absorbent en outre directement un peu d’oxygène libre, par suite du phénomène de la respiration proprement dite (voy. p. 22).

Avec les aliments organiques ainsi élaborés par la plante, cet oxygène combiné passe dans l’organisme des animaux. On peut calculer que la ration moyenne d’un homme adulte évaluée à 530 grammes d'aliments (1) (à l’état sec), pour les vingt-quatre heures, contient, en chiffres ronds, 223 grammes d’oxygène (2).

2° Oxygène libre. — L’oxygène est le seul corps qui pénètre dans les organismes a l’état élémentaire. Il est également le seul que nous voyions sortir à cet état du conflit des réactions chimiques qui se passent à la surface du globe, le phénomène chlorophyllien apparaissant comme la seule opération chimique naturelle qui soit accompagnée d’un dégagement d’oxygène. L’oxygène libre est un élément indispensable à l’existence des êtres vivants, à celte exception près constituée par quelques organismes inférieurs anaérobies. Absorbé en petite quantité par les végétaux, en plus forte proportion par les animaux, il joue, d’une part, le rôle d’un excitant nécessaire de l’activité physiologique des cellules et, d’autre part, il est l’agent des oxydations intraorganiques, c’est-à-dire de l'un des modes de désagrégation les plus importants au point de vue du rendement en chaleur (ou en énergie).

Que l'oxygène ait clé absorbé par les animaux à l’état libre ou combiné scs destinées finales sont les mêmes. C’est toujours à l'état d’eau et d'acide carbonique (et en très minime proportion à l’état d'acides sulfurique ou phosph'orique) que cet élément retourne au monde minéral, pour recommencer à nouveau lo môme cycle de transformations.

Cela posé, voyons quelles sont les réserves d’oxygène libre dont disposent les êtres vivants, et les causes qui peuvent faire varier ces réserves.

Les organismes trouvent l’oxygène libre dans l'atmosphère, dans l’air que les eaux contiennent en dissolution (3) et dans celui qui circule constamment dans les interstices de la terre. Lorsqu’on réfléchit aux origines de celte provision d’oxygène libre à laquelle puise aujourd'hui toute celle masse d’ôtres vivants, on se demande comment ce gaz a pu échapper aux causes si puissantes de combinaison ou de fixation qui devaient le solliciter, à l'époque où la terre se trouvait encore, comme on l’admet généralement, à l'état d’une masse fluide incandescente. La haute densité du globe terrestre (3,6 environ) rend probable l’existence d’un noyau central riche en métaux lourds (4), et d’autres considérations notamment l'étude des coulées qui se sont produites à diverses époques à travers l’écorce terrestre, conduisent à cette conclusion que le fer

(!) En prenant comme ration minima d'un adulte : albumine, 100 grammes; graisses (calculées b l’état d’oléine), 50 grammes; hydrocarbonés (calculés à l’état d’amidon), 400 grammes.

(2) La quantité d'oxygène nécessaire pour transformer cette ration en acide carbonique, en eau et en urée, par le calcul, est d’environ 790 grammes.

(3) Voyez: Encyclopédie chimique, t. II, Métalloïdes, 1" section, p. 83 et 171.

(4) La ceinture pierreuse qui nous supporte n’ayant guère qu'une densité moyenne égale b

représente la masse principale de ce noyau. II semble donc que l’oxygène atmosphérique aurait dû nécessairement se fixer sur cette masse incandescente si oxydable. Mais il est possible que ce soit précisément l'énorme température du milieu qui ait empêché cette combinaison de s’opérer dans de vastes proportions. Ne sait-on pas par les recherches de Sainte-Claire Deville et de Bunsen que la combinaison de l’oxygène avec l’hydrogène, dans la proportion où ces deux gaz forment de l’eau, ne peut s’opérer que peu à peu, parce que la chaleur produite par la réaction est tellement considérable qu’elle maintient dissocié le restant des gaz? 11 est donc possible qu’à un moment où la température était encore très élevée et la provision d’oxygène libre très grande, une croûte de silicates fusibles, d’un poids spécifique plus faible, se soit étendue à la surface de la masse, formant, selon la pittoresque expression de A. Gautier, comme la scorie solidifiée de cet immense creuset, et séparant peu à peu l’atmosphère du noyau oxydable. De l’oxygène s’est donc trouvé préservé et maintenu à l’état élémentaire, conservant ainsi, dans ses affinités chimiques demeurées disponibles, une partie de la chaleur primitive du globe, et apportant, par ce fait, aux organismes qui se sont développés plus tard, après le refroidissement de la croûte terrestre, une source précieuse d’énergie (1).

Cestà cette provision d’oxygène que puisent les vëgétauxet les animaux, etleur activité respiratoire tend sans cesse à diminuer la masse d’oxygène disponible. A ces causes s’ajoutent celles qui résultent des phénomènes de putréfaction, des combustions de soufre dans le voisinage des volcans, du chauffage et de l’éclairage des habitations et surtout des opérations industrielles. Divers auteurs (2) ont essayé d’apprécier la quantité d’oxygène ainsi consommée annuellement. En prenant comme point de départ la production de la houille en 1888 (470 millions de tonnes) et en partant d’une teneur de 78 p. 100 de carbone et de 4 p. 100 d’hydrogène, on peut calculer que cette quantité de charbon, à supposer qu’elle fût brûlée en totalité dans l’année, consommerait tout l’oxygène contenu dans la colonne d’air susjacente à une étendue de 477 kilomètres carrés. D’autre part, on apprécie la consommation quotidienne d’un homme adulte à environ 700 grammes d’oxygène, ce qui ferait annuellement 250 kilogrammes et, pour un milliard d hommes, 230 milliards de kilogrammes d’oxygène. Cette quantité d’oxygène est contenue dans l’atmosphère susjacente à une étendue d’environ 100 kilomètres carrés , ce qui fait que la combustion de la houille et la respiration dés hommes consommeraient annuellement l’oxygène de la colonne d’air reposant sur environ 577 kilomètres carrés (c’est-à-dire sur un carré n’ayant que 24 kilomètres de côté). Les autres causes de fixation d’oxygène, respiration des animaux et des autres êtres sans chlorophylle, phénomènes de putréfaction, combustion du bois, etc., échappent à toute appréciation. Mais leur action serait-elle deux ou trois fois plus puissante que celle de la respiration des hommes et de la combustion de la houille, que l’effet total produit ne pourrait être sensible qu’après des milliers d’années. Ainsi, la soustraction annuelle de la quantité d’oxygène con-

(t) Hoppe-Seyter, Physiologische Chemie, Berlin, 1877, p. 44.

(2) Liebig, Chimie appliquée à la physiologie végétale, trad. par Ch. Cerhardt, 2e éd., Paris, 1844, p. 19. Hoppe-Scyler, loc. cit., p. 43.

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tenue dans l’air sur une étendue de 000 kilomètres carrés n’abaisserait, au bout de 1.000 années la proportion d’oxygène que de 20,96 à 20,93 p. 100.

A cette réservé si énorme, s’ajoute incessamment l’oxygène produit par un phénomène compensateur qui est la décomposition de l'acide carbonique par les plantes vertes, avec dégagement d’oxygène. Il y a tout lieu de croire que si la proportion d’acide carbonique dans l’air venait à s’accroître sensiblement, là végétation deviendrait rapidement plus riche, et un travail chlorophyllien plus actif viendrait compenser la diminution d’oxygène (1|.

Des causes d'ordre géologique agissent en sens inverse de la précédente. C’est, par exemple, le phénomène déjà cité de la désagrégation des silicates par l’eau chargée d’acide carbonique (voy. p. 33,. L’oxyde ferreux contenu dans ces silicates est incessamment transformé, dans ce procès, en oxyde ferrique, et la quantité d’oxygène ainsi soustraite à l’atmosphère est sans doute considérable. Il est vrai que la putréfaction des matières organiques au contact de l’oxyde ferliquc restitue à 1 air, sous la forme d'acide carbonique décomposablc par les plantes vertes, une partie de l'oxygène ainsi fixé (2). On peut se demander, néanmoins, si le seul travail chlorophyllien est suffisant pour compenser toutes ces causes de soustraction d’oxygènc{oxydalion de l’oxyde ferreux, des sulfures, etc ) Ozone. — La richesse de l’air en ozone et la répartition de ce corps dans l'atmosphère ont été exposées ailleurs I Encyclopédie chimique, t. II. Métalloïdes 1™ section, p. 37). On a soutenu que le sang des mammifères contient de l’ozone' dont la présence a été invoquée pour expliquer les phénomènes d'oxydation intraorganiques. Celte assertion n’est pas fondre. Des traces d’ozone transforment l’oxyhémoglobine en méthémog'ohine. Or, le sang à l'état normal ne contient pas trace de cette dernière substance. — La production d’oxygène ozonisé par les parties vertes des plantes est encore discutée.