CARBONE

Le carbone ne pénètre dans le cycle des réactions chimiques de la vie que sous la forme d’acide carbonique. Si l’on veut faire abstraction pour l’instant des microorganismes si curieux, décrits par Winogradsky, et dont il a été question dans le précédent chapitre, on peut restreindre encore cette proposition, et dire que c est seulement à 1 état d’acide carbonique libre que le carbone est accessible aux êtres vivants, et que le seul mécanisme par lequel s’opère la pénétration de cet élément est le travail chlorophyllien des plantes vertes. Ces dernières, on l'a vu, absorbent 1 acide carbonique de l’air elle font servir à la construction des

(1) Duclaux, Chimie biologique, p. 201.

ENCYCLOPÉDIE CHIMIQUE. — I.AMHLIiNG.

principes immédiats organiques quelles élaborent et par l’intermédiaire desquels le cirbone passe dans 1’oganisme des animaux et des végétaux sans chlorophylle.

C’est également sous la forme d'acide carbonique que cet élément fait retour au monde minéral. C’est à cet état d’abord que la respiration des animaux et des plantes le rend incessamment au milieu ambiant. D'autre part, le carbone quitte encore l'organisme des animaux, engagé clans des combinaisons telles que l’urée et l'acide urique qui se décomposent très rapidement avec mise en liberté d’acide carbonique. Enfin les matières organiques complexes que la mort des animaux et des végétaux répand à la surface du sol, graisses, sucres, matières albuminoïdes, subissent sous l’action incessante des microbes de la terre, de l’oxygène de lair, de la lumière (Duclaux), un lent travail de décomposition par lequel tout leur carbone est finalement ramené à l’état d'acide carbonique (I). Tel est en résumé le cycle rotatif de cet élément.

Il résulte de ce qui précède que tout le carbone qui existe sur notre planète n’est accessible aux êtres vivants qu’aulanl qu’il se présente sous la forme d’acide carbonique libre ou qu’il est susceptible de passer à cet état. Cela posé, voyons quelles sont les réserves de carbone assimilable dont disposent les organismes

Le carbone s’ o lire à nous dans le inonde minéral sous trois états :

1° Le carbone libre, enfoui dans le sein de la terre;

2° L'acide carbonique libre;

3° L'acide carbonique combiné aux bases.

1° Carbone. — Des niasses considérables de carbone sont enfouies dans les profondeurs de la terre : ce sont ces dépôts si puissants de charbon ou de

(Il Cette rétrogradation des matières organiques que reçoit incessamment le sol est un dos problèmes île chimie biologique les plus complexes, et qui intéresse à la fois la biologie générale la physiologie des microbes et l'agronomie. C’est ici qu'apparaît toute l'importance du rôle que jouent les microbes dans l'économie de la nature Intermédiaires nécessaires de la circulation de la matière, ce sont eux qui font rentrer dans le monde minéral les matériaux complexes que la mort des organismes répand sans cesse sur le sol en quantités si considérables. Par là i|s protègent, comme l’a dit si heureusement Duclaux, les vivants contre les morts. D’au re part ils complètent le travail de simplification commencé parles êtres supérieurs : ils s'emparent de leurexcréta, dédoublant par exemple l’urée en a ide carbonique et en ammoniaque, c’esi a-dirc achevant de restituer au monde minéral tous les matériaux incomplètement décomposés. — Ajoutons que dans la formation synthétique des substances organiques, le rôle des microbes semble être non moins considérable (voy. p. *3). On ne peut que signaler ici l’importance de ces questions pour l'étude desquelles nous renvoyons le lecteur U une autre partie de Y Encyclopédie chimique I Duclaux, Chimie biologique) On trouvera là une étude complète de la destruction des matières albuminoïdes (p. 03!» et suivantes, et p. 806), des matières hyilrorarbonécs (p 355, 571, 577, etc ; p. 663 et 813) cl des graisses (p. 6 13). Pour ce qui concerne les travaux plus récents, on pourra sc reporter à : Duclaux, Revue critique sur les microbes du sol , Annales

de l'Institut l'usteur, t. I, p. 246). — Sur In migration des matières grasses (Ibi p. 347)

Notons seulement ici que l'action des microbes, si puissante dans la rétrogradation des albuminoïdes et des hydrocarbonés, n’intervient que secondairement dans la décomposition des graisses Celles-ci subissent d’abord, sous l’action de I oxygène atmosphérique, une saponification, puis une oxydation qui, lentes à l’obscurité, rapides au contraire à la lumière, aboutissent à la production de composés solubles. A ce moment, le corps gras a perdu son caractère de substance rebelle à l’action des microbes, et sous l'influence de ces derniers, il achève rapidement de descendre l’échelle des destructions de la matière organique (.Duclaux).

lignite dont une faible partie seulement est en exploitation (1). Ce carbone qui a autrefois participé aux phénomènes de la vie en pénétrant à l’état d'acide carbonique dans les végétaux de la période houillère, redevient peu à peu accessible aux êtres vivants au fur et à mesure de son extraction et de son utilisation. Si Ion admet que la consommation annuelle de charbon est de 470 millions de tonnes (2), on peut calculer (3) que la quantité de carbone restitué à l’atmosphère s élève, à environ 360.000 millions de kilogrammes. Cette quantité peut paraître considérable, mais il est facile de se rendre compte que cet apport ne peut exercer que des modifications insensibles sur la composition de l’atmosphère.

2° Acide carbonique conibiné. — Des masses très considérables de carbone existent dans notre planète à l'état de carbonate de magnésie et surtout de carbonate de chaux, qui constituent dans l’écorce terrestre des couches extrêmement puissantes. Si l’on considère d’autre part qu'un kilogramme de spath calcaire renferme 440 grammes d’acide carbonique ou 120 grammes de carbone, on est conduit à admettre que ces dépôts représentent sans aucun doute la réserve de carbone de beaucoup la plus abondante. On admet en général que ces dépôts de carbonates se sont faits, au moins en partie, dans des organismes vivants on par leur intermédiaire. A une époque très reculée, le carbone de ces dépôts a donc pris part aux phénomènes de la vie, mais sous sa forme actuelle, il semble être à peu près entièrement soustrait à l’activité des êtres vivants. On dira plus loin quels sont les phénomènes d'ordre divers, géologiques ou vitaux qui tendent à augmenter ou à diminuer cette portion de carbone ainsi 'immobilisée.

3° Acide carbonique libre. — L’acide carbonique existe en faible proportion dans l’atmosphère, en plus forte proportion dans les eaux à l’état de dissolution simple ou de combinaison avec les carbonates neutres.

Les analyses de Thénard, Th. de Saussure, Boussingault, l'ettenkofer, Reiscl, Miintz et Aubin et d’un grand nombre d’autres observateurs, ont établi que la proportion d’acide carbonique contenu dans l’atmosphère ne varie qu’entre des limites très étroites. Elle est en moyenne d’après Reiset, de 2,942 pour 10.000 en volume, avec des variations extrêmes de 3 pour 100.000 (4). En partant du chiffre un peu plus fort donné par Th. de Saussure (4 vol. de CO2 3 * 5 6 pour 10.000 d’air), et en admettant que la richesse en acide carbonique est la même dans les diverses couches atmosphériques, Uoppe-Seyler (5) évalue à 17.200 kilogrammes la quantité absolue de carbone contenue dans la colonne d’air qui repose sur un hectare de terre. Avec 3 volumes d’acide carbonique pour 10.000 d’air, ce chiffre serait abaissé à 12.900 kilogrammes. On peut admettre, d autre part, avec Liebig (6), qu’un hectare de terre eu pleine végétation

(I) Une minime partie du carbone est immobilisée sous la forme de graphite ou de diamant dont l'origine nous est inconnue.

1890 *‘tatlStl<tUe de l'intlust'-ie minérale, publiée par le Ministère des travaux publics, Paris,

(3) Avec 78 p. 100 de carbone.

(*) Voyez : Encyclopédie chimique, t. Il, rc section, p. 93.

(5) Uoppe-Seyler, Pkqsio/ogische Chemic, Uerlin, 1877, p. 33.

(6) Liebig, Chimie appliquée à la physiologie végétale et à l'agriculture, trad. par Ch. Gerhard, Paris, 18i4, p. 16.

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produit annuellement line quantité de matière organique contenant environ 2.000 kilogrammes do carbone. Si enfin on suppose, comme le fait Hoppe-Seyler, que la vingtième partie seulement de la terre est couverte d’une végétation vigoureuse et comparable à celle dont l’évaluation servait de point de départ à Liebig, on arrive à cette conclusion que tout le carbone de l’atmosphère serait consommé au bout de 129 ans environ. Ce calcul démontre qu’évidemment il existe des sources d’acide carbonique qui renouvellent incessamment la provision de carbone atmosphérique que les plantes tendent à épuiser.

Ce renouvellement se fait d’abord par les phénomènes de respiration et de désassimilation des plantes et des animaux, par la décomposition lente des résidus organiques, phénomènes dont il a été question plus haut, et par lesquels le carbone, arrivé au terme du cycle vital qu’il parcourt, est sans cesse restitué à l'atmosphère sous la forme d’acide carbonique, directement assimilable par les plantes. Il se produit en outre des échanges constants d’acide carbonique entre l'air et les eaux, et principalement les eaux de la mer. Celles-ci, grâce aux réserves d'acide carbonique qu’elles contiennent à l'état de bicarbonate de chaux, jouent le rôle d’un régulateur puissant. Lorsqu’en effet la proportion d'acide carbonique dans l’air tend à diminuer, le bicarbonate de chaux se dissocie en acide carbonique qui se dégage et en carbonate de chaux. Quand, au contraire, la proportion d’acide carbonique tend à augmenter dans l'air, de manière que sa force élastique surpasse la tension de dissociation du ‘ bicarbonate, l’eau dissout cet acide carbonique qui, réagissant sur le carbonate neutre de chaux déposé au fond des eaux, reproduit une nouvelle quantité de bicarbonate. La réserve d’acide carbonique ainsi disponible dans la mer pour les échanges avec l'air est, d’après Schlœsing (1), dix fois plus grande que la quantité totale d’acide carbonique contenue dans l'atmosphère.

Cette circulation active d’acide carbonique entre les êtres vivants d’une part, l'air et les eaux d’autre part, constitue le mécanisme compensateur qui maintient, en ce qui concerne ce gaz, la constance de composition de lair, telle que la démontrent nos analyses. Cet équilibre ne saurait évidemment être troublé par des causes telles que la combustion de la houille incessamment extraite des profondeurs de la terre. 11 est facile de s’assurer par le calcul que la quantité d'acide carbonique ainsi produite, si considérable qu’elle paraisse de primeabord, ne peut pas modifier d’une manière sensible la composition de l’air mémo au. bout de plusieurs siècles.

Mais on peut se demander si des causes d’ordre géologique, infiniment plus puissantes, ne porteraient pas atteinte, à la longue, à cet état de choses. La question peut se poser, car les dosages d’acide carbonique dans l’air ont été faits jusqu’à présenta des intervalles de temps trop courts les premières analyses remontent à peine à un siècle — pour qu’on puisse affirmer l’absence de toute variation. Si l’on essaie de mettre en balance les causes générales de nature géologique qui peuvent modifier à la longue la proportion d’acide carbonique contenu dans l’air, on est porté à conclure plutôt dans le sens d’une lente diminution. S’il est vrai, en effet, que la terre s’est trouvée à un moment

(I) Sclilœsing, Comptes rendus , 11 juin 1880.

donné à l’état de fusion ignée, il découle directement de ce fait que tout l’acide carbonique des gisements actuels de carbonates devait exister à l’état de liberté dans 1 atmosphère, car la proportion de silice contenue dans l’écorce terrestre, semble, autant qu’on en peut juger, avoirété largement suffisante pour maintenir décomposés tous les carbonates lerréux. Aujourd’hui nous constatons que le phénomène inverse s’est opéré peu à peu , et qu’une masse énorme d’acide carbonique évidemment soustraite à l'atmosphère se trouve fixée dans la croûte terrestre, à l’état de combinaison avec les bases. Des quantités considérables d’acide carbonique ont encore été enlevées à l’atmosphère et immobilisées dans le sein de la terre à l'état de carbone, par les végétaux de la période houillère. Un ensemble de causes ont donc concouru à abaisser progressivement la richesse en acide carbonique de l'atmosphère depuis les premiers âges de lu terre jusqu'à nos jours. Ces mêmes causes persistent-elles et sont-elles sans compensation? Telle est la question qu’il faut se poser.

En ce qui concerne d’abord les phénomènes analogues à ceux delà formation houillère, leur importance actuelle paraît minime. Si la précipitation de substances végétales carbonisées au fond des mers se produit dans une certaine mesure à l’embouchure des fleuves, on peut admettre qu’elle est compensée par l'extraction et l’utilisation de la houille. Une cause infiniment plus active e.st ce grand procès de la désagrégation des silicates sous l’action de l’eau, phénomène dont la géologie constate chaque jour l'extrême puissance, et qui sans doute s'accomplissait autrefois dans des proportions bien plus considérables. Les combinaisons que, dans les roches, l’acide silicique forme avec 1 alumine, l’oxyde ferroso-ferrique, la chaux, la magnésie, la potasse et la soude (feldspaths, augite, hornblende, etc...) et qui représentent dans l’écorce terrestre des masses si considérables, sont incessamment décomposées par l'activité sourde mais ininterrompue de l'eau chargée d’acide carbonique (1). Tandis que. l’acide silicique est partiellement mis en liberté, ou reste combiné à l'alumine (formation des argiles) et aux autres bases encore disponibles, l'acide carbonique se fixe d’une part sur la magnésie et la chaux qui le font passer à l’état insoluble, et d’autre part sur la potasse et la soude qui le transforment en carbonates solubles entraînés par les eaux. Ces carbonates, en présence du chlorure de calcium et de magnésium des eaux douces ou des eaux de la mer sont précipités à leur tour en carbonates insolubles. Des quantités considérables d acide carbonique sont ainsi soutirées à l’atmosphère et immobilisées sous la forme de dépôts qui échappent à l’activité des êtres vivants. 11 se peut que ce phénomène soit compensé par le déplacement qui s'opère dans les couches profondes de la terre, où, grâce à la température élevée du milieu, l’acide silicique, 1 emportant à son tour sur l’acide carbonique, chasse celui-ci de ses combinaisons, et où d’autres phénomènes concourent du reste à une incessante production de ce gaz (2). C’est cet acide carbonique que nous voyons s’échapper par les cratères et les fissures des pays volcaniques et qui filtre constamment à travers les parties les plus perméables du sol (3).

(1) Voy. Credner, Traité de géologie , trad. par Meniez, Paris, 1878, p. 186.

12) Voy. A. Gautier, L’Origine des eaux minérales ( Revue scientifique, t. XXXV, p. 613).

(3) 11 suffit, d’après M. Jutier, de placer convenablement sur les grès bigarrés des Vosges une

Dans quelle mesure celte compensation a-t-elle lieu? C’est ce qu’il est difficile d’apprécier exactement; mais s’il est vrai que le noyau encore incandescent do notre globe tend sans cesse à se refroidir, l’exhalaison incessante de cet acide carbonique d'origine ignée centrale doit aller en diminuant et conséquemment le processus inverse de la fixation de l’acide carbonique par les hases terreuses doit l’emporter peu a peu. Pourtant il est peut-être prématuré de conclure, avec Bunge (1) que dans celle lutte qui se poursuit sans cesse, pour la fixation des bases, entre l’a. i de carbonique et l’acide silicique, «ces deux grandes puissances de l’écorce terrestre », le premier doit nécessairement remporter à la longue sur le second et qu'ainsi notre globe marche sûrement à l’épuisement de ses réserves d’acide carbonique libre, et par suite à l’extinction de toute vie à sa surface. 11 ne faut pas, en effet, considérer l’acide carbonique précipité à l’état de carbonates terreux comme entièrement soustrait à l’activité des êtres vivants. On a cité dans le précédent chapitre l’exemple d’un microorganisme, la nilromnnade de YVinogradsky qui peut emprunter directement aux carbonates calcaire et magnésien, le carbone nécessaire à l’édification de sa matière organique. La quantité d’acide carbonique qui rentre ainsi dans le cycle des opérations de la vie peut être considérable, étant donnée l’extrême dissémination des ferments nitrifiants (2).

Il se peut que l’avenir nous révèle d’autres causes agissant dans le même sens.