CHAPITRE LXII

NITRIFICATION

Nous avons vu, dans les chapitres précédents, diverses matières azotées donner, comme terme définitif de l’action des ferments, des sels ammoniacaux à acides gras et du carbonate d’ammoniaque. Dans le chapitre précédent, nous avons de même étudié la transformation en carbonate d’ammoniaque de l’urée, qui est le terme extrême le plus important des mutations de la matière azotée dans l’organisme des animaux supérieurs, et qui se retrouve quelquefois, sans doute au même titre, dans les cellules des ferments. Nous avons donc conduit la matière albumino’ide jusqu’à son extrême destruction, jusqu’au moment où elle peut entrer en solution dans l’eau, où elle peut se mettre aussi, comme l’ont montré les belles expériences de M. Schlœsing, en suspension dans l’air, et recommencer le cycle de pérégrinations qui la ramèneront à l’état de matière azotée dans un autre organisme. Nous aurions donc le droit de l’abandonner désormais. Mais il se trouve que cette ammoniaque peut être transformée, par un mécanisme dans lequel interviennent aussi des infiniment petits, en un autre composé azoté, dont le rôle cosmique ne paraît pas moins important que le sien, l’acide nitrique, et que cet acide nitrique "a son tour peut être réduit à ses éléments ou même de nouveau transformé en ammoniaque, par des êtres microscopiques. L’étude de ce double phénomène rentre tout naturellement dans notre cadre, et nousallonslacommencer par l’exposé des découvertesrécentessurlanitrification.

Causée actii^e «le la nitrification. — L’importance du phénomène de la nitrification est telle qu’il a été étudié depuis longtemps, et par des savants de premier ordre. Grâce à leurs travaux, il était assez bien connu au point de vue pratique, et les conclusions auxquelles la science est arrivée sur ce sujet ne risquent pas d’être renversées par des progrès nouveaux. Mais la cause active du phénomène n’a été que tout récemment mise en lumière par les travaux de MM. Schlœsing et Muntz, auxquels sont venues se joindre des études de M. \Varington, restées malheureusement un peu confuses parfois dans leurs résultats, mais en général d’accord avec les conclusions de MM. Schlœsing et Muntz. C’est à ces derniers que nous allons emprunter la plus grande partie de ce que nous aurons à exposer sur ce chapitre important.

11 faut pourtant dire tout de suite, parce que c’est une remarque applicable aux

DUCLA.UX. — CHIMIE BIOLOGIQUE

travaux, que nous aurons à résumer dans ce chapitre et dans le suivant, que si l'on ne faisait pas bénéficier les résultats de MM. Schlœsing et Muntz de toutes les notions connues et sûres, sur l’histoire des infiniment petits, on pourrait trouver incomplète la démonstration qu’ils ont voulu donner de ce fait que la nitrification n’a lieu que par l’action de certains ferments. Quand on veut démontrer une vérité de cet ordre, la première chose à faire est d'isoler l’espèce active, de l’ensemencer seule dans un liquide approprié, et de montrer qu’elle y produit sa réaction caractéristique.

L’organisme auquel MM. Schlœsing et Muntz attribuent la propriété nitrifiante est tellement petit, qu’ils semblent n’avoir encore pu l’isoler. Il serait difficile de dire dès lors si l’espèce est unique, ou s’il y a plusieurs espèces possédant les mêmes propriétés. Quelques faits de nitrification qui m’ont passé sous les yeux, me feraient pencher vers cette dernière hypothèse. Par contre, Je crois, contrairement à l’avis de M. Pasteur, que les microbes nitrifiants ne sont pas du tout des spores d’un vibrion doué à l’état adulte d’autres propriétés, et dont la spore seule serait un agent de combustion des matières azotées et de production d’acide nitrique.

L’aspect de tous Iss microbes nitrifiants qui m’ont passé sous les yeux, et parmi lesquels j’ai reconnu les formes indiquées par MM. Schlœsing et Muntz, n’est pas celui des spores. Leurs contours sont fins et nets, leur contenu homogène, leur ressemblance est accusée avec le mycoderma aceti et le ferment lactique jeune, ou mieux encore avec le microbe étudié par M. Boutroux. Mais leur taille est plus petite, leur degré de réfringence plus faible, plus voisin de celui de l’eau, de sorte qu’ils sont vraiment quelquefois difficiles à distinguer dans le liquide qui les contient.

Tout en ayant la forme de petites cellules, ils ne sont jamais franchement ronds ni même ovales. Ils rappellent toujours l’idée d’un bâtonnet assez grêle, qui aurait été tronçonné en fragments plus ou moins courts, dont on aurait abattu les angles.

Les cellules du ferment sont non seulement de longueurs différentes, ce qui est fréquent chez ces espèces, mais de largeurs très différentes aussi, variables du simple au double dans la même préparation et à tous les âges de la fermentation. MM. Schlœsing] et Muntz ont noté ces variations de largeur, et les ont considérées comme dépendant de la nature du milieu, si bien que les êtres sont plus gros dans les milieux riches en matières organiques. Mais les variations dans une même préparation ne s’expliquent pas parla. Peut-être y a-t-il, comme dans d’autres cas, un effet de vieillesse, la cellule se rapetissant quand sa vie active est terminée. Les différences de tailles que j’ai observées sont trop grandes pour être l’effet d’une variation dans la nature et dans la proportion des éléments nutritifs. Du moins aucune espèce bien connue n’en présente d’aussi grandes.

Quoi qu’il en soit, nous avons le droit de laisser pour le moment la question indécise, et de parler du ferment nitrificateur comme s’il n’y en avait qu’un.

Coiiilltions »le culture «lu ferment niiritieatcur. — Pour le cultiver, on se sert de matras a fond très plat dans lesquels on dispose, en

couche très peu épaisse, un liquide nutritif en présence de l’oxygène. Ainsi qu’on pouvait s’y attendre, l’être est en effet aérobie par excellence, et ne paraît pas pouvoir résister à la privation d’oxygène prolongée trop longtemps

Pourtant, dans des expériences antérieures, M. Schlœsing avait constaté que la nitrification n’était pas beaucoup plus lente dans de l’air renfermant 1,3 p.ioo d’oxygène que dans l’air normal. Le ferment peut donc se contenter de très peu d’oxygène. Mais ces expériences se rapportent à des ferments agissant dans de la terre poreuse. 11 est probable que dans l’eau, un air aussi appauvri d’oxygène tuerait le microbe, à cause de la faiblesse du coefficient de solubilité du gaz dans l’eau.

Le milieu nutritif peut être de l’eau à laquelle on a ajouté un sel ammoniacal, destiné a subir la transformation, et des éléments carbonés et minéraux, propres à fournir au microbe les matériaux d’organisation de ses tissus. 11 ne faut pas qu’il y ait trop de matière organique. Dans ce cas, celle-ci est envahie par ses ferments, qui disputent la place au ferment nitrique et paralysent son action. La formation du salpêtre s’arrête alors pour recommencer lorsque la matière organique a été brûlée par la fermentation qu’elle a subie. On retrouve dans ce fait l’explication de la notion si connue que les nitrières artificielles les plus riches renferment, mais renferment très peu de matière organique.

Dans le sol végétal, où la nitrification est continue, et où l’on rencontre partout le ferment nitrique, son action est évidemment liée à celle des ferments des matières azotées, opérant dans ces substances, comme nous l’avons vu, des combustions dontle dernier terme est le carbonate d’ammoniaque. Ce carbonate d’ammoniaque, et peut être aussi les matières extractives qui forment les résidus vitaux des ferments des substances albuminoïdes, peuvent être repris par le ferment nitrique, et subir par lui un degré d’oxydation plus avancé, qui en fait disparaître le carbone sous forme d’acide carbonique,, et donne à l’azote la forme définitive d’acide nitrique.

Aussi les eaux pauvres en matières azotées sont-elles très propres au développement de ce ferment. L’eau d’égout par exemple, filtrée, clarifiée au besoin par un peu d’alun, et stérilisée par un chauffage à HO degrés, forme un excellent terrain de culture.

Quant à la semence du végétal, on peut l’emprunter à des sources bien diverses. Cependant il n’y en a pas dans l’air; du moins, MM. Schlœ.sing et Muntz n’ont jamais obtenu l’ensemencement déballons stériles, en y laissant rentrer de l’air ordinaire, ni en y introduisant la poussière retirée de plusieurs mètres cubes d’air, ou celle déposée à la surface d’objets placés au-dessus du sol, ou encore celle qu’ils ont retirée des eaux pluviales. Toutefois, la preuve alléguée nous semble un peu douteuse. Le terrain où l’on ensemence ces germes ne semble pas, malgré la nitrification qui s’y accomplit, un terrain très favorable, et dès lors, comme nous l’avons vu à propos de la levure, il suffit que la vitalité de la semence soit un peu atteinte, et il n’est pas nécessaire qu’elle soit anéantie, pour que son déveveloppement soit impossible. Il serait surprenant de voir manquer dans l’air un microbe, si abondamment répandu dans le sol qu’on l’y trouve partout, lorsque tant de causes diverses entraînent dans l’air les poussières empruntéesjau sol.

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Cependant la dessiccation qu’il subit dans l’air suffit peut-être à le faire périr au bout de peu de temps. Du terreau, siège d’une nitrification énergique, peut devenir en effet complètement inerte après s’être desséché par exposition à l’air il la température ordinaire, et cette inertie peut persister même lorsqu’on y provoque à nouveau les conditions les plus avantageuses de la nitrification.

Quoi qu’il en soit, on s’adressera de préférence à la terre arable pour l’ensemencement de l’eau d’égout. Il est rare qu’une particule quelconque de cette terre ne donne pas une culture féconde. On pourrait encore se servir des eaux ordinaires, mais le ferment n’y est pas toujours en quantité notable. Il paraît s’attacher de préférence à la surface des corps solides, et on le trouve abondamment dans la vase de fond.

Action de la température. — Comme pour tous les ferments, les conditions de température jouent un grand rôle dans la nitrification. Au-dessous de 5" elle est excessivement faible, sinon tout à fait nulle. Elle devient appréciable vers 12 degrés. En continuant à élever la température, on constate que les quantités de nitrate formé croissent rapidement; à 37” le maximum est atteint, et l’activité du phénomène dix fois plus grande qu’à 14°; au delà, il y a une diminution rapide; à 45” il se forme moins de nitre qu’à 15”; à 50”, on en obtient de très petites quantités ; au delà de 55”, il n’y en a plus aucune trace. L’activité du ferment est tout à fait éteinte vers 90”, et une température de 100” maintenue pendant dix minutes le tue infailliblement. Il est probable même qu’il n’en faut pas autant. Le ferment nitrique ressemble trop aux micrococciis, chez lesquels, comme nous l’avons vu, on ne connaît pas encore des spores, et dont aucun ne résiste seulement une minute à l’action de l’eau bouillante.

Action des antiseptiques. — Le ferment nitrique est très sensible à l’action des antiseptiques. Dans leurs premières expériences à ce sujet, MM. Schlœsing et Muntz avaient constaté que la nitrification dans une colonne de terre végétale s’arrêtait lorsqu’on faisait emporter des vapeurs de chloroforme au courant d’air qui la traversait, puis reprenait lorsque l’action du chloroforme avait cessé. M. Warington a constaté que le sulfure de carbone, et l’acide phénique à un moindre degré, jouissaient de la même propriété. Les expériences ont porté sur du terreau sec, parcouru par un courant d’air qui se chargeait de vapeurs diverses en traversant des éponges imbibées de divers liquides. Voici, en millionnièmes du poids du terreau, les quantités d’azote sous forme d’azotate et d’azotite dans le terreau initial et dans le terreau mis en expérience. Les expériences de la première série ont duré trente-neuf jours, celles de la seconde quarante-six jours.

Première Oeuiième

expérience. expérience.

Terreau primitif. . 6,12 8,91

— traversé par l’air ordinaire . . . 40,8" 30,86

— avec acide phénique . 17,20 40,77

— sulfure de carbone . 6,70 9^75

— choroforme . 9.48 7^gg

La différence dans les effets de l’acide phénique tient sans doute à ce que cet acide est peu volatil, et que sa vapeur se redissout dans les premières portions d’eau qu’elle rencontre. Or, dans la seconde expérience, le terreau était plus humide que dans la première, les premières portions traversées ont retenu l’acide phénique, et la nitrification s’est produite librement dans les dernières. On aurait évité cette cause d’erreur en humectant le terreau avec de l’eau phéniquée.

Avec ce mode opératoire, du reste, l’efficacité de l’acide phénique est moins grande que celle du chloroforme et du sulfure de carbone, pour lesquels la quantité de nitrate est si peu différente à la fin de l’action de ce qu’elle était au commencement, que l’on peut presque admettre qu’ils arrêtent tout à fait la nitrification. On voit pourtant qu’il n’en [est pas absolument ainsi, ce qui est conforme à ce que nous savons sur l’action de ces substances qui paralysent à des degrés divers les divers microbes, mais n’en arrêtent absolument aucun.

MM. Schlœsing et Muntz ont constaté que dans les terres chloroformées, aussi bien que dans les terres chauffées à fOO degrés, la combustion de la matière organique a continué à se manifester par un dégagement d’acide carbonique, et en ont conclu que la combustion se continuait en vertu de forces purement chimiques, admettant que la chaleur, et surtout le chloroforme, y avaient supprimé toute action d’êtres vivants. La conclusion n’est pas certaine. Pour la chaleur, nous savons qu’une température de fOO degrés respecte un grand nombre d’espèces. Nous savons aussi que le chloroforme ne tue pas toutes celles qu’il rencontre ; il peut retarder beaucoup et même arrêter la nitrification, et peut malgré cela laisser vivantes des espèces aérobies ou anaérobies dégageant l’acide carbonique. La combustion directe n’a lieu que dans la mesure très restreinte dont nous avons donné déjà l’idée dans les premiers chapitres de ce livre.

Nfltrificatioii naturelle et artificielle. — Avec ce que nous venons d’apprendre sur les propriétés du ferment nitrique, nous pouvons essayer de nous rendre compte des causes et des raisons d’être de toutes les conditions diverses que la pratique a appris à connaître comme devant présider à la constitution au fonctionnement des nitrières naturelles ou artificielles.

Dans ce que nous avons dit au sujet de l’oxygène, nous trouvons l’explication d’une condition essentielle des nitrières, où l’air, circulant par les interstices et par les spores de la terre, doit toujours être en excès. Si la terre vient à être noyée, la nitrification cesse. Si les mucédlnées viennent à se développer à la surface et dans l’intérieur, l’accès de l’air est rendu plus difficile ou même impossible, et le même fait se produit. La porosité du sol, en multipliant les surfaces, favorise l’oxydation, si l’air pénètre en quantité suffisante; mais elle n’est pas essentielle au phénomène, comme on le croyait autrefois. MM. Schlœsing et Muntz ont en effet pu nitrifier de l’eau d’égout, en la faisant couler sur la surface de billes en calcaire compacte, ou sur des cailloux siliceux roulés. Dans les cultures en matras à fond plat, où nous avons vu qu’on pouvait multiplier le ferment et le faire vivre dans un liquide de faible épaisseur, il n’y a plus de corps poreux. Mais là, la nitrification est lente parce que l’air, obligé de pénétrer par

nuCLAUX. — CHIMIE BIOLOGIQUE.

la surface libre, ne se diffuse que lentement dans la masse quand celle-ci est en repos. Aussi les autres conditions restant les mêmes, les proportions de nitre formé sont en relation directe avec les étendues superficielles. Dans les liquides profonds, on peut activer par un [barbotage d’air le fonctionnement du microbe.

Relativement 4 l'humidité, on sait qu’il en faut une certaine dose pour que la nitrification se produise; sans quoi, le ferment interrompt son action tant que la sécheresse dure. MM. Schlœsing et Muntz ont constaté que la nitrification est d’autant plus rapide dans les milieux solides que le degré d’humidité est plus grand, à la condition toutefois que la terre ne soit pas noyée, comme nous le disions tout à l’heure.

Nous avons vu aussi qu’une certaine quantité de matière organique est nécessaire. Les substances carbonées les plus diverses, le sucre, la glycérine, l’alcool, l’acide tartrique, l’albumine, peuvent fournir le carbone indispensable à la réaction. 11 est nuisible qu’il y ait trop de substance organique. Il est meilleur qu'il y en ait très peu. D’après M. Warington, la proportion du carbone organique, lorsqu’il vient d’un tartrate, à l’azote du sel ammoniacal à nitrifier, lorsqu’on prend le chlorhydrate d’ammoniaque, doit être de 3 à tO en poids, et pourrait même probablement être plus faible sans inconvénient.

L'humus, que l’on considérait autrefois comme un des facteurs nécessaires de la nitrification, n’est donc pas indispensable. Toutefois, il est meilleur que la matière organique qu’on fournit soit à l’état où elle est dans Yhumus, c’est-à dire sous une forme déjà élaborée par les ferments des substances azotées, et par là même moins capable d’en nourrir de nouveaux. Le champ est alors plus libre pour le ferment nitrificateur.

Outre la matière azotée, il faut ajouter au milieu un élément alcalin, ou capable de le devenir parla combustion qu’il subit, par exemple du tartrate de potasse. C’est ce qui résulte des observations concordantes de M. Warington et de MM. Schlœsing et Muntz. Dans la nature, c’est généralement le carbonate ou plutôt le bicarbonate de chaux qui joue le rôle d’alcali. Les carbonates alcalins très étendus produisent le même résultat. Mais lorsque leur degré de concentration dépasse 2 ou 5 millièmes, ils deviennent défavorables, ou même arrêtent complètement l’action du ferment nitrique. Il en est de même du carbonate d’ammoniaque ou de la chaux, c’est ainsi que s’explique l’absence de la formation du nitre dans les expériences bien connues de M. Boussingault sur le chaulage.

L’addition, aux milieux nourriciers, de petites quantités de sels neutres, alcalins ou alcalino-terreux, paraît sans influence. Les nitrates en particulier semblent n’avoir aucune action spéciale. Si les milieux qui en renferment paraissent quelquefois plus actifs que d’autres, c’est que leur présence témoigne qu’il y a du ferment nitrique en activité.

Production (les nitrites. — L’oxydation de l’azote ne va pas toujours jusqu’à la production des nitrates. On observe fréquemment la production des nitrites, dont M. le colonel Chabrier a constaté la présence dans les eaux et quelquefois dans les sols. Dans ces derniers, pourtant, leur formation est rare.

Elle est au contraire fréquente dans les milieux liquides de culture, et s’observe souvent lorsque la température est inférieure à 20 degrés, ou l’aération difficile. L’épaisseur joue aussi un rôle. Toutes choses égales d’ailleurs, Tes liquides placés sous une épaisseur de 1 à 2 millimètres ne donnent que des nitrates lorsque, sous une épaisseur plus grande, ils donnent des nitrites en abondance. On peut résumer tous ces faits en disant qu’en général il y -a formation de nitrites quand les conditions de température et d’aération sont peu avantageuses. Mais il y en outre une curieuse influence de la nature du ferment étudiée par M. Warington. Lorsqu’on prend de la semence du ferment nitrique dans un liquide où il s’est formé des nitrates, mais qu’on a abandonné à luimême pendant plusieurs mois, et qu’on porte cette semence dans une nouvelle dissolution de chlorhydrate d’ammoniaque additionnée d’éléments nutritifs, cette solution ne donne que des nitrites. Le ferment semble avoir perdu de ses propriétés oxydantes et, ensemencé dans une nouvelle liqueur, ne donne encore que l’acide nitreux.

M. Warington rapproche ces faits des phénomènes de diminution d’énergie daus la virulence que M. Pasteur a observés. Mais peut-être y a-t-il une autre interprétation, et peut-être y a-t-il un ferment nitreux et un ferment nitrique, le premier persistant seul après un certain temps.

11 ne semble pas en effet que les organismes étudiés par M. Warington aient été purs. Ce savant dit, en effet, que lorsqu’on abandonne à eux-mêmes les liquides nitrifiés, on voit apparaître à la surface un voile de bactéries, qui produit aussi la fermentation nitrique. Rien ne s’oppose donc a ce qu’on croie à un mélange d’espèces dans son expérience.

Signalons enfin, pour terminer, l’influence de la concentration de la solution sur la marche de la fermentation. A 15 degrés, une solution à 8 p. 100 de chlorydrate d’ammoniaque, ensemencée avec un ferment neuf, donne une fermentation nitrique. Elle donne une fermentation nitreuse si la température est plus élevée ou la concentration plus grande.

La lumière ne semble jouer aucun rôle dans ce phénomène de la production de nitrites au lieu de nitrates. Elle est du reste sans grande influence sur la nitrification elle-même. Le phénomène se produit avec une égale intensité dans l’obscurité et dans les lieux faiblement éclairés. A une lumière plus vive, il y a un ralentissement quelquefois notable, observé pour la première fois par M. Warington. Mais l’action de la lumière, dans des vases clos, s’accompagne d’une augmentation de température, dontM. Warington a bien cherché à éliminer l’influence sans arriver sur ce point à des résultats décisifs. De plus, l’action de la lumière favorise la production de cellules à chlorophylle, qui sont des agents actifs de consommation des nitrates. Enfin, et lors même que des expériences plus probantes amèneraient à accepter comme vraie cette influence de la lumière, il faut remarquer qu’elle ne saurait être considérable dans le sol, où les particules superficielles seules sont exposées à son action directe.

DUCLAUX. — CHIMIE BIOLOGIQUE

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