EN DISSOLUTION DANS LES EAUX DE SOURCES ET DE RIVIÈRES

La connaissance des matières qui existent en dissolution dans les eaux répandues à la surface de la terre, est assurément un des sujets les plus vastes et les plus féconds qui puissent être proposés aux investigations de la science; elle intéresse tout à la fois l’industrie, Tagriculture et l’hygiène.

A toutes les époques, chez tous les peuples, la qualité des eaux a été l’objet d’une préoccupation constante, et l’on n’a pas hésité à leur attribuer soit des effets pathologiques accidentels , soit des maladies endémiques. Le temps et l’expérience n’ont pas ébranlé cette opinion ; d’instinctive qu’elle était d’abord avant que la chimie ait fait connaître la composition des eaux, elle est devenue aujourd’hui une conviction d’autant plus ferme qu’elle est plus éclairée.

L’eau, en effet, ■ n’est-elle pas, après l’air, une des substances qui peuvent exercer sur l’organisme Tinfluence la plus profonde, et qui méritent au plus haut degré l’attention des médecins hygiénistes ?

Aussi voit-on, chez les peuples les plus puissants et les plus avancés dans la civilisation, la question des eaux prendre en ce moment une importance très-considérable et mettre en jeu les intérêts les plus divers et les plus graves.

Il faut l’avouer, cependant, la science est loin encore de posséder tous les documents nécessaires à la solution des problèmes que ces grands intérêts soulèvent , et de pouvoir fournir les éléments d’une exacte évaluation des eaux de sources et de rivières, au point de vue de leur valeur hygiénique, de leur application aux usages domestiques et aux besoins de Tindustrie et de l’agriculture.

Assurément, de nombreuses analvses ont été faites, et Y Annuaire des eaux de la France paraît être un riche inventaire des observations recueillies sur les eaux de nos grands fleuves et de nos principales rivières; mais si Ton considère que ces analyses ont été exécutées en très-petit nombre pour chacun de ces immenses cours d’eau, et sans que leurs auteurs aient tenu compte des variations que l’élévation ou l’abaissement du niveau des eaux, les pluies plus ou moins abondantes, les fontes de neiges, la prédominance de tels ou tels affluents, les changements de saison et de température ont dû produire dans les proportions des matières dont elles sont chargées, on comprendra

que les résultats de ces analyses sont loin de fournir les données indispensables pour apprécier les vicissitudes que les eaux présentent dans leur composition, pour discuter les causes de ces vicissitudes, et enfin pour déterminer la valeur moyenne de chacune aux divers points de vue de ses usages.

A quoi fautdl attribuer cette insuffisance des documents de la science sur une partie si importante de ses applications ? Serait-ce aux hommes qui se sont occupés de cette question? Mais leurs noms offrent toute garantie. Serait-ce aux procédés de l’analyse? Mais ils sont pour la plupart d’une délicatesse et d’une sûreté qui ne sauraient être mises en doute. Cependant, il faut l’avouer, ces procédés sont d’une extrême lenteur-, pour être mis en œuvre, ils réclament une main habile et exercée, et c’est une tache bien ingrate que d’employei à des recherches, toujours circonscrites dans le même cercle, un temps qui pourrait être consacré à des travaux plus brillants.

De là vient que, malgré la valeur réelle de chacun d’eux, les résultats consignés dans les annales scientifiques sont véritablement peu de chose, si on les compare à ceux qui seraient nécessaires pour servir de base à une statistique exacte, non pas des eaux de la France, mais seulement des eaux de la Seine dans toute l’étendue de son cours.

Il esta remarquer d’ailleurs que ce n’est guère qu’à dater des belles recherches exécutées en 1816 par MM. Thénard et Colin, sur les eaux de la Seine et des affluents du canal de l’Ourcq, que l’analyse a été ap-

pliquée à l’élude des eaux douces de manière à fournir des données comparables.

Ainsi, il faut bien le reconnaître, l’histoire des eaux douces est à peine ébauchée, faute de matériaux assez variés et assez nombreux pour lui donner une base de quelque étendue, et cette insuffisance de matériaux résulte de la lenteur des méthodes d’analyse et des difficultés qu’elles présentent dans leurs applications.

Cela est si vrai que les conditions essentielles de la salubrité des eaux potables ne sont pas encore fixées, et que l’influence de l’action continue que les matières en dissolution dans ces eaux exercent sur l’état sanitaire des populations est restée un problème des plus obscurs.

Que d’hypothèses diverses et souvent contradictoires, en effet, soit dans le domaine des idées instinctives et populaires, soit dans le domaine de la science, sur la salubrité ou l’insalubrité relative des eaux potables, sur le rôle hygiénique de chacune des substances gazeuses ou salines qui s’y rencontrent, et quel est le chimiste ou le médecin qui oserait affirmer aujourd’hui que les eaux les plus pures sont les plus salutaires, et que parmi les matières que la nature a répandues dans la plupart des sources et des rivières, il n’en est pas quelques-unes, telles que l’oxygène, l’acide carbonique, le bicarbonate de chaux, par exemple, qui répondent à un besoin constant de l’économie et qui soient plus ou moins nécessaires à l’équilibre de ses fonctions? N’assigne-t-on pas aujourd’hui une importance considérable à l’iode et à la magnésie contenus dans les eaux? N’est-il pas vrai que le sentiment

populaire attribue aux eaux même les plus douces des vertus curatives ou nuisibles; qu’il les accuse de l’altération des dents, de la production du goitre et du crétinisme, et que la science, impuissante jusqu’à ce jour à expliquer ces phénomènes, cherche plutôt à s’éclairer de ces préjugés, et à les soumettre à une étude attentive, qu’à les reléguer au rang des erreurs de l’imagination ?

La conséquence naturelle qu’il faut déduire, selon nous, de ces considérations, c’est que la carrière ouverte devant l’hydrologie est immense, que la rareté des documents qu’elle a pu recueillir et les difficultés qui se sont opposées jusqu’ici à leur multiplicité l’ont retenue dans des limites très-étroites; et telle est la vérité de cette opinion qu’au moment où l’administration municipale de Paris s’occupe des moyens de fournir à cette grande cité une eau qui puisse remplir les meilleures conditions de salubrité pour la population, et répondre aux diverses exigences de son industrie, elle se trouve dans une grande incertitude pour arrêter son choix et qu’elle est obligée de demander à la science de nouvelles études.

Au milieu de ce mouvement rapide qui emporte l’industrie vers des perspectives si nouvelles et si étendues, au milieu de ces travaux entrepris avec tant de hardiesse et exécutés avec une si merveilleuse promptitude pour l’assainissement, des villes, la question des eaux seule marche avec une lenteur qui n’est pas en harmonie avec la vive allure de notre époque. Les procédés d’analyse chimique doivent-ils donc rester stationnaires,

et le moment n’est-il pas venu de chercher à les faire participer au mouvement qui se révèle partout aujourd’hui dans le domaine des applications scientifiques?

Déjà la nécessité d’une marche plus prompte dans la pratique usuelle de la chimie a préoccupé des esprits très-distingués : Descroizilles et Gay-Lussac ont jeté le germe d’un nouveau système d’analyse en créant l’alcalimétrie, l’alcoométrie, la chlorométrie, et préparant ainsi les remarquables progrès que la méthode des volumes a fait faire à l’analyse chimique.

Étendre ce nouveau système d’expérimentation si rapide et si sûr, est assurément un des buts les plus utiles que puissent se proposer les chimistes jaloux de faire sortir de la science abstraite de bienfaisantes et populaires applications.

Occupés depuis longtemps de l’étude des eaux douces, pénétrés des avantages qui, au point de vue de l’hygiène, de l’agriculture et de l’industrie, résulteraient de la connaissance exacte de la composition des eaux répandues à la surface de chaque contrée, nous nous sommes attachés à la recherche de moyens d’investigation plus simples et plus faciles que ceux qui sont aujourd’hui en usage, et nous avons l’espoir d’avoir accompli un progrès réel dans cette voie.

La méthode que nous proposons a pour pointde départ les curieuses observations du docteur Clarke sur l’emploi de la teinture alcoolique du savon pour mesurer la dureté des eaux. Elle est fondée sur la propriété si connue que possèdelesavonderendrel’eau puremousseuseetdo

ne produire de monsse dans les eaux chargées de sels terreux et particulièrement à bases de chaux et de magnésie, qu’autant que ces sels ont été décomposés et neutralisés par une portion équivalente de savon et qu’il reste un petit excès de celui-ci dans la liqueur.

La dureté d’une eau étant proportionnelle aux sels terreux qu’elle contient, la quantité de teinture de savon nécessaire pour y produire la mousse peut donner la mesure de sa dureté.

Tel est le principe que le docteur Clarke a établi, et à l’aide d’une burette graduée et d’une liqueur titrée qu’il a mises en usage en Angleterre, on peut apprécier la dureté des eaux et la proportion de matières incrustantes qu’elles déposent sous l’influence d’une ébullition prolongée (1 ).

C’est au développement de ce principe que nous nous sommes attachés, convaincus qu’il pouvait fournir un procédé facile et rapide pour doser, dans les eaux de sources et de rivières, les principales substances qu’elles contiennent, telles que la chaux et la magnésie, et les acides avec lesquels ces bases s’y trouvent le plus ordinairement combinées.

Le fait fondamental sur lequel nous nous appuyons est donc la production de la mousse dans l'eau pure par le savon et l’obstacle que les bases terreuses apportent à cette production en transformant le savon en composés insolubles.

(1) Note on lhe Examination of Watcr for Towns , for its Hardness , and for lhe incruilation it deposits on boiling.

Yient-on, en effet, à verser quelques gouttes d’une teinture alcoolique de savon dans un flacon renfermant, par exemple, 40 centimètres cubes ou 40 grammes d’eau distillée, si l’on agite le mélange, il se forme immédiatement à la surface du liquide une couche de mousse légère et persistante ; mais si au lieu d’eau distillée on emploie une eau plus ou moins calcaire ou magnésienne, le phénomène de la mousse n’apparaît qu’autant que la chaux ou la magnésie contenues dans cette eau ont été neutralisées par une quantité proportionnelle de savon, et que l’on a ajouté un léger excès de celui-ci qui, ne rencontrant plus de chaux ni de magnésie, manifeste ses propriétés, comme s’il se trouvait en dissolution dans l’eau pure.

La proportion de savon exigée par 40 centimètres cubes d’une eau quelconque pour produire une mousse persistante donne donc la mesure de la quantité de sels calcaires ou magnésiens contenus dans cette eau, et, comme pour la plupart des eaux de sources et de rivières, la chaux et la magnésie sont les principales matières qui, combinées avec différents acides, influent réellement sur leur qualité, il est évident qu’en déterminant les proportions qu’elles renferment de ces bases, on détermine la valeur de ces eaux relativement au plus grand nombre de leurs usages.

La formation de la mousse à la surface de l’eau est d’ailleurs un phénomène si saillant, la proportion de savon que nous avons reconnue nécessaire pour la produire (un décigramme par litre) est si faible, et le moment où une eau calcaire ou magnésienne cesse de

neutraliser le savon et devient mousseuse par l’agitation, est si facile à saisir, qu’une dissolution alcoolique de savon peut être considérée comme un réactif extrêmement sensible pour déceler et doser les sels calcaires et magnésiens dans des liquides très-étendus tels que les eaux de sources et de rivières. Le mérite essentiel de ce réactif résulte, il faut le remarquer, de cette circonstance, qu’il indique immédiatement lui-même par un phénomène très-saillant, celui de la mousse, la limite de l’action que les bases terreuses exercent sur lui.

Nous employons le savon à l’état de dissolution alcoolique, et pour éviter les inconvénients qui résulteraient de la composition variable des savons du commerce, nous titrons cette liqueur d’épreuve, au moyen d’une dissolution de chlorure de calcium (1) fondu,

contenant 7—— de son poids, ou 0gr-,25 de ce sel par 4000 r

litre d’eau distillée.

Voici la méthode à suivre pour la préparation de cette liqueur :

(1) On peut substituer au chlorure de calcium une proportion chimiquement équivalente de tout autre sel capable de former avec les acides gras du savon une combinaison insoluble, tel que le chlorure de baryum, l’azotate de baryte, etc. M. Marchand, de Fécamp, a fait remarquer, avec raison, que l’azotate barytique est plus facile à manier que le chlorure de calcium qui est déliquescent; mais au point de vue de la graduation de notre burette, ce dernier sel offrait des avantages qui ont dû nous le faire préférer.

L’équivalent de oer-,25 de chlorure de calcium, en azotate de ryte, étant oer-,59, c’est cette proportion qu’on doit leur substituer pour obtenir une dissolution barytique de même degré.

On prend :

Savon blanc de Marseille 100 gr. (1)

Alcool à 90° centésimaux 1 600

On dissout le savon dans l’alcool en chauffant jusqu’à l’ébullition, on filtre pour séparer les sels et les matières étrangères insolubles dans l’alcool, que le savon peut contenir, et on ajoute à la dissolution filtrée :

Eau distillée pure à O’hydrotimétrique. . . 1000

On obtient ainsi 2700 gr.

d’une liqueur qui doit avoir un titre très-rapproché de celui que nous avons fixé, mais qui ne peut être employée cependant sans être soumise à un essai qui en constate la valeur réelle.

Cet essai s'exécute avec les mêmes appareils que nous avons adoptés pour déterminer la composition des eaux, c’est-à-dire au moyen d’une petite burette graduée et d’un flacon bouché à l’émeri de 60 à 80 centimètres cubes de capacité, jaugé à 40 centimètres cubes, par un trait circulaire. (Yoy. la planche, p. Zt3.)

La graduation de la burette est faite de telle manière qu’une capacité de 2 centimètres cubes et quatre dixièmes, prise à partir d’un trait circulaire , tracé au sommet de la burette, se trouve divisée en 23 parties égales et que les divisions suivantes sont parfaitement égales aux premières.

(1) D’après M. Robinet, lorsque, dans cette formule, on substitue au savon blanc de Marseille 100 gr. de savon médicinal dit amygdalin bien sec, on obtient immédiatement une liqueur hydrotimétrique à 22°.

Chaque division représente un degré ; mais bien que pour chaque expérience la burette doive être rechargée jusqu’au trait circulaire, le 0° n’est marqué qu’au-dessous de la première division. Pour expliquer cette particularité, nous devons faire observer que la proportion d’eau que nous avons adoptée pour chaque expérience est un vingt-cinquième de litre, ou 40 centimètres cubes, et que, quelle que soit la composition de cette eau, nous la considérons comme formée de 40 centimètres cubes d’eau pure, et d’une proportion quelconque de matières capables de décomposer le savon. Or, pour acquérir une certaine viscosité et devenir capable de produire une mousse persistante, 40 centimètres cubes d'eau pure exigeant une division de liqueur d’épreuve, la première division de la burette a été réservée pour cet usage, et laissée en dehors de la graduation, afin que les divisions suivantes représentassent uniquement et réellement la quantité de savon décomposé par les matières tenues en dissolution dans l’eau.

La liqueur d’épreuve doit être titrée de manière que les 23 divisions de la burette comprises entre le trait circulaire marqué au-dessus de 0° et le chiffre 22, c’est-à-dire 22 degrés effectifs, soient rigoureusement nécessaires pour produire une mousse persistante avec 40 centimètres cubes de la dissolution de chlorure de \

calcium à ^qqqî dissolution que nous appelons normale.

En conséquence, lorsque la liqueur savonneuse a été préparée dans les proportions que nous venons d’indiquer, on détermine par une expérience le nombre

de degrés que 40 centimètres cubes de dissolution normale de chlorure de calcium en exigent, pour produire une mousse persistante; si le nombre de degrés observé est 22, la liqueur savonneuse est parfaite; mais s’il est inférieur à 22°, on étend cette liqueur d’une nouvelle quantité d’eau, en calculant qu’il faut environ 1 /23e de son poids d’eau pour en diminuer la force de 1°. On fait ensuite un nouvel essai, et on ne s’arrête qu’autant que l’on a obtenu le titre voulu.

D’après ce qui précède, la dissolution normale de chlorure de calcium étant faite avec 25 centigrammes de chlorure pour un litre d’eau, contient évidemment 1 centigramme de ce sel pour un vingt-cinquième de litre ou 40 grammes.

De là résulte que 22 degrés de liqueur d’épreuve sont neutralisés par 1 centigramme de chlorure, que

1 degré correspond à =0,00045 de ce sel, et en-

fin que chaque degré de liqueur d’épreuve neutralisée par 40 centimètres cubes de dissolution normale re-

présente

= 0,01 1 4 de chlorure de calcium

dans un litre de cette même dissolution.

Ainsi, comme il est possible, à un demi-degré près,

déjuger le moment où il se produit une mousse persistante à la surface d’une dissolution, il est évident

1° Que la liqueur d’épreuve peut accuser

soit un quart de milligramme de chlorure de calcium

dans 40 grammes d’eau, et doser avec plus d exactitude encore tout autre sel terreux dont l’équivalent chimique serait plus considérable;

2* Qu’en opérant sur 40 centimètres cubes d’une dissolution de chlorure de calcium , on reconnaît à 0gr- 0114

— i- = 0gr-,0057, soit à 5 ou 6 milligrammes près,

la proportion de chlorure contenu dans un litre de celte dissolution.

D’autre part, si considérant, d’après l’analyse de M. Thénard, le savon marbré du commerce comme

formé de

Soude 6

Acides gras 6û

Eau 30

on prend, pour son équivalent chimique, le nombre 6453, et si, multipliant 0gr-,25 de chlorure de calcium par 6453, on divise ce produit par l’équivalent du chlorure de calcium 693,20, on obtient pour quotient 2gr-,326 qui représentent la proportion de savon équivalente à 0gr-,25 de chlorure de calcium.

De là cette conséquence qu’un litre de dissolution normale de chlorure de calcium doit exiger 23 décigrammes de savon, pour transformer les 0gr ,25 de sel calcaire en savon insoluble. Or, comme la graduation de la burette d’essai a été calculée de telle manière, qu’en opérant sur 40 centimètres cubes de la dissolution normale, la division 23 et le degré 22 correspondent à la production de la mousse persistante, on peut

admettre que chaque degré de la burette représente un décigramme de savon neutralisé par un litre de cette dissolution (1). La composition de la liqueur d’épreuve et la graduation de la burette sont, comme on voit, réglées dans de telles conditions qu’en opérant sur 40 centimètres cubes d’une dissolution quelconque de chlorure de calcium, on peut savoir immédiatement, par le degré correspondant à la production de la mousse persistante, la proportion du chlorure contenu dans un litre de cette dissolution , et la proportion de savon qu’il doit neutraliser.

Il est évident d’ailleurs qu’une dissolution d’un sel de chaux, de magnésie, de baryte ou de toute autre base capable de former un composé insoluble avec les acides du savon, peut être analysée au moyen de la liqueur d’épreuve aussi facilement qu’une dissolution de chlorure de calcium ; qu’il serait facile de fixer, par un simple calcul de proportion, les poids correspondants à un degré de la burette, par chaque litre de dissolution, pour les sels à bases terreuses, et d’en dresser une table qui permettrait de connaître très-rapidement les résultats de ces analyses.

Si, au lieu d’une dissolution de chlorure de calcium, on soumettait à l’expérience une eau de source ou de

(1) Le nombre exact serait oer-,106 de savon pour chaque degré hydrotimétrique, au lieu de 0gr-,l. Dans un calcul rigoureux il faudrait multiplier le nombre de degré observé par 1,06, on aurait ainsi en décigrammes le poids juste du savon neutralisé par 1 litre de l’eau examinée.