SOMMES

carbonique

O-f-N -f-Co*

Oai

Ces chiffres venant du même chimiste, obtenus par la même méthode, sont parfaitement comparables. Ils nous serviront de base pour notre discussion.

Je dois cependant avant tout faiie,des réserves sur la possibilité de variations saisonnières et annuelles, ou encore accidentelles. Ce n'est que lorsque la même série d'analyses aura été répétée plusieurs fois que nous saurons si les variations indiquées sont constantes, ou si elles ne sont que fortuites ou locales.

i» L'eau des profondeurs du Léman contient les mêmes gaz que l'eau de surface ; c'est de l'eau aérée.

2^ Elle ne contient pas, en quantité appréciable, de gaz étrangers, des gaz méphytiques ou anormaux, hydrogène sulfuré, hydrogène carburé, etc.

30 Les quantités de gaz atmospliériques des eaux profondes sont à peu près les mêmes ou, si Ton veut, dans le même ordre de grandeur que celles des eaux de surface ; les eaux profondes seraient saturées de gaz à la pression atmosphérique ordinaire ; mais elles ne sont pas saturées à la pression qui règne dans les couches d'où elles proviennent. Ce point est intéressant et mérite d'être expliqué.

Les liquides ont, règle générale, un pouvoir de dissolution des gaz proportionnel à la pression. Si l'eau pure est capable de dissoudre gpm* d'oxygène par litre à la pression de une atmosphère, elle en dissoudra ()0 à 10 atmosphères, ISO^*"»* à 30 atmosphères. Les eaux de la couche de 300™ dans les profondeurs du Léman étant sous 30 atmosphères de pression, par suite de la charge de la colonne liquide qui les surmonte, elles sont capables de dissoudre 30 fois plus de gaz que les eaux de surface.

Et cependant elles n'en contiennent pas ces quantités considérables ; elles ne font point ébullition lorsque, puisées dans les profondeurs, elles sont amenées par la bouteille à la surface, où elles sont soumises à une pression de une atmosphère seulement, ou lorsque les courants verticaux ascendants des grands vents les ramènent à la surface, à la côte sur le vent ; tandis que les eaux de surface, dans les analyses Walter, ne contiennent que 21 à 23^^» (je gaz oxygène et azote dissous par litre, les eaux profondes en renferment de même 21 à 23, et non pas 630 à 690*"»'. Les eaux profondes sont légèrement sursaturées quand on les ramène à la pression de la surface, mais elles sont loin d'être saturées à la pression qu'elles subissent dans les gr^Auds fonds. Voici la raison de cette anomalie apparente :

Les couches profondes, soumises à une pression considérable, sont capables de dissoudre une plus grande quantité de gaz, mais elle ne se trouvent pas en situation d'en recevoir plus que les couches superficielles. En effet, elles ne peuvent recevoir cet excès que de l'atmosphère, et cela de deux manières :

«. Ou bien directement lorsque ces couches ont été en rapport avec la surface (l'eau des affluents avant qu'elle fût descendue dans les grands fonds par le mécanisme que nous avons étudié ; l'eau de la surface qui se refroidit en hiver et descend jusqu'à la couche correspondant à sa nouvelle densité ; l'eau de la surface qui est charriée dans la profondeur par la révolution des courants du vent), mais alors ces eaux étaient sous la pression normale, et en se saturant, elles ne pouvaient pas gagner plus d'air dissous que les eaux de surface dont elles faisaient partie.

h. Ou bien indirectement, par diffusion, les couches de surface livrant aux couches intermédiaires, qui livrent elles-mêmes aux couches profondes, les gaz qu'elles prennent à l'atmosphère. La couche de surface peut se saturer an contact de l'air et obtenir ainsi ses 21 à 23'''"' d'air par litre ; la couche suivante, si elle contient moins de gaz que cette quantité, peut en recevoir par diffusion de la couche de surface. Mais si la seconde couche est déjà aussi riche en air dissous que la première, la diffusion ne peut plus avoir lieu, et quelque capable qu'elle soit de dissoudre plus de gaz, cette couche sous pression plus forte ne pourra pas recevoir plus de gaz que n'en contient la couche de surface, n'étant pas en rapport avec une couche plus riche qu'elle en gaz. La diffusion ne peut se faire qu'aux dépens d'une couche con-

tenant une plus grande quantité du gaz qu*il s'agit de dissoudre. Quelque procédé que Ton envisage, les couches profondes ne peuvent recevoir les grandes charges de gaz qu'elles seraient capables de dissoudre, vu leur haute pression ; en définitive, elles ne contiennent pas plus de gaz que les couches de surface.

4« L'eau profonde, ramenée à la pression ordinaire, est saturée de gaz à la température basse qui règne dans les couches où elle gtl ; sitôt qu'après l'avoir amenée à l'air on la laisse se réchaufler, on y voit perler les bulles de gaz ; elle contient donc plus de gaz que les eaux chaudes de la surface en été. Le pouvoir de dissolution des gaz dans les liquides étant fonction inverse de la température, cela prouve que lors(jue les eaux de surtace, saturées de gaz, sont descendues dans les grands fonds, elles étaient froides ; ce ne sent que les eaux relativement froides des affluents, ou les eaux de surface refroidies en hiver, qui descendent dans les couches profondes du lac.

5o Dans les analyses de Walter, les quantités d'oxygène et d'azote ne varient pas sensiblement dans les diverses couches superposées ; les variations extrêmes ne sont que de 10 pour cent, ce qu'on peut bien attribuer aux conditions d'expérimentation. Les quantités obtenues, 7*^'"^ d'oxygène, et 15*"'"* d'azote, sont presque exactement celles que donne la formule de Bunsen pour l'eau saturée à 5« (V. p. 618).

6'^ La quantité d'acide carbonique, faible à la surface et à 60"" (2.9^""% est très forte dans les couches de 100 et de 150°» ^O.^*"™^), elle est un peu moins forte à î200 et à 300«» (5.4<^'"*). D'où provient cet acide carbonique ? Que signifient ses variations ?

L'eau en contact avec l'air atmosphérique, à l'altitude de 375«», celle de la nappe du Léman, est saturée à la température de 5® avec 0.6<^"^* par litre d'acide carbonique. Les analyses de Walter trouvent dans les diverses couches du lac de 2.8 à 6.&»^^ de ce gaz, par conséquent de 4 à 10 fois la teneur à saturation ; les eaux du lac sont donc, ramenées à la pression de la surface, à l'état de sursaturation. D'où provient cet excès d'acide carbonique?

Viendrait-il de l'eau des affluents qui, comme nous l'avons dit, descend directement dans les grands fonds? Nous n'avons pasderaison de croire cette eau fluviatile extraordinairement chargée d'acide carbonique; dans son trajet terrestre, elle est en contact avec l'air atmosphérique, et elle se serait débarrassée de tout excès, si elle en /

avait présenté originairement. De même l'eau de pluie peut être saturée d'acide carbonique, mais non sursaturée.

L'acide carbonique de Teau lacustre est le produit des oxydations des matières organiques, soit par la respiration animale ou végétale, soit par les fermentations. La faune lacustre, en respirant, produit de l'acide cai-bonique, le protoplasme végétal de même ; la matière organique morte, en se putréfiant, produit de l'acide carbonique et du gaz des marais (méthane); ce dernier est oxydé et produit de l'acide carbonique. (>)

Cet acide carbonique est lui-même repris par la vie végétale, qui le réduit pour s'assimiler le carbone sous l'action de la lumière ; il se dégage d'autre part dans l'air par la surface supérieure du lac ensuite de la tension relativement faible de l'acide carbonique de l'atmosphère.

Plus longtemps donc une eau aura séjourné dans le lac, loin du contact avec l'atmosphère et de l'action de la lumière, plus elle contiendra d'acide carbonique. C'est ce qui nous explique comment, dans les analyses de Walter, nous trouvons les grandes proportions de ce gaz dans les couches moyennes formées, comme nous l'avons dit, de vieille eau lacustre ; nous en trouvons moins dans les couches profondes formées en partie par les eaux versées récemment par les affluents ; nous en trouvons le moins dans les eaux de surface, des couches de 0 et 60™ de profondeur {% qui ont été en contact avec l'atmosphère et se sont débarrassées d'une partie de leur surcharge de gaz.

Nous attribuons donc l'acide carbonique qui est en excès dans les eaux du lac, en très grand excès dans les couches moyennes, à des phénomènes d'oxydation des substances carbonées dans l'intimité même des couches lacustres ; c'est, si nous ne nous trompons, une altération des eaux résultant de leur très long séjour dans le lac.

Mais nous entendons une objection. Une oxydation ne se fait pas

(*) Mon collègue M. le professeur E. Chuard met en doute la possibilité d'une telle oxydation du méthane. Toujours est-il que ce gaz, qui est certainement produit en grande abondance dans le sol du lac, disparait et qu'on n'en trouve plus de trace dans les analyses des eaux du Léman.

(') En novembre 1880, date des prises d'eau de Walter, la couche de surface descendait au moins jusqu'à 60<", comme nous l'ont montré les sondages thermométriques exécutés ce jour-là.

sans absorption d'oxygène (>); cet oxygène ne peut êti'e tiré que de la provision de ce gaz dissous dans Teau du lac. Nous devrions donc constater une réduction sensible des proportions d'oxygène dans les couches profondes du lac.

Cette objection est sérieuse. Et d'abord, la quantité d'oxygène nécessaire, dans notre hypothèse, à la production d'acide carbonique est énorme. Si un litre d'eau du Léman contient, en moyenne, 5**™* d'acide carbonique en excès sur les 0.6'm« de sa teneur normale, les 89 milliards de mètres cubes de l'ensemble du lac renferment 500 millions de mètres cubes, représentant 9800CX) tonnes d'acide carbonique, lesquelles contiennent Î270000 tonnes de carbone et 710000 tonnes d'oxygène. Or à raison de 7**»»' par litre, l'ensemble de^ eaux du Léman ne contient à l'état de dissolution que 890000 tonnes d'oxygène. Plus des deux tiers de la réserve normale d'oxygène auraient donc dû disparaître pour fournir à la production de l'acide carbonique(-). Et cependant les analyses de Walter nous montrent dans toute l'épaisseur du lac de 6.8 à 7.6'"^' d'oxygène par litre ; c'est-à-dire presque exactement la quantité normale d'oxygène que l'eau de surface peut dissoudre à la température de 5», soit 7.3*'™' par litre. Il n'y a donc pas en réalité déficit sensible d'oxygôae, quoique notre hypothèse semble exiger une réduction de ce gaz au tiers au moins de la teneur constatée.

Pour résoudre cette difficulté, nous devons faire intervenir ici les phénomènes de diffusion. L'oxygène des couches profondes est en partie employé pour la combustion des matières organiques ; par diffusion, les couches superficielles qui sont constamment aérées et saturées d'oxygène, livrent, de proche en proche, la quantité de ce gaz nécessaire à combler le déficit. L'activité de la diffusion verticale de haut en bas est exagérée par la capacité croissante des couches profondes pour la solution gazeuse, capacité qui augmente directement avec la pression. Dans ces conditions, il paraît probable que la diffusion est relativement assez rapide et assez puissante pour nous expliquer la constance de la teneur en oxygène, depuis la surface jusqu'au fond

(^) Une partie de l'acide carbonique contenu dans le lac doit provenir directement, sans consommation d'oxygène, de la putr<^faction des matières végétales qui se décomposent en méthane (gaz des marais) et acide carbonique.

O Ajoutons qu'il faudrait encore tenir compte ici de la quantité considérable d'oxygène dégagé dans l'eau du lac par la fonction chlorophyllienne des végétaux.

du lac. — Mais, dira-t-on, pourquoi n*en est-il pas de même en sens inverse pour l'acide carbonique *? Si la diffusion est assez puissante pour combler de haut en bas le déficit de Toxygène, pourquoi ne débarrasse-t-eile pas de bas en haut, Teau du lac, de son excès énorme d'acide carbonique ? Amené à la surface du lac, cet acide carbonique se dégagerait dans l'atmosphère jusqu'aux 0.5 ou 0.6<^»"* par litre que l'eau sans pression est capable de dissoudre ; la diffusion déviait de même ramener à cette faible teneur en acide carbonique l'eau des couches profondes. Le cas n'est point du tout le même que pour l'oxygène. De la surface au fond du lac, la capacité de l'eau pour les gaz va en augmentant avec la pression. Etant donnée la pression considérable qui règne dans les couches profondes, celles-ci ne sont pas sursaturées d'acide carbonique; il n'y a nulle part excès d'acide carbonique. Je mettrai en regard la quantité d'acide carbonique que seraient capables de dissoudre les couches de l'eau du lac à 5°, d'après la formule de Bunsen, et les quantités que Walter a trouvées dans ses analyses de novembre 1880 :

Profondeur.

Saturation à 5°.

Analyses Walter.

Différence.

Il n'y a d'excès notable que dans la couche de surface qui contient cinq fois plus d'acide carbonique que ne lui en attribue la formule; nous devons croire qu'il y a par la surface un fort dégagement d'acide carbonique dans l'air et que l'équilibre doit tendre à se rétablir ; dans la couche à 100">, il y a de même un léger ex^cès, mais il est si faible qu'on peut Tattribuer à une erreur d'analyse. Pour les autres couches, l'eau du lac est très loin d'être saturée d'acide carbonique ; Ja diffusion ne doit donc pas se produire de bas en haut.

En attribuant à la difïusion la capacité de maintenir la teneur en oxygène des couches profondes du lac, je ne crois pas être en opposition avec ce que je disais (page 605) sur le peu d'activité de la diffusion pour mélanger les masses d'eau versées par les divers affluents à la surface du lac. Dans ce dernier cas, il s'agissait d'une action rapide,