II. — Fermentation nitrique. — Nitrification

Le salpêtre (azotates de potasse, de chaux ou de soude), est abondant dans la nature. L'azotate de potasse se rencontre effleuri à la surface du sol de certains pays, pendant la saison sèche, notamment au Bengale, en Egypte, à Geylan. L'azotate de soude existe au Pérou en bancs d'une étendue considérable et l'azotate de chaux constitue la majeure partie des efflorescences salpêtrées qui se forment sur les murailles humides des écuries ou des caves. Enfin on peut produire artificiellement le salpêtre en mélangeant des terres meubles, contenant de la potasse et de la chaux, avec des matières organiques en voie de décomposition (fumier). On construit avec ce mélange des murs étroits que l'on garantit de l'eau du ciel par un toit : on les humecte fréquemment avec de l'urine. Les nitrates formés viennent s'effleurir sur la face du mur la plus exposée aux vents.

L'importance industrielle du salpêtre a fait rechercher depuis longtemps quelles étaient les causes de la formation naturelle ou artificielle de ce produit. La théorie à laquelle s'étaient ralliés la plupart des chimistes reposait sur l'expérience suivante due à Kuhlmann.

Lorsqu'on fait arriver un mélange d'air et de gaz ammoniac dans un tube renfermant de la mousse de platine légèrement chauffée, celle-ci devient incandescente et il se forme de l'azotate d'ammoniaque. Sous l'influence d'un corps poreux, le^gaz ammoniac se brûle donc à 300° environ au contact de l'air. Dans la nature, pensait-on, ce sont encore les corps poreux qui jouent le rôle de nitrificateur, mais alors à la température ordinaire. Ainsi dans une écurie, le carbonate d'ammoniaque, provenant de la fermentation de l'urée, se répand dans l'atmosphère et éprouve sous l'influence du mur (qui est le corps poreux) et de

l'air une transformation semblable à celle qui a lieu dans l'expérience de Kuhlmann. Même explication pour les terres nitrées : Ces matières organiques fournissant de l'ammoniaque et la terre servant de corps poreux.

Cette théorie, comme on le voit, ressemble à celle qu'on avait tout d'abord acceptée pour expliquer la transformation de Talcool en acide acétique dans la fabrication du vinaigre. L^'analogie existant entre Facétification et la nitrification a fait supposer que le dernier phénomène devait également avoir pour cause un ferment organisé. C'est en effet ce qu'ont démontré Schlœsing et Mûntz. Ces savants ont découvert un organisme qui, placé dans des conditions convenables, nitrifie l'ammoniaque. Ils lui ont donné le nom de ferment nitrique (1).

Ferment nitrique. — Le ferment nitrique de Schlœsing et Mùntz ressemble au ferment acétique ; mais il est plus petit. Ce sont de petits corpuscules brillants, arrondis ou légèrement allongés. Les dimensions sont variables dans la même préparation; les contours sont fins et nets, le contenu homogène.

Ils paraissent se multiplier par bourgeonnement ; on les voit fréquemment sous la forme de globules accolés deux à deux.

Ce ferment existe abondamment dans la terre végétale, surtout dans les terrains riches en nitrates. On le trouve en général dans les eaux qui contiennent des matières organiques ; les eaux d'égout par exemple. Schlœsing et Miintz ne l'ont pas rencontré dans l'air; ils n'ont jamais pu ensemencer l'eau d'égout stérilisée en y introduisant la poussière de plusieurs mètres cubes d'air. Peutêtre cette absence du ferment nitrique dans l'air est-elle attribuable à la dessiccation qui le tue.

Conditions de développement du ferment nitrique. Pour le cultiver, on se sert d'un matras à fond plat et de grand diamètre dans lequel on dispose, en couche très peu épaisse, un liquide nutritif. Celui-ci se trouve ainsi en contact avec l'oxygène de l'air sur une large surface. Lg ferment nitrique est en effet un être aérobie qui ne parait pas pouvoir vivre longtemps sans oxygène.

Le liquide nutritif peut être une solution aqueuse d'un sel ammoniacal renfermant des éléments minéraux et carbonés propres à fournir au microbe les matériaux d'organisation de ses

tissus. Il ne faut pas qu'il y ait trop de matières organiques ; autrement le liquide serait envahi par d'autres ferments qui disputeraient la place au ferment nitrique et paralyseraient son action-

On peut employer comme matières organiques les substances carbonées les plus diverses ; notamment le sucre, la glycérine, l'alcool, l'acide tartrique, l'albumine, etc., aussi bien que les débris organiques, ou l'humus du sol. De l'eau d'égout filtrée et stérilisée par un chauffage à 110 degrés constitue un excellent terrain de culture. Une légère alcalinité des milieux est nécessaire. C'est pour cela que dans un liquide dont l'ammoniaque est à l'état de chlorhydrate, il convient d'ajouter une petite quantité de carbonate de chaux qui donne de l'azotate de chaux. Les carbonates alcalins produisent le même résultat ; mais lorsque leur degré de concentration dépasse 2 à 5 millièmes, ils deviennent nuisibles, ou même arrêtent complètement l'action du ferment nitrique.

Quant à la semence du végétal, bien qu'on puisse la rencontrer dans des milieux très divers, il est préférable de l'emprunter à la terre arable dont une parcelle donnera presque toujours une culture féconde.

Actions des agents physiques et des antiseptiques sur le ferment nitrique (1 et 2). D'après Warington, la lumière arrête la nitrification ou plutôt la ralentit considérablement.

Gomme toutes les réactions qui dépendent du développement d'êtres organisés, la nitrification s'effectue entre des limites de températures déterminées. Au-dessous de 5 degrés, elle est très 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. A 37° le maximum est atteint et l'activité du phénomène dix fois plus grande qu'à 14°. A partir de 37° il y a une diminution rapide, et toute fermentation cesse à 55° (40° d'après Warington). Le ferment est tué à 100°.

Le ferment nitrique est très sensible à l'action des antiseptiques. Le chloroforme d'après Schloesing et Mûntz, le sulfure de carbone d'après Warington arrêtent son action qui reprend lorsque ces corps ont disparu. L'acide phénique, à un moindre degré, possède la même propriété.

Substances fermentescihles ; produits de la fermentation. Les composés sur lesquels le ferment nitrique exerce principalement son action sont les sels ammoniacaux. Il oxyde ces corps en les transformant en produits azotés oxygénés.

Bien que l'acide azotique soit- le produit habituel d'une bonne fermentation nitrique, l'oxydation de Pazote ne va pas toujours jusque-là. On peut également observer la formation des nitrites. Dans le sol cette formation est rare. Elle est plus fréquente dans les milieux liquides de culture. Toutes choses égales d'ailleurs, les 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. Il se produit également des nitrites lorsque la température est peu élevée (inférieure à 20°). On peut dire en résumé qu'il y a formation de nitrites quand les conditions de température et d'aération sont peu avantageuses.

La concentration de la solution ammoniacale paraît aussi jouer un rôle dans ce phénomène. Ainsi, l'acide azoteux se produit de préférence dans les dissolutions concentrées dont on élève la température.

Peut-être la nitrification se produit-elle en deux phases successives ? la première aboutissant à l'acide nitreux, la seconde correspondant à la transformation des nitrites en nitrates ? Le phénomène serait en quelque sorte parallèle à l'acétification dans laquelle l'alcool s'oxydant donne de l'aldéhyde, qui s'oxyde à son tour et donne de Tacide acétique.

Quoiqu'il en soit, les azotites qui se forment quelquefois dans le cours d'une fermentation nitrique se changent à leur tour en nitrates lorsque l'ammoniaque a entièrement disparu (2).

L'ammoniaque n'est pas le seul corps que le ferment nitrique peut oxyder. Mûntz a constaté que lorsqu'on introduit de l'iodure de potassium ou du bromure de potassium dans un liquide en fermentation nitrique, il y a oxydation de l'iodure et du bromure et formation d'iodate et de bromate de potasse (3). Ces faits ont une très grande importance dans la théorie de la formation des gisements de nitrate de soude du Chili.

Théorie de la formation des nitrières naturelles et artificielles. Avec ce que nous venons d'apprendre sur les propriétés du ferment nitrique, nous pouvons nous rendre compte des conditions de

formation du salpêtre dans les nitrières naturelles ou artificielles Nous avons vu que l'oxygène est indispensable à la vie et au fonctionnement du ferment nitrique ; nous trouvons là l'explication d une condition essentielle des nitrières, où l'air, circulant par les interstices et par les pores de la terre, doit toujours être en excès. La porosité du sol, en multipliant les surfaces, favorise 1 oxydation.

Si la terre vient à être noyée, la nitrification cesse. Il faut pourtant une certaine dose d'humidité ; sans quoi le ferment interrompt son action tant que la sécheresse dure. Le fait était bien connu pratiquement, puisque dans l'Instruction sur rétablissement des nitrières publiée en 1777, il est recommandé pour les arrosages d'urines de les faire « plus fréquents qu'abondants ».

Pour les nitrières artificielles, on employait des terres meubles renfermant du carbonate de chaux. Ces terres convenaient parfaitement : la matière organique s'y trouve 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 nitrique. Quant au carbonate de chaux, nous savons que sa présence est nécessaire au développement du ferment.

Il nous reste à expliquer l'origine des gisements naturels de salpêtre. Il nous suffira pour cela de résumer les recherches que Mûntz et Marcano ont publiées récemment sur ce sujet (4 et 5).

I. Terres nitrées. Les terres nitrées sont très abondantes dans diverses parties du Vénézuéla, sur les contreforts des Cordillères, dans les vallées du bassin de l'Orénoque, ainsi que sur le littoral de la mer des Antilles. Dans toutes ces terres on rencontre du phosphate de chaux, et de la matière organique azotée. Le nitre s'y trouve toujours à l'état de nitrate de chaux.

Elles sont surtout abondantes aux voisinages des cavernes qui servent de refuge à des oiseaux ou à des chauves-souris. Les déjections de ces animaux s'accumulent et forment de véritables gisements de guano qui débordent au dehors. Là où elles se trouvent en contact avec la roche calcaire, et où l'accès de l'air est suffisant, le ferment nitrique se développe rapidement. Celui-ci est plus gros que le ferment observé par MM. Schlœsing et Muntz. L'ammoniaque qui se nitrifie provient de la décomposition des matières ani-

maies. Ces nitrates ont donc une origine purement animale. Les terres à nitre de l'Inde qui se forment autour des villages, là où se dispersent les déjections des habitants, ont une origine semblable.

II. Gisements de nitrate de soude. Ces nitrates que l'on rencontre sur la côte du Pacifique, à la limite du Pérou et du Chili, renferment de l'iode surtout à Fétat d'iodate, du brome à l'état de bromate et du chlorure de sodium. Nous savons que l'iode et le brome se trouvent en proportion notable dans la mer, et ailleurs seulement à l'état de traces. Leur présence dans les nitres, ainsi que celle du sel marin^ montrent donc que la mer est intervenue. Si l'iode et le brome sont à l'état de combinaisons oxygénées, c'est une preuve de plus que la formation de ces gisements a eu lieu sous rinfluence du ferment nitrificateur. Il a été établi en effet par Miintz que l'iodure et le bromure de potassium sont transformés sous son action en iodate et en bromate.

Gela nous apprend en outre que les éléments de la mer ont dû se trouver mélangés aux produits nitrifiables avant la nitrification ; le ferment a oxydé simultanément l'azote, le brome et Tiode. Si la mer était intervenue postérieurement à la nitrification, on ne trouverait que des iodures et des bromures .

Il n'est guère probable que ces nitres aient été formés à l'état de nitrate de soude. Par analogie avec ce qui a été dit des terres nitrées, on doit supposer qu'ils étaient d'abord à l'état de nitrate de chaux. La présence du chlorure de sodium nous explique encore comment ce nitrate s^est changé en nitrate de soude.

Lorsqu'on laisse évaporer un mélange de sel marin et de nitrate de chaux, il y a double décomposition et formation de nitrate de soude et chlorure de calcium. Mais tandis que pour les terres nitrées la présence de phosphate de chaux indique clairement que leur nitre résulte de la nitrification des substances azotées contenues dans des matières d'origine animale (déjections d'oiseaux ou guano), il y a absence de phosphate dans les nitrates de soude naturels. Gomment ce phosphate a-t-il disparu ? D'après Muntz les nitrates de soude ne se sont pas formés là où ils existent actuellement ; ils ont été entraînés par les eaux, alors que les sels les moins solubles comme le phosphate de chaux sont restés sur le lieu de formation.

Pour nous résumer, supposons qu'un important gisement de

guano soit recouvert par les eaux de la mer, puis que ces eaux emprisonnées par quelque mouvement du sol s'évaporent peu à peu au contact de la matière azotée. Les sels de l'eau de mer n ayant pas d'influence sur le fonctionnement du ferment nitrique celui-ci se développera et donnera naissance à du nitrate de chaux qui deviendra du nitrate de soude, ainsi qu'à des iodates et a des bromates. Admettons maintenant que le gisement soit de nouveau envahi par les eaux et que celles-ci s'écoulent dans un autre endroit, elles laisseront le phosphate de chaux insoluble, mais entraîneront les nitrates, iodates et bromates qui cristalliseront là où ces eaux s'évaporeront.