RECHERCHES SUR L'ATMOSPHÈRE CONTENUE DANS LES SOLS ■ AGRICOLES

La plupart des phénomènes, d’ordre chimique ou biologique, dont le sol est le siège et qui intéressent la végétation, sont sous la dépendance de la composition de l’atmosphère contenue dans ce sol. De lè l’utilité qu’il y a à bien connaître cette composition dans les conditions naturelles.

Aux recherches classiques de Boussingault et Léwy sur la question on pouvait adresser quelques critiques. J’ai cherché à m’y soustraire dans de nouveaux essais. Il fallait s’appliquer à prélever les échantillons de gaz sans modifier en rien la composition qu’ils présenteraient réellement à l’endroit et au moment où ils seraient pris, à n’entralner avec eux aucune trace d’air extérieur et à connaître exactement la profondeur d’où ils proviendraient. On réussit à satisfaire à cet ensemble de conditions au moyen de quelques procédés et appareils assez simples, décrits en détail dans mon Mémoire inséré aux Annales rfe Chimie et de Physique.

Les expériences ont porté sur les sols les plus divers : terres de labour, de constitutions et de cultures différentes, et herbages; j’avais spécialement l’intention de voir si l’oxygène gazeux pouvait faire défaut dans des sols qui n’avaient pas été retournés depuis de longues années.

Les conclusions de mes nombreuses expériences ont été les suivantes.

L’oxyg®**® existe normalement dans l’atmosphère des sols en large proportion. C’est la confirmation du résultat essentiel de Boussingault et Léwy. Très généralement, jusqu’à la profondeur de 6o'">, l’atmosphère des terres de labour contient à peine i pour loo d’acide carbonique contre 20 pour 100 d’oxygène; il y a plus d’acide carbonique dans l’atmosphère des terres qui n’ont pas été retournées depuis longtemps.

Les maxima d’acide carbonique correspondent, pour un même sol, aux époques les plus chaudes et aux temps les plus calmes; les causes de production d’acide carbonique et de renouvellement de l’atmosphère interne agissent alors au mieux pour fournir ces maxima.

La proportion d’acide carbonique augmente généralement avec la profondeur, ce qui parait naturel; mais il est curieux que, dans certaines circonstances, il se produise le contraire ; le fait a été très nettement constaté et s’explique fort bien.

D’une époque à l’autre, la composition de l’atmosphère d’un même sol peut subir des variations considérables. A un moment donné, elle peut varier très notablement entre des points peu éloignés d’une même pièce de terre, surtout sur des pentes si ces points se trouvent à des cotes différentes.

L’ensemble des résultats a conduit à cette notion que les nappes gazeuses répandues dans les sols agricoles y sont, non pas confinées et immobiles, mais susceptibles de se déplacer; elles cheminentplus ou moins lentement, tantôt dans un sens, tantôt dans un autre, sous l’influence des causes multiples qui produisent leurs incessantes variations de composition chimique (c’est-à-dire de densité), de température et de pression.

RECHERCHES INTÉRESSANT DIVERSES INDDSTRIES QUI TRAITENT DES MATIÈRES VÉGÉTALES OU ANIMALES.

Sur Us propriétés hygroscopiques du tabac.

Quand une substance hygroscopique a séjourné un temps suffisant dans une atmosphère plus ou moins humide, il existe, à chaque température, une relation bien déterminée entre l’état hygrométrique de l’atmosphère et le taux d’humidité de la substance. J’ai déterminé cette relation avec rigueur, aux températures ordinaires, pour les tabacs. Elle fournit des renseignements intéressants pour l’industrie dont ces matières sontl’objet. Entre 5° et 35“ (et même bien au-dessus), la relation est presque indépendante de la température; autrement dit, l’humidité prise par les matières varie avec l’état hygrométrique de l’air et reste sensiblement la même pour un état hygrométrique donné de cet air, quelle que soit la température. Le fait avait été constaté déjà, dans quelques autres cas, par Régnault et par M. E. Sorel. Il s’est trouvé pleinement confirmé avec les tabacs, très divers, que j’ai étudiés.

Sur les propriétés hygroscopiques de plusieurs matières textiles.

Cette étude, exécutée par des méthodes analogues à celles qui avaient été déjà employées pour le tabac, a permis de déterminer la relation qui existe entre l’état hygrométrique de l’air et le taux pour loo d’humidité que prend, dans cet air, chacune des substances suivantes : coton d’Amérique, d’Égypte et de l’Inde; soie grège ou décreusée de Chine et des Cévennes; laines de Buenos-Ayres et de Port-Philippe; lins et chanvres divers. La relation a été déterminée à 12”, à 24“ et à 35“. Toutes les courbes représentant cette relation pour les différentes substances étudiées ontmêmeallure générale. J’ai observé, comme plushaut, que la température influe très peu sur l’humidité des matières, laquelle dépend essentiellement

de l'état hygrométrique de l’air. Il devient donc de plus en plus probable qu’il y a là une loi générale.

Mes déterminations servent de base à la solution de différentes questions qui se présentent dans l’industrie et les transactions commerciales relatives aux textiles étudiés.

Sur la fabrication industrielle de produits riches en nicotine.

Comptes rendus, 7 mai iSgp

Les horticulteurs, les maraîchers, les jardiniers font grand usage de produits nicotineux pour détruire divers insectes qui s’attaquent aux plantes. Mais ces produits ont une autre application, moins connue peutêtre dans nos pays et bien plus importante.

Les immenses troupeaux de la race ovine, qu’on élève en particulier dans l’Amérique du Sud, sont fréquemment décimés par la gale. Pour combattre ce fléau, l’un des traitements les plus efficaces consiste dans l’emploi d’extraifs de tabac; ces extraits sont l’objet d’une industrie et d’un commerce considérables.

Tous les procédés qui servent à les préparer ont pour but de concentrer le jus du tabac de diverses provenances jusqu’à l’état pâteux nécessaire à la conservation des produits. Mais ainsi ils se trouvent entachés d’un même défaut : les jus mis en œuvre offrant des teneurs extrêmement variables en nicotine suivant les tabacs qui les ont fournis, les produits de la concentration ont eux-mêmes des titres en alcaloïde très variables; par suite, la nicotine étant le facteur essentiel de leur efficacité, leur valeur réelle est incertaine.

J’ai institué, dans les manufactures de l’État, un procédé permettant d’extraire à peu de frais la nicotine contenue dans les jüs. Il consiste essentiellement à soumettre ces jus à une distillation méthodique et à arrêter dans de l’acide sulfurique l’alcaloïde entraîné par la vapeur d’eau. On obtient ainsi des liqueurs très riches en nicotine, que leur richesse même permet d’amener, par une légère addition d’eau ou de jus, à un titre constant (par exemple loo*’’ de nicotine par litre) et qui présentent, en conséquence, une efficacité déterminée et certaine. Ces liquides se conservent indéfiniment..

Une nouvelle étude, toute récente, sur ces questions m’a conduit à préparer des liqueurs contenant jusqu’à 600®' et plus de nicotine au litre. J’ai

visé à cette excessive richesse pour réduire les frais de transport de l’alcaloïde dans les régions où les communications sont difficiles.

Au moyen de ces liqueurs de titre invariable, dont je viens de parler, il a été aisé d’étudier et de fixer exactement des procédés qui permettent de traiter la gale des moutons avec un succès assuré. Il suffit d’étendre les liqueurs de manière qu’elles ne renferment que d’alcaloïde environ et d’y baigner quelques instants les animaux. Un premier bain tue les acares sans atteindre leurs œufs; un deuxième bain, donné une dizaine de jours après, détruit la première génération d’acares sortie de ces œufs avant la formation d’œufs nouveaux et nettoie complètement les moutons.

Le produit à loo»'' de nicotine par litre s’est rapidement implanté sur divers marchés de l’Amérique du Sud, qui consomment tout ce que la Régie française en fabrique et lui procure d’importants bénéfices.

Contribution à l’étude de la fermentation en cases du tabao râpé.

Il est montré, dans ce travail, par de très nombreuses expériences, que l’air se renouvelle au sein des matières en fermentation et que le bon effet de l’opération dite transvasement, à laquelle elles sont périodiquement soumises, ne tient pas, comme on le pensait d’ordinaire, à l’aération que ces transvasements produisent.

Au cours de ces recherches, j’ai cultivé et isolé deux microbes distincts, un bacille et un diplococcus, qu’on rencontre fréquemment dans les fermentations du tabac et dont le rôle n’est pas jusqu’ici précisé.

Sur la perte de nicotine subie par le tabac à la torréfaction.

La force du tabac, c’est-à-dire son degré d’action sur l’économie, dépend, en grande partie, de son taux de nicotine. Il est utile de rechercher les variations de l’alcaloïde au cours des opérations diverses de la fabrication. Il est prouvé, dans le présent travail, que la torréfaction (séjour des matières vers 8o° pendant une dizaine de minutes) n’entraine qu’une perte presque insignifiante de ^ de la nicotine contenue dans le tabao traité.

MÉTHODES ET APPAREILS INSTITUÉS A L’OCCASION DES RECHERCHES PRÉCÉDENTES. - RECHERCHES DIVERSES.

Étude sur le dosage de la uiootine dans les liquides.

Le dosage précis de la nicotine dans les liquides présente un grand intérêt pour l’industrie du tabac et pour la préparation des produits nicotineux, à titre constant et garanti, dont il est question plus haut. Une étude détaillée de ce dosage m’a permis d’indiquer, en suivant une voie déjà tracée par M. Schlœsing, mon père, des conditions dans lesquelles il s’effectue couramment avec une approximation de assez rarement atteinte dans la détermination d’un principe immédiat.

Dosage de la nicotine dans un tabac.

Simplification d’une méthode en usage.

Procédé d’analyse des gaz sur de très petits volumes.

Ce procédé permet de faire une analyse exacte à o,o5 pour loo près sur ou i“, 5 de gaz. Comme dans celui de MM. Bonnier et Mangin, les mesures se font dans des tubes capillaires. Mais les dispositions sont toutes différentes. La construction est assez simple pour que chacun puisse l’exé-

Le procédé est particulièrement commode pour les dosages courants d’acide carbonique et d’oxygène dans l’air plus ou moins altéré par un phénomène vital. Il a rendu les plus grands services dans les recherches sur la fixation de l’azote et plusieurs autres, où il fallait surveiller la composition interne des appareils par des analyses journalières, sans risquer de com-

promettre le succès des expériences au cas où un accident eût fait perdre l’échantillon sur lequel on opérait.

L’appareil et le procédé sont décrits dans le premier Mémoire sur la fixation de l’azote, inséré en 1892 aux Annales de l’Institut Pasteur.

Appareils pour faciliter la lecture des tubes gradués, et, en particulier, des burettes.

Mémorial des Manufactures de l’État, 1898.

Ces appareils, extrêmement simples, suppriment les erreurs tenant à ce que le rayon visuel de l’opérateur n’est pas, au moment des lectures, exactement perpendiculaire aux tubes portant les graduations.

Dispositifs pour distribuer automatiquement des volumes égaux de gaz entre plusieurs appareils.

Ces dispositifs m’ont servi dans les recherches sur les fermentations, avec et sans air, du fumier et du tabac. Ils m’ont permis de faire passer pendant de longs mois des courants d’air ou d’azote parfaitement réguliers dans les lots de matières en expérience.

Sur la composition du grisou.

J’ai été conduit à étudier le grisou comme un produit de la décomposition lente des matières végétales dans le cas particulier de leur transformation en houille.

La décomposition lente des matières végétales à l’abri de l’air fournit assez généralement, comme produit gazeux combustible, du méthane. Ce n’est pourtant pas là le seul gaz combustible qu’elle puisse donner. Ainsi, dans la fermentation sans air de la paille du fumier, M. Dehérain a trouvé qu’il se faisait parfois de l’hydrogène, et j’ai rencontré après lui le même fait.

Dans la transformation des matières végétales en houille, s’est-il communément formé d’autres gaz combustibles que le méthane? Le méthane est-il le seul gaz combustible qui figure d’ordinaire dans la composition du grisou des mines? Des savants de haute compétence estimaient que, malgré de nombreux travaux antérieurs, la question n’était pas suffisamment éclaircie.

J’ai examiné une grande quantité d’échantillons de grisou, correspondant aux principaux types des mines françaises. Je les ai soumis à l’analyse la plus soignée. Leur partie combustible a le plus souvent consisté en méthane à très peu près pur. Dans trois cas sur seize, le méthane était accompagné d’une proportion, faible mais sensible, d’hydrocarbure étranger, par exemple de 2 à 4 pour 100 d’éthane.

En définitive, comme dans la fermentation sans air du fumier, comme dans la décomposition des matières végétales au fond des marais, le gaz combustible, dégagé en proportion tout à fait dominante dans la formation de la houille, a été le méthane.

Incidemment, j’ai constaté que le méthane doit être une combinaison de carbone et d’hydrogène un peu plus condensée qu’on l’admet d’ordinaire.

L’azote et l’argon dans le grisou et dans le gaz de Roohebelle.

Je pensais d’abord m’en tenir à l’étude de la partie combustible du grisou, à laquelle on attache ordinairement une importance à peu près exclusive. Mais bientôt la partie incombustible, ou plutôt l’azote de cette partie, et ensuite l’argon que j’y ai rencontré, m’ont paru très dignes d’attention.

Il y a toujours de l’azote dans le grisou. Sa proportion y varie entre des limites fort écartées (de o,']5 à 3o pour 100 sur 23 échantillons examinés). D’où vient-il? On a admis le plus souvent, je crois, qu’il avait été dégagé par les principes azotés des matières végétales passées à l’état de houille. Mais cette origine me paraissant douteuse, je me suis demandé si fazote du grisou ne proviendrait pas de l’atmosphère. Pour le savoir, j’ai cherché si cet azote contiendrait de l’argon; j’en ai trouvé dans tous les cas.

Avant de conclure à l’origine atmosphérique de l’azote du grisou, il était bon de s’assurer que l’argon obtenu ne pourrait émaner de la houille elle-même ; mais, ayantbrùlé complètement delà houille, j’ai séparé l’azote

des produits de la combustion et l’ai traité en vue d’en isoler l’argon; je n’en ai pas obtenu une proportion appréciable.

Poursuivant les dosages d’argon dans l’azote du grisou, en ayant soin do n’opérer que sur des échantillons prélevés à coup sûr sans aucune introduction d’air extérieur, j’ai constaté que l’argon et l’azote, malgré de très grandes variations par rapport au total du grisou, conservaient toujours entre eux un rapport assez voisin de celui qu’ils ont dans l’atmosphère.

D’où cette conclusion que l’azote du grisou provient surtout de l’atmosphère. Ainsi l’argon peut être un témoin précieux de l’origine de l’azote.

Détermination de la densité des gaz sur de très petits volumes.

Dans des expériences sur la végétation et sur diverses fermentations, j’ai eu à vérifier la nature de gaz dont je ne possédais ou dont il importait de ne consommer que de très faibles quantités. J’ai cherché, pour m’éclairer, à en mesurer la densité. Je n’attendais, de la méthode que j’ai étudiée, qu’une approximation assez grossière; il se trouve, au contraire, qu’elle , peut conduire à des résultats d’une précision à utiliser en plus d’un cas.

Qu’on suppose, au fond d’nn système de denx tubes verticaux communiquant par leur partie inférieure et de même hauteur, un certain gaz A ; au-dessus de ce gaz se trouve d’un côté un gaz B et de l’autre un gaz C, les gaz B et C étant plus légers que le premier et ne se mêlant pas avec lui. On conçoit que si l’on mesure verticalement, à partir d’un même plan horizontal, les colonnes gazeuses qui se font équilibre dans les deux tubes, on sera en état, connaissant les densités de deux des gaz, de calculer celle du troi-

Seulement, il faut parvenir d’abord à disposer trois gaz comme il convient dans le système des deux tubes et à les mettre en équilibre et ensuite à mesurer des colonnes superposées de ces gaz. Un appareil et des manipulations assez simples, dont la description n’a pas ici sa place, m’ont permis de résoudre la première question. Quant à la mesure des colonnes gazeuses, la difficulté est qu’on ne les voit pas. Mais deux gaz étant placés l’un au-dessus de l’autre dans un tube sans se mêler sensiblement, on peut déterminer la position de leur surface de contact par un artifice, qui con-

-assiste au fond à faire disparaître l’un des deux par uu réactif absorbant et à mettre à sa place du mercure. Le niveau de ce liquide, bien visible, indique le niveau, précédemment invisible, ofi s’arrêtait le gaz absorbé.

Pour que les choses puissent se passer comme nous le supposons, pour que des gaz restent quelque temps superposés sans qu’il s’en mêle des proportions importantes, il est manifeste que la longueur des colonnes gazeuses doit être extrêmement considérable par rapport à leur diamètre, c’est-à-dire que pratiquement il faut opérer dans des tubes très étroits. Et c’est ici que s’impose comme nécessaire une condition qui, loin d’être une gêne, entraîne le principal avantage de la méthode : les tubes devant être très étroits, les volumes gazeux employés seront très petits. En fait, j’ai obtenu d’excellentes déterminations de densité sur quelques centimètres cubes de gaz.

Il y a assez loin du principe de la méthode à sa réalisation. Pour arriver à la mettre en pratique de manière à en tirer des résultats d’une réelle précision, il a fallu étudier en détail le mouvement des gaz dans des tubes étroits, imaginer des dispositifs spéciaux pour l’absorption des gaz, pour le raccord de tubes bout à bout et toute une série de manœuvres qui finalement ont été rendues simples, si on les compare aux opérations ordinairement nécessaires pour déterminer une densité de gaz avec une certaine exactitude.

J’ai obtenu ainsi à moins de près les densités connues de l’air, de l’azote chimique, de l’oxygène, de l’argon, du méthane, chaque détermination portant sur 5“ ou 7“ de gaz, ne durant que quelques minutes et se faisant sans une lecture du baromètre, sans une pesée et, pour ainsi dire,

L’appareil visé ci-dessus est surtout commode à employer avec l’anhydride carbonique comme gaz A auxiliaire et avec la potasse comme absorbant de ce gaz. Dès lors il s’applique spécialement à la détermination des densités des gaz plus légers que l’anhydride carbonique et non absorbables par la potasse. Je l’ai modifié de manière qu’il fournisse la solution générale du problème, quelque grandes ou petites que soient les densités cherchées, que les gaz s’absorbent ou non dans la potasse ou tout autre réactif.

Le principe est toujours de superposer des colonnes gazeuses dans un appareil à deux branches de façon qu’elles se fassent équilibre et à calculer

la densité d’un des gaz d’après celles des autres et d apres la hauteur des diverses colonnes. Seulement certaines des surfaces idéales de contact des gaz deux à deux sont fixées à des niveaux invariables, malgré le mouvement des gaz qui se produit pour l’établissement de l’équilibre. Dans ce but, on fait en sorte qu’elles se déplacent chacune dans un serpentin parfaitement horizontal, où la composition gazeuse peut devenir quelconque sans intervenir dans l’équilibre; une seule surface de contact se meut verticalement (il en faut au moins une mobile) et va s’arrêter au seul niveau qu’on ait à déterminer par une absorption unique.

La précision de cette méthode générale a été vérifiée sur l’azote chimique, l’air, l’anhydride carbonique, l’anhydride sulfureux, toujours avec quelques centimètres cubes de gaz seulement.

Revenant à mon point de départ, j’ai fait remarquer que l’azote, l’oxygène et l’argon, sur lesquels j’avais retrouvé à moins de près les densités vraies, étaient des échantillons de gaz mis en œuvre dans mes essais de 1897 sur la végétation avec et sans argon et que, leur pureté ressortant de leurs densités, il y avait là une nouvelle vérification des résultats obtenus dans ces essais.

Mesure des pressions gazeuses d’une extrême petitesse.

Le premier des deux appareils que je viens d’indiquer peut constituer un manomètre de haute précision pour la mesure de faibles pressions. Il traduit une pression correspondant à une certaine hauteur d’eau par une différence de deux niveaux qui est 1460 fois plus grande, si l’on emploie comme gaz auxiliaires l’air et l’anhydride carbonique.

Solubilité de l’anhydride carbonique dans l'acide sulfurique et l’acide phosphorique.

Au cours des recherches dont je viens de rendre compte, j’ai eu l’occasion de faire quelques mesures de l’absorption de l’anhydride carbonique dans 1 acide sulfurique concentré, fait qui intéresse l’analyse organique élémentaire et qu’on paraît généralement ignorer. L’acide phosphorique sirupeux dissout aussi l’anhydride carbonique. J’ai trouvé :

Solubilité de CO* à la pression de 760““.

100“ d’acide sulfurique, de densité 1 ,84, ont dissous : àii»,3, uf«' et, à Sos.a, 77s» ioo'«d’ac.pbosphorique,dedensité 1,73, ont dissous : à io«,7, 43“ et, à So»,2, 27“

Tout le gaz dissous s’exirait par le vide.

circulant et dans quelle proportion. 10'“ de sang ont été pris à la jugulaire . d’un cheval de manière à éviter tout contact du liquide avec l’air extérieur. Nous avons tiré de ce sang un volume de gaz qui nous a suffi pour la recherche à faire. Exécutant les dosages comme on l’a vu, nous avons trouvé par litre de sang ; Az 20“, o et Argon o“, 419. En vue de conséquences à tirer de ces chiffres, nous avons déterminé la solubilité de l’azote chimique (provenant de protoxyde d’azote) et celle de l’argon pur dans l’eau distillée bouillie, dans le sérum et dans le sang complet, à la température du corps de l’animal, soit à 38°. A cette température, 1'“ de sang dissout, comme l’eau, 25“, 5 d’argon et ii“,5 d’azote chimique. D’après

cela, i'*' de sang devrait dissoudre 8“,5 d’azote et o“,23 d’argon. Nous avons obtenu environ le double pour les deux gaz. Nous retrouvons là le fait connu de la surcharge du sang en azote dissous, fait qu’on a attribué à la formation de composés instables entre l’azote et certains éléments du sang.

Quant à l’argon, nous avons nettement aussi constaté sa présence dans le sang en proportion bien supérieure à celle qui résulterait d’une simple solubilité. L’explication de la surcharge du sang en argon est encore à donner.

Sur les colles à employer pour arriver à l’inviolabilité des matières paquetées sous papier.

Toutes les colles se redissolvent plus ou moins vite dans le dissolvant qui a servi une première fois à leur mise en œuvre ; il peut n’en être plus de même si l’on produit, après leur emploi, une modification dans leurs propriétés; c’est ainsi que l’albumine, appliquée en solution aqueuse, puis coagulée par chauffage à loo” pendant un instant, devient insoluble et fournit un collage à peu près inviolable.

Sur la composition minérale de la flooïde glaciale.

J’ai fait, pour M. H. Mangon {Comptes rendus, janvier 1883), l’analyse complète de la partie minérale de la fîcoïde glaciale. Entre autres particularités, j’ai trouvé que cette plante contenait une quantité de matière minérale inusitée, représentant presque la moitié de la substance sèche. De plus, la proportion d’alcali, et spécialement de soude, susceptible d’être absorbée par la plante était si élevée que M. H. Mangon a proposé d’essayer la culture de la ficoïde glaciale pour dessaler certains terrains du littoral méditerranéen.