PHÉNOMÈNES DE DIFFUSION

Cette accumulation d'un sel dans le vase intérieur se réalise, par exemple, très aisément avec du sulfate de cuivre, auquel on ajoute peu à peu, à mesure qu'il se diffuse dans Teau du vase poreux, du lait de baryte. Dans une expérience où le vase extérieur renfermait au commencement 0^',990 de sulfate de cuivre, on a trouvé à la fin, dans le vase extérieur, 0*'",293, et dans le vase intérieur 0»%697 à l'état de sulfate de baryte et d'oxyde de cuivre précipité. Dans un autre essai, Teau du vase extérieur renfermait d'abord 1«',182 de sulfate de cuivre, et à la fin 0*',464, tandis qu'il y avait dans le vase intérieur 0^,718 de sulfate de cuivre.

§ 49. — Explication de l'accumulation des principes formant dans les végétaux des combinaisons insoludles.

Cette expérience va nous permettre d'expliquer facilement l'accumulation des principes minéraux qui sont fixés en combinaison par les matières végétales. Nous avons vu que, dans le fuctis serratus, les sulfates sont retenus à l'état insoluble, tandis que les chlorures soQl facilement enlevés par l'eau. Or, nous pouvons comparer la mince pellicule qui recouvre les tissus de la plante à la paroi poreuse de notre vase de porcelaine dégourdie, et admettre qu'il y aura diffusion des sels contenus dans l'eau au travers de cette paroi, comme il y avait diffusion des sels de la dissolution extérieure dans l'eau ilu vase poreux. Les tissus du fucus vont dès lors exercer leur action sur ses sels ; les sulfates se combinent ; solidifiés par cette union, ils sont soustraits à la dissolution, comme l'était le sel précipité dans l'expérience précédente, et, par suite, une nouvelle quantité de sulfate pénétrera par diffusion dans l'eau qui gorge le tissu, tandis que le chlorure non combiné, se trouvant au même degré de concentration dans Teau de la mer et dans le liquide de la plante, n y pénétrera pas de nouveau. On comprend donc que, bien qu'il y ait dans l'eau de la mer plus de chlorures que de sulfates, les sulfates puissent s'accumuler dans le fucus en plus grande quantité que les chlorures.

Ce même raisonnement peut encore s'appliquer aux iodures, qu on trouve toujours engagés dans des combinaisons insolubles avec les tissus des fucacées, tellement que, pour les caractériser dans ces plantes, il faut d'abord les brûler ou les désorganiser par l'action oxydante de l'acide azotique.

Assimilation de la silice combinée. — L'accumulation des prin-

cipes minéraux combinés dans les plantes terrestres peut être expliquée par un mécanisme analogue. Supposons qu'un grain de froment germe. L'amidon, d*abord liquéfié par la diastase, métamorphosé en dextrine ou en glycose, éprouve enfin une dernière transformation, et donne naissance h de la cellulose ; celle-ci possède une certaine affinité pour la silice, est capable de la rendre insoluble, et nous avons vu qu'une dissolution de soude étendue et bouillante est impuissante à détruire la combinaison formée. Si donc une dissolution complexe, appelée par l'évaporation qui se produit dans la jeune feuille, pénètre par endosmose dans les tissus, la silice qu'elle renferme va être solidifiée. Que cette combinaison se forme au moment même où la cellulose s'organise, ou bien que la silice se fixe sur la cellulose déjà formée, comme une teinture adhère peu à peu à une fibre végétale déjà filée ou tissée, peu importe : le point qu'il faut mettre en lumière, est que la sève est appauvrie de silice, et que, dès lors, un nouvel afflux de la silice contenue dans l'eau qui baigne les racines va pénétrer dans la plante pour remplacer celle qui est devenue insoluble, de la même façon que dans l'expérience citée plus haut, la matière précipitée était bientôt remplacée par une nouvelle quantité fournie par le liquide extérieur. Aussitôt donc que l'équilibre est rompu, que l'eau qui gorge la plante ne renferme plus la même quantité de silice que l'eau extérieure, une nouvelle quantité doit pénétrer pour remplacer celle qui a été précipitée.

Certainement, en même temps que la silice sont entrées dans la jeune plante, avec l'eau qu'appelle l'évaporation, les diverses matières solubles contenues dans la terre arable, mais si celles-ci ne forment aucune combinaison, elles restent en dissolution dans la sève, et opposent, par leur présence, un obstacle invincible à l'arrivée de nouvelles quantités.

Ce dernier point est important et nous y insistons. Nous pensons que le lecteur est convaincu qu'une matière qui devient insoluble dans la plante, par suite de la combinaison qu'elle y contracte avec un tissu ou un principe immédiat, doit s'y accumuler, et l'expérience faite avec le sulfate de cuivre et la baryte est, à ce point de vue, démonstrative. Nous avons en outre établi, par l'expérience, qu'aussitôt qu'un sel dissout, se trouve au même degré de concentration dans un vase poreux et dans une dissolution extérieure, tout mouvement de diffusion s'arrête, mais nous n'avons pas encore indiqué d'expérience démontrant que si l'eau intérieure

EXPÉRIEiNGES DE TH. DE SAUSSURE. 191

qui tient le sel en dissolution s*évapore peu à peu, de telle sorte que cette dissolution intérieure se concentre, Veau extérieure se diffusera et pénétrera seule dans le vase poreux pour remplacer celle qui a disparu, en laissant au dehors le sel qu'elle tenait en dissolution.

Dans les expériences précédentes, nous avons vu le sel se déplacer sans que Teau raccompagnât dans son mouvement ; maintenant non» devons assister encore à une séparation entre le corps dissous et le dissolvant, mais le dissolvant seul Be déplacera, abandonnant le corps dissous.

Expériences de Th. de Saussure. — La preuve de cette séparation nous est donnée par Th. de Saussure dans ses expériences classiques sur l'absorption des diverses dissolutions par les plantes Recherches chimiques sur la végétation^ p. 247). On sait que l'illustre physiologiste plaça des pieds de Polygonum Persicaria où de Bidens cannabina^ bien pourvus de leurs racines, dans des dissolulions, et qu*il les y a maintenus jusqu'au moment où ils avaient fait disparaître par évaporation la moitié de l'eau dans laquelle ils végétaient. Th. de Saussure analysa Teau restant dans les vases; quand l'expérience fut terminée, il constata que « les plantes avaient absorbé toutes les substances qui leur avait été présentées, mais qu'elles avaient sucé l'eau en beaucoup plus grande raison que les corps qui étaient dissous ». Cette expérience nous donne donc la démonstration dont nous avions besoin ; elle nous prouve que lorsqu'un sel se trouve dans les liquides qui gorgent la plante en quantité égale à celle qui existe dans la dissolution extérieure, il cesse de pénétrer dans la plante, sans que cependant le mouvement de l'eau soit interrompu.

Il est bien clair que, plus les sels qui se trouvent dans l'eau y sont en dissolution concentrée, plus aussi la quantité qui pénètre dans la plante est grande : aussi rencontre-t-on dans les plantes tropicales des quantités parfois considérables de salpêtre ; les betteraves venues sur des terres très salées se chargent également de sel; et enfin, lorsque les eaux que renferme le sol se concentrent par évaporation, les plantes cessent de pouvoir y vivre.

Les très nombreuses expériences exécutées sur la végétation soutenue par des solutions nourricières ont, au reste, montré d^une façon complète l'indépendance absolue de la matière dissoute et du dissolvant.

Si dans Texpérience de Th. de Saussure les plantes ont pris plus

d'eau que de sel dissous, c'est tout simplement parce que la dissolution présentait une concentration assez forte et que les sels employés étaient mal utilisés ; mais MM. Knop etDworzak (1) ont montré que des maïs et des haricots élevés dans des dissolutions à 5 p. 1000 absorbaient relativement plus de sel que d'eau.

Dans les expériences que nous avons exécutées sur des haricots encore munis de leurs cotylédons (2), nous avons pu les voir également absorber plus de chlorure que d'eau, et on conçoit d'après cela qu'avec des tâtonnements prolongés, on puisse réussir à trouver pour une plante déterminée une solution qui soit absorbée sans changement de composition.

Diffusion des matières solubles au travers des colloïdes. — Dans les pages précédentes nous étendons à une plante fixée dans la terre par ses racines les résultats obtenus avec des dissolutions ; l'assimilation est-elle possible ? Peut-on admettre que la diffusion aura lieu au travers de la terre arable et au travers des tissus de la plante, comme au travers de l'eau et d'un vase poreux? Pour être convaincu que cette assimilation est légitime, on n'a qu'à rappeler un des faits constatés par Th. Graham dans ses mémorables recherches sur la diiïusion. On sait qu'il a été conduit à diviser, par rapport à cette propriété, tous les corps en deux grandes classes : les matières colloïdales, telles que la gomme, la gélatine, etc., et les matières cristalloïdes, qui, ainsi que leur nom l'indique, sont susceptibles de prendre des formes cristallines. Les cristalloïdes se diffusent, non seulement très bien dans l'eau, c'est-à-dire qu'ils s'y déplacent, comme nous l'avons dit déjà, en dehors de tout mouvement du liquide, mais encore ils se diffusent également bien dans les colloïdes. Ainsi, qu'on place, à l'imitation de Th. Graham, dans une éprouvette étroite, une gelée d'amidon, puis qu'on dépose au fond du vase une dissolution colorée, et Ton verra cette dissolution monter dans Tamidon et le colorer peu à peu; dans toute autre matière gélatineuse, la dissolution eût cheminé de même, et l'on est en droit d'affirmer que la plupart des sels se diffusent encore avec la même facilité dans un sol argileux.

Il est un point, cependant, sur lequel il importe d'insister : les colloïdes en dissolution ne diffusent pas au travers des masses colloïdales comme au travers de l'eau. Ainsi, s'il est possible de faire cheminer du chromate de potasse au travers de la gelée d'amidon,

{!) Ann. agron.y t. II, p. 592.

(2) Ann. agron.^ t. IV, p. 321.

ASSIMILATION DE LA SILICE. <9:j

OD ne réussirait pas à y difTuscr de la gomme, et Ton pourrait se demander si la silice, facile à obtenir en gelée, n'est pas un colloïde, et, par suite, si la terre argileuse, colloïdale elle-même, n'opposera pas un obstacle absolu à sa diffusion. Cette objection serait sériease pour une dissolution concentrée de silice ; mais on voit, dans les expériences de dialyse de Th. Graham {Aun. de chim. et de phtjs., 3* série, 1862, t. LXV, p. 169), que Tacide silicique solu* ble et très dilué a toujours traversé la membrane colloïdale, et cette expérience suffit à expliquer comment les dissolutions extrêmement étendues, répandues dans la terre arable, peuvent y circuler.

Une objection plus spécieuse peut être faite à la théorie que nous proposons. Nous attribuons Taccumulation de la silice, dans les graminées, à la combinaison que cette silice contracte avec les principes qui forment le squelette de la plante : cellulose ou vasculose, et l'on peut se demander pourquoi tous les végétaux ne renferment pas de la silice, puisque tous renferment de la cellulose et de la vasculose. Pour que cette objection fût fondée, il faudrait admettre que le squelette de toutes les plantes est formé par la même variété de ces principes; mais cette opinion n'est plus soutenable, aujourd'hui que M. Frémy a constaté que les tissus des végétaux sont constitués par des matières isomériques, mais non identiques, et très diversement attaquées par le réactif de Schweizer, obtenu en dissolvant le cuivre dans l'ammoniaque et que nous-même, avons reconnu que la vasculose de la paille est bien loin d'être identique à celle du bois.

Il nous paraît donc probable que si les graminées se chargent de silice, tandis que les légumineuses n'en prennent pas, cette différence est due à l'existence, dans les premières, d*une cellulose ou d'une vasculose capable de se combiner avec la silice, tandis que les principes des légumineuses, par exemple isomères, mais non identiques aux précédents, ne peuvent contracter une union semblable.

,\50. — Assimilation dans les végétaux des phosphates et des bases.

Si les bases se rencontraient toujours dans les végétaux à l'état insoluble, comme la chaux quand elle est unie aux acides oxalique ou carbonique, leur accumulation serait produite par des causes semblables à celles qui déterminent l'assimilation de la silice par les çramînées; mais il n'en est pas ainsi, ctl'on rencontre souvent dans

Chimie agricole. i3

les tissus, on quantités notables, des matières minérales dissoutes : le tartrate de potasse dans les raisins, le citrate et Toxalate de potasse dans les pommes de terre, Toxalate de potasse encore dans les betteraves et dans les oseilles, sont en dissolution dans les liquides qui gorgent les cellules ; il en est de même des phosphates, qui, dans les feuilles ou dans les tubercules, restent solubles, et ne se précipitent que lorsque Talbumine qu'ils accompagnent se coagule.

Pour comprendre le mécanisme de l'assimilation des matières minérales qui sont en combinaison dans les végétaux, mais qui y forment des combinaisons solubles, nous allons recourir, encore une fois, aux expériences exécutées à l'aide de vases inertes.

Supposons qu'on place de l'eau distillée dans un vase poreux de la pile de Bunsen, et qu'on immerge celui-ci dans une dissolution complexe, formée, par exemple, de bicarbonate de soude et do chlorure de potassium ; on reconnaîtra, après quelques jours, que les deux sels sont entrés en quantités égales dans l'eau intérieure, ils se sont diffusés avec la même rapidité. Changeons maintenant le liquide contenu dans le vase poreux et plaçons à Uintérieur un acide, et voyons ce qui arrivera. L'expérience a porté sur un mélange de 3*%m de bicarbonate de potasse et de 3*%H1 de sel marin dissous dans les 150 centimètres cubes du vase extérieur ; intérieurement, on avait placé 50 centimètres cubes d'acide sulfuriquc très dilué. Après vingt-quatre heures, on a trouvé que la liqueur extérieure avait perdu 0^',825 de bicarbonate de potasse et seulenient 0"', 210 de sel marin; on a reconnu que la diffusion avait eu lieu du vase extérieur vers l'acide intérieur, car la liqueur extérieure ne renfermait que des traces d'acide sulfuriquc.

On peut conclure de ces essais que la présence dans le vase poreux d'une substance capable de se combiner avec l'un des sels contenus dans le vase extérieur, détermine là diffusion plus abondante de celui-ci. Cette cause pertubatrice modifie donc profondément les lois de la diffusion ; tous les éléments solubles n'entrent plus avec la mémo vitesse : l'un s'accumule rapidement dans le vase poreux, tandis que l'autre, sollicité seulement par la force de diffusion, n'y pénètre qu'avec une certaine lenteur; et quand l'on mel fin à l'expérience, on reconnaît que le vase poreux renfermant un acide a fait un choix dans les substances qu'il avait à sa disposition, et qu'il a pris, celle avec laquelle l'acide pouvait se combiner, en plus grande quantité que celle avec laquelle, au contraire, cet acide était incapable de s'unir.

ASSIMILATION DES lUSES. 195

Revenons mainlcnanl aux planles, et considérons une pomme de lerrc dont les tubercules sont enfouis dans une terre meuble sufiisammeiit humide et renfermant, par exemple, du carbonate de potasse et du sel marin. Par suite probablement d'un phénomène d'oxydatioD des hydrates de carbone (voyez plus loin chapitre VIII), (les acides, tels que l'acide citrique ou Tacide oxalique, apparaissent ; ils s'unissent au carbonate de potasse qui a pénétré par diffusion dans les cellolesde la pomme de terre, comme l'acide sulfurique s'unirait au carbonate de potasse qui est entré dans le vase poreux. Aussitôt, au reste, que la combinaison est faite, Teau qui gorge les tissus du tubercule est moins riche en carbonate de potasse que Teau du sol, et uoe nouvelle quantité doit pénétrer par diffusion pour remplacer celle qui a contracté une combinaison avec les acides formés.

On expliquerait par des considérations analogues, l'assimilation (les phosphates qui se rencontrent à l'état soluble dans les jeunes feuilles, dans les tubercules, et qui s'y trouvent en combinaison, ainsi que nous l'avons vu plus haut, § 46. On se rappelle qu'on trouve, en effet, dans du jus de pomme de terre par exemple, avant que l'albumine ait été coagulée par l'ébullition, une proportion sensible de chaux et d'acide phosphorique, qui ne pourraient rester CD dissolution dans une liqueur neutre, s'ils n'y étaient maintenus par une combinaison; et c*est précisément à l'existence de celle-ci que nous attribuons la pénétration des phosphates qu'on rencontre toujours associés aux matières azotées et qui sont peut-être nécessaires à leur formation.

J^5I. — Accumulation dans les feuilles de substances solui»les dans l'eau chargée d'acide carbonique et insolubles dans l'eau pure.

U existe dans les végétaux un certain nombre de matières minérales, susceptibles de se dissoudre dans Teau chargée d'acide carbonique, mais insolubles dans l'eau pure; ce sont précisément ces matières qui finissent par former entièrement les cendres contenues dans les feuilles, et il était important de reconnaître ce qui arriverait lorsqu'on soumettrait à l'évaporation spontanée des dissolutions dVne de ces matières et d'un sel soluble dans l'eau pure. On se servit comme appareil d'évaporalion d'une bande de gaze ou d'une mèche de coton, dans lesquelles le liquide monte rapidement par capillarité, ainsi qu'il est facile de le constater en mouillant la bande de gaze et en la plaçant dans une dissolution colorée.

L*expérience fut arrêtée après quelques jours, et Ton dosa les sels restant dans les deux dissolutions. On connaissait le titre primitif, on put ainsi déterminer quelles étaient les quantités de sels qui s'étaient fixées sur les bandelettes ; on reconnut qu'une dissolution do sel marin avait perdu 27 p. 100 du sel primitif, tandis que 62 p. 100 du carbonate de chaux dissout à la faveur de Tacide carbonique avaient disparu. La raison de cette ditTérence nous paraît analogue à celle que nous avons donnée plus haut : pour que l'équilibre d'une dissolution soit établi, il faut que le sel obéissant à la force de diffusion existe en quantité semblable dans tous les points du liquide; si cet équilibre est rompu pour une cause quelconque, si le sel disparaît en un point, une nouvelle quantité de sel se dirige vers le point où s'est manifesté la cause perturbatrice. Or, le carbonate de chaux ne se dissout dans l'eau qu'à la faveur d'un excès d'acide carbonique, et celte dissolution est très instable : exposée à l'évaporation, l'acide carbonique en excès se dégage et du carbonate de chaux se précipite ; les stalactites si abondantes dans les grottes des pays calcaires, n'ont pas une autre origine. Le sel marin, au contraire, est très stable et ne se décompose nullement par l'évaporation. On conçoit donc que, dans les deux vases, il se produise des eiïets très différents. Dans l'un, l'eau chargée d'acide carbonique et de carbonate de chaux va s'élever dans les bandes de gaze, mais, bientôt l'acide carbonique, abandonnant le carbonate de chaux, celui-<;i devient insoluble et se précipite. Dès lors l'équilibre est rompu; de l'eau plus pauvre en carbonate de chaux que celle de la dissolution existe dans les bandes de gaze, et une nouvelle quantité de bicarbonate de chaux va être attirée pour combler le vide qu'a causé l'évaporation. Cette nouvelle quantité de carbonate de chaux se précipitera à son tour, et le même phénomène se reproduisant constamment, la liqueur s'appauvrira rapidement au profit des bandes de gaze qui se chargent d'une quantité croissante de, carbonate de chaux.

Il n'en sera pas de même du sel marin : l'eau, en s'évaporanl dans les bandes de gaze, va y laisser une dissolution plus concentrée que celle qui existe dans l'eau même, et cette concentration retardera l'arrivée d'une nouvelle quantité de sel; si la dissolution s'appauvrit, c'est seulement par suite du dépôt du sel sur l'appareil d'évaporation.

Si nous mélangeons dans le même verre des dissolutions de sel marin et de bicarbonate de chaux, et que nous y disposions des bandes de gaze comme il a élé dit plus haut, nous obtiendrons

AGCUMCLATION DE LA SILICK DANS LES MEILLES FEUILLES. 197

encore des résultais semblables à ceux de rexpéricncc précédente : sur 100 parties de bicarbonate de chaux contenues dans la dissolution, 22 disparaissent, tandis que la liqueur ne perd, dans le même temps, que 5 de sel marin.

Dans une troisième expérience» on a trouvé que la dissolution avait perdu par Tévaporation dans les bandelettes 14 p. iOO de bicarbonate de chaux qu'elles renfermaient et 7 p. 100 de sel marin. Des résultats analogues furent encore obtenus avec la silice et le sel marin placés dans un vase de verre garni de bandelettes de gaze: pendant que la liqueur ne perdait que 2,2 p. 100 du sel marin quelle renfermait, elle s'appauvrissait de 26 p. 100 de silice.

Enfin, le phosphate de chaux et le sel marin donnent encore des résultats semblables : tandis que la liqueur renfermait à la fin de l'expérience la même quantité de sel qu'au commencement, car on avait eu soin de tordre la mèche de coton servant d*organe d'évaporation pour en exprimer la dissolution concentrée qu'elle renfermait, on trouva que 11 p. 100 du phosphate de chaux avait disparu.

Nous avons donné la composition des feuilles de hêtre à diverses époques de sa croissance, et nous avons reconnu que dans les vieilles feuilles il n'existe guère que du carbonate de chaux et de la silice. Examinons d'abord, en nous appuyant sur les considérations précédentes, comment cette accumulation peut avoir lieu, nous reviendrons plus loin sur la disparition des phosphates et de la potasse, qui, abondants dans les cendres des jeunes feuilles, font défaut au contraire dans les cendres des feuilles plus âgées.

Le raisonnement que nous avons appliqué à la concentration dans les mèches de coton et dans les bandes de gaze des matières insolubles dans l'eau pure, mais solubles dans l'eau chargée d'acide carbonique, s'appliquera également à leur accumulation dans les feuilles ou dans l'écorce. Qu'une dissolution de silice ou de bicarbonate de chaux pénètre en effet dans un végétal, elle tendra à se répandre uniformément dans toute sa masse ; elle arrivera aux feuilles, là, elle éprouvera une modification particulière. En effet, Tacide carbonique, qui tenait les sels en dissolution, sera évaporé ou décomposé, et par suite le carbonate ou la silice seront précipités; la liqueur qui gorge la feuille ou l'écorce sera donc appauvrie (ie ces sels solubles dans l'eau chargée diacide carbonique, mais insolubles dans l'eau pure, et à mesure que la feuille aura plus longtemps fonctionné comme appareil d'évaporation, à mesure aussi, elle se sera enrichie de silice ou de carbonate de chaux.

198 ASSIMILATlOiN DES SUBSTANCES MINÉRALES PAR LES PLANTES.

Nous pouvons encore tirer des faits précédents l'explication d'une ancienne observation de Th. de Saussure : « Les cendres de Fécorce contiennent, dit-il, une beaucoup moins grande proportion de sels alcalins que les cendres du bois et de Taubier. » — «Les cendres de Técorce contiennent une énorme proportion de carbonate de chaux», ajoute-t-il plus loin. Et enfin, quand il s'agit d'interpréter ce fait, il écrit : <( L'écorce ne se renouvelle que très lentement; elle est exposée pendant toute l'année au lavage de la pluie et des rosées, elle doit, plus qu'aucune partie, être dépouillée de sels solubles. » Th. de Saussure reconnaît que cette explication est insuffisante; mais nous n'aurons pas de peine à tirer des expériences précédentes la raison du fait qu'il énonce.

L'écorce, comme les feuilles, fonctionne comme un appareil d'évaporation; c'est donc là que l'acide carbonique va se dégager et abandonner le carbonate de chaux qu'il tenait en dissolution: et comme c'est dans l'écorce que la sève s'appauvrit de carbonate de chaux, c'est vers ce point que le carbonate de chaux se dirigera pour venir rétablir un équilibre à chaque instant rompu. Il n en sera pas de même des dissolutions alcalines ; elles ne se décomposent pas par l'évaporation, elles ne subissent dans l'écorce qu'uDC concentration encore accusée par la quantité d'alcalis que laisse cet organe à la calcination, mais qui ne forme qu'une faible fraction de la masse totale des cendres. A l'intérieur du bois, la sève est soustraite à toute cause d'évaporation, et elle doit renfermer surtout les principes solubles, dont la proportion centésimale se trouve singulièrement augmentée par suite du transport dans l'écorce des principes insolubles dans l'eau pure, mais solubles dans l'eau chargée d'acide carbonique.

On voit donc que l'explication de l'accumulation du carbonate de chaux dans l'écorce, du partage inégal des sels alcalins et des sels de chaux entre l'écorce et le bois, peut encore être tirée des expériences exécutées avec le bicarbonate de chaux et le sel marin danns les vases où plongeaient les bandelettes de gaze.

§ r>3. — Sur l'accumulation dans les végétaux de quelques sels