# Revue scientifique - Les végétaux et l’atmosphère

Les personnes qui ne sont point adonnées aux sciences physiques voudront bien me pardonner si je prends la liberté de leur rappeler que l’air au milieu duquel vivent les animaux et les plantes est un mélange de deux gaz bien différens. L’un, à peu près inerte et sans influence appréciable sur les phénomènes naturels, se nomme azote. L’autre au contraire possède les propriétés les plus actives et joue le premier rôle dans l’entretien de la vie sur le globe : c’est l’oxygène. Entre autres facultés, il a celle de s’unir intimement avec le charbon, et pendant que cette réunion, ou, pour employer le mot savant, que cette combinaison s’opère, une quantité considérable de chaleur et de lumière se dégage. On dit que le charbon brûle ; on croit au premier abord qu’il s’anéantit : il ne fait que se transformer en un gaz qui se mêle à l’air, et dans lequel la chimie retrouve à la fois tout le charbon qui a été brûlé et tout l’oxygène qui s’est uni au charbon. Afin d’en rappeler l’origine et la composition, on a donné le nom d’acide carbonique à ce gaz complexe.
Le bois, qui est essentiellement composé de charbon et d’eau, brûle de la même manière en abandonnant cette eau qui se vaporise, et en transformant ce charbon en acide carbonique. Les fruits, les légumes, le pain, tous nos alimens ayant une composition chimique analogue à celle du bois, pourraient être brûlés comme lui dans un foyer, et Lavoisier nous a appris que la substance de ces alimens éprouve une combustion véritable, mais lente, dans le système respiratoire des animaux qui les mangent. Tout animal est donc un foyer, tout aliment du combustible ; l’oxygène de l’air est absorbé dans la respiration, il est remplacé par de l’acide carbonique, et l’eau est rejetée par les voies naturelles ou par l’exhalation.
Puisque l’acide carbonique est nécessairement engendré par la vie animale, il doit faire partie intégrante de notre atmosphère. Les chimistes en effet l’y retrouvent, mais dans la minime proportion de quatre ou cinq litres sur dix mille. C’est un gaz qui ne peut plus entretenir la vie ni la combustion, puisqu’il en est au contraire la conséquence. Aussi tous les animaux qu’on enfermé sous des cloches remplies d’air épuisent rapidement l’oxygène, qu’ils remplacent par de l’acide carbonique, et ils s’éteignent bientôt non par un effet toxique de ce gaz, mais faute d’aliment respiratoire.
Après avoir rappelé ces notions, je vais décrire une expérience célèbre que les végétaux exécutent eux-mêmes discrètement au milieu de nous sans que nous en ayons connaissance, qui s’accomplit sur une immense échelle, et que l’on peut à bon droit considérer comme étant un des phénomènes les plus essentiels du monde, expérience si simple d’ailleurs que chacun peut et voudra la répéter. Pour réussir, il faut prendre une tige feuillée saine et fraîche de ces plantes aquatiques qui vivent immergées dans les étangs ou les rivières ; on l’introduit dans une carafe de verre blanc qu’on achève de remplir avec de l’eau de source, ou mieux avec de l’eau de Seltz coupée, qui contient, comme on le sait, une grande proportion d’acide carbonique dissous. Ayant bouché cette carafe pleine, on la retourne pour en introduire le col dans un pot plein d’eau. On peut alors retirer le bouchon, l’eau se maintient soulevée et continue de remplir la carafe retournée. L’appareil étant ainsi préparé, on le transporte dans un lieu découvert où il puisse recevoir les rayons du soleil.
Aussitôt que la lumière frappe directement les feuilles de la plante immergée, on les voit se couvrir d’une multitude de bulles qui grossissent rapidement, se réunissent et s’élèvent au sommet du vase, où elles s’accumulent. Toutes les fois qu’on intercepte la lumière par un écran opaque, ce dégagement s’arrête, et l’on peut à volonté, même à distance, en couvrant alternativement l’appareil d’ombre ou de lumière, arrêter ou reproduire le courant. Au bout de quelques heures d’une action continue, la carafe est remplie de ce gaz, Il ressemble à l’air, mais il n’en a pas les propriétés, car si, retournant l’instrument, on introduit tout à coup dans l’intérieur une petite bougie grêle qu’on vient d’éteindre et qui conserve encore à l’extrémité de sa mèche quelques points rouges, elle se rallume à l’instant et continue de brûler avec un éclat inaccoutumé. Ce gaz n’était point de l’air, c’est de l’oxygène. Sous cette forme et avec ces plantes aquatiques, l’expérience est saisissante, parce qu’elle est rapide et qu’on assiste à la naissance de l’oxygène. On peut la reproduire avec des végétaux aériens, et, pour ne point altérer leurs conditions habituelles, on les expose au soleil sous des cloches de verre qu’on remplit avec de l’acide carbonique. Après une journée, ce gaz a disparu et se trouve remplacé par de l’oxygène presque pur. Quelle que soit la plante, quel que soit le procédé expérimental, l’action reste toujours identique, et l’explication de ce fait considérable est évidente. Les parties vertes des végétaux décomposent l’acide carbonique ; elles en extraient le charbon, qu’elles gardent ; elles rejettent l’oxygène, qu’elles rendent à l’atmosphère. À l’obscurité et pendant la nuit, leur rôle change : loin d’absorber de l’acide carbonique, elles en exhalent ; mais, cette réaction nocturne étant inférieure à l’action diurne, les plantes accomplissent finalement un rôle opposé à celui des animaux : elles détruisent l’acide carbonique qu’ils forment, elles régénèrent l’oxygène qu’ils absorbent, elles reproduisent les matières organiques qu’ils consomment.
À voir cette expérience si nette et cette explication si simple, il semble que les savans aient dû les trouver du premier jet. On se tromperait étrangement de croire qu’il en puisse être ainsi. Chaque grande découverte coûte à l’humanité. Au début, tout est obscurité et impuissance ; ce n’est qu’après de longues recherches qu’on entrevoit au milieu de nombreuses hésitations quelques vérités éparses, et jusqu’au moment où une lumière sereine vient éclairer toutes les obscurités, il faut le travail collectif de plusieurs générations et le concours de plusieurs hommes de génie. Il n’est pas sans intérêt d’étudier l’histoire de ces grandes découvertes, et j’entreprends ici le récit des expériences successives qui ont fixé les rapports de l’atmosphère et des plantes ; je le continuerai jusqu’à des travaux récens, qui ont ramené l’attention sur le sujet que je traite.
Un médecin genevois, Charles Bonnet, est le premier qui ait expérimentalement abordé, vers le milieu du XVIIIe siècle, le problème qui nous occupe. C’est la lecture d’un ouvrage alors célèbre, le Spectacle de la Nature, par Pluche, qui décida sa vocation. Il s’occupa d’abord des générations spontanées, question déjà débattue à cette époque, et qui n’a fait que s’échauffer avec le temps. Il quitta ce sujet pour en traiter un autre dont il ne prévoyait peut-être pas la fécondité ; il se demanda quel est l’usage des feuilles, et fit deux expériences demeurées classiques. Par la première, il prouva que la lumière exerce sur les parties vertes des végétaux une si vive attraction que, mises à l’obscurité, elles se dirigent et s’inclinent vers les moindres ouvertures qui leur amènent le jour. La deuxième montra qu’étant plongées dans l’eau, les plantes dégagent au soleil une grande quantité d’air ; mais là s’arrêta le rôle de Bonnet : il ne sut pas quel était cet air, et il ne pouvait le savoir, puisqu’à cette époque les premières notions de la chimie moderne étaient ignorées de tous.
Priestley, qui était l’émule et en quelques points le prédécesseur de Lavoisier, fut amené par les conséquences mêmes de ses découvertes à étudier l’action des plantes sur l’atmosphère. Il venait d’isoler le gaz remarquable qui entretient énergiquement la combustion des bougies et la respiration des animaux, et pour cette raison il l’avait nommé air vital. Il avait en outre reconnu que de petits animaux enfermés dans cet air ou dans l’air atmosphérique en altéraient bientôt les qualités, au point qu’ils y mouraient et que les bougies s’y éteignaient. À la vérité, Priestley ne connut point la nature réelle de l’oxygène, et, par un aveugle sentiment de rivalité, refusa toute sa vie d’adopter la théorie de la respiration que Lavoisier venait de donner ; mais il sut néanmoins déduire de ses expériences une conséquence logique qui était de la dernière importance. En voyant ces petits animaux vicier l’air confiné par leurs exhalaisons, il comprit que tous les individus du règne animal produisent le même effet d’une manière continue sur l’atmosphère entière, et qu’ils devraient fatalement y mourir s’il n’y avait dans le jeu des forces naturelles une action continue inverse tendant à rendre à l’air sa pureté, à mesure qu’elle est détruite par la respiration animale. Ce contre-poids, cette action régénératrice, il la chercha et il la trouva dans les végétaux.
Il mit dans l’air sous une cloche fermée un animal et une plante. Le premier corrompit l’air et mourut ; mais au bout d’un certain temps Priestley reconnut que la seconde avait restitué à l’air la propriété vitale ou la pureté nécessaire à l’entretien de la vie. C’était un des faits les plus considérables de la mécanique du monde. À partir de ce moment, on sut, sans en avoir encore pénétré les détails, que les végétaux et les animaux accomplissent des fonctions antagonistes, les uns rendant l’air impropre à l’entretien de leur vie, les autres réparant le mal. La Société royale de Londres offrit à Priestley, en 1773, la médaille de Copley, et en la lui remettant, le président de cette compagnie célèbre caractérisait ainsi la découverte de Priestley : « Les plantes ne croissent pas en vain ; chaque individu dans le règne végétal, depuis le chêne des forêts jusqu’à l’herbe des champs, est utile au genre humain. Toutes les plantes entretiennent notre atmosphère dans le degré de pureté nécessaire à la vie des animaux. Les forêts elles-mêmes des pays les plus éloignés contribuent à notre conservation en se nourrissant des exhalaisons de nos corps devenues nuisibles à nous-mêmes. » Toute cette gloire de Priestley devait cependant s’obscurcir. Après de si beaux travaux, des vues si grandes et si générales, après ces récompenses et ces éloges publics, Priestley voulut un jour recommencer ses premières expériences, et il obtint des résultats absolument opposés, c’est-à-dire que les plantes, au lieu de, purifier l’air, lui parurent alors le rendre plus mauvais. Étonné de cette contradiction inexplicable entre le passé et le présent, il multiplia ses épreuves en les variant, et la seule chose qu’il put constater, c’est que les végétaux offrent alternativement, quelquefois la propriété de purifier, quelquefois celle de vicier l’air. La loi qui lui avait mérité la médaille de Copley n’était donc pas générale, et les conséquences qu’il en avait tirées étaient contestables. Réfugié en Amérique, après une vie agitée par des discussions religieuses, Priestley mourut en 1804, ayant fait en chimie de grandes découvertes qu’il n’avait pas comprises, et en physiologie végétale des expérience » contradictoires qu’il n’avait pas su concilier.
Cependant Priestley ne s’était trompé en rien ; les plantes en effet accomplissent alternativement les deux fonctions qu’il leur avait assignées, et la seule chose qu’il n’avait pas découverte, c’est la condition qui détermine souvent l’une, la fonction réparatrice, quelquefois l’autre, l’action délétère, condition que Bonnet avait entrevue et que Ingen-Housz allait mettre en complète évidence. Ingen-Housz était né à Breda, en 1730 ; Il était médecin ; il vint en Angleterre pour y étudier l’inoculation de la variole, dont on commençait à s’occuper. C’est dans ce voyage qu’il se mit au courant des travaux de Priestley et qu’il résolut d’en expliquer les contradictions ; il en trouva la cause en 1779, et voici comment il résume lui-même sa découverte : « A peine fus-je engagé dans ces recherches que la scène la plus intéressante s’ouvrit à mes yeux. J’observai que les plantes n’ont pas seulement la faculté de corriger l’air impur en six jours ou plus, comme les expériences de M. Priestley semblent l’indiquer, mais qu’elles s’acquittent de ce devoir important dans peu d’heures de la manière la plus complète ; que cette opération merveilleuse n’est aucunement due à la végétation, mais à l’influence de la lumière du soleil sur les plantes ; qu’elle commence seulement quelque temps après que le soleil s’est élevé sur l’horizon et qu’elle est suspendue entièrement pendant l’obscurité de la nuit ; que les plantes ombragées par les bâtimens élevés ou par d’autres plantes ne s’acquittent pas de ce devoir, c’est-à-dire n’améliorent pas l’air, mais au contraire exhalent un air malfaisant et répandent un vrai poison dans l’air qui nous environne ; que la production du bon air commence à languir vers la fin du jour et cesse entièrement au coucher du soleil ; que toutes les plantes corrompent l’air environnant pendant la nuit ; que toutes les parties de la plante ne s’occupent pas de purifier l’air, mais seulement les feuilles et les rameaux verts ; que les plantes acres, puantes et même vénéneuses s’acquittent de ce devoir comme celles qui répandent l’odeur la plus suave et qui sont les plus salutaires, etc. »
Ingen-Housz venait ainsi de découvrir la force qui détermine la respiration des plantes ; cette force qui n’avait pas même été soupçonnée vient du soleil, c’est la lumière. Elle se dépense dans les feuilles qui l’absorbent et accomplit cet immense travail de régénérer l’atmosphère. Désormais le pas le plus important, comme aussi le plus difficile, était franchir mais il restait encore tout autant à faire. Les sciences ressemblent au tonneau des filles de Danaüs, chacun travaille à le remplir, aucun n’y suffit, parce que toute découverte dévoile un horizon nouveau et ne fait que reculer un but qui ne s’atteint jamais. Après Ingen-Housz, on dut se demander et on se demanda en effet quelle est cette altération de l’air que les animaux déterminent et en quoi consiste le remède que les végétaux y appliquent. C’est la chimie qui devait répondre, et, bien qu’il n’y ait pas spécialement travaillé, c’est Lavoisier qui donna la solution de ce nouveau problème. Il la trouva le jour où il démontra que les animaux absorbent l’oxygène, brûlent lentement les matières organiques dont ils se nourrissent et rendent par l’expiration une quantité d’acide carbonique contenant tout le charbon qu’ils ont dépensé. L’air vicié ou corrompu, comme l’appelaient Priestley et Ingen-Housz, était donc de l’air privé d’oxygène et chargé d’acide carbonique, et, puisque les plantes le purifient, cela voulait dire incontestablement qu’elles décomposent cet acide carbonique, dont elles gardent le charbon et dont elles restituent l’oxygène à l’atmosphère.
Au point où en était alors la chimie, il semble que tout le monde aurait dû deviner et proclamer cette explication. Il n’en fut rien, et il fallut encore de nouvelles expériences pour la découvrir. C’était un Genevois qui avait commencé cette longue campagne, et ce fut un autre Genevois qui eut l’honneur de la terminer. Il se nommait Sennebier ; il avait été l’ami de Ch. Bonnet ; il devait à son exemple d’avoir embrassé les sciences et. à ses conseils d’étudier les relations des plantes avec l’air. Il reconnut que les végétaux mis dans l’eau bouillie ne dégagent aucun gaz au soleil, mais qu’ils développent une abondante quantité d’oxygène quand cette eau a été préalablement chargée d’acide carbonique. Il en conclut que ce gaz est nécessaire à la respiration des plantes, qu’il est décomposé par elles, et il a eu ainsi la gloire de formuler la loi préparée et découverte déjà par ses devanciers. La question pouvait à bon droit être considérée comme résolue ; mais pendant ces travaux, qui avaient duré plus d’un demi-siècle, beaucoup d’erreurs s’étaient mêlées aux vérités acquises, et des assertions contradictoires laissaient planer des doutes sur divers points de détail. Une revue de tous ces phénomènes était nécessaire ; ce fut Th. de Saussure qui s’en chargea et qui, sans ajouter aucun fait capital au faisceau des connaissances antérieures, réussit à leur donner une confirmation expérimentale qui n’a plus été contestée depuis. Après ces célèbres expériences, il y eut un long repos. Physiciens et naturalistes semblent avoir regardé la question comme étant épuisée, et ils portèrent leurs préoccupations sur des sujets qu’ils croyaient plus fertiles. Cependant les travaux plus récens de MM. Daubeny, Draper, Cloës et Gratiolet, et surtout de M. Boussingault, sont venus successivement soulever des difficultés qui demeurent encore aujourd’hui pendantes ; mais je veux laisser de côté tout ce qui n’offre pas un intérêt de théorie générale : je ne parlerai ni de l’azote, que les végétaux semblent toujours dégager en même temps que l’oxygène, ni de certains gaz délétères tels que l’oxyde de carbone et l’hydrogène carboné que M. Boussingault vient de trouver parmi les produits de leurs exhalaisons, ni enfin des essais exécutés sans beaucoup de fruit pour apprécier l’influence spéciale des divers rayons solaires. Ce que je veux montrer, c’est qu’après les premières études qui viennent d’être racontées, nous nous trouvons en face d’une seconde partie bien autrement vaste et compliquée qu’il faut maintenant aborder. Il faut chercher ce que devient le charbon qui reste dans les végétaux après la décomposition de l’acide carbonique.
Pendant que l’atmosphère fournit le charbon aux feuilles, les rameaux y amènent l’eau qui a été puisée dans le sol, et il est naturel de penser que ces deux corps, en se rencontrant, vont se combiner mutuellement ; ils se combinent en effet et dans des proportions très variables : citons quelques exemples. Si 12 molécules de charbon se réunissent avec 10 molécules d’eau, elles peuvent donner naissance soit à la cellulose, qui constitue à la fois les vaisseaux et tout le squelette de la plante, soit à la fécule, que tout le monde connaît, soit enfin à la dextrine, qui est soluble et dont on fait quelquefois des sirops ; mais, suivant les circonstances et les organes, la proportion des deux corps peut changer, et avec elle les produits chimiques qui prennent naissance. Ainsi 12 molécules de charbon combinées à 14 molécules d’eau constituent le glucose ou sucre de raisin qui remplit les grappes mûres, et si de ce glucose on retranchait deux molécules d’eau, c’est le sucre de canne ou de betterave qui se formerait. En résumé, par des procédés qui nous sont inconnus, l’eau et le charbon se rencontrant dans les feuilles s’unissent chimiquement et produisent une multitude Infinie de composés, différens suivant les lieux, les organes, la nature, l’âge et les conditions extérieures du végétal.
Outre les substances dont nous venons de parler et qui sont composées de charbon et d’eau, les plantes créent encore une autre classe de matières qui sont caractérisées par un excès d’hydrogène. Ce sont les graisses, les huiles, les cires, les baumes, les essences, etc. D’où vient cet hydrogène ? Elles façonnent également des matières où l’on voit apparaître un quatrième élément, l’azote ; vient-il de l’atmosphère ? est-il puisé dans les engrais ? Ce sont là des questions qui touchent directement l’agriculture et sur lesquelles elle est obligée de consulter la chimie. Le savant qui les a le premier et le mieux traitées est M. Boussingault, et il se trouvait dans les plus heureuses conditions pour le faire, étant à la fois placé à la tête d’une grande exploitation agricole et rompu aux exercices les plus délicats de l’analyse chimique. La méthode qu’il emploie lui est toute personnelle ; elle est assez générale et assez féconde pour pouvoir se plier aux exigences de tous les cas particuliers. Voici en quoi elle consiste. On sème dans un sol préalablement analysé un petit nombre de graines dont la composition chimique a été déterminée, et on arrose avec de l’eau pure. Celle-ci disparaît presque totalement par l’évaporation, et une faible partie seulement se fixe. La plante grandit, gagne en poids, parce qu’elle prend de la nourriture dans l’air, et aussi parce qu’elle en demande au sol. Au bout d’un certain temps de végétation, on la cueille, et alors on mesure, par de nouvelles analyses chimiques : premièrement ce qu’elle a gagné de charbon, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote ; secondement ce que le sol a perdu de ces substances, c’est-à-dire ce qu’il a donné à la plante. La différence est due ou bien à l’air ou bien à l’eau. Cela revient à établir le compte, et finalement la balance des profits et des pertes.
L’application de cette méthode, aussi rigoureuse en sa conception que difficile en sa pratique, a révélé un premier fait du même ordre que la décomposition de l’acide carbonique. Toutes les plantes ont acquis un excès d’hydrogène qui ne leur vient pas du sol, ni de l’air, qui n’en contient pas ; il a été de toute nécessité emprunté à l’eau. Les plantes ne bornent donc pas leur action à séparer l’oxygène du carbone, elles dissocient aussi l’hydrogène et l’oxygène, gardant le premier, rendant le second. L’eau était de l’hydrogène brûlé, comme l’acide carbonique était du charbon consumé ; dans les deux cas, les plantes ont détruit les effets de la combustion en remettant les corps combustibles dans l’état où ils étaient avant d’être brûlés. En constatant cette action, finalement exercée sur l’eau, on n’a pas réussi à savoir quand elle s’effectue et dans quels organes elle s’accomplit.
Une deuxième conséquence ressort des analyses de M. Boussingault, c’est que toute plante arrivée à maturité a gagné de l’azote, qui se réfugie surtout dans ses graines ; comme cet azote peut venir ou de l’air qui le contient à l’état de liberté, ou des engrais que l’on a donnés au sol, il fallait installer des expériences spéciales pour en déterminer l’origine. Voici comment opéra M. Boussingault : il sema d’abord du trèfle dans un sol exclusivement constitué par du sable calciné et qui devait exclusivement fournir au végétal naissant des matières minérales et l’eau pure dont on l’humectait ; quant à l’azote, il n’en contenait point. Dans ces conditions exceptionnelles, le trèfle a néanmoins accompli toutes les phases de sa végétation, et finalement il avait acquis une proportion faible mais certaine d’azote qui venait nécessairement de l’air. Le topinambour donna le même résultat avec plus de netteté. Après avoir mûri, il contenait deux fois autant d’azote que la graine dont il provenait ; mais quand on essaya de reproduire l’expérience avec les céréales, et surtout avec le froment, on vit que l’azote de la graine s’était précieusement conservé, mais ne s’était aucunement augmenté.
Dans tous ces cas, la végétation des plantes était extrêmement pénible, aucune d’elles n’avait l’aspect de santé qu’on leur voit dans les sols riches ; le topinambour cependant souffrait moins que le trèfle, et celui-ci moins que le blé, qui ne put arriver jusqu’à donner des graines mûres. La raison en est évidente, l’azote manquait ; toutes les plantes le demandent, le blé l’exige, et quand elles ne le trouvent pas dans le sol, elles languissent et souvent elles meurent. Afin de confirmer cette conclusion, M. Boussingault soumit à une épreuve comparative trois pieds de soleils (helianthus) plantés dans trois pots identiques remplis de sable pur et arrosés d’eau pure. Le premier ne reçut pas d’engrais, mais on donna au second 8 centigrammes et au troisième 16 centigrammes d’azotate de potasse. Dès les premiers jours, les trois plantes accusaient la différence des traitemens auxquels on les avait soumises : la première languit et mourut, la deuxième se développa tout en restant chétive, mais la troisième était remarquable par sa bonne santé. À la maturité, la deuxième avait emprunté au sol 4 centigrammes d’azotate de potasse et la troisième, 8. Mais ce qu’il y eut surtout de remarquable, c’est que pendant sa vie la dernière décomposait deux fois plus d’acide carbonique que la deuxième. L’azote jouait ainsi ce rôle d’exciter les autres fonctions et de donner au sujet qui le reçoit ou d’enlever à celui qui en est privé la vitalité sans laquelle il n’agirait pas sur l’atmosphère.
Or, qu’on le remarque, une plante contient plus de la moitié de son poids de charbon et seulement quelques millièmes d’azote. À quoi donc sert dans la végétation cette substance qui lui est si nécessaire, bien qu’elle y soit introduite en si faible quantité ? M. Payen va nous l’apprendre. Suivant cet habile chimiste, tous les organes des végétaux commenceraient par une matière azotée analogue à la fibrine, à laquelle viendraient peu à peu s’ajouter les tissus cellulaires et fibreux qui, en la gonflant, produiraient la plante tout entière. Cette fibrine ne se détruit jamais, se retrouve dans tous ses organes, et serait ainsi le rudiment de toutes les parties de la plante, qui ne pourrait se développer sans elle, et par conséquent sans l’azote, qui en est la base essentielle. En résumé, les plantes sont composées de charbon, d’eau et d’hydrogène en excès ; elles contiennent en outre un quatrième corps simple, l’azote, qui s’y trouve en proportion très minime, mais dont la présence est essentielle à la vie. L’atmosphère fournit abondamment le charbon ; l’eau, c’est-à-dire l’oxygène et l’hydrogène, est donnée par les pluies ; l’azote est demandé au sol, et comme il y est rare, on l’y introduit sous la forme d’engrais : c’est la grande préoccupation de l’agriculteur, c’est la plus grosse, la plus inévitable et la plus productive de ses dépenses.
Malgré les connaissances sérieuses que nous possédons sur le sujet qui nous occupe, il est impossible cependant de ne pas constater en beaucoup de points l’insuffisance de nos informations. Ce qu’il y a de plus inexplicable au monde, ce qui doit le plus éveiller notre curiosité et solliciter nos recherches, c’est le grand fait physiologique dont j’ai raconté la découverte. Les chimistes ont admirablement étudié l’acide carbonique : ils connaissent toutes les propriétés qu’il possède ; ils peuvent prévoir toutes les réactions qu’il détermine ou qu’il éprouve dans toutes les conditions où il leur plaît de le placer ; ils n’ignorent aucune des circonstances qui lui donnent naissance ou qui le détruisent. Pourtant ils ne l’ont jamais vu se décomposant à froid sous l’influence de la lumière en présence d’une matière inorganisée quelconque, et ce qu’ils ne peuvent faire, la moindre feuille éclairée par le soleil le produit immédiatement avec une rapidité et une abondance qui tiennent le naturaliste en admiration. En dix heures, une plante aquatique donne quinze fois son volume d’oxygène : une seule feuille de nénufar en répand 300 litres pendant chaque été, et M. Boussingault, ayant lancé dans un vase rempli de feuilles de vigne, au soleil, un courant d’acide carbonique, ne recueillit à la sortie que de l’oxygène pur. Eh bien ! il nous faut l’avouer, ce fait si commun, si aisément accompli par les feuilles à chaque heure du jour, la chimie ne le comprend pas et ne peut l’imiter.
Si nous ne pouvons réussir à saisir et à imiter les conditions d’un fait relativement aussi simple et aussi bien défini, quel n’est pas notre embarras quand nous voulons analyser les phénomènes chimiques et physiologiques qui en sont la conséquence ? Nous voyons en effet trois corps simples, et rarement quatre, se combiner dans des rapports indéfiniment variables, pour donner lieu aux composés les plus nombreux et les plus différens ; le bois, l’amidon, les sucres, des huiles, de la cire, des baumes, des essences agréables à l’odorat et des matières infectes, des fruits savoureux et des poisons violens, des acides comme le vinaigre et des alcalis comme la quinine ou la strichnine, des matières colorantes ou incolores, et en général des substances dont la variété infinie dépasse tout ce que l’imagination peut rêver. Ce n’est pas sans effroi que nous mesurons la profondeur de notre ignorance en présence de phénomènes, aussi multipliés et dont le mécanisme nous échappe aussi absolument.
Il y a cependant des esprits mal disciplinés qui veulent tout expliquer, surtout ce qu’ils ignorent le plus. On a dit que les plantes contenaient probablement des composés d’acide carbonique et d’azote se formant la nuit et se dissociant le jour à la lumière ; on a dit également qu’il existe dans les feuilles vertes une sorte de ferment tirant son activité du soleil et qui a pour fonction de décomposer l’acide carbonique. Ces explications n’ont pas seulement le défaut d’être illusoires et conjecturales, elles sont fausses, car les feuilles pliées qui conservent la même composition devraient continuer les mêmes fonctions, ce qui n’est pas vrai. Il y a aussi toute une école de naturalistes qui se contentent d’attribuer les fonctions des végétaux à ce qu’ils nomment la vie, sorte de force inaccessible qui suffirait à tout expliquer par la seule vertu, de son nom ; ceux-là me paraissent renoncer à toute espèce de progrès scientifique, comme les dévots ignorans qui expliquent tous les phénomènes en disant que c’est Dieu qui les fait.. Sans nul doute, c’est Dieu qui a réglé le monde, mais il nous permet quelquefois d’en contempler les rouages. Sans nul doute, aussi, c’est la vie qui règle les fonctions des êtres ; mais il faudrait, avant de la proposer comme la cause finale et l’explication dernière des faits, savoir un peu ce qu’elle est et de quels ressorts elle fait usage. On voit à quelle faiblesse nous sommes réduits aussitôt que le terrain expérimental nous manque, alors que pour combler les vides de notre savoir nous essayons de nous accrocher aux hypothèses, aux forces inexpliquées et qui n’expliquent rien. Soyons vrais : nous ne savons pas, il faut l’avouer, ceindre nos reins et chercher !
Pour nous consoler de cet aveu, qui pourrait coûter à notre amour-propre, pour nous encourager dans nos travaux de demain, mesurons, en insistant sur leurs conséquences, l’importance des découvertes actuellement acquises. Si les plantes rendent l’oxygène, les animaux l’absorbent, et une compensation s’établit entre ces fonctions inverses. On pourrait la démontrer expérimentalement en enfermant sous une cloche un animal et une plante. Séparés, chacun d’eux mourrait, le premier en se noyant dans l’acide carbonique qu’il exhale, la deuxième parce qu’elle serait privée de ce gaz qui la nourrit. Réunis à l’obscurité, l’animal et le végétal se nuiraient au lieu de s’aider ; mais sous l’influence du soleil, la vie de l’un entretient celle de l’autre : l’animal, brûlant ses alimens, fournit de l’acide carbonique à la plante, et celle-ci rend à l’animal l’oxygène qui lui est nécessaire. Cette expérience serait en petit l’image du monde, et c’est ainsi que Priestley en a compris l’équilibre éternel. Rien n’est plus grand et plus beau que cette pensée, mais il faut la compléter. Si la cloche dont nous venons de parler était très petite, le moindre excès qui surviendrait dans la respiration de l’animal, ou la moindre interruption dans l’action du soleil, exagérerait la quantité d’acide carbonique, et ferait périr d’abord l’animal et ensuite le végétal. Sommes-nous donc exposés sur la terre à un pareil danger, et les végétaux nous sont-ils tellement nécessaires que nous devions cesser de vivre aussitôt qu’ils cesseraient d’agir ? Il ne le faut pas croire, et nous allons démontrer que cette crainte est vaine. La population humaine du globe peut être approximativement évaluée à un milliard d’individus, et l’on ne sera pas loin de la vérité en admettant que tous les autres animaux pris ensemble exercent sur l’atmosphère, par leur respiration, un effet égal à celui de trois milliards d’hommes adultes. Cela fait pour le règne animal tout entier une population équivalente a quatre milliards d’êtres humains. Or on a mesuré la quantité moyenne d’oxygène qu’un homme adulte consomme par jour, on peut donc calculer celle de la population totale du globe. Elle est très grande sans doute ; mais, d’un autre côté, la provision d’oxygène de l’atmosphère est plus grande encore. Elle est tellement supérieure à la consommation des animaux qu’il faudrait huit milliards d’années pour l’épuiser. En huit siècles il n’en manquerait que la millième partie, et si les végétaux cessaient leur action, il faudrait au moins deux mille ans pour que l’analyse chimique la plus précise réussît à apercevoir un changement dans la composition de l’air. Le service que les végétaux nous rendent est donc beaucoup moins immédiat que le pensait Priestley ; c’est un service à long terme, et nous pouvons sans ingratitude léguer notre reconnaissance à la postérité.
Mais la terre est bien vieille, et il n’est pas impossible que son atmosphère ait éprouvé depuis la création des changemens progressifs, devenus très considérables par la longue addition des siècles écoulés. C’est là une question très curieuse, qui a été traitée par M. Adolphe Brongniart, et que nous allons étudier avec lui. La terre recèle des masses énormes et pour ainsi dire inépuisables de charbon sous forme de houille, d’anthracite, de lignite et de tourbe, et l’on ne peut douter un seul instant que ces dépôts ne soient les dépouilles fossiles accumulées de végétaux innombrables. Or il n’y a pour une plante qu’une seule manière d’acquérir du charbon, c’est de le prendre à l’acide carbonique de l’air, et par suite, toutes ces masses de houille qui couvrent la Belgique, l’Angleterre,.une grande partie de l’Amérique, et qu’on retrouve en tous les points du globe, étaient autrefois répandues à l’état gazeux dans l’atmosphère ; elles y étaient combinées avec l’oxygène, et le globe à son origine était enveloppé d’une couche aériforme qui contenait de l’azote, beaucoup d’acide carbonique, peu ou point d’oxygène. Si l’on ajoute qu’à ce moment la terre était incandescente, on comprend que tout le charbon qu’elle contenait ait dû se brûler en effet à cette température au contact de l’oxygène.
Ainsi constituée, la terre s’est refroidie ; mais la composition de son atmosphère la rendait inhabitable aux animaux, puisqu’ils avaient besoin d’oxygène, et qu’il n’y en avait point, puisqu’ils se noyaient dans l’acide carbonique et l’azote, qui dominaient à ce moment. Aussi les premières couches des terrains de sédiment ne contiennent aucun animal. En revanche, la terre était aussi favorablement préparée à porter des plantes qu’elle l’était mal à nourrir des animaux ; alors elle s’est bientôt couverte des forêts luxuriantes dont les débris, en s’accumulant, ont composé la houille. On y retrouve toutes les espèces qui vivaient alors. C’étaient des prêles gigantesques, des fougères arborescentes comparables à nos chênes, et des cycadées qui dépassaient en hauteur tout ce que le règne végétal nous offre aujourd’hui de plus splendide. Et pendant que ces immenses dépôts se constituaient, l’oxygène, perpétuellement dégagé par l’action du soleil, enrichissait peu à peu l’atmosphère et préparait la naissance du règne animal. Bientôt on en vit les premières créations, qui ont varié d’âge en âge. À l’époque où les houilles se formaient, les forêts étaient peuplées de grands reptiles, animaux à sang froid à qui peu d’oxygène suffisait ; mais ce n’est qu’après la disparition à peu près totale de l’acide carbonique que la terre a vu apparaître les mammifères, dont la venue attendait une atmosphère plus riche.
Il y a des ignorans peureux qui demandent avec bonne foi ce que deviendront la terre et eux-mêmes quand l’homme aura brûlé toutes les houillères. Ce que nous deviendrons, bonnes gens, je vais vous le dire : la houille sera redevenue de l’acide carbonique, l’oxygène aura disparu, et les grands végétaux reviendront ; mais s’il est vrai, comme on essaie de nous le faire croire, que les espèces animales, se perfectionnant peu à peu, se soient élevées des formes primitives jusqu’à l’homme, le retour des élémens à leur point de départ devrait ramener l’homme à son origine par une dégénérescence inverse. Avoir eu des crocodiles parmi nos ancêtres, soit ; mais voir en perspective une postérité composée d’ichthyosaures, c’est la plus désespérante des métempsycoses !
Revenons aux choses sérieuses. Si nous ignorons le mécanisme des organes vivans, au moins connaissons-nous les fonctions qu’ils remplissent et pouvons-nous exprimer clairement le rôle qu’ils jouent dans le monde physique. Avec de l’eau et des matières azotées qu’ils prennent au sol, avec un gaz qu’ils recueillent dans l’air, les végétaux composent de la matière organique, qu’ils accumulent dans leurs tissus et qu’ils tiennent en réserve pour l’usage des animaux. Le règne végétal semble n’être qu’un grand laboratoire, qu’un atelier de production où toute plante a la même fonction, celle de constituer des matières aussi variées dans leur composition que le sont les formes de chacune d’elles. À ce caractère commun il faut en ajouter un autre, c’est que, recevant comme matières premières de l’acide carbonique et de l’eau, substances brûlées, les plantée savent en expulser l’oxygène et en extraire le charbon et l’hydrogène, auxquels elles restituent la propriété de pouvoir être de nouveau brûlés. Ces actions chimiques ont lieu dans leurs organes ; mais elles n’en sont que le siège : la cause est en dehors d’elles, elle vient du soleil.
L’animal a reçu une mission diamétralement opposée. Il ne crée pas, il détruit : au lieu de solidifier les gaz et les liquides, il les sépare et les rend à l’atmosphère ; enfin, loin de ramener les corps à l’état combustible, il les brûle. L’herbivore tire toute sa nourriture des plantes ; il en transforme une partie en eau et en acide carbonique, il accumule le reste dans ses propres organes. Le carnassier profite de ces réserves et achève de rendre à l’atmosphère ce que les végétaux en avaient extrait, ce que les herbivores en avaient conservé, et quelle que soit la classe à laquelle il appartienne, tout animal rejette par les voies naturelles une abondante provision de matière azotée qu’il répand sur le sol. C’est précisément cette matière que les végétaux reprennent, sans laquelle ils ne peuvent vivre, qu’ils savent élaborer, transformer, accumuler, et qu’ils rendent aux animaux après lui avoir restitué les qualités nutritives qu’elle avait perdues. Ainsi se ferme ce cercle admirable de transformations opposées et de services mutuels où nous voyons l’animal et le végétal échanger éternellement la même matière, celui-ci qui la recueille gazeuse, la désoxyde et la solidifie, celui-là qui la reçoit combustible et qui la disperse de nouveau après l’avoir brûlée. Priestley voyait dans les plantes des serviteurs prédestinés dont le devoir est de purifier l’air ; elles ont une autre fonction bien plus immédiate et nous rendent un service bien autrement prochain, celui d’extraire et de préparer nos alimens. Leur action sur l’air ne serait sensible qu’après une longue suite de siècles ; mais si une seule année de sécheresse anéantissait les fruits de la terre, une affreuse famine détruirait en quelques mois tout ce que le globe nourrit d’animaux.
C’est du soleil que nous viennent et la nourriture quotidienne, et la vie, et la force, et toute notre puissance. La lumière, les émanations chimiques, tous les rayons que cet astre nous envoie, sont des vibrations extrêmement rapides, analogues à celles qui produisent le son : c’est du mouvement, c’est de la force ; aussitôt qu’elle arrive sur les plantes, cette force est absorbée, elle disparaît, elle s’éteint. Mais aucune force ne s’éteint qu’à la condition d’avoir produit un effet, exécuté un travail qui en est l’équivalent. Or le travail qu’a fait la lumière absorbée par les feuilles, c’est de décomposer l’acide carbonique. Ainsi, ne l’oublions pas, il faut une somme donnée de force pour désunir une quantité donnée d’oxygène et de charbon ; c’est le soleil qui à chaque heure la fournit gratuitement.
Si maintenant nous mettons en présence cet oxygène et le charbon, et que, par une opération inverse, nous les combinions en brûlant ce charbon, ils produiront, en se réunissant de nouveau, toute la force qu’il avait fallu dépenser pour les séparer, c’est-à-dire tout ce que le soleil avait fourni. Ce sera de la chaleur, de la lumière, comme l’expérience le montre, et ce sera aussi de la force qui pourra être recueillie au moyennes machines à feu et employée à nos usages. Et qu’on veuille bien y réfléchir, c’est le soleil qui nous a préparé cette chaleur, cette lumière et cette force ; c’est ce qu’il a fourni aux forêts houillères à une époque où l’homme n’était pas créé que l’homme retrouve et qu’il dépense aujourd’hui.
Et ce qui est vrai de nos foyers inanimés se retrouve et peut se répéter dans ces foyers vivans que l’on appelle les animaux. Eux aussi brûlent des matières organiques, produisent de la chaleur qui élève leur température, et développent de la force et du mouvement : force qu’ils ne créent point, qu’ils doivent à cette combustion même, et au même titre que les machines à vapeur ; force antérieurement versée par le soleil dans les plantes, absorbée par elles, virtuellement conservée dans leurs productions qui sont nos alimens, que nous dégageons par la respiration et que nos muscles appliquent au gré de nos besoins et suivant notre volonté. Toute cette grande généralisation des phénomènes du monde est l’œuvre des chimistes et des physiciens modernes. Ce sont MM. Dumas et Boussingault qui l’ont dégagée les premiers ; c’est la théorie mécanique de la chaleur qui l’a complétée et démontrée ; mais déjà elle était tout entière dans la pensée de Lavoisier quand il écrivait : « L’organisation, le mouvement spontané, la vie, n’existent qu’à la surface de la terre dans les lieux exposés à la lumière. On dirait que la fable du flambeau de Prométhée était l’expression d’une vérité philosophique qui n’avait pas échappé aux anciens. Sans la lumière, la nature était sans vie : elle était morte et inanimée ; un Dieu bienfaisant, en apportant la lumière, a répandu sur la surface de la terre l’organisation, le sentiment et la pensée. »
Si pendant le cours régulier de son existence, un végétal accumule de la matière organique, il y a cependant, deux momens où il perd ce caractère essentiel et où il se comporte comme les animaux : c’est au commencement et à la fin de sa vie, quand il germe ou quand il se reproduit. Toute graine, outre l’embryon qui garde pendant de longues années le principe de la vie, renferme, une provision de matière organique destinée à la première nourriture de la plante naissante. Jetée sur un sol humide et chaud, elle germe ; sa radicule cherche dans le sol un point d’appui et des liquides ; la gemmule s’élève ; les feuilles séminales ou cotylédons se développent, et la plante rudimentaire se constitue en vertu de sa vie intrinsèque et transmise. Or, pendant cette première période, la provision de matières accumulées se divise en deux parts : l’une est brûlée par une sorte de respiration ; l’autre, éprouvant des actions chimiques compliquées, se transporte dans les organes et s’y fixe en les constituant. Tout se passe à peu près comme dans un animal et sans aucune intervention de la lumière ; mais après cette phase primitive, quand les organes respiratoires ont reçu leur premier développement, la plante attend les rayons du soleil pour continuer son évolution, et aussitôt qu’ils lui arrivent, elle s’incline vers eux comme pour les recueillir avidement, elle devient verte, et commence, pour ne cesser qu’à sa mort, cette décomposition de l’acide carbonique et cette accumulation de matière qui est sa fonction et pour ainsi dire sa prédestination.
Pour mieux étudier cette période de vie intrinsèque de la graine, M. Boussingault vient d’avoir l’heureuse inspiration de la prolonger en retardant indéfiniment l’action de la lumière. L’expérience a été faite sur des pois, dans un sol sans engrais. Après avoir germé, ils ont continué de croître, donnant naissance à une tige blafarde, grêle et rampante qui finissait par périr avant d’avoir porté des graines. Pendant toute cette période, ils ont mis en œuvre les matières organiques primitivement contenues dans la semence, et à mesure que leur vie se continuait péniblement, ils les dépensaient peu à peu pour la prolonger. Finalement, chaque plant avait perdu plus de la moitié du charbon que la graine avait primitivement apporté. Pendant que cette expérience se continuait à l’obscurité, d’autres pois semés au même moment étaient successivement transportés à la lumière. Dès lors, tout changeait, la vie propre se développait, et le végétal, pouvant enfin utiliser la nourriture que l’air contient, gagnait par jour, au soleil, à peu près autant de charbon qu’il en avait précédemment dépensé dans l’obscurité.
Tout se touche dans la nature : les végétaux dans la graine, les animaux dans l’œuf, paraissent accomplir les mêmes actes et se trouver dans les mêmes conditions. De part et d’autre, une masse de matière organique accompagne le germe ; l’œuf et la graine peuvent conserver plus ou moins longtemps le principe virtuel de la vie. Un peu de chaleur commence l’évolution, et, à partir de ce moment, la matière organique, absorbée par les tissus naissans, transportée par des vaisseaux qui se forment, prend sa place dans les organes qu’elle constitue. Pendant tout ce temps, la plante et l’animal vivent sur leur propre fonds sans rien prendre au dehors ; et, pour compléter l’analogie, brûlent une portion de leur matière propre. Bientôt, quand tout est épuisé, l’animal, déjà formé, est prêt à vivre, comme la plante, déjà dessinée, est prête à végéter, et un besoin commun se montre à ce même moment chez ces deux êtres : celui de trouver une nourriture extérieure. À partir de cet instant, toute analogie cesse, et la séparation des deux règnes commence. Le végétal crée et réduit, l’animal détruit et oxyde.
Poursuivons ces analogies. Dans toute fleur qui s’ouvre, la botanique vient nous montrer les organes de deux sexes opposés qui concourent, chacun avec son caractère, à la fécondation des germes. Or, à ce moment où la fleur semble emprunter cette fonction sexuelle de reproduction que l’on croirait être le privilège exclusif des animaux, elle les imite encore en brûlant les matières organiques par une active respiration. « Toutes les fleurs, disait Priestley, exhalent constamment un air mortel pendant le jour et pendant la nuit, à la lumière et à l’obscurité. » L’expérience journalière confirme cette assertion, et de Saussure a montré que ce gaz vénéneux est de l’acide carbonique. Enfin l’un de nos chimistes les plus justement renommés, M. Cahours, vient, dans un travail récent et complet, d’étudier toutes les circonstances de cette respiration des fleurs et des fruits.
S’il est vrai que cette combustion de matière organique, que cette dépense et cette perte de force soient nécessaires pour accomplir l’acte de la fécondation en lui-même, c’est dans les organes sexuels surtout qu’elles devront se produire. L’expérience en effet a confirmé cette prévision, et l’on a reconnu même que c’est l’étamine, l’organe mâle, qui dépense le plus. Ce fait important ne s’arrête pas là. Toute combustion dégage de la chaleur : c’est à leur respiration que les animaux doivent leur température élevée, et il est de toute nécessité que les étamines et les pistils s’échauffent, puisqu’ils respirent. La question était de trouver des thermomètres assez sensibles et une plante convenable. La première qui ait permis de constater l’élévation de température est un végétal que l’on n’avait jamais soupçonné d’une pareille ardeur, le potiron. Ses fleurs sont larges, on a pu y Introduire des thermomètres à air ; les unes sont mâles, les autres femelles, et celles-ci se montrent plus froides que celles-là.
Cependant les courges, les melons et les potirons s’échauffent fort peu, et l’on peut dire qu’ils ressemblent à des animaux à sang froid ; il est des plantes qui imitent les animaux à sang chaud, ce sont les Arums. L’un d’eux, l’Arum maculatum, qu’on trouve abondamment dans les haies, est enveloppé d’une feuille enroulée qui enferme la fleur dans une chambre et qui empêche la chaleur de se dissiper dans, l’espace. Voici le singulier phénomène qu’ont observé Lamarck, Sennebier, Bory de Saint-Vincent et de Saussure lui-même. Habituellement l’Arum est froid, mais à un moment donné qu’il faut guetter et savoir saisir, la plante s’élève de 7 à 8 degrés au-dessus de la température de l’air. Hubert, observateur très sagace, réussit à introduire un petit thermomètre très sensible, tantôt au milieu des étamines, qui s’échauffèrent de 22 degrés, tantôt entre les pistils, qui produisaient une action moitié moindre. Les autres parties de la plante n’accusaient aucune action spéciale. À force de soins et de surveillance, de Saussure surprit quatre Arums dans le moment où ils étaient échauffés, il les mit sous une cloche de verre remplie d’air. Aussitôt elle se couvrit d’une buée qui s’attachait aux parois, il y eut une grande absorption d’oxygène et une production correspondante d’acide carbonique. Far son action chimique et par l’énergie de cette action, la plante était comparable à un rat. Une autre fois, de Saussure décomposa la plante en diverses parties qu’il étudia séparément : les organes sexuels consommèrent 132 mesures d’oxygène et le reste de la fleur en prit seulement 30.
Après la fécondation, le fruit commence à se développer et la plante à le nourrir. Non-seulement elle lui fournit la matière qui s’accumule en ses tissus, mais elle lui en donne une quantité plus grande encore et qu’il brûle par une respiration qui lui est propre ; Toute la vie du végétal semble alors exclusivement consacrée à l’accomplissement de ce dernier devoir, nourrir le fruit. À cette tâche il s’appauvrit ; la betterave et la canne dépensent tout le sucre qu’elles possédaient, toutes les plantes épuisent les provisions qu’elles avaient accumulées à l’époque de leur jeunesse, et quand le fruit est mûr, le végétal, s’il est annuel, est réduit à un squelette desséché, et s’il est vivace, il s’endort dans le repos de l’hiver pour reprendre des forces et pour recommencer l’année suivante sa fonction providentielle.
L’étude qu’on vient de lire, outre les questions de détail que je voulais examiner, contient une grande vérité par laquelle je veux conclure, c’est que notre terre ne se suffit pas, parce qu’il lui manque la force ; mais elle la reçoit du soleil, qui la lui verse sous la forme de rayons. Grâce à cet emprunt, la vie se transmet sur le globe sous deux formes antagonistes, la vie végétale, qui accumule la force en créant de la matière organique, et la vie animale, qui dépense et dissipe ce que le soleil fournit, ce que les végétaux absorbent et conservent.
J. JAMIN.