Que peut faire l'enseignement supérieur ?

La mission de l'enseignement supérieur est bien compliquée, mais on aurait intérêt à bien identifier les objectifs, avant de décider d'enseignements, voire de les dispenser.

Et pour cet enseignement, je crois utile de distinguer différents destinataires :
- les "curieux"
- les "conducteurs de voiture"
- les "mécaniciens"
Je me propose ici de tourner autour de cette question en considérant une idée élémentaire : le pH d'une solution diluée d'acide acétique.

1. Pour les curieux

Commençons par les premiers, ces "étudiants" qui veulent être au fait des connaissances et des compétences. J'ai ainsi rencontré un garagiste, à Québec, qui allait à l'université après son travail en fin de journée. Le recevoir était une "mission" de l'université. On se souvient aussi que le physicien Pierre Duhem, à Bordeaux, avait organisé des cours qui faisait venir la ville à l'université  : cela fait partie de la mission de l'université, également, que de diffuser des connaissances justes sur le monde. Et cette initiative de Duhem n'est guère éloignée des Friday Evening Discourses ou des Christmas Lectures organisés par le chimiste anglais Michael Faraday, à la Royal Institution, à Londres : des conférences assorties d'expérimentations.
Car il est important que le public puisse comprendre les évolutions scientifiques, technologiques et techniques, afin de les "accueillir", notamment par l'intermédiaire de ses "députés", lesquels sont mandatés pour décider des modalités de cet accueil (ou d'un rejet, le cas échéant). Un état ne peut confier à des entreprises privées (journaux, radios ou télévisions privées) le soin de le faire, quand bien même les journalistes seraient parfaitement compétents et intègres.
Et pour le pH de la solution d'acide acétique ? La notion de pH (qui mesure l'"acidité") est presque dans le langage courant, mais avec un flou qui mérite d'être levé. Certes, les solutions d'acide acétique sont peu visibles dans la vie quotidienne... mais n'y a-t-il pas des "acidifiants", parmi ces "additifs alimentaires" qui suscitent souvent du rejet ? N'y a-t-il pas du mystère derrière l'utilisation du vinaigre blanc, dans des applications domestiques ? Pourtant, on aurait intérêt à savoir que l'utilisation de ce produit (sans danger pour notre santé) risque de dissoudre un dessus de cheminée en marbre, par exemple. Inversement, le pH d'une solution de cet acide acétique peut être supérieur à celui d'une framboise, ce qui signifie qu'une framboise peut être plus acide qu'une solution d'un tel acide.
Et, à ce propos d'acidité, je propose d'avoir en tête deux épisodes dont je peux témoigner personnellement :
- un ami physicien qui avait eu une batterie de voiture renversée dans son coffre avant lavé à grande eau... diluant l'acide (sulfurique, dans ce cas), et exposant le métal à de l'acide, qui pouvait attaquer la carrosserie ; il fallait au contraire ajouter du bicarbonate pour neutraliser l'acide !
- ayant fait coaguler un oeuf par de l'acide, puis ayant neutraliser cet acide à l'aide d'une base, j'avais donc obtenu un oeuf coagulé et sans acidité (ni basicité)... mais personne, dans mon laboratoire, n'a accepté de le goûter, alors même que les acide et base utilisés étaient de qualité alimentaire.
Preuve que la notion de pH n'est pas "citoyenne".
En pratique ? Il est évidemment hors de question d'imposer à ce groupe d'être capable d'établir le calcul du pH d'une solution diluée d'acide acétique, notamment dans la mesure où il n'y a pas de nécessité de le faire. Il n'est pas non plus question d'imposer à ce groupe d'être capable de calculer le pH de telles solutions. D'ailleurs, il est hors de question d'imposer quoi que ce soit, car c'est l'enseignement supérieur qui est demander, et c'est en quelque sorte lui qui devrait être évalué sur l'efficacité de son dispositif.


2. Les conducteurs de voiture, maintenant ? 

Un conducteur de voiture, c'est un utilisateur de la voiture, qui ne veut pas mettre les mains dans le cambouis. Il veut s'installer dans la voiture, l'utiliser pour aller d'un point à un autre, et ne pas passer de temps à des réglages mécaniques.
Pour le pH de solutions d'acide acétique, ce peut être un technicien qui devra utiliser de telles solutions, notamment dans l'exercice de sa profession : installateur de piscine, technicien dans l'industrie alimentaire, dans l'industrie cosmétique, etc.
Cette fois, il peut être question de préparer une telle solution ou de comprendre ce dont il s'agit, pour la distinguer d'une autre solution qui aurait d'autres propriétés ou d'autres effets, par exemple.
De ce point de vue l'enseignement supérieur doit s'efforcer de faire que les conducteurs de voiture puisse connaître le résultat du calcul, qu'ils sachent l'utiliser dans des cas pratiques, en connaissant les conditions de l'application du calcul.
En pratique, je vois certains étudiants sortir de licence en sachant me dire pH = 1/2 (pKa + pc), et je m'en réjouis. Mais j'en vois aussi qui ne se souviennent pas de cette formule, et je déplore qu'ils aient appris quelque chose qu'ils ont oublié, parce que, alors, à quoi bon l'avoir appris ? [en supposant évidemment que l'on ait bien fait de choisir de leur enseigner cela@
Et, pour le premier groupe, qui sait la formule, j'en vois qui l'appliquent dans des cas où elle ne s'applique pas (une solution concentrée, par exemple), et il faut conclure que les connaissances + compétences sont insuffisantes.
Au fait, pour ce groupe, ne doit-on pas considérer que l'établissement de la formule est inutile ? D'ailleurs, on constate que les étudiants de ce groupe ne savent pas faire cet établissement, et, au fond, il faut distinguer, dans cette affaire, plusieurs étapes :
- poser clairement le problème : soit une masse m d'acide acétique, que l'on met dans une masse M d'eau
- savoir la formule chimique de l'acide acétique
- décrire le phénomène d'ajout de l'acide acétique à de l'eau, avec notamment la libération d'un ions hydrogène (et la formation simultanée d'un ion acétate)
- savoir qu'il y a, dans toute transformation, des "conservations" : conservation de la masse, conservation de l'énergie, conservation de la charge éléctrique
- savoir utiliser ces idées de conservation pour établir trois équations
- savoir résoudre le système de trois équations pour déterminer la concentration en ions hydrogène
- et déterminer le pH
On voit que, pour les conducteurs de voiture, les dernières étapes ne sont pas indispensables... d'autant que ces étudiants ne sont pas ceux qui sont les plus compétents en "calcul" (un euphémisme), peut-être parce qu'on n'a pas réussi à le leur faire aimer au point que ce soit un plaisir de s'y livrer.

Et j'insiste un peu : je crois vraiment à cette dernière observation, que je vois comme une critique de l'enseignement, et, notamment, de l'enseignement supérieur.
Je renvoie à ce propos à un autre billet où j'expliquais que, enfant passionné de chimie, et alors même que j'avais d'excellents résultats en mathématiques, je "voulais" faire la différence entre la chimie, l'expérimentation, et le calcul mis en oeuvre en chimie, qui me semblait étranger à la chose. Je parle de moi, mais le cas est général, et l'on voit de nombreux étudiants se réfugier en "chimie" pour "faire de la science sans avoir à faire des mathématiques", expression idiote qui dénote une pensée un peu gauchie, voire tordue.
Il faut dire, répéter, que la chimie est une science de la nature, et qu'elle tient sur deux pieds : l'expériementation et le calcul (disons la théorie, et, plus exactement, la théorie parfaitement quantitative, algébrique, puisque c'est exactement cela que sont les sciences de la nature). Mieux encore : de la "chimie" sans calculs (algébriques, numériques, etc.), ce n'est pas de la chimie, mais une sorte d'activité technique qui n'a guère de chances d'atteindre les objectifs des sciences de la nature, à savoir explorer les mécanismes des phénomènes. Nous ne sommes plus au 18e siècle, et il faut accueillir avec enthousiasme que les sciences de la nature soient enfin quantitatives, algébriques ou autre.


3. Arrivons enfin aux mécaniciens. 

Pour ce qui concerne le calcul du pH d'une solution diluée d'acide acétique, notamment,  il s'agit cette fois que tout le cheminement indiqué précédemment (les étapes qui conduisent à la détermination d'une valeur numérique du pH d'une solution particulière, en passant par la résolution des équations qui auront été établies) puisse être maîtrisé. C'est l'objectif des étudiants d'arriver à cela, et c'est l'objectif de l'enseignement supérieur que les étudiants arrivent à cela.
L'objectif étant commun, observer que cet objectif est commun ne devrait-il pas faciliter la tâche des uns et des autres ?
D'ailleurs, dans un tel cas, à quoi bon une "évaluation" ? Au fond, les étudiants n'ont pas besoin d'une autorité extérieure pour savoir si oui ou non ils ont été capables de faire le travail. Et cette nouvelle observation devrait conduire à des relations différentes entre les étudiants et les professeurs... dont la tâche est de mener une recherche pour être en mesure de montrer aux étudiants l'état le plus avancé de la connaissance.

En restant à la question du pH de solutions diluées d'acide acétique, sommes-nous hors du cadre d'un tel travail ? Certainement pas ! D'une part, alors que les cours de chimie des solutions s'évertuaient enseigner à calculer des ordres de grandeur, à négliger des quantités, etc., l'emploi de logiciels de calcul formel permet aujourd'hui de résoudre en un clic des systèes d'équations. Il devient donc essentiel que des calculs tels que celui du pH puissent servir d'entraînement à l'emploi de tels logiciels.
Mais, surtout, le calcul numérique s'est imposé en physico-chimie, et il faut en transmettre l'idée, les compétences. Pourquoi ne pas prolonger les calculs élémentaires par des modélisations qui se feraient à propos de l'acide acétique ? D'autant que ce composé peut faire des dimères dont la structure, la stabilité peuvent être explorés aussi. Et ainsi de suite... en n'oubliant pas cet article d'il y a quelques années et qui montrait que les molécules de D-glucose s'associaient, en solution diluée. Et pour l'acide acétique ?

Bref, nous devons bien définir nos enseignements, en fonction de nos interlocuteurs. Pour les solutions d'acide acétique comme pour tout ce que nous enseignons !

L'activité de l'eau ?

On me parle d'activité de l'eau, ce qui se note classiquement aw, en sciences et technologie des aliments... Mais il faut que je dise ici que je n'ai jamais été tellement convaincu par cette mesure qui vise surtout, de façon pratique, technique, à envisager des questions de conservation.

D'une part, il y a effectivement cette question de conservation que je considère très peu personnellement, parce que c'est une question technique et non pas une question scientifique.

Et d'autre part, l'activité de l'eau mesure la pression partielle de l'eau au-dessus d'un aliment, et c'est une mesure très globale, qui ne tient pas compte du fait que les aliments puissent être compartimentés.
Imaginons par exemple une peau très humide et très mince, autour d'une partie centrale très sèche : alors l'activité de l'eau serait élevée... pendant un temps très cours. Puis, l'eau externe étant évaporée, l'activité de l'eau deviendrait très faible, pour le même aliment.

Alors à quoi bon ? Ou, plus exactement, pourquoi pas une mesure de l'activité de l'eau, mais à quelle fin ? Pour un déduire quoi ?

Que faire une carcasse de volaille quand on a enlevé les suprêmes et les cuisses ?

Quand on a servi un poulet, pintade, un canard, un chapon, une oie,  il reste une carcasse, et c'est un merveilleux usage que de la faire brunir dans une casserole avec un peu d'huile, avant d'ajouter de l'eau et de cuire longtemps à couvert : on obtient ainsi un merveilleux fond de volaille, que l'on peut ensuite utiliser comme liquide de mouillement ou réduire pour produire la base d'une sauce.

Cependant, il subsiste toujours un peu de chair adhérentes, et, si l'on est patient, après longue cuisson dans l'eau, il est possible de la séparer des os, et de la mixer ensuite avec le bouillon : on obtient ainsi une délicieuse purée ou une sauce un peu épaissie.

Une bûche de légumes, pour Noël

 Une bûche de légumes ? Il y a des questions qu'il vaut mieux bien analyser, avant de plonger dans une réponse. Et puis, ne gagnons-nous pas toujours à prendre un peu de hauteur, pour mieux voir le paysage ?

Aujourd'hui, la question qui m'est adressée est la suivante :

Je souhaiterais faire une bûche de légumes. Pour ce faire, j ai besoin d'utiliser un gélifiant qui me permette de réchauffer ma bûche, sans qu'elle ne s'effondre.

 

Immédiatement, j'avais la réponse, mais ma grande candeur me fait penser que ceux qui veulent la réponse accepteront un détour par le sommet où nous grimperons pour mieux embrasser le paysage, et non pas seulement "la" réponse, mais "des" réponses. Pas certain que j'aie raison de penser ainsi.

Qu'importe ! Après tout, je fais ce qu'il me plaît, et qui m'aime me suive.

Donc partons de légumes : ce sont des tissus végétaux, à savoir des assemblages de cellules, avec, donc, le liquide intracellulaire dispersé dans un réseau solide. C'est exactement un gel, selon la définition de l'Union internationale de chimie pure et appliquée ! Je le répète de façon plus simple : un légume, c'est un gel.

Mais un légume ne fait pas une bûche tout entière, et j'entrevois que mon correspondant pense à assembler plusieurs légumes: des carottes, des petits pois, des oignons, des asperges, que sais-je, en une pièce qui a la forme d'une bûche.

Et il faut donc une colle, un ciment, entre les différentes pièces.

Une colle ? Oui, une colle comestible, telle une solution de gélatine, que l'on utiliserait classiquement pour un bavarois, par exemple. Mais les solutions de gélatine fondent à la chaleur, et notre correspondant souhait manifestement faire un bûche chaude. Il faut donc une colle qui tienne à la chaleur. De quelle nature peut-elle être ? Observons que la gélatine est une protéine, et que nous pourrions chercher tout d'abord des protéines qui se lieraient sans se défaire à la chaleur... Mais n'est-ce pas le cas des protéines de l’œuf ?

La solution est donc toute simple : on met dans un moule en forme de bûche les légumes, et l'on ajoute de l’œuf ; puis on cuit, pour faire prendre coaguler les protéines de l’œuf. Et là, dans cette option, on peut faire de l’œuf battu, du jaune d’œuf pur, du blanc d’œuf pur... mais aussi de l'eau additionnée de protéines d’œuf si l'on dispose de cet ingrédient. Et puis, il y a d'autres protéines : dans les viandes, les poissons, les crustacés, n'est-ce pas ? Broyons de la viande, du poisson ou des crustacés crus, puis, dans le procédé évoqué précédemment, remplaçons l’œuf par ces préparations, qui, comme quand on fait une terrine, feront le ciment voulu.

Là, nous étions au royaume des protéines, mais il y a d'autres polymères qui peuvent se lier et former un gel, où les morceaux de légumes seraient emprisonnés. Par exemple les polysaccharides.

Et c'est ainsi que la bûche pourrait tenir si l'on mettait les légumes dans une sauce blanche un peu épaisse. Ou bien si l'on utilisait de l'agar-agar : cette fois, il faudrait dissoudre l'agar-agar (une poudre blanche, on la trouve en supermarché grâce aux propositions que j'ai faites il y a 40 ans, de la "cuisine moléculaire) dans une solution aqueuse (du jus de légume, par exemple), puis chauffer ; on coulerait cette solution autour des légumes, dans le moule, et l'on obtiendrait la gélification, au refroidissement. Et ce gel là tiendrait au réchauffement.

Mais il y a bien d'autres solutions : avec les alginates, avec des carraguénanes, etc. Et j'ai encore bien des idées en réserve, mais inutile de faire trop long.

Bref, pour répondre à la question, il s'agit de faire un gel thermorésistant, et d'y placer les légumes.

Il y a bien peu de différence entre des gougères et des tuiles.

 Que faire de blanc d'oeuf qui reste après qu'on a utilisé le jaune pour lier une sauce ou pour faire une crème anglaise par exemple ?

Je vous invite à y ajouter un peu de farine et de parmesan pour obtenir une pâte que l'on pose sur un papier sulfurisé et que l'on cuit à 200 degrés au four.

Selon la consistance de la pâte, on obtient soit une préparation qui s'étale, une tuile, soit une petite masse qui souffle comme une gougère.

On peut  évidemment ajouter du beurre fondu et à la préparation initiale, ou encore du poivre, de la noix muscade pour rehausser le goût du fromage, etc. ;  on évitera le sel parce que le parmesan en contient déjà et l'on aura des préparations délicieuses.

Mais on observera surtout qu'il y a  une parenté entre une masse qui gonfle parce que la pâte se tient à la cuisson et une masse qui s'étale, parce que sa viscosité est supérieure.

Bien sûr, la préparation qui souffle diffère d'une gougère par l'absence de jaune d'oeuf : dans les gougères, il s'agit d'une pâte royale (ce que certains hommes fautivement pâte à choux) avec de l'eau, et pâte à la reine, avec  du lait.

En tous cas, pour la préparation soufflée au parmesan, l'absence du jaune n'est pas de rédhibitoire loin de là.

Les protéines et l'acidité

 
Pour expliquer les questions de chimie, j'ai fini par comprendre que rien ne vaut le recours à l'expérience.

On m'interroge "Quel est l'effet du pH sur les protéines en solutions aqueuses ?"
 
Pour répondre à cette question, rappelons d'abord que le pH est une mesure de l'acidité, ou, inversement, de la basicité. Entre 0 et 7, une solution est acide, et elle est basique si le pH est entre 7 et 14.

Et je préfère donc reformuler ainsi la question : si des protéines sont dissoutes dans de l'eau, comment se comportent-elles quand on change l'acidité ?

Expérimentalement, commençons, par exemple par mettre un œuf dans de la cendre,  comme le font les asiatiques pour produire des "oeufs de longévité", ou "oeufs de 100 ans" : après plusieurs semaines, le blanc d'œuf est coagulé.

Pour interpréter cette expérience, il y a lieu de savoir que le blanc d'oeuf, tout d'abord, et une solution de protéines. Puis ajoutons que les cendres contiennent souvent de la potasse, ou hydroxyde de potassium, un composé basique.

Une expérience complémentaire consiste à mettre un œuf dans du vinaigre. Cette fois, après que le vinaigre a attaqué le calcaire de la coquille, qu'il l'a dissoute, on voit progressivement le blanc coaguler, sous l'action de ce vinaigre qui lui, est acide.

 Autrement dit, cette solution aqueuse de protéines qu'est blanc d'oeuf, fait de 90 % d'eau et de 10 % de protéines, coagule parce que les protéines sont "dénaturés", soit par les acides, soit par les bases.  
 
 Dénaturées ? Il faut expliquer que les molécules des protéines sont parfois comme des pelotes. Et la "dénaturation" désigne tout changement de l'enroulement.

Évidemment, l'expérience qui est proposée ici ne vaut pas seulement pour les protéines du blanc d'oeuf: on peut la faire avec les protéines du jaune, par exemple, ou les protéines du lait. Par exemple, si l'on verse un jus de citron sur du lait chaud, on le voit "cailler", coaguler en formant non pas un gel régulier mais de petits agrégats.

Ces réactions se généralisent à d'autres protéines, notamment les actines et les myosines qui forment l'intérieur des fibres musculaires dans les viandes et les poissons

Plus en détail, reprenons l'idée donnée plus haut, à savoir que  les protéines sont des composés dont les molécules peuvent-être, pour les protéines globulaires notamment, comme des fils microscopiques repliés sur eux-mêmes en pelotes.
Pour nombre d'entre elles un changement de pH conduit à l'apparition de charges électriques, et  les répulsions entre charges électreiques de même signe conduisent à un débobinage de la structure moléculaire.
Quand les protéines contiennent des résidus d'acide aminés appropriés (notamment des résidus de cystéine), alors les protéines peuvent se lier par des liaisons chimiques nommées ponts disulfures, comme ceux qui sont créés quand on cuit du blanc d'œuf.
Mais, en réalité, la coagulation met en œuvre toute une série de liaison chimiques différentes : liaisons hydrogène, interactions hydrophobes, forces de van der Waals, forces électrostatiques...

Les plus férus de chimie observeront que je n'ai pas parlé ici de pI, de point isoélectrique : c'est parce que je préfère me consacrer au gros plutôt qu'aux détails et que d'autre part, les matières considérées en cuisine sont souvent des mélanges de nombreuses protéines qui ont des points isoélectriques particuliers, de sorte qu'il aurait fallu rentrer dans trop de détails pour arriver à une explication un peu utile.

Que retiendra donc ...

 

Je me souviens avoir été invité par un journaliste pour un entretien radiophonique d'une belle longueur ; avant de commencer, je lui avais demandé : « Que voulez-vous que les auditeurs retiennent ? »  Et j'avais été étonné de la réponse : "On verra bien".

Cet étonnement s'est répété hier alors que j'organisais un séminaire et que je demandais à l'intervenant qu'elle était en une phrase la teneur essentielle du message qu'il voulait transmettre : mon collègue n'avait pas de réponse à cette question, et il s'était contenté de réunir les éléments qu'il allait présenter dans un ordre que je n'ai pas compris ensuite.

Je ne peux m'empêcher de penser que sa présentation présentait un baroquisme non structuré, et qu'elle a été  difficile à suivre et difficile à digérer.

Cela me ramène à cette question de la colonne vertébrale, cet axe solide, qui  nous fait tenir debout.
Sans lui, nous ne serions qu'un tas de viande, informe.

Et c'est à ce titre que j'interroge souvent mes jeunes amis à propos de leur colonne vertébrale intellectuelle.

Qu'il y ait un discours, qu'il y ait un travail, qu'il y ait tout une vie même, quelle est la colonne vertébrale ?


Revenons à l'idée d'un séminaire pour lequel le seul nom indique la fonction : il s'agit de distribuer des graines, de petits éléments d'information ou de savoir, qui pourront ensuite germer.

Voilà a minima la réponse qu'il aurait fallu donner, et cela cela aurait conduit à identifier ces graines clairement.
Bien sûr, on peut vouloir semer des graines différentes, dans l'espoir que plusieurs d'entre elles écloront, mais je comprends aussi qu'il est légitime de se demander, quand on est de l'autre côté de la barrière comment tout cela est ordonné, d'où tout cela procède, pourquoi ces graines-là et pas d'autres.

Non seulement la clarté est la politesse de ceux qui s'expriment en public, mais on n'oublie pas qu'il s'agit de parler à nos interlocuteurs, non pas pour soi-même ; nous nous adressons à autrui pour qu'il puisse  recevoir, comprendre le message que nous délivrons. Bref, il y a des questions à se poser avant de préparer un séminaire.