Hydrolyse ? Caramélisation ? Ce sont des choses bien différentes

Quand on apprend la chimie, on rencontre notamment la réaction d'hydrolyse à côté de la réaction d'estérification, c'est-à-dire de formation d'esters. 

Commençons donc ainsi, en prenant un exemple : si nous mettons de l'éthanol (ce que l'on connaît sous le nom d' "alcool absolu") en présence d'acide acétique (l'acide qui fait l'essentiel de l'acidité du vinaigre), un chauffage conduit à une "réaction" : des atomes d'oxygène et d'hydrogène sont éliminés sous la forme de molécules d'eau (évaporation), tandis que l'on forme un composé de la famille des "esters", en l'occurrence de l'acétate d'éthyle. 

Cet ester est composé d'un "résidu" d'acide et d'un "résidu" d'alcool : le mot "résidu" indique simplement que, dans les molécules de l'ester, on retrouve des atomes enchaînés presque comme dans l'acide, ou presque comme dans l'alcool. 

 Et cet ester peut ensuite être dégradé de mille façons, mais l'une d'entre elle est l'hydrolyse, qui consiste simplement à le chauffer en présence de beaucoup d'eau : les molécules d'eau apportent des atomes d'hydrogène et d'oxygène qui viennent déranger la liaison chimique qui s'était établie entre le résidu d'alcool et le résidu d'acide... et cela forme l'acide acétique et l'alcool éthylique. 

 

Plus généralement maintenant 

Pourquoi ce mot "hydrolyse" ? Dans le mot, il y a hydro, l'eau, et lyse, décomposer. 

Un autre exemple de réaction d'hydrolyse, un peu plus compliqué, mais du même type, se retrouve à propos des triglycérides, ces composés qui constituent les huiles et les autres graisses alimentaires. 

Quand on hydrolyse un triglycéride, en le chauffant dans l'eau dans des conditions appropriées, alors on récupère du glycérol (qui est un alcool) et trois acides gras (qui sont des acides). 

C'est cela, cette réaction qui fut tant étudiée par Michel-Eugène Chevreul quand il chercha la composition des graisses. 

Mais il y a bien d'autres hydrolyses : par exemple, quand on chauffe de l'amidon dans l'eau. Dans l'amidon, on trouve deux sortes de molécules, à savoir des molécules d'amylose et des molécules d'amylopectine. Les premières sont des longues chaînes dont les "anneaux", ou "maillons", sont des résidus de glucose. Les secondes sont analogues, mais ramifiées. 

Et quand on les chauffe, notamment en présence d'acide, alors elles sont hydrolysées, perdant progressivement des "maillons" que sont des molécules de glucose. 

Là encore, il faut que des molécules d'eau apportent des atomes d'hydrogène et d'oxygène, et la réaction de décomposition est une hydrolyse. 

Un autre type d'hydrolyse, l'élimination bêta des pectines. Les pectines sont également de longues chaînes, mais les "maillons" sont différents : ce sont principalement des résidus d'acide galacturonique. Et quand on chauffe les pectines en milieu acide, alors des molécules d'acides galacturoniques se forment, tandis que la chaîne est dégradée... ce qui conduit à l'amollissement des tissus végétaux où se trouvent les pectines (mais c'est là une autre histoire). 

Bref, il y a une foule de réactions d'hydrolyse possibles dans les aliments. 

 

Pour en venir au saccharose 

Le saccharose, tout d'abord ? C'est un composé de la famille des saccharides, et plus exactement c'est un disaccharide, puisque composé d'un résidu de glucose lié chimiquement à un résidu de fructose. 

Il est notamment produit par les plantes, et nous le connaissons bien sur nos tables, puisque le sucre de table, souvent extrait de la betterave ou de la canne à sucre, quand il est blanc, est du saccharose pur à 99 %. 

Chauffé, le saccharose peut se décomposer de nombreuses manières selon les conditions dans lesquelles la décomposition se fait. 

Par exemple, quand il est chauffé dans de l'eau acidifiée, alors il peut être hydrolysé, c'est-à-dire que les deux résidus de glucose et de fructose se séparent et que des atomes l'hydrogène et l'oxygène de l'eau viennent former du glucose et du fructose. 

Je le répète, cela nécessite une activation acide, par exemple. Et j'ajoute que, quand la température est suffisante, l'hydrolyse se fait rapidement, avec une règle approximative, qui est que la vitesse de réaction double tous les 10 degrés : autrement dit, à 110 degrés, l'hydrolyse se fait deux fois plus vite qu'à 100 degrés. 

On notera que cette hydrolyse ne se voit pas : le glucose et le fructose, dans l'eau, forment des solutions incolores et transparentes, tout comme le saccharose. En revanche, la sucrosité de la solution change, le glucose étant bien moins sucré que le saccharose, alors que le fructose l'est environ deux fois et demie plus. 

Pourquoi cette réaction est-elle importante, en cuisine et en pâtisserie ? Parce qu'un sirop de saccharose qui a été partiellement hydrolysé cristallise bien plus difficilement : quand le saccharose est pur, sa cristallisation correspond à l'empilement régulier des molécules, dans les trois directions de l'espace, comme des cubes bien assemblés ; en revanche, la présence de molécules de glucose et de fructose, qui peuvent se lier aux molécules de saccharose, vient déranger la cristallisation, comme si de petits cubes étaient mêlés à des cubes que l'on voudrait empiler. 

Autrement dit, on comprend que, selon les cas, pour former des cristaux ou au contraire pour ne pas en avoir, on a intérêt à connaître la composition d'une solution sur laquelle on agit. 

 

La caramélisation

Certes, il faut chauffer un sirop de saccharose pour en provoquer l'hydrolyse... mais quand on chauffe trop fort, l'énergie des chocs entre molécules vient briser les liaisons entre atomes, en commençant par les liaisons les plus faibles. 

Et c'est ainsi que, quand on a atteint 100 °C, le sirop se concentre, l'eau s'évaporant... mais des réactions invisibles, puis visibles ont lieu : on observe d'abord un léger jaunissement. Puis c'est la caramélisation, bien étudiée par notre collègue Jacques Defaye, à Grenoble : vers 140 °C, les deux résidus de glucose et de fructose se séparent, mais en perdant des atomes d'hydrogène et d'oxygène sous la forme de molécule d'eau, et des résidus de fructose forment d'abord des "dianhydrides de fructose". 

Cette fois, ce n'est donc pas une hydrolyse, puisque ce ne sont pas des molécules d'eau qui s'ajoutent ; on parle plutôt de déshydratation ! Et les molécules de dianhydrides de fructose, très réactives, se lient ensuite à des résidus de glucose, pour former des chaînes... qui font la masse du caramel. 

Simultanément, l'énergie considérable correspondant à la température de 140 degrés dégrade les molécules présentes, et les atomes présents se réarrangement de diverses façons, l'une d'entre elles correspondant à la formation de molécule d' "hydroxyméthylfurfural", qui donne un goût de caramel. 

Mais ce serait une erreur de croire que le caramel n'est qu'un mélange de polymères à base de dianhydrides de fructose et de résidus de glucose, car les dislocation des molécules conduisent à de très nombreuses possibilités, à de très nombreuses espèces moléculaires. 

D'ailleurs, il faut ajouter que les études à ces températures sont difficiles, parce la forte agitation des molécules conduit à des réarrangements d'atomes variés : le caramel est un fouillis molécule de toutes sortes. 

Ainsi, la caramélisation n'est pas une seule réaction, mais un ensemble de réactions complexes, qui engendre brunissement, changement de saveur, d'odeur... Et, en tout cas, on voit que ces réactions n'ont guère de rapport avec l'hydrolyse qui, elle, se fait à température bien inférieure, dans l'eau, laquelle on s'en souvient, intervient dans la réaction.

A propos de reproductibilité des expériences

Dans un mauvais livre d'histoire des sciences, pourtant bien trop cité, et où la rigueur scientifique est sacrifiée au profit d'une volonté de s'adresser à un vaste public, je lis cette phrase selon laquelle des expériences de physique des particules donneraient des résultats différents alors qu'elles ont été faites de la même façon "exactement'.

Certes, cet auteur vise aussi le grand public, mais je ne crois pas qu'il ait raison de dire les choses ainsi,  et tout d'abord parce que, vu le coût exorbitant des expériences de physique des particules modernes, il n'y a pas d'expériences effectuées exactement de la même façon.
D'autre part, j'ai peur qu'il fasse une  confusion entre le comportement quantique des objets et le résultat des mesures, toujours un peu incertain.

A cette fin, je propose de considérer l'expérience célèbre des fentes d'Young, où l'on envoie des photons (des "particules de lumière") et des particules plus classiques vers un écran percé de deux fentes  parallèles, et où l'on regarde leur impact sur un écran placé derrière le premier.
Si l'on égraine les émissions, alors on voit des impacts dispersés, qui, progressivement, engendreront une figure de diffraction par les deux fentes, avec des raies lumineuses et sombres parallèles et alternées.

Il est exact que l'on ne peut pas prévoir un impact individuel et que l'on ne peut alors que décrire un résultat statistique mais en l'occurrence, ce résultat statistique est
constant, reproductible, par le même expérimentateur ou par des expérimentateurs différents.

En matière de physique des particules, ce phénomène se retrouve partout.

Mais,  d'autre part, il n'y a pas lieu d'aller chercher aussi loin que dans la physique des particules :  il suffit d'une balance précise pour s'apercevoir que nous pouvons avoir des résultats différents alors que nous faisons la "même" pesée (c'est le mot "même" qu'il faut absolument discuter, en relation avec le "exactement" précédent).

Par exemple, confions  une balance qui donne le centième de milligramme à des chercheurs éventuellement confirmés et proposons leur de peser un même objet. On obtiendra des nombres dont la dernière décimale risque fort de varier et oui, les résultats seront différents, stricto sensu... mais cela ne remet pas en cause la "reproductibilité" des expériences de mesures : il y a seulement un bruit inévitable qui se manifeste quand la précision est grande.

Insistons : il ne s'agit pas de maladresse des expérimentateurs, il ne s'agit pas surtout de remettre en question l'utilisation de cet instrument qui est la balance. Il s'agit surtout de toujours penser à des "validations", des expériences complémentaires pour mieux cerner la qualité  des résultats donnés par la balance.
Par exemple, on utilisera des étalons,  on vérifiera  que la balance donne des résultats très semblables pour deux pesées successives du même étalon. On prendra garde à des phénomènes supplémentaires sui viennent compliquer la chose et par exemple, si le même étalon est posé sur une surface sur laquelle je trouve aussi des particules de poussière infime, alors on pourra avoir des résultats un peu différents.
 

Bref, pour chaque expérimentation, il faut traquer le diable qui nous menace. 

PS. Avez-vous vu mon article https://hal.science/hal-01466964/document

Des hypothèses "rivales" ? Non !

 Dans un livre d'histoire des sciences, je vois un chapitre consacré à une décision qui serait à prendre entre deux "hypothèses rivales".

Et je vois bien que ce livre, que je pensais médiocres, est en réalité mauvais.

C'est la marque d'un petit esprit que d'imaginer des hypothèses "rivales",  car les hypothèses ne sont pas des individus, d'une part,  et, d'autre part, les expérimentations servent moins à s'opposer qu'à être testées en vue de réfutations.

Pour une prévision théorique que l'on teste, il y a souvent une infinité de possibilités non pas rivales, ni concurrentes, mais  simplement différentes.

Il y a, dans l'alternative réduite à deux options,  cette espèce de naïveté enfantine qui voudrait que l'on réponde toujours par un pile ou un face,  alors que je propose de ne jamais oublier la tranche, ou autre.

Avec la "rivalité", d'autre part, on voit sous-jacente cette conception des sciences selon laquelle il y aurait des écoles rivales, partisanes, des théories rivales. Il n'y a pas la place pour cela en sciences : il ne s'agit pas d'un combat, il s'agit pas d'une compétition, mais il véritablement de lever un coin du grand voile.

Enfin, je vois l'auteur du livre que je discute (je ne donne pas le titre pour ne pas faire de la publicité à un mauvais document)  très nationaliste, engagé dans une  rivalité scientifique entre la France, l'Angleterre et l'Allemagne, avec évidemment un penchant pour l'Angleterre puisqu'il est anglais.

Mais, surtout, il ne donne aucune référence pour attester ce qu'il dit.

Bref, son livre est  mauvais... mais je vais le conserver, pour mieux voir ce dont il faut se garder.

Un geste ? Il en faut l'intelligence. Une expérience ? Il en faut une interprétation théorique

Je reviens ma discussion  du livret de très mauvaise qualité qui accompagnait la boîte de chimie que j'ai reçue quand j'ai eu 6 ans.
J'ai expliqué précédemment pourquoi le texte était presque indécent tant il était mauvais, et me je me suis interrogé  sur la raison pour laquelle, malgré ce texte incompréhensible, je suis "tombé dans la marmite de la chimie quand j'étais petit".

Je vois que ce livret proposait, au delà des explications idiotes et souvent fautives, des expériences simples, succinctement décrites, telle que souffler dans de l'eau de chaux qui se met à se troubler.

Les expériences elles-mêmes étaient décrites en trois lignes, et l'on voit bien comment on aurait  pu faire mieux.

Ailleurs, j'ai expliqué combien le soin, la compréhension du geste, la manière dont l'on effectue sont essentielles à la bonne réalisation des expériences.

Par exemple, quand on utilise un acide fort, il y a évidemment lieu de ne pas le faire couler en dehors du récipient où on  veut le
veut le mettre. Et s'imposent des techniques variées, avec, par exemple, l'utilisation d'un entonnoir, une tige en verre contre laquelle fait couler le liquide, ce qui le guide, et cetera.

Dans les séances de travaux pratiques du collège ou du lycée, on enseigne à ne pas poser le bouchon d'un réactif sur la paillasse, au risque de le contaminer, ce qui
contaminerait l'ensemble du réactif.
On enseigne à ne pas mettre de
l'eau dans de l'acide sulfurique concentré, afin d'éviter des projections d'acide sulfurique concentré...

Il y a lieu, ainsi, de s'attacher à chacun des gestes, surtout pour des enfants, à leur en expliquer la bonne réalisation.
En un mot, il y a lieu de leur indiquer l'intelligence des gestes.

Puis, dans la description d'une expérience, je crois que le geste ne suffit pas :  il y a lieu pour chaque phénomène qui survient, de s'en émerveiller, de montrer l'intérêt de l'expérience qui révèle le phénomène.
C'est ainsi qu'un travaio idiot cesse d'être une technique réduite à des mains, et devient de la chimie.

À propos de soin

Certains ont dit que Berzélius avait dû son succès au soin extrême qu'il portait aux analyses chimiques qu'il faisait.

Dit ainsi, ce n'est pas faux... mais  c'est bien méprisant pour ce merveilleux Berzélius qui, en réalité, n'a cessé de perfectionner les techniques analytiques de l'époque.

D'ailleurs, Berzélius était un ami de Chevreul, qui lui-même avait perfectionné les techniques de Gay-Lussac,  lequel avait perfectionné les techniques de Lavoisier.

Berzélius avait poursuivi ce mouvement de perfectionnement et obtenu ainsi, certes avec beaucoup de soin et de méticulosité, des résultats extraordinaires.

Pour mieux faire comprendre la question, je veux rapporter ici que j'ai récemment repris des cahiers de laboratoire tenus par mes jeunes amis venus travailler à mes côté, et que j'ai détecté quelque chose tout à fait amusant à propos des pesées qu'ils effectuaient.

Je ne reviens pas sur la manière très méticuleuse que nous avons de faire des pesées, que je leur enseigne à tous, mais je me limite à évoquer le fait que nous avons des balances de précision pour lesquelles le dernier chiffre figurant sur l'indication d'une pesée est toujours difficile à obtenir trois fois de suite.

 Mieux même, l'examen rétrospectif des cahiers de laboratoires montre que certains de nos amis, qui ont compris qu'il fallait toujours peser au minimum trois fois, obtiennent les deux derniers chiffres qui varient mais  - et cela est encourageant - que beaucoup d'entre eux s'améliorent,  à savoir que bientôt, dans leurs pesées, tous les chiffres sont constants sauf le dernier. Et l'on voit même pour certains, plus soigneux que d'autres, tous les chiffres constants pour les trois pesées. Pas au début de leur travail mais à la fin.

C'est de cela dont il s'agit aussi à propos de Berzélius, et cela est essentiel pour faire des "découvertes". Car imaginons qu'il faille tester une hypothèse en disposant du dernier chiffre des pesées, alors seuls les plus méticuleux, les plus soigneux d'entre eux y auront accès, et avec des techniques sans cesse perfectionnées.

La science n'est pas la technologie

Il y a quelques jours, il a fallu que j'explique à nouveau à une étudiante la différence entre science et technologie, ainsi que la différence entre recherche scientifique et recherche technologique.

Pour la seconde, j'ai pris l'exemple de Gertrude B. Elion et George H. Hitchings qui ont mené toute leur carrière au sein des laboratoires de l'entreprise pharmaceutique Burroughs Wellcome (aujourd'hui GSK). Ils ont révolutionné la pharmacologie en abandonnant la méthode empirique des "essais et erreurs" pour concevoir de façon rationnelle des molécules ciblant spécifiquement les cellules malades ou les pathogènes. Leurs découvertes ont permis de créer des traitements majeurs contre la leucémie, le paludisme, la goutte, le rejet de greffes (l'azathioprine) et les infections virales (l'acyclovir), ouvrant également la voie au développement de l'AZT contre le VIH. Fait exceptionnel, Gertrude Elion a reçu son prix Nobel sans jamais avoir obtenu de doctorat.

Bref, j'ai expliqué à l'étudiante en question qu'il y avait une recherche tout à fait merveilleuse et tout à fait utile à faire, une "recherche technoloqique".

Pour la recherche scientifique, je sais d'expérience que beaucoup d'étudiants ont plus de mal à comprendre qu'elle puisse ne "servir à rien" ou, du moins, qu'elle n'ait d'autre finalités que de faire des découvertes. Voir https://hervethis.blogspot.com/2022/11/a-quoi-la-science-sert-elle.html?m=0

J'insiste un peu, en prenant l'exemple de la découverte de ces composés nommés "fullérènes", qui étaient sous nos yeux depuis des millénaires... puisqu'ils sont dans la suite.
Pourtant, c'est en analysant des signaux électromagnétiques de molécules présentes dans l'espace qu'on les a découvert. Et je prends cet exemple pour bien montrer qu'il s'agit là d'une découverte et non pas d'une invention.

Bien sûr, la suie avait été analysée, mais on n'avait jamais vu ces composés, car les chercher sans les connaître, sans les imaginer, revenait à chercher une aiguille dans une botte de foin  :  en principe, on peut la trouver, mais en pratique, c'est quasi impossible.

Lors de la discussion, de surcroît, j'ai été conduit à  raconter à l'étudiante l'épisode qui a eu lieu au laboratoire  il n'y a pas si longtemps, quand un collègue mexicain est venu en séjour sabbatique : il m'avait interrogé sur un phénomène que j'avais étudié, et je commençais à lui expliquer les mécanismes de ce phénomène... mais je me suis interrompu en pleine discussion, parce que je me suis aperçu que je lui transmettais un dogme, au lieu de le conduire à chercher à réfuter ce modèle insuffisant que j'avais en tête. Oui, les théories scientifiques sont "fausses", et il s'agit surtout de les réfuter.

Mon collègue mexicain était un enseignant, et les enseignants (moi le premier) feraient bien de ne pas oublier cette idée. D'ailleurs, les professionnels de la vulgarisation scientifique ne devrait-ils pas en prendre également de la graine : chaque fois qu'une idée théorique était lancé, il y a lieu de la question de la questionner et non pas d'asséner un dogme.

Un grand merci... et vite, au travail !

 A propos de la médaille de chimie 2026

Ayant reçu de l'Académie des sciences la médaille de chimie 2026, il y a trois jours, je suis un peu dépassé par les félicitations que je reçois de partout et auxquelles je suis évidemment amené à répondre.

Mais cela ne doit pas m'empêcher de remercier tous les collègues de l'académie, pour avoir oeuvre en faveur de cette attribution, sur une proposition dont je ne sais pas l'origine : j'ignore qui a fait cette proposition, et qui l'a approuvée.  

Bien sûr, j'ai adressé rapidement un message au bureau de l'académie, pour remercier de
l'accueil et de l'honneur qui m'ont été faits, en espérant que le message de remerciements sera transmis aux confrères anonymes. Mais comme je suis bien triste de ne pouvoir remercier personne en particulier, je le fais ici publiquement en général.

J'observe aussi que mon ardeur à la recherche scientifique s'en trouve avivée.. en supposant que cela soit possible car depuis toujours, mon énergie est absolument engagée dans cette chimie qui me passionne.
Bien sûr, j'en suis détourné chaque fois une tâche d'intérêt collectif m'incombe, et je suis désolé de "perdre ainsi du temps" pour mes travaux. D'ailleurs, plutôt que "ardeur avivée", j'aurais dû dire "sentiment d'urgence à revenir aux travaux scientifiques dès que j'en suis détourné".

D'autre part, quand des félicitations m'arrivent, j'ai vraiment  -honnêtement- l'impression de ne pas être à la hauteur  de l'honneur qui m'a été fait. Il faut donc que je laisse passer la tempête des félicitations et que chaque seconde de mon temps soit de nouveau consacré à mes travaux, en espérant des découvertes parfois.