Cessons de parler d'acides gras !

Ce matin, une question : 

Outre les effets positif ou négatifs sur la santé que peuvent avoir les différents acides gras, y a-t-il une différence dans la pratique au niveau de l’utilisation et les propriété de ces acides gras ? Ou les influences dépendront surtout de quel type de matière grasses (huile ou graisse) nous utilisons ?

 

Commençons par le commencement, à savoir que l'on me parle d'effets positifs ou négatifs des acides gras : on trouvera dans au moins deux autres billets les raisons pour lesquelles je me refuse absolument à parler de nutrition ou de diététique en public, même si la question m'intéresse un peu et si je fais une bibliographie spécifique. Voici : 

http://hervethis.blogspot.com/2019/10/ni-nutrition-ni-toxicologie.html">http://
https://hervethis.blogspot.com/2022/01/oblige-dy-revenir-en-mameliorant-un-peu.html

Mais je m'arrête surtout sur ces acides gras... car il n'y en a "pas" dans notre alimentation !

Je peux évidemment renvoyer un article que j'ai écrit sur cette question à propos de la rigueur terminologique de ceux qui parlent d'objets de chimie en public (https://www.academie-agriculture.fr/publications/notes-academiques/la-rigueur-terminologique-pour-les-concepts-de-la-chimie-une-base), mais il faut commencer par dire que les huiles et les autres graisses alimentaires ne contiennent pas d'acide gras ! 

Ces matières sont composés de triglycérides, qui sont des espèces chimiques dont les molécules sont faites chacune d'un résidu de glycérol et de trois résidus d'acides gras. 

Entendons-nous bien : le mot "résidu" signifie que, dans ces molécules de triglycérides, les chimistes arrivent à distinguer des atomes organisés un peu comme dans la molécule de glycérol, un peu comme dans les molécules d'acides gras. 

Mais il n'y a pas de molécule de glycérol ni de molécules d'acides gras dans mais la molécule de triglycéride ; et si l'on a synthétisé - chimiquement- un molécule de triglycéride à partir d'une molécule de glycérol et de trois molécules d'acides gras, les atomes se sont réorganisés, certains ont été perdus, et l'on n'a pas obtenu un simple assemble, au sens d'une juxtaposition, mais une nouvelle molécule. 

Bref, arrêtons donc de parler des acides gras et parlons seulement de résidus d'acides gras si nous voulons décrire les parties lié au résidu de glycérol dans les triglycérides. 

 

Allons, disons-en un peu plus sur le glycérol et sur les acides gras.

Le glycérol, pour commencer, est le composé qui fait la populaire "glycérine". Ses molécules sont formées d'un squelette de trois atomes de carbone enchaînés linéairement, avec, lié à chaque atome de carbone, un atome d'oxygène lié à un atome d'hydrogène ; plus des atomes d'hydrogène afin que chaque atome de carbone ait quatre liaisons chimiques. 

Les acides gras, eux, sont des chaîne d'atomes de carbone plus ou moins longues, avec, à une extrémité, un groupe "acide carboxylique", avec l'atome de carbone lié, d'une part, à un atome d'oxygène, et, d'autre part, à un atome d'oxygène lié à un atome d'hydrogène. 

Et les triglycérides, enfin, sont des composés dont les molécules sont comme des pieuvres à trois tentacules. La "tête", c'est le résidu de glycérol, et les trois tentacules sont les trois résidus d'acides gras. 

 

A propos de la seconde partie de la phrase initiale de la question

 Là encore, la question n'a pas de sens... car s'il n'y a pas d'acide gras dans les graisses ou huiles, il ne peut y avoir de particularités d'utilisation de ces derniers : ;-) 

En revanche, on peut se poser la question à propos des triglycérides. Et là, oui, il y a de vrais différences de comportement physique des différents triglycérides. 

Considérons d'abord un triglycéride où les trois résidus d'acides gras seraient petits, c'est-à-dire avec un petit nombre d'atomes de carbone. Les molécules de ce triglycérides seraient légères, donc animées d'une plus grande vitesse à une température donnée et elle s'empileraient plus difficilement que des molécules plus grosses, avec plus d'atomes de carbone dans les résidus d'acides gras. D'ailleurs, la longueur des chaînes des résidus d'acides gras n'est pas la seule caractéristique moléculaire qui détermine la température de fusion : les "doubles liaisons" entre les atomes de carbone, ce que l'on désigne aussi par le terme d' "insaturation", font les molécules plus fusibles. 

Et voilà pourquoi les triglycérides d'une huile sont liquides, aux températures ambiantes, alors que les triglycérides du beurre ou du lard ne le sont pas. Pour ces derniers, il y a une proportion liquide, et une proportion solide. Pour le beurre, par exemple, tous les triglycérides sont solides à la température de -10 °C, et ils sont tous liquides au delà de 50 °C. 

Ce qui est intéressant à savoir pour la cuisine ou la pâtisserie, c'est que les matières grasses se mélangent très bien : on peut parfaitement mélanger de l'huile à du beurre fondu, ou à du chocolat fondu. On obtient alors des mélanges de triglycérides avec des comportements de fusion particuliers, intermédiaires, et, aux températures ambiantes, des différences de consistance intermédiaires aussi. 

D'ailleurs, je ne dois pas oublier de renvoyer à une fiche de l'Encyclopédie de l'Académie d'agriculture à ce propos : https://www.academie-agriculture.fr/mots-clefs-encyclopedie/fusion

L'IA ? Un merveilleux outils, qu'il faut apprendre à utiliser sans naïveté

 Je termine une série de cours qui ont été très modifiés par l'avènement récent
de l'intelligence artificielle.

Pour le module de gastronomie moléculaire et physique du Master européen Food innovation and product design, l'objectif est d'enseigner des points particuliers de chimie nécessaires à l'interprétation des phénomènes qui surviennent lors des transformations d'ingrédients alimentaires en plats, en aliments.

Lors du premier cours un étudiant, par ailleurs très attentif a très rapidement répondu à une question en cherchant la réponse sur Internet à l'aide de l'intelligence artificielle.
Si je me souviens bien, il s'agissait de calculer le pH d'une solution un peu complexe,  et il nous a donné en quelques secondes un résultat, fourni par ChatGPT.

Le climat étant amical, l'étudiant nous a dit comment il avait procédé mais il a admis qu'il n'avait aucun moyen de valider le résultat donné par l'intelligence artificielle et, d'autre part, il n'était pas capable de faire ce calcul lui-même.

Le deuxième point me semble moins grave que le premier car on se souvient du temps où il fallait faire des calculs de racine carrée à la main, compétences qui ont été balayées par l'apparition des calculatrices électroniques,  avec la touche racine carrée.

De même, plus récemment, j'ai proposé de remplacer la partie de calcul, pour les calculs de pH, par l'utilisation de logiciels de calcul formel. Mais, là encore, j'ai proposé un usage raisonné et validé.

L'IA se trompe si souvent qu'il n'est pas admissible de lui faire une confiance naïve, et il faut trouver des validations.


Mais le mot validation vient d'être prononcé : le cours a donc été, dès le début,  bouleversé par l'irruption de l'intelligence artificielle, par son utilisation par les étudiants, et j'ai réorienté le cours pour considérer les questions de validation.

Avec notamment une séance très intéressante pour l'ensemble des étudiants de la promotion, qui ont été invités à poser tous la même question à l'IA, formulée à leur propre façon : les résultats du groupe ont été souvent différents, et, surtout assez "idiosyncratiques".

Mieux nous avons fait des requêtes à des moments différents et obtenu encore des résultats différents.

Bref, les étudiants ont découvert par eux-mêmes, grâce au groupe,  la diversité des réponses possibles, et surtout le manque de généralité de ces dernières même quand des justifications
étaient données.

Bien sûr, il a été conclu qu'il fallait apprendre à faire des requêtes, à croiser les interrogations, à chercher des validations,  pour ensuite éventuellement faire une synthèse.

Bref, c'était un moment d'enseignement très passionnant, et très instructif pour les étudiants.

Si on apprend, ce n'est pas pour oublier !

 Je m'étonne de rencontrer des élèves ingénieurs qui, en fin de cursus, s'étonnent de devoir utiliser, pour des travaux qu'ils font, les notions de pH qui leur ont été enseignées lors de leur préparation des concours d'accès aux  écoles d'ingénieurs.

Mais quand je dis que je m'étonne, j'exagère un peu car cela fait de nombreuses années que je vois des étudiants venus de l'université qui ont oublié ce qu'ils étaient censés avoir appris dans les premières années de licence.

Je l'ai déjà évoqué mais j'y reviens : si des notions figurent aux référentiels des études, c'est bien parce que l'on a jugé, et non pas jugé arbitrairement mais après mûre
réflexion et beaucoup de travail, que ces notions seront constamment utiles dans l'activité professionnelle des étudiants que l'on forme. Il est question d'apprendre, certes, mais, surtout, de retenir, de savoir, de savoir faire !

Si la notion de pH est enseignée, et certainement pas en se limitant à
dire que le pH est une mesure de l'"acidité" comprise entre 0 et 14, c'est bien parce qu'il y aura lieu de le mesurer, de savoir le mesurer, et non seulement de savoir
que l'on emploie pH-mètre pour le mesurer, mais de savoir dans quelles circonstances le
pH-mètre peut donner des valeurs fiables.

Si l'on enseigne la notion de pH et sa mesure, c'est bien parce que cette idée se retrouve dans de très nombreux calculs qui
interviennent par la suite.

De même, si l'on enseigne la mécanique
quantique, c'est bien parce qu'aujourd'hui, la science et la technologie font un usage constant non seulement de l'idée moderne de molécule et d'orbitale, mais aussi de méthodes numériques de dynamique moléculaire,
par exemple.

Je pourrais ainsi prendre les notions les unes après les autres,  et envisager leur emploi professionnel quotidien et non pas
anecdotique.

Mais je me limite ici, dans le cadre d'un petit billet à dire la chose avant d'inviter mes amis, surtout étudiants, à faire eux-mêmes ce travail pour se persuader que ce qui leur est proposé d'apprendre n'est pas superflu.

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.