Le monde (de la cuisine) est fait de molécules

Puisqu'il y a lieu d'expliquer la chimie commençons par les principales matières que nous rencontrons en cuisine : l'eau, l'huile, le sel, le sucre, la farine, le beurre.

Commençons donc avec l'eau

Pour l'eau, imaginons un verre d'eau devant nous. Nous percevons un liquide incolore et transparent, homogène.
Si nous le regardons avec une loupe, nous continuons à voir ce liquide incolore et transparent, apparemment homogène.
Il faut un microscope extraordinairement puissant pour finalement distinguer que l'homogénéité n'est qu'apparente et que, en réalité, l'eau est faite d'une myriade de petits objets tous identiques, qui bougent en tous sens et très rapidement (plusieurs centaines de mètres par seconde).

Il ne nous sera pas difficile d'accepter de nommer ces objets des "molécules d'eau", n'est-ce pas ?

Je propose ici de ne pas aller plus loin dans la description de ces molécules et de nous contenter de dire que l'eau est en réalité constitué de ces molécules d'eau entre lesquelles il n'y a rien, du vide.
La masse de l'eau, c'est la somme des masses de tous ces petits objets tous identiques.

Et la différence entre l'eau du robinet, ou  l'autre pluie, ou l'eau de mer, et cetera,  cela tient à la présence, parmi ces molécules d'eau, d'autres molécules de nature différente, ce que l'on pourrait nommer en quelque sorte des impuretés si l'on se réfère à l'eau parfaitement pure.
Il faut d'ailleurs ajouter que le mot "impureté" ne doit pas avoir de connotation péjorative, car la neige fondue , qui fait de l'eau très pure, et néfaste pour  notre organisme, et nous avons besoin de la présence de ce que l'on nomme des "ions",  parmi les molécules d'eau.

Mais là , avec le mot "ion",  je sais  que je suis allé trop trop loin, et je propose de passer à la seconde matière que j'avais annoncée,  à savoir l'huile.

L'huile est encore un liquide, également transparent, plutôt jaune... bien que cette couleur soit encore due à des "impuretés" : l'huile parfaitement purifiée serait incolore.  

À nouveau, à l'œil nu, l'huile paraît homogène ;  et, à la loupe, elle le paraîtrait aussi.
Et là encore, il faut un microscope extraordinairement puissant pour voir que l'huile est composée d'une myriade d'objets très semblables (pas parfaitement identiques),  et différents des molécules d'eau.
Nommons-les "molécules de triglycérides".

Avec ces deux exemples,  on voit  on comprend que la matière est souvent faite de molécules, et c'est exact  : nous avons déjà rencontré les molécules d'eau et les molécules de triglycérides.

Passons donc au sucre.

Cette fois, c'est un solide.
Si nous regardons les grains de sucre au microscope, nous voyons que ce sont des solides transparents, avec des faces planes.
Avec un très gros microscope, les grains sont encore homogènes, dans l'intérieur du grain.
Mais  si l'on prend maintenant un microscope extraordinairement puissant, alors, là encore, on s'aperçoit que le sucre est composé d'objets en très grand nombre, tous identiques : nous les  nommerons des molécules de saccharose.

Cette fois, dans le cristal, les molécules de saccharose ne bougent pas ou, plus exactement, elle se contentent de vibrer sur place, car elles sont empilées régulièrement. C'est d'ailleurs cela qui distingue un solide d'un liquide.


Passons maintenant au sel.

Cette fois, nous voyons encore, à la loupe, que le sel est fait de cristaux tous transparents. D'ailleurs pour le sel comme pour le sucre, la couleur blanche d'un tas de sel ou d'un tas de sucre n'est pas due aux grains, qui sont individuellement transparents et incolore, mais résulte de la réflexion de la lumière blanche du jour sur les faces de ces cristaux ; plus il y a le cristaux, plus le tas apparaît blanc, alors même que chaque cristal est transparent.

Pour le sel, si nous utilisions notre super microscope, nous verrions deux types d'objets : ces objets sont des "atomes de chlore" et des "atomes de sodium". Ils sont régulièrement empilés comme des cubes, et c'est leur liaison très forte qui assure la solidité du cristal de sel.

En réalité, ces atomes de chlore et les atomes de sodium, dans un cristal de sel, se sont échangés une petite partie qui est nommée "électron", ce qui a changé leur nom, d'atome en ion.
Mais c'est vraiment secondaire pour notre propos et je propose de rester à l'idée que  les cristaux de sel sont composés de ce qu'on nomme le chlorure de sodium, une entité où l'on imagine groupés un atome de chlore et un atome de sodium.

Avec le beurre, les choses se compliquent un peu.

Oui, le beurre est plus complexe... comme on le pressant quand on chauffe doucement du beurre : dans le beurre que l'on clarifie ainsi en chauffant très doucement et longtemps, on voit deux liquides se séparer, avec un liquide blanchâtre en bas et un liquide transparent et jaune par-dessus.

Le liquide blanchâtre du bas, c'est pratiquement de l'eau, et le liquide transparent et jaune par-dessus, c'est pratiquement de l'huile.
D'ailleurs on dit que le beurre fondu fait huile.

Effectivement, dans la partie inférieure, le super microscope montrerait essentiellement des molécules d'eau, tandis qu'il montrerait des molécules de triglycérides dans le liquide supérieur.
Dans le beurre lui-même, l'organisation de ces molécules est un peu compliquée, et je propose de garder ça pour une autre fois.

Pour passer maintenant à la farine, plus compliquée que le beurre.

La farine s'obtient par mouture de grains de blé, dont on élimine d'abord les enveloppes, ce que l'on nomme les sons.
Il reste, quand on moud la farine, une poudre blanche, d'autant plus blanche d'ailleurs que l'on s'est plus approché du cœur du grain.

Cette fois, une expérience encore nous permet de voir que la farine n'est pas une matière homogène : cette expérience fut faite  pour la première fois au 18e siècle, par des chimistes, et elle a pour nom  "lixiviation" :  
- on part de farine,
- on ajoute un peu d'eau,
- on travaille beaucoup pour faire une pâte qui devient de plus en plus dure à mesure que l'on travaille,
- puis on met cette pâte dans une grande bassine d'eau claire
- et on la malaxe doucement : en sort une poudre blanche que l'on a nommé l'amidon, et il reste entre les doigts une sorte de chewing-gum jaunâtre que l'on a nommé le gluten.

Je me hâte de dire que ni l'amidon ni le gluten ne sont chacun composés de molécules toute identiques, et l'on pourrait continuer à fractionner comme on vient de le faire, pour séparer l'amidon en plusieurs types de molécules dites de polysaccharide ; de même, le gluten en plusieurs sortes de protéines.

Mais on retrouve encore notre même idée la farine est faite de molécules,  certes de plus de variétés que dans l'eau ou dans l'huile, mais quand même, des molécules.

Et c'est ainsi que  le monde matériel de la cuisine est essentiellement fait de molécules.
Dans la farine, nous sommes sur la piste d'une complexité croissante qui augmenterait encore par exemple avec les viandes, les poissons, les fruits ou les légumes... mais ce sera pour une autre fois.

Des TPE sur les oeufs

Je le disais hier : les TPE battent leur plein !
Reçu ce message, qui me permet de donner des réponses utiles à beaucoup, semble-t-il :





# Dans le cadre du TPE de 1ère (épreuve anticipée du baccalauréat), mon groupe (3 élèves au total), a choisi de traiter le thème forme et matière. L’œuf avec les différentes formes qu’il peut revêtir en cuisine nous a de suite intéressés.
# Nous avons fait de nombreuses recherches internet (parfois infructueuses, ou peu précises), et le plus souvent celles-ci nous conduisent finalement à l’article de presse de l’INRA de mars 2013 (document sur lequel j’ai pu trouver vos coordonnées).
# J’ai également fait acheter par ma maman le livre « les œufs, 60 clefs pour comprendre » et celui-ci me ramène aussi à l’INRA.
# Votre expérience et vos connaissances en terme de gastronomie moléculaire nous aideraient précieusement.
# En effet, j’ai bien compris que cuisiner l’œuf, c’était faire de la chimie.
# Que différents paramètres température, air, pH… influençaient la structure des composants de l’œuf, notamment les protéines.
# Aussi, notre TPE devrait s’orienter sur les propriétés physico-chimiques de l’œuf qui font qu’il se transforme, avec une partie théorique et une partie expérimentale.
# Alors je viens vous solliciter afin de pouvoir obtenir des documents pertinents qui nous permettraient :
# 1/D’expliquer la formation de l’œuf, sa composition.
# 2/D’expérimenter la chimie des œufs, le but étant de reproduire au laboratoire (ou chez nous) des expériences et de réaliser une vidéo qui sera visionnée et notée par le jury final.
# (Par exemple, je vais réaliser votre recette de l’œuf parfait au lave-vaisselle !).
# 3/D’expliquer de manière claire et pédagogique la chimie des œufs, quels constituants se modifient.
# D’ailleurs, peut-être serait-il bien de tester au laboratoire comment « décuire un œuf » : à ce propose, j’ai pu lire que des scientifiques avaient tenter l’expérience.
# Bref, je suis preneuse de toute information !
# Je vous remercie par avance de l’attention que vous me porterez, et s’il faut que je sois plus précise dans ma demande, n’hésitez pas à me le faire savoir.


Je reprends en commentant point à point
 

Dans le cadre du TPE de 1ère (épreuve anticipée du baccalauréat), mon groupe (3 élèves au total), a choisi de traiter le thème forme et matière. L’œuf avec les différentes formes qu’il peut revêtir en cuisine nous a de suite intéressés.

C'est un excellent choix : fascinant de voir un oeuf liquide, jaune-vert, transparent, devenir solide, blanc et opaque ! D'autant que la composition d'un blanc d'oeuf est (assez) simple : de l'eau et des protéines.


Nous avons fait de nombreuses recherches internet (parfois infructueuses, ou peu précises), et le plus souvent celles-ci nous conduisent finalement à l’article de presse de l’INRA de mars 2013 (document sur lequel j’ai pu trouver vos coordonnées).

Pourquoi pas... mais cela m'étonne que vous n'ayez trouvé que cela. Je rappelle que l''on cherche en anglais sur Google Scholar, quand on  n'a pas de bases de données.


J’ai également fait acheter par ma maman le livre « les œufs, 60 clefs pour comprendre » et celui-ci me ramène aussi à l’INRA.

Oui, en France, l'Inra est essentiel. Savez vous qu'il y a une unité très spécialisée dans les oeufs à Nouzilly ? Les meilleurs spécialistes mondiaux.


Votre expérience et vos connaissances en terme de gastronomie moléculaire nous aideraient précieusement.

 Je fais de mon mieux.


En effet, j’ai bien compris que cuisiner l’œuf, c’était faire de la chimie.

Certainement pas : cuisiner, c'est cuisiner. Faire de la chimie, c'est faire de la science. Certes, cuisinier de l'oeuf déclenche des réactions entre des composés, mais la cuisine n'est certainement pas de la chimie : ce n'est pas une science de la nature !
Inversement, la recherche scientifique, notamment la gastronomie moléculaire, ce n'est pas de la cuisine : on ne prépare pas des aliments, mais on produit de la connaissance.


Que différents paramètres température, air, pH… influençaient la structure des composants de l’œuf, notamment les protéines.

Ca, c'est une phrase compliquée. Heureux de dire que je ne la comprends pas (je peux l'interpréter de mille façons différentes, mais ce n'est pas  à moi de deviner laquelle est la bonne).


 Aussi, notre TPE devrait s’orienter sur les propriétés physico-chimiques de l’œuf qui font qu’il se transforme, avec une partie théorique et une partie expérimentale.

Plus exactement, je vous renvoie vers mon site, où j'explique mieux que cela comment faire un TPE, en faisant l'exégèse des textes officiels.


Alors je viens vous solliciter afin de pouvoir obtenir des documents pertinents qui nous permettraient :
1/d’expliquer la formation de l’œuf, sa composition.

Voir le livre sur l'oeuf de M. Thapon et ses collègues chez Lavoisier Tec et Doc.


2/D’expérimenter la chimie des œufs, le but étant de reproduire au laboratoire (ou chez nous) des expériences et de réaliser une vidéo qui sera visionnée et notée par le jury final. (Par exemple, je vais réaliser votre recette de l’œuf parfait au lave-vaisselle !).

Mais sur le site d'AgroParisTech, il y a bien d'autres documents, notamment mon "Let's have an egg".




3/D’expliquer de manière claire et pédagogique la chimie des œufs, quels constituants se modifient.
 D’ailleurs, peut-être serait-il bien de tester au laboratoire comment « décuire un œuf » : à ce propose, j’ai pu lire que des scientifiques avaient tenter l’expérience.

C'est moi qui ai fait le premier la chose, en 1997. Et mon texte est mis sur mon site.
D'ailleurs, j'y ai mis aussi d'autres choses sur l'oeuf, parce que ce TPE n'est ni le premier, ni sans doute le dernier.
Bon courage

A travers le plancher

Je m'étais promis de répondre à la question suivante, arrivée par internet, parce que je sais combien elle est importante : 

Dès lors que la matière c'est du vide à 99,99 % (?), comment se fait-il que les récipients et contenants de toute sorte ne laissent pas échapper leur contenu (heureusement) ?



Oui, la matière est pleine de vide : elle est faite d'atomes, qui sont principalement vide. Par exemple, pour l'atome d'hydrogène, il faut imaginer (en très petit) une orange sur la place de la Concorde (le noyau de l'atome d'hydrogène est composé d'un seul "proton"), à Paris, et un petit pois (l'électron, qui est en mouvement autour du proton) à Versailles (20 kilomètres de là). Les autres atomes de carbone, d'oxygène, d'azote, etc. sont du même type. Bref, la matière est essentiellement vide. 

Peut-on calculer de combien ? Pour 28 grammes de diazote (l'essentiel de notre atmosphère), à la pression ambiante et à la température de 20 degrés, non seulement les atomes sont vides... mais, de surcroît, il y a du vide entre les molécules de diazote (deux atomes d'azote liés). Peut-on estimer quelle proportion de l'espace est "matérielle" ? Le "rayon atomique" de l'azote est de 65 picomètres (millionième de millionième de mètre). Or 28 grammes de diazote occupent environ 22,4 litres d'atmosphère. Sachant que la taille des électrons est négligeables par rapport à celle des noyaux, on peut calculer que le volume occupé par la matière est de deux dix millième de litre environ. Soit un cent millième de litre pour un litre d'atmosphère ! 

On m'objectera que c'est là de la matière gazeuse, et non solide. Et pour de l'eau ? Cette fois, 18 grammes d'eau occupent un litre, seulement, soit environ 20 fois moins... mais ça reste de l'ordre du  dix millième. 

Dont acte, la  matière est essentiellement faite de vide. 



Pourquoi, alors, les récipients, faits de vide, ne laissent-ils pas passer les liquides, également vides en majorité ? La réponse est que la matière est moins importante parce qu'elle est que par son influence. Or les particules  subatomiques que  sont les protons ou les électrons sont électriquement chargées, et les forces électriques s'exercent à distance. Autrement dit, nous ferions mieux  de nous représenter la matière par sa sphère d'influence (ce n'est pas une sphère, disons son domaine d'influence). Et là, la matière occupe bien l'espace. Entre deux morceaux solides, supposons d'abord du vide. Si l'on approche les deux  morceaux, viendra un moment où les répulsions électriques seront considérables : ces forces, pour une charge ponctuelle tel qu'un électron, à l'"extérieur" d'un solide, varient comme l'inverse du carré de la distance. 

Cela signifie que, à longue distance, la force est comme la voix, qui s'atténue rapidement, raison pour laquelle on entend mal ce que dit quelqu'un dans un amphithéâtre, quand il est devant nous et qu'il parle au conférencier   : sa voix doit faire l'aller jusqu'au  mur, puis revenir, s'atténuant largement. 

En revanche, quand les solides sont rapprochés, alors les forces deviennent considérables, infinies, et l'impossibilité de rapprocher les deux solides s'apparente à celle qui consiste à approcher deux pôles analogues d'aimants... mais en infiniment plus fort. 

Bref, les solides ou les liquides ne s’interpénètrent pas : les liquides ne traversent pas les carafes, et nous ne passons pas au travers du plancher !