La découverte des molécules et des atomes

 
On dit parfois qu'Albert Einstein a découvert atomes et molécules. Ou le physicien Jean Perrin. Bref, les physiciens créditent les physiciens de cette découverte. Pourtant, c'est oublier des images comme celles de "La chimie dans l'espace", de Jacobus Henricus Van't Hoff, un texte paru en... 1875, soit bien avant qu'Einstein ne fasse ses travaux ou que Jean Perrin n'étudie le mouvement brownien. 

Et vous avez bien lu le titre ! Quatre ans avant, d'ailleurs, Van't Hoff avait publié un article où il représentent les atomes de carbone d'une molécule de glucose, en indiquant même les angles entre les liaisons chimiques, et les distances interatomiques. 

Mais, plus généralement, la France était terriblement en retard, sur le reste du monde chimique, notamment depuis que Marcellin Berthelot s'était opposé à cette idée de molécules composées d'atomes. En France, il avait eu quelques opposants, avec Charles Adolphe Würtz, Gerhardt, Auguste Laurent, mais Marcellin Berthelot et sa clique, qui verrouillaient les postes, considéraient avec retard que la théorie était abusive. D'ailleurs, alors que Berthelot se vantait d'être un pionnier de la synthèse organique, la France était très en retard de ce point de vue (et Berthelot n'était certainement pas le pionnier qu'il prétendait être). Bref, il ne faut pas reconnaître à Perrin d'avoir montré l'existence des atomes, puisque les chimistes la connaissait déjà depuis plus de 40 ans !

Quel modèle avons-nous de la matière ?

 

J'ai récemment interrogé des amis à propos de la représentation mentale qu'ils se faisaient des atomes... et j'ai été surpris des réponses.

Comme je me doutais que la question était difficile, que je voulais être certain d'être bien compris en la posant,  j'ai fait aussi pratique et concret que possible  : la question que je posais à mes amis était la suivante  "Je verse du sel sur la table, on voit des petits grains blancs, j'en isole un. Quelle est sa structure interne ? Comment est-ce organisé à l'intérieur ?

La première personne à qui j'ai posé la question était un médecin et,  après des contorsions, cette personne  m'a avoué, un peu gênée, qu'elle ignorait absolument tout de cette structure interne. Elle m'a dit qu'il y avait des atomes, mais c'était tout.
Puis, quand j'ai repris la question avec un électricien et une infirmière, le mot atome n'a pas été prononcé, et la représentation mentale était analogue à une page blanche.

Cela fait des décennies que je le dis, mais le constat s'impose : le public ne sait rien de la constitution moléculaire et atomique de la matière. Nos vulgarisations scientifiques sont donc trop souvent des récits un peu poétiques, des histoires à endormir les enfants, mais pas véritablement des explications.

Qu'attendais-je comme réponse ? Dans le cas du sel, les cristaux sont comme des empilements réguliers de cubes, sauf que les cubes sont des atomes.
Sont-ils cubiques me demandent mes interlocuteurs ?  Non. Sont-ils des boules ? Non plus ; ce sont des objets dont la forme est compliquée à supposer qu'il y ait un sens à parler de la forme d'un atome. Evacuons la discussion, en revenant sur le fait que ces objets  sont empilés régulièrement dans les trois directions de l'espace.

Évidemment, les chimistes m'objecteront que les cristauxc de sel ce sont plutôt des empilements d'ions, et non pas d'atomes, mais je réponds que, pour la vulgarisation, c'est un détail très gênant, très inutile, et qu'il vaut bien mieux parler d'atomes sachant que les ions sont des atomes qui ont perdu ou gagné quelques  électrons, mais qui gardent essentiellement leur structure d'atomes.
Il y a également la question de l'empilement et, là,  on a peut-être intérêt à expliquer que ces cubes s'attirent comme des aimants. Bien sûr, je sais que les forces sont électriques et non pas magnétiques, mais je rappelle que nous devons partir d'une page blanche et qu'il sera bien temps, plus tard,  d'introduire des subtilités de ce type.

Ayant fait cette expérience à propos du sel, je l'ai répétée à propos de la vodka (la considérant comme une solution d'éthanol dans l'eau à 40 °).
Là,  le médecin a su me dire que qu'il y avait des molécules dans le liquide, mais sans pouvoir en dire plus sur la répartition des molécules d'éthanol et des molécules d'eau, ni sur leurs éventuels mouvements.
Pour les autres, c'était encore une page complètement blanche.

Comment on arrive t-on à une telle situation ? Le médecin m'a déclaré que sa compétence était tout autre, quelle était surtout de savoir approprier des traitements à des symptômes et à reconnaître des maladies particulières, compétences pour lesquelles la connaissance atomique ou  moléculaire du monde n'est jamais sollicitée.
Pour les autres, le monde où ils vivent n'effleure même pas la question posée ; ils sont dans un monde tout différent, sans intersection.

Ma conclusion et que nous devons absolument ne pas surestimer les connaissances de nos interlocuteurs quand nous expliquons des résultats scientifiques. Nos explications ne doivent jamais faire l'économie de bases qui nous semblent élémentaires !

Quelle distance entre deux molécules, dans l'air ?

Là, je reçois un message qui me conduit à signaler, à nouveau, la publication de mon livre Calculating and Problem Solving Through Culinary Experimentation :

https://www.routledge.com/Calculating-and-Problem-Solving-Through-Culinary-Experimentation/Kientza/p/book/9781032286501

Pour la partie qui nous intéresse ici, le message est le suivant :

J'avais beaucoup aimé votre vidéo représentant les chocs et les forces électrostatiques entre molécules d'eau.Voici la même chose pour l'air. Je ne sais pas si la proportion taille des molécules/distance entre les molécules a été respectée :

https://twitter.com/FoxarFR/status/1619053036198043648‌

 

Et ma réponse donnée dans le livre est de calculer un ordre de grandeur des distances entre les molécules. 

Supposons une masse d'une mole de diazote (l'air, c'est majoritairement des molécules de ce composé) : 28 grammes. 

Le nombre de molécules est donc le nombre d'Avogadro, soit environ 6e23 (on note e23 le nombre 10 à la puissance 23). 

Une mole de gaz occupe un volume d'environ 25 litres (soit 25e-3 m^3 ; ici, je note par ^ une élévation à la puissance, de sorte que m^3 est l'abréviation de mètre cu be), à la température de 25 °C, et pour une pression  de 1 bar. 

Soit le volume occupé par une molécule de diazote, en moyenne :
25e-3/6e23. 

Supposons ce volume cubique : la dimension de l'arête du cube est égale à la racine cubique de ce volume. C'est aussi la distance entre les centres de deux de ces petits cubes. 

De sorte que la distance entre deux molécules de diazote est en moyenne de :
(25e-3/6e23)^1/3
Soit (en m)  : 3,5e-9. 

Cette distance, de 3,5 nanomètres, est à comparer à la distance de la liaison entre les deux atomes d'azote dans la molécule de diazote, soit environ 0,1 nanomètres. 

Autrement dit, les centres de deux molécules de diazote sont distances de 35 diamètres de molécules.

La décantation

La décantation ? C'est une opération physique et non chimique.

La décantation est un procédé utilisé en cuisine depuis longtemps. Par exemple, si l'on réunit de l'eau et de l'huile dans un récipient, nous savons tous bien que l'huile viendra flotter à la surface de l'eau.
Il suffit donc d'incliner doucement le récipient contenant l'eau et l'huile pour que s'écoule d'abord l'huile, et que l'on ne conserve que l'eau dans le récipient.
La séparation est une décantation.

De même, quand il y a des particules qui sédimentent au fond d'un liquide, on peut effectuer une décantation, en inclinant le liquide pour récupérer le liquide qui surnage.

La décantation est un procédé très ancien qui, dans la mesure où l'on chauffe pas, ne s'accompagne pas de réarrangement d'atomes en molécules nouvelles : les molécules initialement présentes, d'eau d'une part et d'huile d'autre part,  dans le premier des exemples considérés, restent des molécules d'eau ou des molécules d'huile.
Il y a à la fin, en deux groupes séparés certes, les mêmes molécules qu'au début.
De même pour l'exemple de la décantation du liquide avec les particules solides : les molécules du liquide ne changent pas au cours du procédé, et les particules solides, également, restent identiques à elles-mêmes.

Car on a dit il y a juste titre que la chimie est la "science du feu" : cela signifie que les modifications qui ont lieu lors de réactions étudiées par la chimie sont d'une énergie comparable à celle d'un chauffage.

Et il est vrai que si l'on chauffe du sucre, ou du fer réduit en poudre, ce que l'on nomme de la limaille de fer, alors il y a des rangements des atomes : le sucre caramélise, parce que les atomes des molécules de saccharose du sucre se réorganisent. Et, dans le deuxième cas, le dioxygène de l'air vient réagir avec les atomes de fer pour former des oxyde de fer : le dioxygène a été transformé, le fer aussi. Et c'est cela qu'étudient les chimistes, raisons pour laquelle on peut parler de "réactions chimiques" (mais quand les chimistes n'étudient pas les réactions, ce sont seulement des réactions moléculaires, ou des réarrangements d'atomes).

Pour les légumes, fruits, viandes, poissons

 Pour les légumes, fruits, viandes, poissons

Dans des billets précédents, nous avons vu que l'eau est faite d'objets sous identiques que nous avons nommés des molécules d'eau, que l'huile est quasiment faite d'objets tout très semblables, que nous avons nommés des molécules de triglycérides, que les cristaux de sucre sont des empilements d'objets tout identiques que nous avons nommés des molécules de saccharose, et nous avons conclu qu'il y avait des molécules partout dans la matière que nous avons en cuisine.

C'est exact, et c'est  également exact pour des matières plus compliquées comme les tissus animaux végétaux, c'est-à-dire les viandes, poisson, fruit, légumes...

Nous avons commencé l'examen des tissus vivants avec le blanc d'oeuf, que nous avons vu être constitué de beaucoup de molécules d'eau et de quelques molécules de protéines, mais nous voulons maintenant nous attaquer à des tissus vivants, et plus particulièrement à ces tissus vivants que sont les feuilles de végétaux.

Cette fois-ci, à l'œil nu, nous voyons une matière molle, mais qui ne coule pas et verte généralement.

Et là, si la loupe ne nous montre rien de particulier, le microscope, lui, est utile parce qu'il nous montre une compartimentation : la feuille est faite de petit sacs collés les uns aux autres, ce que la biologie a nommé des "cellules".

J'insiste : pas des "molécules", mais des "cellules".

En revanche, je n'insiste pas sur le fait que ces cellules sont vivantes, car je veux me concentrer sur leur matière.

Pour ces cellules, il y a donc l'intérieur et l'enveloppe. Et l'Intérieur, semble assez homogène, mais un microscope très puissant nous montrerait, là encore, qu'il y a essentiellement des molécules d'eau.
Pas exclusivement, bien sûr, mais en très grande proportion.

Pour les parois des cellules, en revanche, le microscope extraordinairement puissant nous montrerait qu'il y a des sortes de piliers, ce que l'on nomme de la cellulose, les fibres de cellulose plus exactement, qui sont reliés par des sortes de cordages, qui sont encore des molécules, mais, cette fois, des molécules de pectine.

Les fibres de cellulose sont constitués de molécules de cellulose, et l'on voit donc que la cellule est à nouveau un assemblage structuré de molécules.

J'ai dit qu'il y avait beaucoup d'eau dans les feuilles des végétaux, et cela est vrai : dans une feuille de laitue par exemple,  99 % de la masse, c'est de l'eau, des molécules d'eau, et c'est seulement ce petit 1 % supplémentaire qui fait que la feuille ne coule pas, d'une part, et, également que la cellule est vivante, qu'elle peut fabriquer d'autres molécules à partir de l'humidité de l'atmosphère, du dioxyde de carbone de l'air et de la lumière.

Oui, les cellules sont comme des "usines" faites de molécules et qui fabriquent d'autres molécules.

Ce phénomène de fabrication de molécules est nommé photosynthèse, et il résulte de l'action d'une foule de molécules présentes dans la cellule et que je n'ai pas  encore discutées, parce que leur quantité est très faible : je répète qu'une feuille, c'est 99 % d'eau.

Mais là le un pour cent, qui est secondaire en masse, est évidemment essentiel  pour le fonctionnement de la cellule, pour sa vie et pour la production des molécules qui sont fabriquées dans la feuille.

Ces molécules fabriquées dans la feuille, ce sont surtout des sucres, des acides aminés qui sont ensuite redescendus dans les autres parties du végétal.

Concluons cette affaire en répétant que les tissus végétaux sont donc majoritairement faits d'eau mais que la structure qui est la leur permet la vie de la plante et, par le dioxygène qu'elle produit, la vie des animaux.

Le blanc d'oeuf

Ici, je veux décrire le blanc d'oeuf.

Nous savons tous qu'il s'agit d'un liquide un peu gluant, épais, jaune tirant vers le vert et, en réalité, structuré :  comme on le voit quand on casse un œuf dans une assiette très plate ; autour du jaune, le blanc se répartit en une couche avec des marches, et d'autant plus de marches d'ailleurs que l'oeuf est plus frais.

Évidemment, s'il y a du liquide en hauteur, en haut des marches, c'est qu'il ne coule pas, et s'il ne coule pas, cela prouve que ce liquide est retenu.
Effectivement, il est en quelque sorte gélifié : le blanc d'oeuf est un gel  très fragile, mais un gel quand même, et les marches sont toutes des gels différents.

Cela dit, ce qui nous intéresse cette fois, c'est la constitution de ce blanc d'oeuf en molécules puisque nous avons vu que les molécules sont l'essentiel de la matière de la cuisine.

Quand on regarde un blanc d'œuf à la loupe, il est donc transparent et légèrement jaune tirant vers le vert d'ailleurs. Mais il paraît homogène.

Il faut encore un microscope extraordinairement puissant pour voir un tableau bien différent : cette fois, on voit les très nombreux objets tous identiques, que l'on a nommé des molécules d'eau, qui bougent en tous sens, se heurtent, rebondissent les uns contre les autres, à des vitesses de plusieurs centaines de mètres par seconde. Mais contrairement à l'eau pure, le "tableau moléculaire" ne s'arrête pas là : il y a aussi, entre les molécules d'eau,  des objets bien plus gros que les molécules d'eau, comme des fils repliés sur eux-mêmes.
Ces objets-là ce sont ce que l'on nomme des molécules de protéines.

Dans le blanc d'oeuf, il y a des molécules de protéines d'environ 300 sortes.
Et au total, la masse des protéines dans un blanc d'oeuf est environ 10 fois plus faible que la masse des molécules d'eau.

Ces molécules de protéines bougent également mais bien plus lentement que les molécules d'eau.

La distillation, c'est une séparation physique, pas de réaction chimique

Au premier ordre, la distillation est une opération de physique et pas de chimie.

J'ai expliqué que les matières alimentaires étaient le plus souvent fait de molécules, très petits objets de différentes sortes  :  molécule d'eau dans l'eau, molécule de triglycérides dans les huiles, molécules de saccharose dans les cristaux de sucre....

La chimie est cette science qui explore les transformations des molécules.
Par exemple, quand on chauffe énergiquement du sucre, alors il se transforme comme chacun sait quand on fait du caramel : on part de cristaux transparents, et l'on obtient une matière brune, avec une saveur moins sucrée, un peu amère, et une belle odeur de caramel.

Lors de cette transformation qu'est la caramélisation, les objets tous identiques qui étaient les molécules de saccharose du sucre sont cassés, et certains morceaux se ré-associent de sorte que finalement on obtient des molécules différentes de celles du saccharose initial.

Il n'y a pas de "molécule de caramel" au sens d'une seule sorte de molécules, mais des molécules de tas de sortes différentes avec des noms qui n'ont pas d'intérêt ici.

Dans d'autres cas, il n'y a pas de réorganisation des molécules  (brisure, morceaux qui se lient, etc.), mais simplement une séparation.

C'est le cas de la distillation.

Partons par exemple de vodka, qui est faite de 60 pour cent d'eau et de 40 pour cent (en volume, mais c'est un détail) d'un alcool que l'on nomme éthanol : avec un super microscope ,on verrait environ 6 molécules d'eau pour 4 molécules d'éthanol.

Et tout cela grouille en tous les sens, car la vodka est liquide à la température ambiante.

Si l'on chauffe cette vodka, alors les molécules d'éthanol partent les premières du liquide, formant une vapeur  (invisible) qui s'élève au-dessus du récipient qui contient la vodka chauffée.
Cette vapeur, à ce stade, est faite quasi exclusivement de molécules d'éthanol. Et, à ce stade, la température, du liquide, comme celle de la vapeur, est alors d'un peu moins de 80 degrés.

Mais quand toutes les molécules d'éthanol sont parties sous la forme de vapeur, il ne reste presque que des molécules d'eau dans le liquide.
Si l'on chauffe alors d'avantage, alors la vapeur qui s'échappera sera constituée de molécules d'eau.

La vodka, c'est donc un mélange de deux sortes de molécules : des molécules d'eau, et des molécules d'éthanol.

Et la distillation consiste à chauffer pour évaporer, puis refroidir les vapeur pour qu'elles se "recondensent", qu'elles forment un liquide.
Et c'est ainsi que le liquide obtenu d'abord, c'est de l'éthanol bien plus concentré, tandis que l'eau reste dans le liquide.

La distillation, qui ne casse pas les molécules, n'est pas une transformation moléculaire, ce n'est pas de la chimie, mais de la physique, comme ces opérations que la filtration, le broyage, la décantation...

L'ilchimisme ? Il ne faut pas le sous-estimer

À propos d'ilchimisme (que je vois tout à fait parallèle à l'illettrisme, mais pour la chimie), nous devons nous souvenir de cet épisode tout à fait terrible qui eut lieu dans mon laboratoire il y a quelques années : alors que je discutais du sujet de stage d'une étudiante venue d'un IUT français de chimie, je me suis aperçu que celle-ci ignorait que l'eau était faite d'objets très petits (des molécules), en mouvement incessant. Quand je lui demandais de quoi l'eau était faite,  l'étudiante me répondit "De H2O", mais elle ne faisait pas la relation entre ce mot, qui désigne la constitution des molécules d'eau en atomes (d'oxygène O et d'hydrogène H) et le fait que l'eau était faite de molécules d'eau, composées chacune, donc, d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène.

Le même matin, recevant ensuite dans mon bureau une étudiante d'un autre IUT français de chimie, j'ai eu l'occasion, en l'interrogeant, de voir que cette étudiante-là savait que l'eau était faite de molécules, petits objets très nombreux, mais qu'elle n'avait pas la notion d'un quelconque mouvement de ces objets. J'explique que l'image suivante est assez juste : 

... mais à condition de ne pas oublier le mouvement, que l'on trouvera sur : https://www.youtube.com/watch?v=x8Atqz5YvzQ
Et un troisième étudiant, venu d'une université, croyait que l'eau était comme une sorte de matière élastique qui se serait allongée à l'infini, ignorant également la constitution moléculaire de la matière, "granulaire" en quelque sorte mais avec une idée dynamique.

De l' "élite" à la population générale

Si les étudiants de l'enseignement supérieur,  de chimie de surcroît, en sont là; on voit que la population française n'a pas de raison d'être mieux lotie,  jusqu'aux prétendues élites de domaines qui ne sont pas scientifiques (et je l'ai vérifié mille fois).

Quand je parle d'ilchimisme, ce n'est pas une critique que je fais mais une observation.

Et si ilchimisme il y a, il doit être combattu car comment nos concitoyens pourraient-ils se comporter dans un monde aussi technique que celui d'aujourd'hui, s'ils ignorent les bases de la constitution de ce monde ?

Atome, molécule, substance, élément... Pour bien comprendre, ne confondons pas les objets matériels et les catgérories (le chien Mirza n'est pas la catégorie des chiens)

Alors que je prépare un article de didactique de la chimie, je m'aperçois qu'il n'y a pas de raisons de ne pas mettre immédiatement en application les idées que je propose de partager avec des collègues.

L'article discute les notions d'éléments, d'atome, de molécule, de composé, de substance...

Mais partons de l'idée d'atome. Oublions les acceptions anciennes, périmées, qui ont eu cours jusque dans les années 1960, et commençons par considérer un peu d'eau.

Ce que l'on nomme "eau", et dont le nom est légitime, c'est une "substance", un objet matériel.
Qu'il soit liquide, gazeux, solide, l'eau est de l'eau.

Quand on le regarde à l'aide d'un super-microscope, on voit que l'eau est faite d'objets tous identiques, et que l'on nomme des "molécules". 

En l'occurrence, on dit parfois que ces molécules sont des "molécules d'eau".

Et si l'on cherche à fragmenter ces molécules par des procédés "chimiques" (plus ou moins l'énergie du "feu"), alors on peut séparer ces molécules en objets qui, eux, ne se séparent plus par des procédés qui mettent ces énergies en jeu. Les objets récupérés sont des "atomes".

Plus précisément, quand on analyse une molécule d'eau, on découvre qu'elle est faite d'atomes de deux sortes : des atomes d'une sorte ont été nommés "atomes d'oxygène", et des atomes d'une autre sorte ont été nommés "atomes d'hydrogène". 

Il y a, dans une molécule d'eau, un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène.

Et les mots "oxygène", ou "hydrogène", désignent donc des catégories d'atomes. Ce que l'on a nommé des "éléments".

Et c'est ainsi que, d'un côté, on a les objets matériels : atomes, molécules, substance ; de l'autre des catégories : les éléments. 

Du côté des catégories, il y a diverses "espèces chimiques", qui sont par exemple les "composés", les "espèces ioniques", les "métaux"...

- les  composés ? Ce sont des catégories, dont les molécules sont "composées" d'atomes appartenant à des éléments différents.
Pour "tenir ensemble", les atomes partagent des objets nommés "électrons".
 

Par exemple, le méthane est un composé, puisque les molécules de méthane sont faites d'un atome de carbone (appartenant à la catégorie de l'élément carbone) et de quatre atomes d'hydrogène (l'élément hydrogène).

- les espèces ioniques ? Cette fois, ce sont des assemblages d' "ions", c'est-à-dire d'atomes qui se sont échangés une partie, nommée électron.
J'insiste : ici, les électrons ne sont plus mis en commun, mais échangés.
 

Par exemple,  un cristal de sel est un empilement régulier et alterné d'un ion chlore (on dit "chlorure", mais c'est un détail) et d'un ion sodium.
Ici, les atomes de sodium ont cédé un électron, et les atomes de chlore en ont gagné un.

- les espèces métalliques ? Dans un bloc de fer, il n'y a que des atomes de fer (l'élément), mais ils mettent en commun des électrons, et cela est à l'origine de leur aspect brillant.

Finalement, on le voit, on comprend mieux si l'on ne confond pas les objets matériels et les catégories !

Les molécules collent les unes aux autres

Partons d'huile : c'est un liquide jaune, mais avec des tas de particularités, à commencer par le fait que ce soit l'ingrédient alimentaire le plus énergétique... raison pour laquelle il n'y a pas lieu de craindre les "pilules nutritives" dont des idéologues nous menacent régulièrement, qui remplaceraient l'alimentation : si l'on ne mangeait que de la matière grasse, il faudrait environ 300 grammes pour se soutenir une journée, et 300 grammes d'huile, ça ne tient pas dans une pilule !

A propos de cette huile, on pourrait dire mille choses, discuter son rancissement éventuel, sa sensibilité à la chaleur, à la lumière, mais ici, je propose surtout de penser que,  si nous avions un super microscope, nous verrions qu'elle est faite de très petits objets,  par milliards de milliards de milliards...

Ces objets sont des molécules. Dans de l'huile bien raffinée, bien propre, ces molécules sont de différentes sortes, mais elles se ressemblent toutes avec  une apparence de petites pieuvres à trois bras.

Or les pieuvres ont des ventouses avec lesquelles elles collent un peu. Et, de même, les molécules d'huile collent un peu entre elles... ce qui évite que l'huile ne s'évapore.

Dans de l'huile, liquide, les molécules bougent en tous sens, comme des boules de billard, mais on comprend que la présence des trois "tentacules" complique le mouvement.

Quand on verse de l'huile, les molécules de l'huile s'écoulent, comme le feraient des grains de sable... mais du sable un peu adhérent, un peu collant : rappelons-nous les ventouses des pieuvres.

Les forces d'adhérence sont faibles, pour les molécules de l'huile, et elles seraient plus fortes pour de l'eau.

Et si l'on refroidit l'huile, leur mouvement qui diminue (c'est cela, la "température") fait que l'énergie de mouvement n'est plus suffisante pour rompre le collage. Bref, les molécules de l'huile s'attachent les unes aux autres... et l'on a un solide, de l'huile figée, comme on en voit dans les bouteilles d'huile que l'on met au froid.  

Ah, j'ai oublié de dire que les molécules de l'huile sont des "triglycérides". Pas des acides gras, comme le dit une certaine publicité trompeuse ! Mais je n'entre pas ici dans les détails, car c'est une autre histoire, pour une autre fois.

Pourquoi il est difficile de vulgariser la chimie et quelques réflexions à ce propos.

Récemment, dans un article de vulgarisation scientifique, il était question d'aldéhydes. Si l'on descend dans la rue, et que l'on interroge le premier passant venu sur ce qu'il sait de cela, la réponse sera "rien".
Car l' a-chimisme est quasi complet : nos concitoyens ne savent en réalité déjà pas ce qu'est une molécule, un atome, un ion, la différence entre une molécule et une espèce chimique.

Et cela, c'est un fait que je vous invite à vérifier vous-même expérimentalement, en n'allant pas dans le quartier latin, mais dans n'importe quelle ville de France. Et ce n'est pas un  reproche (qui serait d'ailleurs inutile).

En conséquence,  il y a un premier palier de vulgarisation, qui est d'expliquer que le monde est fait d'atomes groupés en molécules ou autres entités analogues, dans les diverses matières qui nous environnent, des gaz aux solides.

Passée cette étape, nous arrivons donc à une difficulté particulière à savoir que la diversité moléculaire du monde est considérable.

Bien sûr, le nombre d'éléments "chimiques" est d'environ 200... mais il faut déjà les présenter, et faire comprendre qu'il y a une différence entre un élément et un corps pur, dont tous les atomes seraient de la même espèce.
C'est ainsi que, pour le cuivre, par exemple, il y a une confusion possible entre l'élément cuivre, et le métal, le morceau de cuivre. Ce cas se règle sans trop de difficultés à condition de bien choisir ses mots... mais c'est un fait que le vocabulaire de la chimie est déjà problématique.

Si ce ne sont pas les éléments qui sont à présenter mais un résultat récent, comment s'y prendre sans parler des objets qui ont fait l'objet du travail ? C'est bien impossible !

Et c'est pour cette raison que l'on peut être conduit à parler d' "aldéhydes", par exemple.
Imaginons une synthèse organique très novatrice, que l'on a choisi de présenter, et où des aldéhydes interviennent. Bien sûr, on pourra   indiquer que la molécule d'un aldéhyde est caractérisée par un atome de carbone qui porte un atome d'hydrogène et un atome d'oxygène lié par une double liaison... Mais quoi ? A quoi bon savoir cela ?
Et puis, dans l'exemple que voudra considérer, il ne s'agit pas d'expliquer les aldéhydes, mais des aldéhydes particuliers, qui ont une réactivité particulière.

En matière de travaux sur les aliments, par exemple, dire qu'il y a "des aldéhydes" parmi les composés odorants revient à donner une information tout à fait inutile... car il y a sans doute des aldéhydes odorants dans tous les ingrédients alimentaires ! Ainsi l'hexanal, qui est un petit aldéhyde à l'odeur de pomme, n'a rien d'olfactivement commun avec le cuminaldéhyde du cumin. Et voici pourquoi il est bien naïf de dire que "des aldéhydes contribue à l'odeur d'aliments particulier".

Là, j'ai pris un cas extraordinairement simple, mais si l'on revient au résultat de synthèse chimique,  par exemple, il faudrait de surcroît indiquer les enjeux: autre chose que de dire que ça peut faire les cosmétiques ou des médicaments, car cela est bien insuffisant.

On voit ici que l'une des difficultés de la vulgarisation de la chimie est celle de l'immensité du monde considéré : certes il y a des catégories moléculaires, mais les objets valent surtout dans leur singularité et quelqu'un qui resterait aux catégories n'aurait pas contribué au véritable travail de vulgarisation.

Sans compter que la science chimique, comme les autres sciences, repose sur deux pieds qui sont l'expérience et le calcul. De sorte que le véritable travail scientifique se caractérise d'abord par ce dernier. Bien sûr, on aura pu expliquer des réarrangement d'électrons, des réorganisation d'atomes entre les réactifs d'une réaction, mais si l'on veut donner les moyens de la preuve, il y aura fallu quand même expliquer de façon quantitative ce qui a été dit en mots.
Cela vaut pour la physique comme pour la chimie, et ce serait faire une vulgarisation bien légère, bien futile, que de s'arrêter à l'expérience, car la science précisément n'est pas réduite à cela. 

La notion d'éléments

science/études/cuisine/politique/Alsace/gratitude/émerveillement

 

 

1. On voit bien, en parlant "dans la rue", combien la chimie est chose inconnue, et les cours qui sont dispensés en collège ne parviennent pas à éclaircir pour tous les questions de molécule, composé, élément...
 

2. Il faut dire que les abus de langage abondent, et que même des "spécialistes" ne sont pas au clair avec la terminologie... au point que j'en ai vu récemment qui, pour éviter de faire la différence entre molécule et composé (qu'ils n'avaient peut-être pas comprise eux-mêmes), se réfugiaient dans le terme de "substance", quasi médiéval.

3. Je suis bien certain qu'il y a derrière ces confusions la non compréhension de l'idée de classe d'équivalence, de catégorie, la vieille question du nominalisme, et ainsi de suite. Oui, une molécule est... une molécule, un petit objet fait d'atomes, alors que le type de molécules est nommé composé. Et l'élément est également une catégorie : celle d'atomes tous identiques.

4. Arriver à cela  n'a pas été facile, et c'est surtout sur la notion d'éléments que je veux insister aujourd'hui.

5. Aristote avait ses quatre éléments, et, dans le long cheminement qui mène à la chimie, il y a mille "éléments" venu d'en bas : le soufre, le mercure, le "sel", la quintessence... Le plus souvent, il s'agit d'entités imaginées.

6. Avec Lavoisier (1789 , Traité élémentaire de chimie, Paris, Cuchet, XVI à XVII), c'est toute la perspective qui change, parce que, au lieu d'inventer n'importe quoi, on se fonde sur l'expérience :
"Je me contenterai donc de dire que, si, par le nom d'éléments, nous entendons désigner les molécules simples et indivisible qui composent les corps, il est probable que nous ne les connaissions pas ; que si au contraire nous attachons au nom d'éléments ou de principes des corps l'idée du dernier terme auquel  parvient l'analyse, toutes les substances que nous n'avons encore pu décomposer par aucun moyen, sont pour nous des éléments ; non pas que nous puissions assurer que ces corps que nous regardons comme simples ne soient pas eux-même composés de deux ou même d'un plus grand nombre de principes, mais puisque ces principes ne se séparent jamais, ou plutôt puisque nous n'avons aucun moyen de les séparer, il agissent à notre égard à la manière des corps simples, et nous ne devons les supposer composés qu'au moment où l'expérience et l'observation nous en aurons fourni la preuve."

7. Et c'est par ce sain principe que l'on est arrivé à nos éléments actuels. Quel génie ! 

A propos de chimie qui serait partout, ou de cette notion de technoscience que je crois chimérique (pour l'instant)

Décidément, il faudra que l'on m'explique mieux... si l'on peut !
Des amis disent que "la chimie est partout", d'une part,  et d'autres prétendent que la science moderne est une "technoscience", d'autre part.

Je ne comprends pas l'argumentation de mes interlocuteurs. En soi, ce n'est pas grave, mais j'aimerais quand même être assuré de mes propres idées.

Commençons par la chimie, qui est donc une science de la nature : celle qui étudie les réarrangements d'atomes.
Que veulent dire nos amis qui disent que la chimie serait partout ? Quand on marche, quand on respire, il y a des myriades de réarrangements d'atomes (des "réactions", qui ne deviennent chimiques que s'ils sont étudiés par la chimie), mais une personne qui respire ou qui marche n'est pas un chimiste, puisque ce n'est pas un scientifique.

Mes interlocuteurs veulent-ils dire qu'il y a des réarrangements atomiques partout ?
D'abord, pas partout (parfois, pour les métaux ou pour des matériaux inorganiques, ce ne sont pas des molécules, dont il s'agit), et, ensuite, si c'est cela que l'on veut dire, pourquoi ne le dit-on pas ?
Mes interlocuteurs veulent-ils dire qu'il y a des applications de la chimie partout  :  les cosmétiques, les détergents, les engrais, etc. ?  Alors disons que les applications de la chimie sont (presque) partout...  mais pas la chimie elle-même,  puisque la chimie est  une science de la nature (on y reviendra), qui ne se confond pas avec ses applications... même si certains font la confusion des deux.
Plus généralement, je ne comprends pas l'intérêt qu'on certains à vouloir confondre les sciences et les applications des sciences  : l'arbre n'est pas le fruit.


Les technosciences seraient-elles comme les anges ?
À propos des "technosciences", maintenant, je maintiens que dire un mot ne suffit pas pour faire exister une idée : on peut parler des anges, mais ils n'existent pas (jusqu'à plus ample informé).
D'autre part, mes  interlocuteurs qui me parlent de technosciences sont souvent des épistémologistes qui évoquent je ne sais quel Kuhn (en réalité, je le sais très bien, puisque j'ai lu -sans plaisir- Thomas Kuhn), mais qu'ils me parlent de Kuhn, ou de Koyré, ou de Feyerabend, ou de Popper, ou de Wittgenstein, ou de Hottois, peu me chaut : c'est un argument  d'autorité... et la lecture de ces auteurs ne me convainc pas. 
Mais surtout, je vois mal pourquoi je devrais me référer à des épistémologistes ou des sociologues, puisqu'il suffit de réfléchir et d'observer l'activité scientifique que je fais chaque jour : comme beaucoup d'entre nous, je cherche les mécanismes des phénomènes (par une méthode que j'ai décrite par ailleurs trop souvent pour que j'y revienne ici).
Et là, nous savons parfaitement - à condition d'être de bonne foi- distinguer les activités scientifiques et les activités technologiques.

Enfin, oui, quand nous  sommes dans la partie expérimentale des sciences de la nature, quand nous faisons des mesures, nous utilisons des instruments de mesure, qu'il s'agisse d'un double décimètre, d'un thermomètre, d'un appareil de résonance magnétique nucléaire... ou d'un vélo quand nous allons au laboratoire.
Le statut intellectuel de ces objets est le même : ce sont des outils techniques utiles pour notre activité scientifique, et qui ont tous le même statut intellectuel, du vélo à la RMN. Et cela n'a pas changé depuis Galilée  :  le télescope s'apparente absolument à l'anneau du CERN à Genève.
Bref, il y a donc des personnes qui ont une activité qui consiste à utiliser ses instruments pour explorer les mécanismes les phénomènes, dans la composante expérimentale de leur activité. Je ne veux pas rentrer dans la querelle des adjectifs (science pure,  exacte,  fondamentale...). Je me contente donc de parler ici de sciences de la nature, en sachant parfaitement -j'insiste parce que j'ai toujours l'impression que certains de mes interlocuteurs me prennent pour un ignorant ou un imbécile- que le concept de nature est bien compliqué.
Il y a donc des personnes qui explorent les mécanismes des phénomènes à l'aide d'outils, et d'outils techniques puisque par définition un outil  sert à faire, ce qui est la définition la technique.
Ces personnes ont une activité de sciences de la nature même, si le mot nature est  bien compliqué (pardon, je saute cette discussion ici). Mais ce que je sais, c'est que la technique n'est pas première, mais seulement accessoire, et, ni Bachelard, ni Popper, ni Kuhn, ni Hottois, ni Ellul, ni aucun autre ne pourra me faire penser avec autorité que les sciences de la nature puissent être autre chose que... des sciences de la nature... quand elle le sont !
Car j'y  reviens : Lavoisier, Pasteur, et des personnes d'une stature respectable ont parfaitement distingué les sciences de la nature et leurs applications. Et rien n'a changé depuis eux.

Mais pour y revenir, je fais donc état de ma double incompréhension  : suis-je obtus, ou bien les arguments que l'on m'a donnés sont-ils mauvais, et déplacés ?
J'ajoute que je n'ai pas d'intérêt à prendre à parti plutôt qu'un autre, et je cherche simplement être conduit logiquement à une position ferme.
Pour l'instant aucune des argumentations à propos de la chimie qui  serait partout ou bien à propos de l'éventuelle existence de  technosciences ne m'a convaincue. J'en suis bien désolé !

"Si je mets trop de protéine, est-ce que je fais une catastrophe alimentaire ?"

Un ami qui veut cuisiner note à note s'interroge : "si je mets trop de protéine, est-ce que je fais une catastrophe alimentaire ?".
Il faut lui répondre rapidement, en expliquant le mieux que je peux.
D'abord, j'observe que le mot "protéine" est au singulier, alors que je l'attendrais plutôt au pluriel. En effet, les tissus végétaux ou animaux contiennent "des protéines", et plus exactement de très nombreuses molécules de très nombreuses sortes de protéines.
Mais tout cela est abstrait, et je préfère toujours dire les choses "expérimentalement". Partons d'un blanc d'oeuf : c'est un liquide transparent et jaune tirant sur le vert. Mettons-le dans un bol, et laissons-le à l'air, pendant une bonne semaine : il ne pourrit (généralement) pas, mais se résume finalement à un résidu solide d'un jaune quasi poussin, transparent. Avec un très gros microscope, on verrait que ce solide est fait d'un enchevêtrement de très nombreux "fils"  : ce sont des molécules de protéines. Et si l'on regarde bien, on voit qu'il y une vingtaine de sortes de "fils" : on dit une vingtaine de protéines particulières (mais on se souvient : des milliards et des milliards de molécules pour chaque sorte de protéines).

Les viandes, les poissons, les oeufs, mais aussi les plantes de la famille des légumineuses, contiennent beaucoup de protéines : environ 20 grammes de protéines pour 100 grammes de viande ou de poisson, environ 25 grammes de protéines pour 100 grammes de lentilles cuites, par exemple.
Est-ce grave de consommer trop de protéines ? L'Agence française de sécurité des aliments, l'Anses, dit ne pas avoir de données suffisantes pour répondre à la  question... Preuve que s'il y a un inconvénient, ce dernier n'est pas particulièrement visible.
Donc, non, ce n'est pas grave, surtout pour un repas, d'avoir beaucoup de protéines dans sa ration. Et j'ajoute que je ne réponds pas en nutritionniste ni en diététicien, puisque je ne suis ni l'un ni l'autre et que je me suis engagé à ne parler ni de nutrition ni de toxicologie.

J'ai des amis merveilleux... mais qui croient à l'homéopathie. Comment est-ce possible ?

J'ai des amis qui croient à l'homéopathie, et cela me peine :  ne comprennent-ils pas qu'ils font le jeu de malhonnêtes ?

Ce matin, m'est venue une hypothèse, afin comprendre pourquoi certains de mes amis, bien qu'intelligents, tombent dans le piège de l'homéopathie : je crois qu'il y a notamment une question de culture scientifique insuffisante.

Je m'explique, en partant de faits.
Donc, j'ai des amis qui sont intelligents, honnêtes, droits, travailleurs (dans leur métier ; permettez-moi de ne pas dire lequel, afin qu'ils ne se reconnaissent pas)... Bref, beaucoup de qualités. Mais, un "défaut" : ils croient à l'homéopathie, au point même d'être prosélytes. Bien sûr, je suppose que le débat sur l'inefficacité de l'homéopathie ne leur a pas échappé, mais je pense que :
1. voyant qu'il y avait des "pour" et des "contre"
2. observant que les deux camps reconnaissent un effet (les "contre" ont l'honnêteté de dire qu'il y a le même effet que tout placébo)
ils concluent en faveur de cette "médecine". D'ailleurs, après tout, ne voit-on pas ces produits exposés dans des pharmacies (qui sont donc complices des producteurs) ?

Pour certains, comme moi, la cause est entendue, et l'homéopathie n'est que du placébo, car  un produit ne peut pas agir s'il n'est pas présent ; or certaines dilutions homéopathiques sont telles qu'il y a  (bien) moins d'une molécule dans ces produits, de sorte qu'aucune action n'est possible. La  prétendue "dynamisation" ? Jamais établie, d'autant que le fouillis moléculaire l'éliminerait immédiatement.

Mais ce raisonnement n'est que ceux qui, comme moi, savent ce qu'est une molécule ! Or je suis heureux d'indiquer que le podcast d'AgroParisTech où j'explique ce qu'est un composé (http://www2.agroparistech.fr/podcast/Qu-est-ce-qu-un-compose.html) est un des plus regardé du site, et qu'il m'a valu des remerciements de nombreux amis du monde des métiers du goût. Lesquels ignoraient tout de cela, et découvraient des idées utiles pour interpréter les phénomènes qu'ils observent chaque jour dans leur cuisine.

Oui, je crois que c'est cela, l'origine de certaines croyances dans l'homéopathie : l'ignorance de la structure moléculaire et atomique de la matière, l'ignorance des règles de comportement des atomes et des molécules.

Et c'est donc pour mes amis que je prends un (précieux) moment, à expliquer maintenant toute cette affaire.  Partons de l'eau, pour commencer. D'un verre d'eau. C'est un liquide transparent, qui semble bien immobile si on ne le bouge pas.

Regardons-le avec une loupe : on ne voit rien de particulier.

Puis regardons avec un microscope : rien n'apparaît non plus.

Et regardons avec un super-microscope : toujours rien !

Pourtant, si nous déposons très délicatement une goutte d'encre ou un cristal violet de permanganate de potassium au fond du verre, nous voyons un halo coloré se répartir dans le verre. Mystère !  Oui, mystère quasiment au sens étymologique du terme : comment est-il possible que le permanganate ou l'encre soient ainsi mis en mouvement, alors que tout semblait immobile ?
C'est là la merveilleuse découverte de la chimie de la fin du 19e siècle : l'eau est faite d'objets tous identiques, nommés "molécules" :

Et, contrairement à l'image précédente, contrairement à l'image suivante, les molécules sont des objets tous en mouvement, avec une vitesse moyenne de 400 mètres par seconde !

Oui, l'eau grouille, et l'on a une meilleure idée avec une vidéo :
https://www.youtube.com/watch?v=x8Atqz5YvzQ
où les mouvements sont considérablement ralentis !

Avec cette image, on comprend l'expérience de la goutte d'encre et du permanganate de potassium : initialement, les molécules de l'encre, ou les ions potassium et permanganate respectivement, sont groupés. Mais les molécules d'eau qui viennent les heurter, d'innombrables fois, les dispersent progressivement. 
Ah, j'oubliais, et le "d'innombrables" m'y fait penser  : je n'ai pas dis que, dans un verre d'eau, il y a environ un million de milliards de milliards  de molécules d'eau !

Mais revenons à l'homéopathie, munis de ces connaissances

Les médicaments n'agissent évidemment que s'ils sont présents : en général, ils ont des "récepteurs" dans l'organisme, c'est-à-dire qu'ils viennent se lier à des protéines (le plus souvent), comme des clés viennent se loger dans des serrures. Et quand la bonne clé vient dans la bonne serrure, alors il y a une action dans l'organisme.
De sorte que l'on comprend que, quand il n'y a pas de clé, il n'y a pas d'action : quand il n'y a pas de molécule d'un composé, il ne peut pas y avoir d'action. 
Et c'est là où le bât blesse, à propos de l'homéopathie : les dilutions sont si grandes qu'il n'y a pas de molécules actives, mais seulement des molécules de l'excipient : de l'eau ou du  sucre, par exemple. Oui, comment un produit pourrait-il agir s'il n'est pas présent ?
Certains partisans de l'homéopathie répondent en invoquant une prétendue "dynamisation", tout comme on l'entend à propos de la méthode de culture nommée "biodynamie", où l'on est replongé au Moyen Âge, avec des effets qui résulteraient du mouvement d'un fer dans de la bouse, à condition d'être fait sept fois dans le sens des aiguilles d'une montre. Et puis quoi, encore ? Pourquoi pas l'imposition des mains, la divination, les tables tournantes, les fantômes, les feux follets, les soucoupes volantes, et j'en passe et des meilleures ?
Le bon Cyrano de Bergerac, déjà, disait : "On ne m'a quasi jamais relaté aucune histoire de Sorciers, que je n'aye pris garde qu'estoit ordinairement arrivée, à trois ou quatre cent liëues delà".
Et cela reste vrai aujourd'hui : on m'a parlé de rebouteux, et, le jour où je me suis foulé le pied dans le Tarn, il y en avait un a un diner, qui a voulu me rétablir ; je me suis laissé faire sans y croire, et le lendemain, j'étais quand même à l'hôpital. Tout comme les baguettes de sourcier : les expériences que nous avons faites à la revue Pour la Science ont montré... qu'il n'y avait aucune action. Les tables tournantes ? Le chimiste Michel Eugène Chevreul, par exemple, les a réfutées, tout comme le chimiste Michael Faraday. Et ainsi de suite, mais l'hydre repousse ses têtes, et il vaut donc mieux s'interroger pour comprendre comment des gens "intelligents" peuvent tomber dans le panneau. D'autant que, souvent, ce sont les mêmes qui croient à l'homéopathie ou aux tables tournantes, et autres prétendus effets !
La prétendue dynamisation, pour y revenir ? Au moment de l'affaire de la mémoire de l'eau, j'ai rencontré un illuminé qui me prétendait que si l'on mettait, dans un circuit électrique, de l'eau et de l'acide cyanhydrique dans une ampoule fermée, alors le poisson passerait dans une autre ampoule ne contenait que de l'eau. J'ai fait l'expérience et j'ai bu l'eau de l'autre ampoule... mais je suis bien vivant !
Alors la prétendue dynamisation ? J'espère que la vidéo des molécules d'eau fera comprendre que toute action locale (qui ne peut être qu'un mouvement des molécules) sera perdu immédiatement. Surtout  : ces "effets prétendus", de quelle nature seraient-ils ?
Évidemment, il y a le nombre sept, qui est un nombre premier... mais ce n'est au fond qu'un nombre premier. Et les nombres premiers n'ont jamais tué personne... ni dynamisé quoi que ce soit.

Tout cela pour dire que nous nous essoufflons à vouloir réfuter nos amis qui ont des prétentions exorbitantes. Au fond, ne devons-nous pas seulement leur demander la preuve de ce qu'ils avancent ? De vraies preuves, et pas des "on dit que" comme ils nous l'assènent ? Laissons-les passer leur temps à chercher des "preuves", si cela les tente, mais quelle folie ! 
Alors qu'il y tellement mieux à faire, à découvrir les véritables beautés de ce monde. Oui, utilisons notre temps à l'école, à faire comprendre que les sciences de la nature sont merveilleuses, à faire comprendre que Jean-Sébastien Bach fut un génie, pour des raisons techniques et artistiques qu'il faut prendre le temps d'admirer, que Léonard de Vinci fut un personnage vraiment extraordinaire, que Friedrich Gauss fut un génie, que Rabelais fut un homme d'un art accompli...





PS. J'ajoute que la religion est un facteur qui peut contribuer à croire à des effets "miraculeux" : les textes religieux ne font-ils pas états de "miracles" ?

Pourquoi les diverses graisses ne fondent pas à la même température

Les question ne cessent d'arriver par email, mais je ne suis pas toujours parfaitement libre pour y répondre. Heureusement, vient le week-end, où je peux rattraper mon retard. Et, cette semaine, une question sur les graisses :

Pourquoi les graisses ne fondent-elles pas toutes à la même température ? 

La question est d'autant plus intéressante que les publicités qui nous submergent ne cessent d'induire le public en erreur : contrairement à ce qu'elles mentionnent, il n'y a pas d'acides gras dans les matières grasses, huiles ou graisses végétales ! Ou, plus exactement, quand il y en a (jusqu'à environ 5 % dans les pire cas), c'est le signe que la matière grasse n'est pas bien raffinée, ou bien qu'elle a été dégradée.


Mais commençons par expliquer ce dont il s'agit, en partant d'une huile bien raffinée. 

C'est alors un liquide transparent, quasi incolore, fait de molécules qui sont quasiment toutes des "triglycérides", à savoir des assemblages d'atomes de carbone, d'atomes d'hydrogène et d'atomes d'oxygène.

Plus précisément, pour la molécule d'un "triglycéride saturé", trois atomes de carbone liés sont ensuite chacun liés à un atome d'oxygène, qui est lui-même lié à un autre atome de carbone qui est, d'une part, lié à un atome d'oxygène, et, d'autre part, lié à un chaîne d'atomes de carbone qui sont chacun liés à deux atomes d'hydrogène, sauf à l'extrémité de la chaîne, le dernier atome de carbone est lié à trois atomes d'hydrogène, et non deux.

Ces molécules sont très nombreuses :  dans une bouteille d'huile, il y en a environ cent millions de milliards de milliards.


Mais la description que je viens de donner est simpliste, parce que, en réalité, il y a des triglycérides variés : au lieu d'avoir cent millions de milliards de milliards de molécule d'une seule sorte, il y a des millions de milliards de molécules d'environ 400 millions de sortes différentes. Toutes ont en commun cette structure particulière, avec trois atomes de carbone auxquelles sont liées les structures présentées précédemment. Et comme on peut synthétiser chimiquement ces molécules à l'aide d'un composé nommé glycérol et de composés nommées acides gras, ou glycérides, on nomme triglycéride les molécules des matières grasses. D'ailleurs, on peut également dégrader les triglycérides en glycérol et acides gras, par exemple.
Le glycérol ? C'est le "sucre" le plus simple, avec, donc, trois atomes de carbone qui sont chacun liés à un atome d'oxygène liée à un atome d'hydrogène, et aussi à des atomes d'hydrogène, de sorte que le total de la liaison de chaque atome de carbone avec des atomes voisins soit de quatre.

Quant aux acides gras, ils sont tous faits d'un atome de carbone qui est lié à un atome d'oxygène, à un autre atome d'oxygène lié à un atome d'hydrogène, et à un enchaînement d'atomes de carbones qui ne sont liés, eux, qu'à des atomes d'hydrogène.

Mais il faut le répéter : les matières grasses alimentaires ne contiennent que très peu de glycérol et d'acides gras, et elles sont majoritairement faites de molécules de triglycérides. C'est un abus de langage dommageable que de dire qu'il y a des acides gras dans les matières grasses alimentaires. Et c'est cet abuse de langage qui impose de parler d'acides gras libres, pour les acides gras qui existent réellement, dans des matières grasses de mauvaise qualité.


Tout cela étant expliqué, nous pouvons maintenant nous préoccuper de la fonte des graisses solides, ou, inversement, de la solidification des matières grasses liquides. 

L'expérience fondatrice est facile à faire : il suffit de mettre une bouteille d'huile dans un congélateur  : quand l'huile est refroidie à la température du congélateur, elle est alors solide, blanche et opaque. En effet, les molécules  sont des objets qui bougent, s'agitent, vibrent... d'autant plus rapidement qu'ils ont plus d'énergie, ce qui revient à dire d'autant plus que leur température est élevée. Et c'est ainsi que, quand on refroidit, les molécules ralentissent, et viennent s'empiler les unes sur les autres, formant des "cristaux" dont l'assemblage devient blanc comme la neige (qui est faite de cristaux, par empilement des molécules d'eau).
A ce stade, manque encore une information : les molécules de triglycérides s'attirent très légèrement, avec une force qui dépend de leur constitution moléculaire particulière.
Et c'est ainsi, par exemple, que si l'on ne considère que des matières grasses "saturées", comme celles que nous avons décrites précédemment, l'empilement se fait à température plus basse pour les petits triglycérides. En effet, imaginons deux groupes de triglycérides à la même température : un groupe avec des petites molécules, et un groupe avec des molécules plus grosses (plus d'atomes de carbone dans les "résidus d'acides gras"). Comme l'énergie d'une molécule correspond à son mouvement, la vitesse des petites molécules est supérieure. Cela signifie que leur mouvement vaincra plus facilement les forces d'attraction entre les molécules, et que ces petites molécules figeront plus difficilement.

Ce qui est dit de la taille des molécules de triglycérides n'épuise pas le sujet : pour l'instant, nous n'avons évoqué que les triglycérides "saturés", et pas les triglycérides "insaturés", pour lesquels  les chaînes d'atomes de carbone sont moins flexibles pour des raisons que nous n'expliquerons pas ici.  De ce fait, les empilements sont plus difficiles, et il faut donc refroidir davantage pour arriver à les empiler en solides. De fait, l'huile d'olive, qui contient beaucoup de ces triglycérides insaturés, fige à plus basse température que la matière grasse d'origine animale, qui contient  des  triglycérides saturés.

Hopla!


Et si voulez en savoir plus : 
E.W. Hammond, in Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition), 2003.
H.D. Belitz, W. Grosch, P. Schieberle, Food Chemistry, Springer Verlag.
Hervé This, Mon histoire de cuisine, Editions Belin.

Ce que je n'ai pas réussi à faire

Oui, je crois avoir réussi mon coup, en ce que le public sait maintenant qu'il y a des molécules dans les aliments : cela fait partie des enseignements de l'école, d'une part, et les chefs qui passent à la télévision sont sensibilisés, d'autre part. Bien sûr, il y a encore des confusions entre "naturel" et "artificiel" ou "synthétique", mais on y arrivera, surtout si l'école nous y aide, et ce sera pour le bien de tous, c'est-à-dire de chacun et de la collectivité.

En revanche, je n'ai pas réussi à bien faire passer la différence entre la  chimie, qui est une science de la nature, et ses applications... que l'on retrouve trop souvent sous le nom indu, usurpé, de "industries chimiques". Non, il n'y a pas d'industries chimiques, parce qu'une industrie n'est pas une science. Il y a éventuellement des industries qui font usage de la chimie, mais on tomberait dans la faute du partitif en nommant cela "industries chimiques". Et cette confusion est néfaste pour tous, pour la chimie, d'une part, et pour les industries, donc le public qui peut y travailler. 


Pourquoi n'ai-je pas réussi ? 

Pour mille raisons, mais notamment parce que la communauté des chimistes n'a pas encore accepté l'idée que l'on doive nommer différemment la science chimique (la "chimie", donc) et ses applications. Pis encore, il y a eu des tentatives de rapprochement. Louables, certes, du  point de vue de la communauté des personnes intéressées par les transformations moléculaires, mais nuisibles, puisque cela entérinait la confusion.
C'est au point que moi-même ai longtemps hésité à nommer "chimie" notre science ou ses applications, ayant quand même compris que l'on ne pouvait pas donner le même nom à deux activités différentes, ce qui est la moindre des choses : un tournevis n'est pas un marteau, n'est-ce pas ?
Je réponds en passant à une remarque courante : oui, ce sont les mêmes molécules dans un laboratoire de recherche scientifique et dans une usine, mais l'intention fait toute la différence : l'étude d'un phénomène, ce n'est pas l'utilisation de ce phénomène. Il y a toute la différence du monde, et, comme je sais que beaucoup ne la comprenne pas, j'explique sur un exemple :
- quand je cuisine, je produis des aliments
- quand j'étudie la cuisine, je produis de la connaissance.
Si j'étudie, je ne fais pas d'aliment. Mais si je cuisine, je ne fais pas de connaissance.
Là, c'est clair ?

Bref, il y a lieu  lutter encore beaucoup contre des forces antagonistes ou des inerties. Les forces antagonistes ? Il y en a hélas beaucoup, entre ceux qui, par idéologie, refusent les avancées scientifiques, voyant encore là le mythe de Prométhée : pour eux, la chimie est une façon de donner le feu aux hommes, et cela peut faire des catastrophes (incendies, etc.). Il y a aussi ceux qui combattent le "capital" qui est personnifié en l'occurrence par l'industrie... qu'ils disent "chimique". Il y a ceux qui ignorent ce qu'est la chimie, et en ont peur. Il y a ceux qui voient dans la chimie la cause des pollutions, oubliant que c'est principalement la surpopulation mondiale qui est à l'origine de cela. Il y a ceux qui...

Tout cela s'apparente à un combat des vaillants guerriers réunis au Valhalla, dans la mythologie alsacienne, pour lutter contre les géants qui veulent détruire le monde créé par les dieux, libérant le loup géant qui tuera Wotan. Si l'on cesse de combattre, ce sera la fin, de sorte que, éternellement, nous devrons lutter. Lutter contre les peurs, lutter contre les malhonnêtetés intellectuelles, lutter contre les "méchants", les paresseux, les autoritaires, les escrocs, lutter contre la pensée magique, lutter contre les idéologies qui ne s'affichent pas.

Bref, luttons sans relâche contre le Ragnarok

La découverte des molécules et des atomes

On dit parfois qu'Albert Einstein a découvert atomes et molécules. Ou le physicien Jean Perrin. Bref, les physiciens créditent les physiciens de cette découverte.

Pourtant, c'est oublier des images comme la suivante :

 Il s'agit d'une des figures de "La chimie dans l'espace", de Jacobus Henricus Van't Hoff, un texte paru en... 1875, soit bien avant qu'Einstein ne fasse ses travaux ou que Jean Perrin n'étudie le mouvement brownien.  Et vous avez bien lu le titre ! Quatre ans avant, d'ailleurs,  Van't Hoff avait publié un article où il représentent les atomes de carbone d'une molécule de glucose, en indiquant même les angles entre les liaisons chimiques, et les distances interatomiques.

Mais, plus généralement, la France était terriblement en retard, sur le reste du monde chimique, notamment depuis que Marcellin Berthelot s'était opposé à cette idée de molécules composées d'atomes. En France, il avait eu quelques opposants, avec Würtz, Gerhardt, Laurent, mais Berthelot et sa clique, qui verrouillaient les postes, considéraient avec retard que la théorie était abusive. D'ailleurs, alors que Berthelot se vantait d'être un pionnier de la synthèse organique, la France était très en retard de ce point de vue (et Berthelot n'était certainement pas le pionnier qu'il prétendait être).


Bref, il ne faut pas reconnaître à Perrin d'avoir montré l'existence des atomes, puisque les chimistes la connaissait déjà depuis plus de 40 ans !

Pour la science nommée chimie, une partie d'analyse, une partie de synthèse

La « chimie »  serait une grande famille, qui aurait la volonté de réunir des techniciens, des ingénieurs, des scientifiques ?

Pourquoi pas : toutes ces personnes se retrouvent autour de l'idée selon laquelle le monde est constitué d'atomes qui se réorganisent selon des lois particulières.
C'est donc, du point de vue de l'étude scientifique, quelque chose qui est de nature physique, puisque la physique est la science de la nature par définition, mais une branche de la physique particulière, car cette étude n'a rien à voir avec l'optique, ou l'électricité, ou l'hydrodynamique...

Et j'ai longtemps hésité, à propos du nom à donner à cette science, mais mes recherches historiques me montrent qu'il faut sans doute employer le nom de chimie pour l'activité scientifique qui étudie les réarrangements d'atomes.


Pour cette science, la tradition a toujours fonctionné avec au moins deux pieds : l'analyse et la synthèse.

L'analyse a toujours été essentielle, puis qu'il fallait comprendre la nature de la matière et son évolution.
Et la synthèse est essentielle, puisqu'elle construit des systèmes nouveaux que l'on peut analyser. D'ailleurs, il y a de la synthèse dans deux types d'activités : soit pour tester la nature, et en comprendre les lois ; soit pour obtenir des résultats, à savoir des médicaments, des pesticides (je répète qu'il vaut mieux des pesticides bien conçus que les pesticides naturels, non ciblés...).

Evidemment les individus dont l'esprit n'est pas assez élevé pour comprendre qu'il n'est pas nécessaire de dénigrer l'objet dont on veut faire l'éloge n'ont pas manqué d'abaisser l'analyse quand il faisaient de la synthèse, et vice versa. Mais les individus les plus éclairés, eux, savent qu'il faut deux pieds pour tenir debout.

Apprenons à dépasser ces querelles idiotes. Pour la chimie, il faut de la synthèse et de l'analyse, et c'est ainsi que la chimie est une science merveilleuse !






Vient de paraître aux Editions de la Nuée Bleue : Le terroir à toutes les sauces (un traité de la jovialité sous forme de roman, agrémenté de recettes de cuisine et de réflexions sur ce bonheur que nous construit la cuisine)  

La chimie est une science merveilleuse !

Quand je dis chimie, je dis  chimie, c'est-à-dire que je dis « sciences qui étudie les transformations de la matière », et ce que je ne confonds ni avec la technique de production des composés, ni avec la technologie qui utilise les résultats de la science chimique pour améliorer la technique. J'ai mis longtemps à le comprendre, mais c'est maintenant clair : la technique et la technologie fondés sur la chimie doivent recevoir d'autres noms que "chimie".


Par exemple, de l'eau que l'on chauffe s'évapore  : il y a une transformation, puisque la vapeur d'eau et l'eau liquide apparaissent différemment. Toutefois ce n'est pas de la chimie, puisque ce n'est pas là une activité de science. D'autre part, il  n'y a pas, ici, de "réactions", puisque les molécules sont toujours des molécules d'eau, qu'elles soient dans le liquide ou sous la forme d'un gaz nommé vapeur.
Au contraire,  si l'on fait passer de la vapeur d'eau sur du fer réduit en poudre (en pratique, il suffit d'utiliser un morceau de fer et une simple lime) et chauffé jusqu'à être rouge,  alors la vapeur d'eau se transforme en  un mélange de deux gaz qui ne sont plus de la vapeur d'eau : il s'agit de dihydrogène et de dioxygène. Les molécules ont été modifiées, et les propriétés des deux gaz n'ont rien à voir avec celles de la vapeur d'eau ; notamment, si l'on approche une allumette du mélange des deux gaz, il explose, alors que la vapeur d'eau, elle, n'a pas cette propriété. Cette fois, il y a eu réaction, et l'on devrait plutôt parler de transformation moléculaire.

La chimie est donc l'activité scientifique qui consiste à étudier les  transformations des molécules, et, plus généralement, les réarrangements d'atomes (il y a ici une petite subtilité de spécialiste, en ce sens que des solides tels que le sels ne sont pas composés de molécules, même s'ils restent évidemment composés d'atomes).

Mais nous sommes samedi, et je ne veux pas m'intéresser aujourd'hui à  la discipline scientifique que j'aime et que pratique, mais à la technique qui découle de la chimie, et qui continue de m'éblouir, parce que, par des actions simples comme chauffer, couper, broyer, illuminer, etc.,  on parvient à réorganiser les atomes.
Cela, le cuisinier le fait : quand il chauffe du sucre de table dans une casserole, les molécules de saccharose qui constituent le sucre de table sont modifiées, et il obtient une masse qui est classiquement nommée caramel, et qui est constituée d'autres molécules que celle de saccharose. Le cuisinier, par conséquent, opère des réactions moléculaires. Observons qu'il n'est pas chimiste pour autant : il n'est pas un scientifique qui étudie ces transformations, mais un technicien (certes, parfois doublé d'un artiste) qui les met en oeuvre.

Dans ce billet,  ce que je veux dire, c'est que la science de la chimie, la chimie, a produit des connaissances, est devenue progressivement capable de décrire les organisations d'atomes,  notamment en molécules, et que ces loi, règles, équations, permettent de prévoir des réactions qui n'ont jamais été faites.
Ce qui est extraordinaire, c'est que, à l'aide des descriptions  qui ont été patiemment mises au point par les chimistes du passé, les chimistes d'aujourd'hui deviennent capables de prévoir le résultat de réactions jamais imaginées, jamais pensées, jamais faites, et avec beaucoup de précision, de surcroit.
Pas en cuisine, toutefois... pour l'instant. Pas en cuisine, mais de nombreux sites, qui sont nommés souvent laboratoires. On écrit une équation toute simple, on observe son résultat, obtenue extraordinairement simplement.. et l'on constate que le résultat est juste quand on fait  l'expérience ! Quelle puissance extraordinaire de ces équations ! De ce fait, puisque la cuisine est une activité qui met en oeuvre des réactions moléculaires, on ne peut s'empêcher de se demander quand, enfin, les cuisiniers deviendront capables d'utiliser ce langage en équations de la chimie pour prévoir les résultats qu'ils obtiendront.

Vraiment la chimie est merveilleuse...









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