Comment analyser des réactions chimiques dans un milieu complexe ?

 Les milieux complexes sont... complexes, et l'on est souvent perdu, face à l 'analyse de leurs transformations. Tout semble se modifier à la fois, et comme ces milieux contiennent une foule de composés, il semble que l'on doive abandonner tout espoir de comprendre les réactions qui ont lieu dans ces milieux.

 

Je crois, au contraire, que la saine application d'une saine méthode permet de s'en tirer facilement. 

 

Ma proposition est essentiellement de reconnaître l'existence d'ordres de grandeur de composition.
En effet, ces milieux peuvent, tout d'abord, être caractérisés, par exemple pour la composition moléculaire, de la façon suivante : entre 100 pour cent et 10 pour cent, c'est le premier ordre de quantité ; entre 10 pour cent et 1 pour cent, c'est le deuxième ordre ; entre 1 pour cent et 0,1 pour cent, c'est le troisième ordre ; et ainsi de suite.
Par exemple, pour le vin, qui est un liquide complexe, on considère d'abord le fait qu'il soit essentiellement de l'eau (premier ordre), puis de l'éthanol au deuxième ordre, puis différents acides, tels l'acide tartrique, l'acide succinique, etc. au troisième ordre ; et ainsi de suite.

 

 Cette organisation étant produite, je propose maintenant de considérer que si un composé présent au premier ordre varie notablement (et il faut considérer des ordres de grandeurs de variations), alors cette modification ne pourra être due qu'à des réactions du composé initial avec des composés d'un ordre égal ou supérieur au sien.
Par exemple une modification importante d'un composé présent au premier ordre ne sera jamais due à la réaction du composé avec un autre composé présent au troisième ordre. Si ces deux composé réagissent, la variation du composé présent au premier ordre ne pourrait être que du troisième ordre. En revanche, le composé au troisième ordre, lui, pourrait réagir notablement avec des composés au premier ou au deuxième ordre. 

En conséquence, je propose donc d'examiner d'abord les réactions des composés au premier ordre, qui ne pourront réagir notablement qu'avec les composés au premier ordre (et par réaction, j'entends éventuellement des dissociations de ces composés) ; puis, la variation de chaque composé au premier ordre étant expliquée, il y aura des variations résiduelles, et l'on pourra passer à l'analyse au deuxième ordre.
C'est ensuite, quand on aura analysé au deuxième ordre, que l'on pourra passer au troisième ordre. 

On le voit, la complexité se réduit beaucoup si l'on analyse de façon systématique (par ordres de grandeur successif), en partant du plus important pour aller vers le plus détaillé. je crois que c'est un principe général. 

Évidemment, je vois déjà des objections, et je m'empresse de signaler que ce sont des objections... au deuxième ordre ;-)). Par exemple, on peut imaginer qu'un composé présent en petite quantité puisse produire un effet considérable par une action catalytique. Ce fut d'ailleurs un progrès essentiel de la chimie que de reconnaître l'existence de ce phénomène de catalyse. Toutefois la catalyse est un cas particulier de réaction, une sorte de réaction au deuxième ordre. Le pire n'est jamais sûr ! J'ai également évoqué la dissociation, et l'on pourrait imaginer qu'un composé se fragmente en mille petits morceaux. On peut l'imaginer, mais il y a quand même des probabilités à respecter. Si la probabilité d'un tel événement est du même ordre de grandeur que la probabilité qu'une météorite me tombe sur la tête, alors considérons plus raisonnablement que l'événement n'aura pas lieu. 

D'autant que je vous invite à faire l'expérience suivante : au tiers et au deux tiers de la longueur d'une feuille de papier, faites une fente qui coupe la feuille par le travers, mais en laissant un tout petit pont de papier, de sorte que la feuille soit presque divisée en trois morceaux, mais que ces morceaux restent attachés. On peut parier une caisse de champagne que si l'on tire sur les deux morceaux des extrémités, alors on ne fera jamais que deux morceaux. Pour la même raison, un bâton posé verticalement tombera, même s'il est parfaitement droit : l'équilibre est instable, même si c'est un équilibre (théorique). 

Pour les mêmes raisons, une molécule d'un mélange complexe ne se dissociera jamais qu'en deux fragments, en se cassant à la liaison la plus faible. Bien sûr, chacun des fragments pourra ensuite se diviser encore, mais la probabilité qu'ils se divisent tous les deux au même moment est très faible, de sorte que l'on aurait ensuite trois morceaux, puis cinq, et ainsi de suite. Finalement, on pourra effectivement obtenir mille morceaux, mais une analyse pas à pas fait cette analyse toute simple. 

 

Finalement, je répète mon acte de foi : le monde est simple, à condition d'avoir une saine méthode que l'on utilise sainement. Oui, le diable est caché derrière chaque détail expérimental, en science, mais notre intelligence doit nous permettre de le vaincre, pas à pas. Et c'est ainsi que la physico-chimie est une science merveilleuse, n'est-ce pas ?

Il faut toujours faire le gros avant le détail, à propos de soupe à l'oignon

Il vaut toujours mieux donner une description des recettes, au premier ordre, avant de se focaliser sur des détails.


Une description au premier ordre ? Rien ne vaut l'exemple. Prenons la soupe à l'oignon, que l'on devrait d'ailleurs souvent nommer potage à l'oignon... sauf quand ce dernier contient une soupe.
Là, mes amis sont perdus, parce qu'ils ignorent souvent que la soupe est une tranche de pain, que l'on trempe avec du potage ! Autrement dit, si l'on utilise des oignons avec un liquide pour faire... un potage, on obtient donc un potage.
En revanche, si, en fin de préparation, on ajoute une tranche de pain, c'est une soupe qui est trempée avec le potage.


Les oignons ? Des assemblages de cellules, petits sacs vivants, qui ont la particularité de renfermer de nombreux composés soufrés. Quand on coupe les oignons, les cellules libèrent ces composés, qui sont transformés par des enzymes, protéines également présentes dans les cellules, ce qui engendre des composés qui viennent piquer les yeux.
Dans un potage, ces composés sont transformés  différemment, parce qu'une partie s'évapore, et qu'une partie réagit, donnant le goût particulier de l'oignon cuit.
Lentement, aussi, le ciment entre les cellules végétales s'effritte, se dégrade, ce qui libère des sucres variés dans le liquide, les principaux étant le glucose, le fructose, le saccharose et l'acide galacturonique. Les trois premiers sont les sucres de réserve du bulbe, et l'acide galacturonique est engendré par la dissociation des pectines, qui contribuent à former le ciment des parois végétales.

On récupère donc une solution qui, au premier ordre, contient des sucres, des acides aminés, et divers composés responsables du goût.

Le pain ? Lors de la cuisson, les grains d'amidon de la farine se sont empesés, on gonflé en absorbant de l'eau, se sont soudés. La cuisson du  pain contribue à dissocier les composés (amyloses et amylopectines) dont l'amidon est constitué : du glucose supplémentaire est libéré, contribuant à donner ce goût  doux des potages à l'oignon.

Enfin, il y a le fromage, qui gratinera. Pour le fromage, il y a de la matière grasse, des protéines... mais l'affinage engendre des acides aminés variés, par exemple.
Lors du  gratinage, une odeur merveilleuse se forme... et j'ignore comment elle survient, surtout depuis que je doute de l'importance ubiquitaire des réactions de Maillard (voir mon article https://www.academie-agriculture.fr/publications/notes-academiques/n3af-2016-3-actes-de-colloques-maillard-products-and-maillard).

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)