Vive la chimie

 Une question m'arrive : 

« D'où vous est venu votre intérêt pour la chimie ?» 

 

Je ne sais pas si c'est une question dont la réponse soit d'intérêt général, mais je sais que je peux toujours essayer de faire qu'il en soit ainsi ! 

Pour ce qui concerne mon « moi haïssable », il y a une boite de chimie que j'ai reçue, quand j'avais six ans. 

Rétrospectivement cela m'amuse de la voir... parce qu'elle est sans intérêt, assez mal faite. Le manuel qui accompagnait les matériels et produits était très mauvais, sans doute traduit, et mal traduit : aujourd'hui, je ne comprends pas ce qui y est écrit... et je comprends pourquoi, à l'époque, j'étais fasciné... mais je ne comprenais rien. 

A la même époque, j'ai reçu un livre de vulgarisation de la chimie qui, sans boîte d'accompagnement, décrivait des expériences, et le plus intéressant était sans doute le chapitre sur le travail du verre. Un travail que l'on peut faire avec une simple lampe à mèche, et de l'alcool à brûler, comme pour les fondues. J'ai appris à tirer le verre, à faire un capillaire, à couder, à souffler... Et j'ai surtout appris que, pour ces travaux, les pommades grasses sont indispensables, en cas de brûlure ! 

Passons. Ce qui est surtout intéressant, de façon générale, c'est quand même que mon éblouissement personnel est général : on chauffe du carbonate de calcium ; quand c'est refroidi, on ajoute de l'eau... et l'on voit une vive réaction se produire ; puis on filtre le résultat dans un filtre à café, afin d'obtenir une solution limpide ; on souffle dans cette solution avec une paille... et l'on voit un trouble apparaître ; on laisse sédimenter... et l'on récupère le carbonate qui avait été détruit ! Pourquoi ? 

Bien des décennies plus tard, j'ai fini par comprendre que c'était moins la transformation qui me passionnait que l'étude de cette transformation, ce qui m'a conduit à bien distinguer la chimie, qui m'intéresse modérément, et la physico-chimie, qui me passionne par dessus tout !

La question des jurys de thèse

 Récemment, à l'occasion d'une soutenance de thèse, les membres du jury (qui se rencontraient parfois pour la première fois) étaient si heureux d'avoir la possibilité d'une discussion scientifique que, lors du déjeuner qui a précédé la soutenance (pas d'alcool : nous voulions avoir l'esprit absolument clair), nous avions résolu que, puisque la thèse était excellente, puisque le document était remarquable, nous pourrions passer à un exercice plus intéressant que le questionnement du candidat, et nous pourrions notamment utiliser les questions comme un moyen d'avoir une discussion scientifique, entre membres du jury et avec le candidat, voire l'assistance. 

Cela s'est révélé une mauvaise idée, car notre enthousiasme pour la science nous a conduit à confisquer l'après soutenance, voire à détourner la conversation sur des sujets un peu éloignés de ceux qui avaient été étudiés dans le cadre de la thèse. 

Notre futur nouveau docteur était même un peu exclu ! Nous nous en sommes aperçus rapidement, et nous avons mis fin au jeu que nous avions déterminé. 

Décidément, l'enfer est pavé de bonnes intentions... et nous devons chasser le diable de tous nos actes, paroles, pensées !

Parlons de microchimie

 Le chimiste allemand Justus von Liebig avait compris que le Duché de Hesse-Darmstadt avait besoin de techniciens, et c'est la raison pour laquelle, faisant de la physico-chimie à Paris avec Louis-Joseph Gay-Lussac,  il proposa la construction à Giessen d'un laboratoire de "travaux pratiques", afin qu'il se fasse une formation théorique et surtout pratique, en vue de doter son pays de techniciens, de technologues et de scientifiques. 

D'ailleurs, quand j'écris "théorique", j'y vais sur la pointe des pieds, parce que Liebig alla jusqu'à décrier la "philosophie de la nature", soit la physico-chimie, dans ce cas particulier.. 

Bref, Liebig formait des chimistes, surtout. Et il les formait par des travaux pratiques, du matin jusqu'au soir, une méthode qui ressemble à celle de cette merveilleuse école qu'est l'ESPCI ParisTech, l'Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris (on lit bien le mot "chimie" dans cet intitulé), où les élèves font des travaux pratiques tous les après midi pendant quatre ans... en plus des cours théoriques du matin. 

 

Bref, les travaux pratiques sont une formation indispensable à qui veut faire de la science ou de la technologie : il faut aussi bien savoir remplacer un fusible fondu que préparer de la liqueur de Fehling, que de construire un laser ou un appareil de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, ou encore... 

Les possibilités sont immenses, mais, pour la chimie, il y a des dangers. A nous de réduire les risques ! Car les dangers sont grands : on se souvient de cet accident récent à l'Ecole de chimie de Mulhouse, ou de cet autre accident plus récent dans un lycée techniques. Pour réduire les risques, les travaux pratiques DEVRAIENT évoluer, et c'est la microchimie qui devrait - semble-t-il, discutons en- être pratiquée. 

De quoi s'agit-il ? De pratiquer la chimie sur de très petites quantités, car : 

- on réduit le coût des réactifs 

- on réduit les risques : une explosion d'un milligramme de produit, c'est bien moins grave qu'avec 10 grammes ! 

- on réduit les effluents 

 

Et plein d'autres avantages. Les inconvénients ? Evidemment, quand on synthétise 1 mg de produit, on ne voit pas le passage à l'étape industrielle, d'une part, et, d'autre part, il faut des appareils sensibles pour détecter la présence du produit. Si le premier inconvénient semble réel, le second semble anodin, car on doit parallèlement enseigner l'usage d'ustensiles d'analyse modernes, précisément des appareils sensibles, capables de détecter de très petites quantités. 

 

Et voilà pourquoi il faut enseigner la microchimie, et non pas la chimie. Votre avis ?

A propos d'intoxications alimentaires

 Ce soir, on m'interroge : 

Bonsoir Hervé
Est-ce que l'Anglais Heston Blumenthal est un adepte de la "cuisine note à note" ? Voir la presse du jour, ses clients victimes d'intoxication à Londres. 

 

Ma réponse : Hélas, non, Heston Blumenthal ne  pratique pas la cuisine note à note, mais seulement la cuisine moléculaire, et, encore, pas dans son restaurant de cuisine médiévale. 

Cela dit, avec un couteau de cuisine classique, on peut tuer les gens aussi : ce n'est donc pas le principe, qu'il faut critiquer éventuellement, mais une pratique particulière. 

Et puis, récemment, je suis allé dans un bon restaurant traditionnel parisien... et j'ai eu une diarrhée terrible pendant 15 jours : je n'ai pas fait de communiqué de presse ;-) 

Enfin, je suis parfois étonné des pratiques culinaires, quel que soit le style, parce que la cuisson a été inventée pour tuer les micro-organismes. Pour cuire à basse température, par exemple, il faut être prudent et savoir ce que l'on fait. Attention aussi  aux "coctions" des poissons à la tahitiennes, des cebiche... et aussi à l'usage des plantes : ne faisons pas boire à nos convives des décoctions de plantes toxiques !

Traverser le plancher...

 J'ai (re)lu pour vous le merveilleux livre Pourquoi ne passons-nous pas à travers le plancher ?

 

Quand on pose cette question, on est amené à  considérer  deux « solides »,  à savoir notre corps et le plancher. Dans les deux cas il s'agit de matière, c'est-à-dire in fine d'atomes. 

Or, dès le collège,  nous apprenons de les atomes sont  « vides ». Pour nous représenter l'atome d'hydrogène, on nous invite à penser que si le proton du noyau est comme une orange place de la Concorde,  à Paris, alors l'électron est un grain de poussière à Versailles. 

Si l'on considère des atomes plus gros, le carbone, l'oxygène, il en va de même. 

Ajoutons d'ailleurs  que cette description ne vaut pas grand-chose et que c'est une toute première approche. La question des tailles des particules est bien plus passionnante qu'une simple métaphore. 

 

Revenons à notre question : même si notre corps est fait de très nombreux atomes, il n'en reste  pas moins que tous ceux-là sont très vides, et il en va de même pour le plancher. 

On serait donc amené à conclure, dans cette description naïve de « particules » très petites, bien localisées et séparées par de grandes distances, que le corps et le plancher pourraient s'interpénétrer, de sorte que nous glisserions à travers le plancher. Le fait est que nous ne glissons pas. 

Cette question est la même que bien d'autres qui résultent d'une vision naïve de la matière. Par exemple, à propos des membranes cellulaires, des doubles couches de phospholipides (plus d'autres molécules) : les manuels représentent les phospholipides par une petite sphère munie de deux pattes grêles, et les images des doubles couches de phospholipides montrent un réseau très serré de telles molécules. Pourtant, là encore, la composante matérielle est quasi rien ; or ces doubles couches de phospholipides limitent véritablement les cellules, empêchant les échanges entre  l'extérieur et  l'intérieur, et heureusement, sans quoi notre corps se viderait de son contenu, et l'environnement pourrait s'y introduire ! 

Autre exemple un peu plus technique : les micelles qui se forment quand on met du savon dans de l'eau. Là, les têtes sphériques n'ont qu'une seule jambe (on dit une queue), et ces molécules de savons se regroupent, les têtes à l'extérieur et les queues à l'intérieur, formant des  sphères. Pourtant le chimiste a de quoi s'étonner, car il sait que le motif représenté par les têtes se réduit à quatre ou cinq atomes, alors que les queues sont des longues chaînes de carbone et d'hydrogène.
Pourquoi représente-t-on quatre atomes comme une grosse sphère, et une chaîne 20 atomes de carbone comme une frêle queue ? 

La réponse à cette dernière question éclaire la question initiale  de notre corps et du plancher : ce qui compte, c'est moins la « matière » que son influence, c'est-à-dire les forces  électriques d'attraction ou de répulsion. Dans le cas des micelles, par exemple,  les têtes  sont chargées électriquement, et elles se repoussent  très vigoureusement. Ce que l'on symbolise ainsi, par de grosses têtes, c'est un  rayon d'action et ce sont des champs  électromagnétique qui nous empêchent donc de traverser le plancher. Quand on joue avec  des champs électriques ou magnétiques à l'échelle macroscopique, par exemple quand on utilise des petits aimants comme on en colle sur le réfrigérateur,  les forces ne sont pas bien grandes,  mais comme elles varient comme l'inverse de la distance au carré, elles deviennent considérables aux distances inter-atomiques, interparticulaires. 

 

Et c'est ainsi que nous ne passons pas à travers le plancher. Si cette question vous intéresse, je vous recommande ce livre de poche écrit en anglais Why you don't fall through the floor, ainsi que le livre publié par le même auteur,  J. E. Gordon, aux Editions Pour la Science.

La tendreté des pâtes cuites

  Tiens, nous cuisons une Flammkuecha ou une pissaladière, voire une pizza, c'est-à-dire une couche de pâte, obtenue par mélange de farine et d'eau. 

Nous avons utilisé un rouleau ou un autre instrument afin d'obtenir une épaisseur assez régulière. Cette pâte, éventuellement avec une garniture, est placée dans un four très chaud, par exemple  200 °C. 

A cette température, les parties externes de la pâte ont leur eau qui s'évapore, ce qui produit un croûte croquante. À l'intérieur, la température reste toujours inférieure à 100°, parce que, tant qu'il y a de l'eau, la température ne peut guère augmenter (au mieux quelques degrés, parce que cette eau n'est pas pure, mais contient des "solutés", des composés dissous*). 

La chaleur arrive donc à la surface, et de l'eau s'évapore donc de la partie supérieure et de la  partie inférieure de la pâte, tandis que la tendreté du centre subsiste. 

 

Je  propose un exercice aux amateurs de sciences de la nature, un petit calcul : connaissant les lois classiques de transfert de la chaleur, connaissant la température du four, connaissant la chaleur latente d'évaporation de l'eau (combien il faut d'énergie pour évaporer une masse d'eau donnée, à la température de 100 °C),  pouvons-nous calculer quel sera, après 10 minutes de cuisson par exemple, l'épaisseur des croûtes inférieure et supérieure ? 

La réponse à  la question est intéressante, parce que si l'épaisseur totale de la pâte est inférieure à la somme de ces deux épaisseurs,  alors nous obtiendrons une couche de pâte entièrement croquante ;  en revanche, si l'épaisseur totale est supérieure à la somme des deux épaisseurs, alors nous ferons un coeur tendre entre deux couches croquantes. 

En pratique, les cuisiniers répondent à la question par l'expérience, mais les étudiants en physico-chimie obtiendront facilement le résultat par un simple calcul.  Et puis ? Ce type de problème ne conduit-il pas à l'étude de la physico-chimie ? A la connaissance par la gourmandise ? 

 

* A titre indicatif, quand on fait bouillir 200 g d'eau additionnés de 200 g de sel, la température d'ébullition de l'eau n'est pas de 100 °C, mais de 103 °C ; pas de quoi fouetter un chat.

Wallace

Je reçois de mon savant ami Jacques Reisse un exemplaire de son livre Wallace, plus darwiniste que Darwin, mais moins politiquement correct, publié par l'Académie royale de Belgique. 

Je n'ai pas encore lu le livre, mais je me promets de le lire avec délectation, car j'ai confiance en Jacques, et que son travail d'historien de la biologie (il est pourtant physico-chimiste) est "estampillé" par Michel Morange, qui, lui, est un historien estampillé (professeur à l'Ecole normale supérieure). 

Le quatrième de couverture est le suivant : Alfred Russel Wallace (1823-1913) est l’un des plus grands naturalistes du 19e siècle. Autodidacte génial, co-inventeur de la théorie de l’évolution, explorateur de régions inconnues d’Amazonie et de l’archipel malais, père de la biogéographie, écologiste avant l’heure mais aussi socialiste, anticapitaliste, antimilitariste,  féministe et donc « politiquement incorrect » dans l’Angleterre victorienne. 

Wallace est déiste et spiritualiste : il croit a l’existence d’un monde des esprits, à l’existence d’un pouvoir organisateur surnaturel, aux fantômes et en cela, aussi, il est « politiquement incorrect » pour ses collègues et amis comme Huxley, Hooker, Darwin qui cherchent à dégager la science de toute contrainte philosophique ou religieuse et à la fonder sur des bases rationnelles.

Wallace est un personnage fascinant sur le plan scientifique et personnel. Sa vie est un vrai roman !