- Question du mois
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Pourquoi met-on de l'alcool dans l'essence ?

En 2003 la directive européenne RED (Renewable Energy Directive) a demandé aux pays européens des réductions d’émission de gaz à effet de serre (GES), notamment pour le transport, en faisant appel aux biocarburants
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En 2003 la directive européenne RED (Renewable Energy Directive) a demandé aux pays européens des réductions d’émission de gaz à effet de serre (GES), notamment pour le transport, en faisant appel aux biocarburants capables de diminuer de 35% en 2017 puis de 50% en 2018 les émissions. Les pétroliers ont alors ajouté de l’alcool dans l’essence et des esters d’huiles végétales dans le gasoil, d’origine biosourcée.

Comment fabrique-t-on le bioéthanol (selon les procédés dits de 1re génération) ?

L’éthanol ou alcool éthylique, de formule chimique C2H5OH, est principalement synthétisé lors de la fermentation du sucre, soit de canne à sucre, soit de betterave suivant la réaction :

C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2

 

ou à partir d’amidon de blé ou de maïs, préalablement hydrolysé en sucre, selon :

(C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6   suivi de la fermentation (1).

 

Lors de ces réactions, l’alcool obtenu est mélangé à de l’eau que l’on doit absolument éliminer.

Pour cela l’opération industrielle se poursuit par une distillation pour obtenir un mélange eau-alcool à 90% (2) en éthanol. Puis les 10% d’eau restants sont éliminés sur tamis moléculaires pour que l’alcool purifié à 99,8% puisse être mélangé à l’essence. Les pétroliers en transforment une partie en ETBE (éthyl ter-butyl éther) (3) par réaction avec l’isobutène (4) afin d’avoir un carburant moins volatil.

Le rendement énergétique de l’éthanol est inférieur à celui de l’essence. En effet le rendement avec un litre et demi d’éthanol équivaut environ à celui d’un litre d’essence. Il faut donc s’attendre pour une automobile à une consommation supérieure au 100 km.

Les différents carburants à la « pompe à essence » : pour quels moteurs ?

En France les différents carburants à essence contiennent des quantités variables d’alcool.

Nom du carburant

SP 95

SP 98

SP95 E10

super éthanol E 85

Nouveau nom
depuis octobre 2018

E5

E5

E10

E85

Proportion volumique d’alcool

5 %

5%

10 %

65 à 85 % selon la saison

Tous les moteurs modernes sont conçus pour fonctionner avec les 3 premiers carburants.

Par contre pour le E85 il faut une automobile dite « flexfuel » équipée d’un système d’injection et de réglages du moteur lui permettant d’utiliser tous les carburants modulables. Seuls quelques constructeurs commercialisent ces véhicules qui ne représentent à l’achat que 0,3% du neuf. Heureusement depuis 2018 des boitiers électroniques agréés s’adaptent sur les autres automobiles leur permettant de rouler à l’E85 et environ 6000 automobilistes par an y recourent. C’est qu’ils recherchent des économies et une rentabilité car l’E85 est bien moins taxé que l’essence normale (0,12 € au lieu de 0,68 €) ce qui donne un prix moyen de 0,70€/L à la pompe pour l’E85.

Pour une voiture consommant 6 L/100 km de SP 95 à 1,50€/L et équipée pour rouler avec 7L/100 km d’E85 à 0,70 €/L, l’économie est de l’ordre de 4 €. Il faut alors de 20 000 à 25 000 km pour rentabiliser la pose du boitier FlexFuel d’environ 1000€.

Concurrence entre cultures à des fins énergétiques et cultures alimentaires

Alors « sauverons-nous la planète » (5) en roulant au bioéthanol ? La polémique a grossi dès 2010 après des rapports américains qui dénonçaient l’utilisation de cultures vivrières à des fins énergétiques et s’est enflée en 2016 après une étude très documentée de l’ADEME, de l’INRA et d’une ONG « Transport et environnement » pour la Commission de Bruxelles. Non seulement les gains en émission de GES étaient très inférieurs à 30% pour l’éthanol issu des céréales mais le chiffrage du CAS (Changement d’affectation des sols) plombait encore ce bilan (6). C’est pourquoi la commission n’a pas voulu augmenter le pourcentage de biocarburants de 1re génération après 2018 comme prévu dans la directive RED.

Quelle est la situation en France ?

Le SP95 E10 est devenu le carburant le plus vendu avec plus de 40% des ventes à la pompe en 2019. L’éthanol représente environ 10% des carburants vendus en France.

Le dernier rapport du ministère de l’Écologie solidaire et celui de la commission parlementaire du 22 janvier précise qu’en 2017 543 millions de litres d’éthanol ont été produits, issus de matières premières française (55% maïs et blé, 33% betterave, 12% divers). De même 753 ML d’ETBE ont été produits à partir de 55% de matières françaises (80% blé et maïs, 18% betterave).

Ces deux rapports recommandent d’accélérer la recherche pour l’obtention d’éthanol dit « cellulosique » produit à partir de la biomasse « lignocellulosique » issue de déchets végétaux (bois, paille, bagasses de végétaux), selon des procédés biochimiques.

Pour l’instant des cocktails d’enzymes capables de transformer la cellulose en sucres ont été trouvés et on sait à la fois séparer la lignine et mener la fermentation en bioréacteurs mais le coût de l’alcool produit n’est pas encore compétitif. En France le projet Futurol mené par 11 participants, dont l’IFPEN (8), est arrivé à son terme en 2018 après dix ans de recherche. La bioraffinerie pilote de ce projet à Pomacle-Bazancourt dans la Marne a été cédée à la société ARD (Agro Industrie Recherches et Développements) chargée de son maintien et de la commercialisation de cet éthanol cellulosique français pour le biocarburant 2G (9).

Un peu d’histoire (un retour aux sources ?)

L’inventeur du moteur à explosion, Nicolas Otton, avait conçu ce moteur avec l’alcool comme carburant et le record de vitesse automobile avait été obtenu en 1903 à 177 km/h sur une Gobron-Brillé roulant à l’éthanol. C’est seulement quand les hydrocarbures sont devenus moins chers que l’essence a remplacé l’alcool.

La production de futurs biocarburants respectant les enjeux environnementaux et économiques est un défi exaltant auquel doivent répondre les chimistes et bio-technologistes. Pour nous, automobilistes dans une société économe des ressources, quel que soit le carburant adoptons une conduite cool et écolo !

L’équipe question du mois

 

(1) Un schéma présentant les étapes de la production de bioéthanol est disponible sur le site SNPAA des Industriels de l'Alcool et du Bioéthanol https://www.alcool-bioethanol.net/

(2) Il s’agit de la fraction molaire en éthanol du mélange eau/éthanol

(3) Le nom ETBE est le nom industriel. Son nom selon la nomenclature est le 2-éthoxy,2-méthylpropane.

(4) La réaction mise en jeu entre l’isobutène et l’éthanol pour donner l’ETBE est

(5) Un exemple d’énergie renouvelable : l’essence verte

(6) Les enjeux de la R&D en chimie pour le domaine des carburants et biocarburants

(7) Polémiques dans le monde des biocarburants

(8) IFPEN : Institut Français du Pétrole et des Énergies Nouvelles

(9) Le biocarburant 2G bientôt à la pompe

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Qu’est-ce que l’hydrogène « vert » ?

Il est très fréquent d’entendre parler de pile à hydrogène, de voitures à hydrogène, de véhicule « propre », de mobilité hydrogène, de mobilité verte, d’hydrogène vecteur d’énergie, d’hydrogène gris ou vert… Mais de quel
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Il est très fréquent d’entendre parler de pile à hydrogène, de voitures à hydrogène, de véhicule « propre », de mobilité hydrogène, de mobilité verte, d’hydrogène vecteur d’énergie, d’hydrogène gris ou vert…

Mais de quel hydrogène parle-t-on ?

Il s’agit de la molécule de dihydrogène, H2, gaz qui n'existe quasiment pas à l'état naturel sur Terre.

En effet, l’élément hydrogène, de symbole H, est très abondant sur la Terre mais seulement sous forme combinée :

  • soit avec l’oxygène dans la molécule d’eau, H2O,
  • soit avec le carbone dans les hydrocarbures, comme le gaz naturel ou méthane (CH4) ou le pétrole ; ce sont des mélanges de composés de formules générales CnHm
  • ou encore dans les molécules du vivant.

Si l’on dispose de dihydrogène, il est possible de récupérer de l’énergie soit sous forme de chaleur via sa combustion directe avec le dioxygène (1) - c’est le cas des moteurs à hydrogène - , soit sous forme d’électricité via une pile à combustible (2) . Dans les deux cas la réaction globale ne produit que de l’eau selon :

2 H2 + O2 →2 H2O

Ainsi le dihydrogène est un vecteur d’énergie mais pas une source d'énergie car n'existant pas à l'état naturel, il faut préalablement le produire à partir d’eau ou d’hydrocarbures, ce qui nécessite d’abord une dépense d’énergie.

 

L’hydrogène gris ou comment créer du dihydrogène à partir des hydrocarbures

Le réformage (ou reforming) du gaz naturel (3) est actuellement la principale source de dihydrogène. Du méthane et de l’eau sont mis à réagir à haute température (nécessitant donc une consommation d’énergie). La réaction mise en jeu est :

CH4 + H2O = CO + 3H2 suivie de CO + H2O = CO2 + H2

On peut aussi faire le réformage des hydrocarbures liquides (pétrole) ou du charbon (4) .

En plus de la consommation d’hydrocarbures, on notera que pour faire 1 kg d’hydrogène par réformage, on émet de 6 à 10 kg de CO2.

 

L’hydrogène décarboné ou comment créer du dihydrogène par électrolyse de l’eau

L’apport d’énergie électrique via deux électrodes, plongées dans de l’eau en milieu basique (ou de l’eau acidifiée), reliées aux bornes d’un générateur de courant continu, permet la décomposition de l’eau et la création de dihydrogène, selon la réaction :

2 H2O → 2 H2 + O2

 

Dans quel cas cet hydrogène décarboné est-il « vert » ?

Tout dépend de la source d’électricité. Si elle provient d’une centrale à charbon, d’une centrale à fuel lourd ou au gaz, cet hydrogène reste gris ! Si la source d’électricité est elle-même décarbonée et renouvelable, courant électrique provenant de barrages hydrauliques, d’éoliennes ou de panneaux solaires, on parle d’hydrogène vert.

Le grand intérêt de cette électrolyse est de permettre le stockage de l’énergie sous forme de dihydrogène pour ces sources intermittentes d’énergie avant de récupérer ultérieurement l’énergie via sa combustion dans une pile à combustible ou dans un moteur.  C’est en ce sens que l’hydrogène vert participera à la transition énergétique.

Toutefois il faut garder à l’esprit que chacun des rendements de l’électrolyse et de la pile à hydrogène sont inférieurs à 1 et que le stockage consomme aussi de l’énergie (5) .

Françoise Brénon et l'équipe Question du mois

 

(1) La combustion du dihydrogène
Sa combustion en présence d’oxygène génère de l’eau selon 2 H2 + O2 →2 H2O, et s’accompagne d’un très important dégagement de chaleur (143 kJ pour un gramme de H2 soit trois fois plus que l’essence ou le diesel).

Comme c’est un gaz très léger, 11 fois plus léger que l’air, il faut pour l’utiliser, le comprimer très fort ou le liquéfier. C'est ainsi l'un des combustibles liquides les plus utilisés au décollage, dans les étages cryogéniques des lanceurs de fusée. Par exemple, la navette spatiale Ariane 5 emporte jusqu'à 26 tonnes d'hydrogène liquide dans ses réservoirs !

(2) La pile à hydrogène

Schématiquement, la pile présente deux compartiments alimentés par du dihydrogène à l’anode et de l’air à la cathode. Quand la pile débite, la réaction globale est la même réaction que celle de la combustion directe, soit
2 H2 + O2 → 2 H2O. Voir https://www.mediachimie.org/sites/default/files/FR-pile-images.pdf
Ainsi des voitures électriques, munies d’un réservoir à dihydrogène comprimé, peuvent fonctionner avec le courant continu délivré par une pile à hydrogène, le dioxygène provenant en continu de l’air. Ces voitures, lors de leur fonctionnement, émettent seulement de la vapeur d’eau et non plus des oxydes d’azote ni de dioxyde de carbone. C’est ainsi que l’on parle de « véhicule propre ».

(3) Le réformage du méthane nécessite de travailler entre 800 et 900 °C et sous 350 bars, en présence de catalyseur à base d’oxyde de nickel sur des anneaux d’alumine imprégnés par 10 à 16 % en masse de Ni (leur durée de vie est comprise entre 8 et 10 ans).

(4) Les matières premières utilisées, dans le monde, pour produire le dihydrogène, en 2014 sont à 96 % d’origine fossile.

gaz naturel

hydrocarbures liquides

charbon

électrolyse

49%

29%

18%

4%

 

(5) Globalement l’électrolyse de l’eau, le transport et la compression du gaz à 700 bars consomment environ 75 % de l’énergie que l’on aurait pu récupérer lors du fonctionnement de la pile. En effet, pour qu’un véhicule fonctionne avec une pile à hydrogène vert, il a été nécessaire en amont de faire l’électrolyse de l’eau, d’acheminer le dihydrogène à la station et enfin de comprimer fortement le gaz pour qu’il occupe un volume réduit dans la voiture. On admet que l'électrolyse de l'eau a un rendement compris entre 50 et 60 % par rapport à la puissance électrique fournie. Les rendements de l’électrolyse à haute température peuvent monter plus haut (80 à 90 %) mais il faut faire de la vapeur à 300-800 °C. Enfin il faut comprimer le gaz à 700 bars (de l’énergie est donc dépensée par le compresseur) et la température du gaz s’élève (selon la loi pV=nRT), gaz qu’il faudra refroidir après.


 

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Pourquoi ne faut–il pas jeter les piles ?

Les piles alcalines, les piles boutons, les batteries ont envahi notre vie de tous les jours. Elles apportent l’énergie électrique aux jouets, aux lampes torches, aux téléphones et tablettes portables, aux véhicules
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Les piles alcalines, les piles boutons, les batteries ont envahi notre vie de tous les jours. Elles apportent l’énergie électrique aux jouets, aux lampes torches, aux téléphones et tablettes portables, aux véhicules automobiles… Notons bien en français la distinction « pile » chargée une fois pour toute et qui se décharge à l’utilisation et « batterie » ou accumulateur qui délivre un courant grâce à une réaction électrochimique réversible et qui peut se recharger.

90 % des piles sont des piles « alcalines ». On trouve les « piles bâtons » cylindriques qui ont une anode constituée de zinc métallique (Zn) en poudre et d’un électrolyte gélifié contenant de l’hydroxyde de potassium (KOH). La cathode est constituée d’un mélange de dioxyde de manganèse (MnO2) et de carbone graphite (C) le tout enserré dans un cylindre d’acier.

Les piles boutons comportent souvent un gel de zinc et de potasse (KOH) et de l’argent (Ag), puisque le mercure (Hg) est maintenant interdit.

Les batteries rechargeables sont diverses :

  • batteries nickel-cadmium (1), Ni-Cd, pour les outils de bricolage autonomes ;
  • batteries nickel-hydrures métalliques de terres rares et de nickel (2), Ni–MH, pour les ordinateurs et les téléphones ;
  • et de plus en plus de batteries Li-ion (3) (ion lithium) qui comportent une anode en graphite et des cathodes avec des oxydes mixtes de cobalt de type LiCoO2 , ou nickel, ou manganèse.

Sachant que l’on utilise environ 33 000 tonnes de piles et batteries en usage par an, cela représente environ 10 000 tonnes de zinc et 8 000 tonnes de fer et nickel sans oublier le cuivre.

Il ne faut donc surtout pas les jeter dans la nature ou dans les poubelles car vous dispersez alors partout des métaux lourds comme Zn, Fe, Co, Mn, et pire, des métaux pouvant être toxiques comme Ni ou Cd ainsi que des métaux rares et coûteux comme Cu, Ag et des terres rares : néodyme (Nd), praséodyme (Pr), dysprosium (Dy) et lanthane (La).

Une attitude d’éco-citoyen responsable exige aussi une économie des ressources naturelles et c’est une raison de plus pour mettre piles et batteries dans les bacs spécialisés de recyclage que l’on rencontre dans toutes les grandes enseignes de supermarchés ou de bricolage.

 

Sur 100 piles utilisées
30 sont jetées
aux ordures ou dans la nature
35 sont stockées
ou en usage chez les particuliers
35 sont recyclées
par les filières existantes

 

L’objectif est de développer les procédés de recyclage par broyage, puis hydrométallurgie et pyrométallurgie pour récupérer les alliages ferreux et affiner les métaux non ferreux ou rares.

Les directives européennes de recyclage sont d’en atteindre au moins 45 % par des organismes nationaux agréés, comme Corepile ou Sorelec, qui, en France, se partagent le recyclage d’un peu plus de 12000 tonnes de piles et batteries.

Dans le cas particulier de l’industrie automobile, où la plupart des véhicules sont équipés de batteries au plomb et acide sulfurique, il y a obligation de les recycler. Plus de 95 % sont désossées, l’acide est neutralisé, le plomb refondu et le polypropylène des caissons lavé et transformé en granulés recyclables.

Avec l’augmentation des véhicules électriques et des millions de tonnes de batteries ion–lithium qui s’annoncent, des filières spécialisées vont se mettre en place pour récupérer et recycler Cu, Co, Ni, Mn et Li.

Donc quand vos piles ou batteries ne fonctionnent plus, ne les jetez plus n’importe où et pensez recyclage, les chimistes s’en occupent pour une seconde vie (4).
 

Jean-Claude Bernier et l'équipe Question du mois de Mediachimie

 

(1) Une des électrodes est en oxyde de nickel hydraté NiO(OH) et l’autre est en cadmium, Cd.
(2) Une des électrodes est composée d’un hydrure métallique à base de lanthane (terre rare) et de nickel, de type LaNi5 et l’autre de l'oxyhydroxyde de nickel, NiO(OH). L’électrolyte est de la potasse.
(3) L’Académie suédoise vient de couronner en 2019 les inventeurs des batteries ion-lithium par le prix Nobel de chimie. Pour en savoir plus voir l'éditorial Un Nobel de chimie populaire
(4) Pour en savoir plus, voir la vidéo de l'ADEME ressource Comment transformer nos déchets électroniques en or et autres métaux précieux

 

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Quelle est la chimie du vinaigre ?

La chimie et le vinaigre : voilà deux partenaires qui se sont rencontrés quelque part en Mésopotamie plus de 3000 ans av. J.-C. Nos ancêtres utilisaient le vinaigre pour ses multiples propriétés : conserver, soigner,
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La chimie et le vinaigre : voilà deux partenaires qui se sont rencontrés quelque part en Mésopotamie plus de 3000 ans av. J.-C.

Nos ancêtres utilisaient le vinaigre pour ses multiples propriétés : conserver, soigner, désinfecter, digérer les substances grasses… En cosmétique, par ses propriétés astringentes, il servait à nettoyer et tonifier la peau…

Aujourd’hui c’est l’assaisonnement par excellence pour rehausser le goût, aseptiser les huîtres crues par ses propriétés antiseptiques et antifongiques ou simplement pour le plaisir avec quelques échalotes finement hachées !

Adoucissant, il nous sert à détartrer la cafetière ou autres appareils électroménagers, à faire briller l’argent et le chrome, à laver nos vitres et toute verrerie sans laisser de traces…

Louis Pasteur en 1865 décrit une espèce bactérienne nommée Acetobacter, responsable de la conversion du vin en acide acétique (acetum=vinaigre en latin).

Mais que fait cette bactérie pour générer ce « miraculeux » produit ?

Tout simplement de la chimie. Elle participe, via des enzymes oxydoréductases, au processus de conversion de l’alcool du vin en acide acétique dont le bilan global est :

CH3CH2OH (éthanol) + O2 → CH3COOH (acide acétique) + H2O

La bactérie Acebobacter est présente dans le « plancton aérien » - plancton constitué de l'ensemble des animaux volants microscopiques, se laissant dériver dans les masses d'air-. Elle est aussi transportée par la mouche du vinaigre.

Cette réaction d’oxydation a également lieu dans le foie de l’homme quand il s’agit de transformer l’alcool que nous buvons en acide acétique. Dans ce cas, ces transformations font appel à d’autres enzymes. L’acide acétique participe ultérieurement par lipogenèse à la synthèse in vivo des acides gras, qui, emmagasinés, servent ultérieurement de « carburant » à l’homme.

Comment produire du vinaigre à la maison ? Eh bien faites de la chimie !

  1. Choisissez un bon vin peu alcoolisé (entre 9 et 11°) et jeune. C’est la bonne période de l’année… !
  2. Le placer dans un vinaigrier : pot en fut de chêne ou récipient opaque (cruche ou céramique).
  3. Placer le vinaigrier à l’abri de la lumière mais à un endroit bien aéré entre 20° et 30° C. Le boucher à l’aide d’un bouchon en liège ou un chiffon qui permet une bonne aération du contenu.
  4. Au bout de deux à trois semaines le liquide contaminé par l’Acetobacter de l’air va former une fine couche gélatineuse à sa surface. Celle-ci va s’épaissir pour donner une substance molle qui nage à la surface du vin. Elle ressemble à un morceau de foie cru. C’est la « mère vinaigre ».
  5. Rajouter un peu du vin de nouveau.
  6. Au bout de deux semaines environ votre vinaigre est prêt.
  7. Vous avez réussi l’expérience ? Vous êtes alors un bon futur chimiste. La « mère vinaigre » peut vous servir pour longtemps avant de penser à la renouveler.

Ce vinaigre de vin, au bon goût, sera plutôt utilisé dans la cuisine.

Et pour les usages domestiques ?

Le vinaigre « blanc » vendu dans le commerce est très peu coûteux et a l’avantage de ne pas faire de taches. Industriellement il est majoritairement obtenu par réaction entre le méthanol (CH3OH) et le monoxyde de carbone (CO), à 180 °C sous 30 à 40 bars et en présence d’un catalyseur à base de rhodium et d’iode, selon le bilan :

  

Et que signifie avoir un rôle de détartrant ?

Le vinaigre est un acide, capable de libérer un ion H+. Le tartre ou calcaire, qui sont des noms courants du carbonate de calcium, est un solide à caractère basique, capable de fixer deux ions H+.
La réaction mise en jeu est alors :

2 CH3COOH + CaCO3 → H2CO3 + Ca2+ + 2 CH3COO-

Le composé H2CO3 se décompose quasi instantanément en CO2 (gaz) et H2O. L’effervescence que vous observez à la surface de la pièce que vous détartrez est due au dégazage du dioxyde de carbone qui s’est formé. Les ions calcium et acétate sont quant à eux solubles dans l’eau.

Constantin Agouridas, Françoise Brénon et l’équipe Question du mois de Mediachimie
 

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Comment draguer Morphée et le quitter ?

Un clin d'œil à la chimie du réveil et du coucher Quand le soleil se lève…La couleur bleue du matin éveille en nous la synthèse de multiples molécules chimiques et en particulier au niveau du cerveau de nombreuses
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Un clin d'œil à la chimie du réveil et du coucher

Quand le soleil se lève…

La couleur bleue du matin éveille en nous la synthèse de multiples molécules chimiques et en particulier au niveau du cerveau de nombreuses molécules dites neuromédiateurs ou neurotransmetteurs. Il s’agit de petites molécules, lesquelles, une fois synthétisées dans les cellules, sont déversées dans le liquide intercellulaire (entre les cellules) pour transmettre des messages relatifs à l’éveil et au tonus (1).

Nos humeurs, notre équilibre affectif, notre appétit, nos motivations durant la journée en dépendent fortement. La sérotonine, la dopamine comme la noradrénaline en font partie (2). Un défaut en sérotonine ou en dopamine peut conduire à des pathologies graves comme, réciproquement, la dépression ou la maladie de Parkinson.

Les sources d’alimentation influencent aussi et pour beaucoup l’approvisionnement de l’organisme en ces deux neuromédiateurs : leur biosynthèse a lieu dans l’organisme à partir des acides aminés dits essentiels c’est-à-dire apportés par la nourriture. Il s’agit du tryptophane pour la sérotonine et de la phénylalanine pour la dopamine (3). Les protéines contenant le plus ces acides aminés sont celles issus du soja, des haricots secs, des lentilles, des graines de noix, œufs, légumes, fruits, poissons et viandes. Dans l’ensemble il faut privilégier plutôt les légumes secs, les lentilles, les noix et non une alimentation hyper-protéinée.

Quand le soleil se couche…

Le soleil tombant, la couleur rougeâtre va changer les processus physiologiques.

Ainsi et à titre d’exemple la synthèse de la sérotonine va être revue à la baisse et le surplus circulant va être transformé en mélatonine (melanas en grec=encre noire), l’hormone qui va progressivement nous conduire vers les bras de Morphée (4).

La lumière, le soleil et le crépuscule remplaceraient abondamment et qualitativement nos réveils électroniques grâce à la chimie et ses impulsions par le simple déclenchement des régulations naturelles. À quand les chambres à coucher rougeâtres la nuit tombante et bleues le soleil levant ?

La preuve de concept étant presque faite, allons plus loin et imaginons des peintures intelligentes dont «l’Homme » aurait grand besoin ! Ses humeurs, son énergie, ses dépressions, son efficacité, sa prductivité au travail et son bien-être ne pourraient que s’améliorer !!

Constantin Agouridas et l'équipe Question du mois de Mediachimie

 

 

[1] L’influx nerveux (message) est ainsi transmis à partir des cellules nerveuses (neurones) vers d’autres neurones ou vers d’autres cellules de l’organisme comme les muscles…

[2] Ces trois molécules sont des amines. Leurs formules sont :

sérotoninedopaminenoradrénaline,  isomère L (R) est seul concerné

 


[3] La dopamine peut dans certaines circonstances trouver un autre précurseur endogène pour sa biosynthèse : la tyrosine. Il faut noter que la source de la tyrosine dépend aussi de la phénylalanine…
Pour ces 3 acides aminés, seuls les isomères L (S) sont impliqués.

L (S) phénylalanineL (S) tryptophaneL (S) tyrosine

 

[4]La mélatonine ou « hormone du sommeil » a pour formule


La sérotonine subit une acétylation de sa fonction amine et une méthylation de sa fonction phénol, par voie enzymatique, dans la glande pinéale ou épiphyse, selon :

Bien que la morphine, tire son nom de Morphée, cette molécule complexe, utilisée contre les douleurs intenses, n’est pas synthétisée au sein de l’organisme, mais extraite de l’opium. Elle n’appartient pas au cycle circadien.


 

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La bonne chimie est-elle dans le bon dosage ?

Le sucre, le botox et le scatol… les exemples sont nombreux. « La voie du milieu est celle de l’illumination », disait la philosophie bouddhiste, alors que la civilisation hellénique enseignait que « l’excellence est dans
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Le sucre, le botox et le scatol… les exemples sont nombreux.

« La voie du milieu est celle de l’illumination », disait la philosophie bouddhiste, alors que la civilisation hellénique enseignait que « l’excellence est dans la mesure ».

Le sucre qui fait vivre ou tue

Le taux normal de glycémie (sucre dans le sang, glyco=sucré et hème=sang), est situé entre 0,7 et 1,1 g/L, c'est-à-dire que la juste mesure du glucose circulant acceptable pour l’organisme d’un homme de 70 kilogrammes est l’équivalent d’environ un petit « carré » de sucre. Au-dessus c’est l’hyperglycémie et au-dessous c’est l’hypoglycémie. Dans les deux cas de figure, il s’agit de pathologies à surveiller de très près car leur évolution peut compromettre le pronostic vital d’un individu.
Le glucose (1), molécule simple, principal constituant du sucre alimentaire et de l’amidon chez les plantes ou du glycogène chez les animaux, appartient à la famille des glucides (carbohydrates) et sert de carburant primaire pour nos muscles et organes. C’est par exemple la nourriture quasi-exclusive du cerveau, ce qui dans le cas des hypoglycémies simples conduit à des malaises, des étourdissements voire des évanouissements.
En revanche son excès conduit à des pathologies de diabète qu’il faut savoir gérer au quotidien en fonction des cas. Les artères en commençant par les artérioles sont la cible privilégiée du glucose en excès qui souvent, en cas de non surveillance, conduit à une insuffisance rénale, et puis entre autres et progressivement, à des atteintes du cœur et du cerveau.
Dans le monde développé le diabète est la quatrième cause de décès chez l’homme.

Le Botox, une arme de guerre biologique devenue un outil de beauté et de bien-être

Il s’agit d’une toxine botulique secrétée par une bactérie appelée Clostidrium botulinum. Un millième de gramme (1mg) suffit pour tuer plus de 30 millions de souris, soit 1mg de toxine pour 600 tonnes de souris !
Cette toxine présente une neurotoxicité conduisant à la paralysie des muscles.
Il y a plusieurs types de toxines botuliques avec un effet plus ou moins toxique, mais il s’agit dans tous les cas d’une protéine possédant une action catalytique de type protéolytique (c’est-à-dire qu’elle coupe les protéines en morceaux). Du fait de ce mécanisme moléculaire, elle inhibe l’action d’un neuromédiateur (l’acétylcholine) en charge de tonifier les muscles. C’est grâce à cette propriété que des industriels ont osé (!) décider de l’utiliser par voie locale et à des concentrations infimes pour corriger les rides dites d’expression comme par exemple les fibres externes du muscle orbiculaire (rides dites de la patte d’oie).
Son utilisation pour des pathologies telles que le strabisme ou la transpiration excessive a aussi démontré son intérêt.

Le scatol : une odeur variable selon la concentration…

Le scatol (2) est une molécule d’indole légèrement modifiée par la présence d’un groupement méthyle supplémentaire sur la position 3.
Ses propriétés odorantes changent radicalement avec la concentration. À des concentrations élevées le scatol est responsable de l’odeur des matières fécales (d’où le nom de scatol dérivant du grec «scata », d’où le mot en français de scatologie) alors qu’à de faibles concentrations il est utilisé en parfumerie pour sa fragrance florale proche du jasmin et de la fleur d’oranger mais aussi pour son pouvoir contrastant et fixateur.
Il en est ainsi de nombreuses substances, naturelles ou de synthèse, qui ont des propriétés différentes selon la concentration. Elles peuvent également avoir plusieurs propriétés simultanément. C’est en particulier le cas des médicaments dont la propriété recherchée s’accompagne parfois d’effets secondaires pas toujours souhaitables, ce qui amène à la recherche du meilleur rapport bénéfice/risque lors d’une prescription qui tient compte de la dose et de la durée du traitement.
Alors comme disait Pascal, « la façon de donner la rose vaut autant que la rose… »


(1) le glucose de formule brute C6H12O6 a pour formule semi-développée :


2) Le scatol ou scatole a pour formule :

 

- Question du mois
mediachimie

Comment fabrique-t-on du savon ?

On a trouvé des textes décrivant l’obtention de savon datant de – 3000 av. J.-C., mais son usage existe probablement depuis la préhistoire. Le mot sapo en gaulois a donné en français le mot savon. Le savon à travers les
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On a trouvé des textes décrivant l’obtention de savon datant de – 3000 av. J.-C., mais son usage existe probablement depuis la préhistoire. Le mot sapo en gaulois a donné en français le mot savon.

Le savon à travers les siècles

À travers les siècles le mode de fabrication a toujours utilisé deux substances :

  • un corps gras, une graisse animale (de bœuf, de mouton, de cochon ou de sanglier…) ou une huile végétale (d’olive, d’arachide, de coprah, de palme...)
  • une base alcaline, présente dans les cendres issues de combustion de plantes ou de bois. Le produit basique présent dans les cendres est un carbonate de sodium ou de potassium (Na2CO3 ou K2CO3).

Pendant des siècles la fabrication est restée artisanale, avec les matières premières régionales aussi bien pour le corps gras que pour les cendres.

En 1823, le chimiste français Eugène Chevreul comprend la réaction qui se passe quand on chauffe ensemble la graisse et la base pour former le savon. Cette réaction est appelée saponification. Il identifie aussi la nature ionique des entités constituant les savons.

Quels sont les constituants des corps gras ?

Les corps gras sont des triesters naturels du glycérol appelés aussi triglycérides.
Ils sont formés à partir de glycérol de formule HOH2C-CHOH-CH2OH ( ) et d’acides dits « gras », RCOOH, où R est une très longue chaîne carbonée H3C-(CH2)n-, (n pouvant aller de 3 à 35 )
(1).

Par exemple le triester de l’acide palmitique a pour formule
 

La réaction de saponification

La réaction de saponification est réalisée de nos jours à l’échelle industrielle en chauffant des corps gras en présence de soude NaOH ou de potasse KOH. On obtient des ions carboxylates à longues chaînes carbonées (2).

Avec la soude on obtient des carboxylates de sodium donnant des savons durs et avec la potasse des carboxylates de potassium donnant des savons mous ou liquides.

On trouve dans le commerce un très grand choix de savons, du fait d’une très grande variété de matières premières parmi les corps gras naturels. Ainsi, il peut y avoir autant de savons « à l’huile d’olive » qu’il y a de variétés d’huiles d’olive !

Historiquement, une teneur de 72 % en masse d’acides gras était garantie dans le savon de Marseille traditionnel, uniquement préparé à partir d'huile d'olive.

Le rôle du savon

Dans l’ion carboxylate l’extrémité de la chaîne COO- est hydrophile (qui aime l’eau) et la longue chaîne R est lipophile (qui aime la graisse). Ces deux propriétés simultanées permettent d’ôter la graisse d’un vêtement, de la peau ou de tout objet et de l’entrainer avec l’eau(3).

En cette période propice aux virus, respectez les consignes de lavage des mains préconisées par « Santé publique France ». Le lavage des mains au savon permet par la friction et la formation de mousse de déloger la saleté et les virus, puis de les évacuer avec le rinçage. Mais le savon ne tue pas les virus ni les bactéries.

Françoise Brénon et l'équipe Question du mois de Mediachimie

 

 

(1) Les triglycérides ont pour formule générale

CH2-O-CO-R1          où R1, R2 et R3 sont des longues chaînes carbonées qui peuvent différer.
|
CH-O-CO-R2
|
CH2-O-CO-R3

 

(2) Par exemple, pour un corps gras avec la même chaîne R, la réaction de saponification a pour bilan

Source : Wikimedia

Le carboxylate de sodium a pour formule RCOO , Na+
Le carboxylate de potassium a pour formule RCOO , K+

 

(3) Schématiquement la molécule ionique de savon est représentée ainsi :

La tache de graisse va être emprisonnée par les queues lipophiles des molécules qui s’organisent autour d’elle en sphère, les parties hydrophiles étant en contact avec l’eau. L’ensemble est appelé une micelle.
 

   

Exemple d’une goutte d’huile piégée 

Paysage neige
- Question du mois
mediachimie

Comment est la neige cet hiver ?

L’hiver 2017/2018 est semble-t-il propice aux chutes de neige, les stations d’altitude se frottent les mains et les passionnés de ski se réjouissent lors des vacances de Noël et de février. Mais savez-vous comment se
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L’hiver 2017/2018 est semble-t-il propice aux chutes de neige, les stations d’altitude se frottent les mains et les passionnés de ski se réjouissent lors des vacances de Noël et de février. Mais savez-vous comment se forme la neige et comment elle vieillit ?

La formation des cristaux

La vapeur d’eau issue de la basse atmosphère remonte avec les mouvements ascendants vers des altitudes élevées où règnent des températures basses. Au sein des nuages ayant une température largement en dessous de zéro, la vapeur d’eau se condense alors sous forme de très petites gouttes d’eau en surfusion (1) ou de microscopiques germes de glace : c’est la naissance du cristal. La vapeur d’eau continue à se condenser sur ces germes qui croissent d’une taille de quelques microns à quelques millimètres et donnent trois types de cristaux suivant la température à laquelle ils se forment : les étoiles - les plaquettes - les aiguilles.

Cristaux de neige

 

Évolution de la neige

Soumis à différents paramètres (vent, température, pluie, soleil) les différents cristaux subissent des transformations continues et forment des couches variées au sol. Certaines sont dures, d’autres tendres. En observant la neige à la loupe binoculaire on distingue plusieurs formes de petits grains aux formes variées :

  • grains fins en couches compactes : le vent a brisé les cristaux qui se redéposent en petites particules qui forment des rides comme le sable fin et des corniches sur les sommets ;
  • grains à faces planes : il s’agit d’une vieille neige où les liaisons entre grains sont très faibles. Enfouie sous une neige fraiche elle est très fragile et peut déclencher une avalanche par plaque ;
  • grains ronds : il s’agit là d’une neige qui a été mouillée sous l’effet du soleil ou de la pluie. Elle forme soit des couches molles si la température est douce et la neige contient de l’eau liquide, soit des couches dures si la neige a regelée : c’est la « neige de printemps ».

La neige et la glisse

Sur des skis on peut glisser sur la neige à des vitesses de plusieurs dizaines de mètres par seconde. La glisse est un phénomène compliqué (2). En fait on ne glisse pas sur la neige mais sur un film d’eau qui se crée entre la semelle du ski en polyéthylène (3) et la neige. Pour améliorer la glisse la structure de la semelle est semblable à un pneu pour bien évacuer l’eau et éviter le phénomène de succion qui freinerait le skieur. On peut aussi l’enduire de « fart » à base de paraffines et de molécules de fluorocarbures (4) hydrophobes.

Bon schuss !

L'équipe Question du mois

 

(1) La surfusion est un état de la matière qui demeure en phase liquide alors que sa température est plus basse que son point de solidification.

(2) Pour en savoir plus, allez découvrir l’article Les skis un équipement de haute technologie

(3) Le polyéthylène est formé à partir du monomère éthylène (ou éthène) de formule H2C=CH2

(4) Parmi eux le PTFE (polytétrafluoroéthylène), connu sous le nom commercial téflon© passé dans le vocabulaire courant. La formule de son monomère est : F2C=CF2

Source photos cristaux :  site MétéoFrance, Phénomènes météo / La neige et ses transformations

 

Bananes mûres
- Question du mois
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Pourquoi les bananes brunissent-elles ?

Les bananes font partie des fruits qui murissent après cueillette. Composition de la banane et de sa peauLa banane contient entre autres de la cellulose (1), des glucides (2), des lipides (3), des enzymes (4) et des
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Les bananes font partie des fruits qui murissent après cueillette.

Composition de la banane et de sa peau

La banane contient entre autres de la cellulose (1), des glucides (2), des lipides (3), des enzymes (4) et des polyphénols (5). Au sein des cellules il existe des compartiments, ce qui permet aux composés phénoliques de ne pas être en contact avec les enzymes présentes.

Altération de la peau et action du froid

Si les membranes des cellules sont altérées ou blessées, les enzymes et les polyphénols vont se trouver simultanément en contact entre eux et avec l’oxygène de l’air.

Cette altération peut avoir lieu par égratignure de la peau, par choc ou par refroidissement excessif. En effets les lipides des membranes des cellules végétales ajustent les proportions d’acides gras insaturés en fonction de la température. Si la température est trop basse la membrane devient trop fluide et perd son étanchéité. Alors enzymes et polyphénols peuvent se mélanger et réagir. La banane subit alors la « chilling injury » ou « blessure par refroidissement ». Pour ce fruit, on estime à 12,5 °C la limite au-dessous de laquelle il y a altération.

Les réactions mises en jeu dans le brunissement

En présence d’oxygène, les enzymes polyphénol oxydases (PPO) (6) permettent l’oxydation des phénols en quinone. Puis le processus se continue par une polymérisation en mélanine (7) qui est brune à noire.

Alors, comment éviter d’avoir des bananes avec des taches noires ?

  • Achetez-les plutôt vertes
  • Ne les mettez pas au réfrigérateur et ne les choquez pas
  • Ne les stockez pas près d’autres fruits car ils émettent tous de l’éthylène qui accélère le murissement

Certains conseillent de les suspendre par la tige et de les envelopper dans un sac plastique pour éviter le contact avec l’oxygène. C’est un peu contradictoire avec l’atmosphère alors confinée qui contiendra de l’éthylène qui va continuer à les faire murir plus vite !

Dans de nombreux cas la lutte est dérisoire car hélas dans les grandes surfaces les fruits sont stockés dans des chambres froides et l’induction des réactions est déjà dans le fruit sur l’étal !

Vous voulez faire une salade de fruits ? Comment éviter le noircissement des bananes coupées ?

Les polyphénol oxydases étant inhibées par les acides, pour éviter que les rondelles de la banane coupée noircissent on peut les arroser avec du jus de citron ou de l’eau dans laquelle on a dissous un peu de vitamine C (acide ascorbique) (8). Ceci est aussi vrai pour les pommes.

 

Jean-Claude Bernier, Françoise Brénon et l'équipe Question du mois de Mediachimie

 

 

(1) La cellulose est un enchaînement linéaire de molécules de D-glucose. C’est le principal constituant de la paroi des cellules végétales.

D-glucose. D-glucose.
Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Glucose

(2) Le glucose est un exemple de glucide.

(3) Les lipides constituent la matière grasse de l’aliment.

(4) Une enzyme est une très grosse protéine jouant un rôle de catalyseur, c’est-à-dire qui est capable d’accélérer une réaction chimique.

(5) Exemple de polyphénol


Source : http://biochim-agro.univ-lille1.fr/brunissement/co/ch2_II_b.html

(6) Transformation d’un diphénol en quinone. La catécholoxydase est une PPO, métalloenzyme contenant du cuivre qui est le site d’interaction avec l'oxygène et le substrat phénolique.


Source : http://biochim-agro.univ-lille1.fr/brunissement/co/ch2_II_b.html

(7) La mélanine est une macromolécule brune.

(8) La vitamine C est identique à l’acide L-ascorbique. Le citron contient naturellement de l’acide citrique et de la vitamine C. L’acide inhibe l’enzyme. La vitamine C est un réducteur qui subit l’oxydation à la place des polyphénols, ce qui les conserve. On parle aussi de rôle « anti-oxydant » ou « anti-oxygène ». La vitamine C porte le nom de code E 300 parmi les additifs alimentaires.


Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_ascorbique

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Pourquoi et comment les feuilles se colorent en automne et tombent en hiver ?

Qui dans sa vie n’a pas vu en automne le jeu des couleurs magnifiques des feuilles de la majorité des arbres qui nous entourent ? Jaune de toutes les nuances, orange, rouge feu, rouge byzantin… En effet l’arbre, n’ayant
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Qui dans sa vie n’a pas vu en automne le jeu des couleurs magnifiques des feuilles de la majorité des arbres qui nous entourent ? Jaune de toutes les nuances, orange, rouge feu, rouge byzantin…

En effet l’arbre, n’ayant pas des moyens de déplacement, ne peut s’abriter pendant les mois rudes de l’hiver. Il a donc développé sa propre stratégie de survie contre le gel.

Il préfère sacrifier ses feuilles, celles qui occupent le plus de surface exposée, pour se protéger de la dessiccation et garder ses branches, tronc et racines. L’ensemble des structures restantes est protégée soit par l’écorce (branches et tronc) soit par la terre (racines).

La chimie de la chute

Aussitôt que la luminosité baisse et que les premiers froids paraissent, l’arbre, grâce à des molécules senseurs (réceptrices), va réaliser la venue de l’hiver ; l’ordre va être donné pour secréter une petite molécule hormone qui s’appelle éthylène (1), molécule bien connue par ailleurs de l’industrie pétrochimique.

La biosynthèse de l’éthylène va alors se réaliser grâce à une succession complexe d’étapes chimiques à partir de la méthionine (2), qui est un acide aminé essentiel pour la constitution des protéines.

L’éthylène va déclencher un deuxième mécanisme, celui de fabrication de « liège » autour des veinules ou artérioles qui amènent la sève (le sang des arbres) vers le feuillage pour le nourrir et l’hydrater ; un « bouchon » est formé qui empêche l’alimentation des feuilles (3). L’avenir de ces feuilles dépend désormais du vent… L’hiver s’installe mais la chimie de l’arbre lui a encore sauvé la vie, pour une nouvelle année.

Les changements de couleur

La chlorophylle (4), cette molécule responsable de la couleur verte intense et qui assure le processus de la photosynthèse (5), va être progressivement dégradée par le froid.

Le vert disparait pour laisser place à d’autres colorants, cachés jusqu’alors par la couleur verte. Ce sont les caroténoïdes (6) (substances chimiques de la carotte) ou les anthocyanines (substances chimiques des choux).

La danse des couleurs est amorcée ; tous les jours, à chaque instant de la journée et en fonction de la luminosité, des nuances variées régalent nos yeux.

Pourquoi certains arbres ne perdent pas leur feuillage ?

Le cas des conifères en est un exemple didactique.

Leur feuillage en forme d’aiguilles diminue substantiellement la surface d’exposition. Par ailleurs, il s’agit d’arbres résineux qui laissent autour de chaque aiguille une fine couche de résine qui sert de vêtement de protection, comparable à la cire secrétée par les canards qui nagent dans l’eau, indifféremment de la température ambiante.

La stratégie des plantes est une source d’émerveillement ! (7)

Constantin Agouridas, Françoise Brénon et l'équipe Question du mois de Mediachimie

 

 

(1) Éthylène ou éthène H2C=CH2

(2) La méthionine existe sous 2 structures, images l’une de l’autre dans un miroir. Par exemple la S-méthionine a pour formule :

(3) Ce processus s’appelle l’abscission.

(4) Chlororphylle A :



(5) Dans le processus de photosynthèse, la chlorophylle absorbe l’énergie solaire afin de permettre au dioxyde de carbone et à l’eau, présents dans l’air ambiant, de se combiner pour produire des hydrates de carbone (sucre) et libérer du dioxygène.

(6) Caroténoïdes : Il s’agit d’une famille contenant environ 600 molécules différentes. Elles ont en commun de présenter une longue alternance de simples et doubles liaisons, responsable de leur couleur. Par exemple le lycopène a pour formule :

(7) C’est ainsi que certains arbres sécrètent de l'éthylène et d'autres gaz pour empêcher la végétation d'envahir leurs pieds et que sous stress thermique les arbres émettent de l'éthylène, d'où l'inflammation rapide et spectaculaire de l'arbre entier lors des incendies de forêt.