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.
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CH-O-CO-R2
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CH2-O-CO-R3
(2) Par exemple, pour un corps gras avec la même chaîne R, la réaction de saponification a pour bilan
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
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.
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
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.
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.
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.
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.
(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.
Les allumettes que nous utilisons tant en cette saison de barbecue sont bien pratiques et faciles à utiliser. Pourtant elles sont le fruit d’une longue histoire. Elles résultent de nombreuses recherches et industrialisations suivies d’améliorations pour les rendre sûres et non toxiques. Elles nécessitent une friction pour s’enflammer et pour que ce soit d’un usage utile il faut que cette flamme dure suffisamment longtemps. Mais quels sont donc les ingrédients mis en jeu pour que cela fonctionne ?
Les composés présents sur la surface à gratter
Le grattoir est constitué de poudre de verre et de phosphore rouge.
Le phosphore rouge est la variété allotropique (1) stable du phosphore, non inflammable et non toxique.
Les composés présents sur la tête de l’allumette
La petite tige de bois de peuplier est imprégnée de phosphate d’ammonium et son extrémité est recouverte de paraffine. Sur cette extrémité est déposée une pâte constituée à environ 50 % de chlorate de potassium (KClO3) (2), de trisulfure de diantimoine (Sb2S3) et de phosphate d’ammonium (NH4)3PO4, le tout lié par une colle. Le colorant présent est ajouté pour la rendre jolie !
Cette tête est appelée le « bouton » dans le processus de fabrication.
Que se passe-t-il lors du grattage, et après ?
La poudre de verre permet la friction provoquant un échauffement. Cette augmentation locale de température provoque la transformation du phosphore rouge en phosphore blanc (3). Celui-ci, très volatil et inflammable, s’enflamme immédiatement en présence du dioxygène de l’air. Cette étape sert à amorcer la flamme.
Celle-ci se communique alors à la tête de l’allumette.
Le chlorate, oxydant, se décompose sous l’effet de la chaleur de la flamme en chlorure et libère de l’oxygène selon KClO3 → KCl + 3/2 O2 (gaz)
Le trisulfure de diantimoine est un réducteur et sert de combustible, permettant ainsi à la flamme de se maintenir.
Il se forme simultanément du trioxyde de diantimoine et du dioxyde de soufre, responsable de l’odeur que l’on perçoit.
Les réactions mises en jeu sont :
Sb2S3 + 9/2 O2 → Sb2O3 + 3 SO2
ou globalement Sb2S3 + 3 KClO3 → Sb2O3 + 3 SO2 + 3 KCl
Et ce bel enchaînement de réactions ne dure que quelques dixièmes de secondes !
La cire de paraffine, qui est aussi un bon combustible, va permettre à la flamme de se propager le long de la tige de bois.
Quant au phosphate d’ammonium dont le bois est imprégné, il joue le rôle de retardateur de combustion afin que l’allumette ne brûle pas trop vite, et limite la formation des fumées lorsque l’allumette s’éteint.
La fabrication des allumettes en France a pendant plus d’un siècle été un monopole d’état (représenté par la SEITA). La dernière usine de Saintines dans l'Oise a fermé en 1993, elle fabriquait environ 15 milliards d'allumettes sur les 22 milliards consommées en France et consommait alors 8400 m3 de bois de peuplier. Depuis la consommation chute de 2 à 4% par an, concurrencée par les allume-gaz et les briquets.
Pour voir en images et au ralenti le processus d’inflammation d’une allumette tout en identifiant les réactions qui se passent, regardez la vidéo « How Do Matches Work ? » sur la chaine Youtube de l’American Chemical Society.
Françoise Brénon
(1) Une variété allotropique correspond à une forme cristalline ou moléculaire. Le phosphore rouge a un enchainement structural semblable à un polymère :
source http://www.compoundchem.com/2014/11/20/matches/
(2) On utilise du chlorate de potassium qui est non hygroscopique (absorbe peu ou pas l’humidité de l’air) contrairement au chlorate de sodium.
(3) Le phosphore blanc est une autre variété allotropique du phosphore . Sa structure découle d’une « dépolymérisation « du phosphore rouge et est :
source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Phosphore_blanc
Il est très inflammable. On pourra lire à son sujet la ressource « Le phosphore et l’invention des allumettes ».
Un exemple avec « l’effet fromage » et certains antidépresseurs.
En quoi certains fromages, en particulier les plus fermentés, peuvent-ils influencer l’efficacité ou entraîner des effets secondaires majeurs de certains traitements contre des pathologies telles que la dépression ou la maladie de Parkinson ?
La dopamine et la sérotonine
La dopamine et la sérotonine sont des neurotransmetteurs. Ils jouent un rôle majeur au niveau des humeurs, de notre énergie au quotidien comme de notre équilibre psychique et somatique. Le moindre déséquilibre de leur métabolisme (production versus destruction) conduit fatalement et réciproquement à des pathologies comme la maladie de Parkinson ou la dépression.
|  |
| sérotonine | dopamine |
Leurs formules ci-dessus montrent l’existence d’une fonction amine (…-NH2), d’où le terme utilisé de « bioamines » c’est-à-dire amines de la vie.
MAO et IMAO
Certaines enzymes, appelés MAO pour Mono Amines Oxydases, sont des enzymes endogènes situées pour l’essentiel au niveau de l’intestin grêle, du foie, du plasma et du cerveau. Leur fonction naturelle est de dégrader l’excès des amines telles que la dopamine ou la sérotonine et de sauvegarder ainsi l’équilibre tant recherché.
Les IMAO, pour Inhibiteurs de MAO, sont des substances chimiques endogènes ou exogènes qui inhibent (empêchent) l’action de la dégradation des bioamines. Ainsi ils permettent de maintenir, pour l’essentiel, le niveau physiologique de la dopamine ou de la sérotonine qui font défaut dans des maladies telles que la dépression ou la maladie de Parkinson.
Parmi les IMAO on peut citer une famille de médicaments appelée « tricycliques » (1), plus particulièrement utilisés contre la dépression.
Fromage et tyramine
Tous les fromages, mais plus particulièrement les plus fermentés, contiennent un fort taux d’une substance chimique dite TYRAMINE (du grec tyri=fromage et amine).
Sa formule chimique montre aussi l’existence d’une fonction amine et une forte ressemblance avec la formule de la dopamine, et par extrapolation à celle de la sérotonine.
Les conséquences
Si le patient est sous traitement par des IMAO, ceux-ci vont aussi inhiber la dégradation de la tyramine. Sa concentration va substantiellement monter dans le compartiment sanguin provoquant une brusque augmentation de la tension artérielle qui peut même compromettre le pronostic vital pour certains individus. De plus, comme ces IMAO sont en train de « travailler » pour la tyramine abondamment amenée par la nourriture, ils ne sont pas suffisamment disponibles pour « s’occuper » de la sérotonine ou de la dopamine, entraînant ainsi une nette diminution de l’efficacité du médicament administré.
Ces phénomènes sont regroupés sous le surnom de « l’effet fromage ».
Autres aliments
La tyramine est présente dans de nombreux aliments à des concentrations variables. On la rencontre plus particulièrement dans les aliments ayant subi un processus de fermentation (viandes attendries, bières, harengs marinés, certaines sauces au soya qui accompagnent les repas des pays du soleil levant…). Certains fruits en contiennent. Ainsi, les bananes mûres contiennent beaucoup plus de tyramine que les bananes fraîchement recueillies.
Conclusion
Cet exemple nous fait prendre conscience qu’il est important de surveiller son alimentation lorsque l’on est sous traitement et de bien suivre les instructions de prise de chaque médicament.
Constantin Agouridas
(1)Exemple d’un tricyclique, l'imipramine :
Un ballon de baudruche gonflé avec de l’hélium s’élève, contrairement à un ballon rempli d’air. Pourquoi donc ?
Que contiennent l’air et l’hélium ?
L’air est un mélange composé de 80 % de molécules de diazote N2 et de 20 % de molécules dioxygène O2 (1). Le gaz hélium est constitué d’atomes d’hélium.
La densité des gaz
Il faut d’abord regarder les masses molaires (2). Exprimées en gramme par mole (g.mol-1), elles valent 1 pour l’hydrogène H, 4 pour l’hélium He, 16 pour l’oxygène O et 14 pour l’azote N, soit 32 pour O2 et 28 pour N2.
Les gaz vérifient une loi très importante : des volumes égaux de gaz différents à la même température et à la même pression contiennent le même nombre d’atomes ou de molécules (3) (mais n’ont pas la même masse).
Si on gonfle un ballon de baudruche standard de 28 cm de diamètre il contient environ 10 litres de gaz. Ainsi il y a le même nombre de molécules dans 10 litres d’air que d’atomes dans 10 litres d’hélium.
Concrètement, dans chacun de ces volumes, il y a 0,446 moles de gaz, à 0°C (273 K) et à la pression atmosphérique (1013 mbar). Pour l’air cela donne la répartition suivante : 0,357 moles de diazote et 0,089 moles de dioxygène (en utilisant la composition de l’air de 80 % de molécules de diazote N2 et 20 % de molécules dioxygène O2).
Compte tenu des masses molaires, 10 litres d’hélium ont donc une masse de 1,78 g et 10 litres d’air 12,9 g. 10 litres d’air sont ainsi 7,2 fois plus lourds que 10 litres d’hélium.
L’air est donc 7,2 fois plus dense que l’hélium.
La poussée d’Archimède
Un petit rappel : nous avons tous remarqué qu’un bateau flotte dans l’eau. Cela est dû à une force qui soulève le bateau et qui l’empêche de couler. Cette force s’appelle la poussée d’Archimède, qui existe dans l’eau, mais aussi dans l’air et pour tout fluide. La force qui fait tomber est le poids. Il est proportionnel à la densité du corps, à son volume et à l’accélération de la pesanteur.
La poussée d’Archimède, elle, est proportionnelle à la densité de l’eau, au volume immergé du corps, et à l’accélération de la pesanteur. On dit qu’elle est égale au poids du volume d’eau déplacé, mais elle est dirigée vers le haut.
Reprenons les ballons de baudruche de 10 L, contenant soit 1,78 g d’hélium, soit 12,9 g d’air.
C’est ici l’air extérieur qui exerce une poussée d’Archimède sur les ballons. Comme ils sont totalement immergés dans l’air et que leurs volumes sont identiques, la poussée d’Archimède qui les soulève est la même.
Le ballon contenant l’air subit une force d’Archimède égale au poids de l’air enfermé dans le ballon, alors il reste en suspension. Comme l’hélium est 7,2 fois moins dense que l’air, son poids est 7,2 fois plus faible que la poussée d’Archimède et le ballon s’élève.
En toute rigueur le ballon de baudruche a une masse d’environ 2 g. Donc le ballon rempli d’air tombe. L’ascension du ballon d’hélium est par contre peu affectée par ce poids supplémentaire.
Jusqu’à quelle altitude le ballon gonflé à l’hélium peut-il monter ?
Le calcul n’est pas facile, car il y a plusieurs facteurs qui interviennent. Avec l’altitude la pression de l’air et la température diminuent. Par exemple à 3000 m d’altitude la pression ne vaut plus que 701 mBar et la température -20 °C (253 K). Mais la densité de l’air diminue aussi donc il en est de même de la poussée d’Archimède.
Un calcul permet de montrer que le ballon peut atteindre 3000 m en 2 à 3 heures. Mais ceci reste théorique car le latex de la baudruche est perméable aux gaz légers. Ainsi un ballon gonflé à l’hélium se dégonfle en 10 à 12 heures et retombe donc à terre. Et n’oublions pas le vent qui peut perturber l’ascension !
Jean-Claude Bernier et Françoise Brénon
(1) En toute rigueur, l’air contient 78,08 % de N2, 20,95 % de O2 et moins de 1 % d'autres gaz.
(2) La masse molaire est la masse d’une mole. Mais qu’est-ce qu’une mole ? Les atomes ou les molécules étant infiniment petits et légers, nous nous ramenons à notre échelle en nous intéressant un très très grand nombre de ces atomes ou molécules. 1 mole contient environ 602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 1023 atomes ou molécules.
(3) Il s’agit d’une loi fondamentale appelée loi des gaz parfaits. Elle s’exprime par la relation : pV = nRT où p est la pression qui s’exerce sur le gaz, V le volume qu’il occupe, T la température et n la quantité de matière exprimée en mole. R est la constante des gaz parfaits.
Vous vous êtes parfois demandés pourquoi et comment vos cheveux frisaient sous la pluie ou chez le coiffeur ? Voyons si la chimie peut répondre à vos questions.
La structure du cheveu
On distingue trois parties dans le cheveu :
- la cuticule, partie externe qui ressemble à une surface d’écailles comme des tuiles imperméables qui protègent la tige du cheveu ;
- le cortex, formé de kératine sous forme de fibrilles d’environ 0,2 μm qui donnent au cheveu son élasticité et sa force (une mèche de 200 cheveux peut supporter la traction d’une masse de 10 à 20 kg) ;
- la région médullaire, partie creuse au centre de la tige du cheveu.
La kératine
La kératine est une protéine constituée d’acides aminés différents (1) reliés entre eux par une liaison dite peptidique ou amide (2). Cela crée des chaines polypeptidiques. Celles de la kératine du cheveu présentent une disposition spatiale particulière en hélices appelées α (3), qui s’associent entre elles et s’entrelacent. Cette cohésion est principalement due à des liaisons hydrogène (liaison H) entre les atomes H portés par les atomes d’azote et les atomes d’oxygène portés par les groupes carboxyles (4). Certaines parties des chaines présentent aussi des interactions électrostatiques entre les groupes carboxylates (R-COO-) chargés négativement et les dérivés aminés (R’-NH3+) chargés positivement. Ces interactions confèrent sa résistance à la kératine. Elles peuvent se rompre et se refaire réversiblement, permettant un « façonnage » du cheveu !
Parmi les acides aminés présents, la cystéine (5) qui possède une fonction thiol (SH), joue un rôle particulier. Des ponts disulfures (S-S) peuvent s’établir entre deux atomes de soufre de chaines différentes. Ces ponts disulfures résistent bien à l’étirement et contribuent à l’élasticité du cheveu.
Lissage et mise en plis
Modifier la frisure ou le lissage des cheveux, c’est modifier les liaisons entre les chaînes polypeptidiques. L’eau par exemple brise les liaisons H ; les atomes H de la kératine ont alors tendance à se lier plus facilement avec les atomes O de l’eau H2O (6). Le cheveu mouillé peut se distendre, être déformé ou lissé plus facilement. Il y a un glissement et un étirement provisoire des chaînes de kératine. En le séchant des liaisons H et des interactions électrostatiques se reforment à d’autres endroits. Le cheveu pourra garder sa nouvelle forme un certain temps.
Utiliser une laque ou un spray permet, en recouvrant d’une fine couche les cheveux, de les maintenir en forme et éviter que la pluie vienne friser la chevelure lissée ou détendre la mise en plis !
Provoquer une frisure « permanente »
Les cheveux vont subir deux types d’actions.
La première action consiste à casser les ponts S-S par une réduction en milieu basique. Les chaines polypeptidiques sont alors relâchées. Les cheveux peuvent être enroulés à volonté, étirés et lissés. Les atomes de soufre des différentes chaines se retrouvent alors dans une nouvelle disposition.
La deuxième réaction va consister en une oxydation permettant de créer de nouveaux ponts disulfures fixant ainsi la nouvelle frisure ou le lissage recherchés.
Les shampoings, après-shampoings, démêlants et autres produits capillaires ont des formulations très complexes pour améliorer entre autre la souplesse, le démêlage et la brillance. Leurs actions consistent toujours à modifier les interactions des chaines polypeptidiques de la kératine entre elles.
Françoise Brénon
(1) Un acide aminé a pour formule générale R CH(NH2) COOH
(2) La liaison peptidique ou amide présente l’enchaînement suivant d’atomes : .png)
(3) La laine est également constituée de kératine α. Il existe une autre forme spatiale de la kératine dite en hélice β, que l’on rencontre dans la soie.
(4) Schéma de la liaison H symbolisée par le pointillé 
(5) La cystéine contient un atome de soufre en plus des fonctions amine et acide carboxylique HS-CH2CH(NH2)-COOH
(6) Schéma de la liaison H entre l’eau et le groupe amine : 
Nous avons vu en décembre que le champagne contenait du gaz carbonique sous pression qui ne demandait qu’à se libérer sous forme de bulles qui remontent doucement à la surface du vin et participent à l’effervescence joyeuse, synonyme de fête. Le verre dans lequel on boit le champagne doit répondre par son élégance à l’image de prestige de ce breuvage mais aussi permettre d’en apprécier toutes les qualités.
Éviter le métal
Il existe pour boire le champagne des récipients en métal précieux, argent ou métal doré, mais ils ne conviennent pas car on ne peut ni observer la couleur du vin, ni la finesse du dégagement des bulles.
Les arômes tant appréciés
Les analyses ont montré que l’éclatement des bulles de gaz carbonique jouait un rôle majeur dans la libération des arômes. Ceux-ci sont des molécules organiques amphiphiles qui comportent soit une partie hydrophile qui les font rester majoritairement dans le vin, soit une partie hydrophobe qui les fixe de préférence à l’interface gaz–liquide de la bulle. Les analyses par IR-FT et SM (1) des aérosols de surface, comparées aux analyses du liquide in situ, ont montré des concentrations plus élevées d’acides gras ou de dérivés estérifiés tels que l’acide palmitoléique (2), l’acide tétradécanoïque (3) et d’autres, qui apportent les notes métalliques, fruitées, herbacées… Ces concentrations organoleptiques participent au plaisir olfactif puis gustatif du champagne.
D’où l’attention particulière à porter sur la nature du verre et à son nettoyage qui ont une grande influence sur la formation et la persistance des bulles qui sont de vrais ascenseurs à arômes.
Flûte ou coupe ?
La forme du verre à champagne doit être fonctionnelle. Les verres à fond rond ou les verres à fond pointu ne dégagent ni les mêmes mousses ni les mêmes lignes de bulles.
La flûte à champagne par sa hauteur de la colonne de liquide permet le bel examen visuel du vin et à la condition d’y laisser quelques microfibres, d’admirer la formation progressive de fines bulles. Si la flûte est suffisamment ouverte, le dégustateur peut y approcher le nez et goûter tous les arômes qui se dégagent de l’aérosol.
La coupe à champagne plus populaire dans les pays du sud est pourtant indéfendable. La mousse s’y forme mal et le bouquet se disperse. On y boit avec le nez qui trempe dans le breuvage et la surface liquide–air y est trop vaste, l’effervescence se calme trop vite.
C’est maintenant le verre « tulipe » à forme d’œuf tronqué sur une jambe pleine allongée qui a la côte. Il permet de jouir d’une mousse réduite et de la montée des fines bulles tout en permettant de respirer les arômes qui se dégagent en surface.
Fuyez la coupe ou flûte en plastique !
Faut-il rappeler le scandale qui est de boire le champagne dans une coupe en plastique ! Le PET (4) a une énergie de surface bien plus faible que celle du verre, la tension de surface liquide/solide y est très différente et sa surface est classée comme hydrophobe. Le liquide n’a pas tendance à s’y accrocher et ce sont les bulles qui le remplacent et grossissent sur les parois en cachant malheureusement la douce ascension des fines bulles.
Pour votre plaisir olfactif ou gustatif, choisissez bien votre matériel, mais dans tous les cas ne l’utilisez qu’avec modération !
Jean-Claude Bernier
(1) IR-FT : analyse par infrarouge à transformée de Fourier ; SM : spectrométrie de masse
(2) acide palmitoléïque acide (Z)-hexadéc-9-énoïque : CH3 –(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH
(3) acide tétradécanoïque CH3–(CH2)12–COOH
(4) PET : poly(éthylène-téréphtalate) polymère de motif répétitif -[O-(CH2)2-O-CO-paraPh-CO]n-