Saccharose

Personne ne tire le miel sans se lécher les doigts.

Adapté de https://chem.nlm.nih.gov/chemidplus/structure3D/viewer/57-50-1

https://www.passeportsante.net/fr/Nutrition/PalmaresNutriments/Fiche.aspx?doc=saccharose_nu#proprietes-et-formule-chimique-du-saccharose

Histoire du saccharose

Pendant de très nombreux siècles, le miel fût le sucre de toute l’humanité. Puis la canne à sucre aurait fait son apparition en 6000 av. J.C en Asie du Sud Est. Au Moyen-Age lors des croisades, l’Occident découvre la canne à sucre. Jusqu’au 19e siècle, le sucre restera un produit très rare et noble, destiné à une élite bourgeoise. Au 19e siècle, un élément va cependant changer la donne : la démocratisation de la betterave sucrière. L’essor est tel que la consommation de sucre sera multipliée par 1000 en l’espace de deux siècles. Depuis, la consommation de sucre n’a cessé de croître à travers le monde. Son utilisation tant par les individus que par les industries agro-alimentaires n’a jamais été aussi importante.

https://www.filsantejeunes.com/quest-ce-que-le-sucre-5484

La canne à sucre

La canne à sucre appartient à la famille des plantes vivaces comme le maïs et le blé. Elle est essentiellement exploitée dans les zones tropicales de faible altitude. Cette plante est souvent comparée au roseau car elle possède une longue tige. Cette tige constitue le réservoir en sucre. La tige est épaisse, longue (deux à cinq mètres de haut) et d’un diamètre pouvant aller de deux à six centimètres. La canne à sucre est certainement l’une des plantes les plus anciennement cultivées à la surface de la terre puisque sa découverte remonterait à 9000 ans environ et se situerait en Papouasie-Nouvelle-Guinée. La première référence écrite sur la canne à sucre remonte à Alexandre Le Grand, en 327 avant Jésus-Christ. On y parle d’un roseau en Inde qui produit du miel sans le concours des abeilles. En Inde, on pense que la canne à sucre aurait une origine divine. Pendant une cinquantaine d’années, de la fin du XVIIème siècle, au milieu des années 1700, le sucre a été considéré comme une épice de luxe et n’était destiné qu’aux classes les plus aisées. Puis au cours du siècle suivant, jusqu’en 1850 environ, le sucre a commencé à être utilisé par les classes moyennes.

La betterave

La betterave sucrière est une plante cultivée dans les zones tempérées. Cette plante peut mesurer environ un mètre de haut. C’est la racine qui renferme les réserves en sucre. Quand la betterave est cultivée pour ses réserves en sucre, elle est plantée au printemps pour être récoltée au cours de l’automne. La plante serait originaire du Moyen-Orient. Sa découverte remonterait à une date beaucoup moins éloignée que celle de la canne à sucre puisqu’elle est estimée aux environs de 500 avant Jésus-Christ. C’est Napoléon 1er qui a encouragé les recherches dans le domaine de la culture de la betterave sucrière car le blocus de l’Empire Français exercé par la marine britannique avait coupé l’Europe des ressources en sucre de canne des Antilles. Aujourd’hui la betterave sucrière est la première culture industrielle en France.

Deux études concernant le saccharose :

  • Une élaboration de protocole de dosage du saccharose dans un sirop de sucre, sa réalisation et son exploitation.
  • Une synthèse documentaire à propos du caramel.

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (saccharose)

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Documents communs

[saccharose.pdf]

[glucose-fructose.pdf]

[hydrolyse.pdf]

Sirop

[sirop.pdf]

[exemple-corrige.pdf]

Caramel

[preparation.pdf]

[reactions.pdf]

[aromes.pdf]

En complément, des problèmes de bac :

[betterave.pdf]

[sucre-e.pdf]

[miel.pdf]

Exemple

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Solaire

Le solaire pharaonique…

https://www.mdpi.com/sustainability/sustainability-12-00127/article_deploy/html/images/sustainability-12-00127-g001.png

Centrales solaires thermodynamiques Sanlucar PS10 – PS20 – Espagne   https://en.wikipedia.org/wiki/PS10_solar_power_plant

Centrale solaire photovoltaïque – Benban Solar Park – Inde – https://en.wikipedia.org/wiki/Benban_Solar_Park

Une heure de rayonnement solaire reçu par la Terre représente la consommation annuelle mondiale d’électricité. Encore faut-il réussir à en capter une petite partie sans faire trop de dégâts ! Les projets pharaoniques, réalisés ou en perspective, ne manquent pas… Il s’agit de trouver des alternatives aux productions massives des centrales électriques thermiques ou nucléaires (à défaut de réaliser des économies drastiques d’utilisation de l’énergie électrique).

Voici par exemple la centrale solaire thermodynamique de Llo (Pyrénées Orientales) inaugurée le 20 septembre 2019 : investissement de 60 M€ ; puissance électrique : 9 MW ; 33 ha utilisés sur un terrain de 36 ha ; 95 200 miroirs pour une surface de collecte de 153 000 m2 ; 11 km de tubes récepteurs fixes à 8,5 m du sol ; production électrique (estimée) : 20 GWh, soit environ la consommation moyenne de 6 000 foyers français.

La collection documentaire proposée ici permettra sans doute de problématiser l’alternative des énergies renouvelables…

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Documents :

[production-electrique.pdf]

[centrales-electriques.pdf]

[solar-resource.pdf]

[solar-collectors.pdf]

[photovoltaique.pdf]

[thermodynamique.pdf]

[inconvenients-solaire.pdf]

[pollution-photovoltaique.pdf]

Exemples d’installations

[ashalim.pdf] ; [bahdla.pdf] ;

[bendan.pdf] ; [delingha.pdf]

[ello.pdf] ; [ivanpah.pdf]

[longyangxia.pdf] ; [noor.pdf]

[partanna.pdf] ; [sanlucar.pdf]

Animations et vidéos

https://sagascience.cnrs.fr/dosolaire/contenu/alternative/alter2_textes.html

[animpv_logs.mp4]

Ainsi que :

[Centrale solaire Thermodynamique-360p.mp4]

[Technologie solaire Fresnel SUNCNIM-720p.mp4]

[La centrale solaire thermodynamique de Noor, Maroc.mp4]

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Ivanpah Solar Electric Generating System – Désert Mojave – Californie – USA https://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_solaire_d%27Ivanpah

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Peinture

Gras sur maigre

https://en.wikipedia.org/wiki/File:Oil_painting_palette.jpg

https://www.art-totale.com/la-regle-du-gras-sur-maigre-explication/

Toute personne peignant à l’huile se doit de connaitre au minimum les bases de la chimie des matériaux qu’elle emploie. Cela permet surtout de comprendre le processus de vieillissement et les interactions des outils et matériaux qui composent l’œuvre. Des temps de siccativation ou des proportions non respectés mettent toute l’œuvre  en danger. Celle-ci risque d’avoir une durée de vie relativement courte (craquelures, coulures, matité…). La règle du gras sur maigre est à connaitre, autant qu’un cuisinier connait les méthodes de cuissons relatives à ses ingrédients.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Gras_sur_maigre

« Gras sur maigre » est un précepte pour l’exécution de la peinture à l’huile, destiné à se garantir contre les défauts de siccativation des couches de couleur. Il recommande que chaque couche de couleur soit plus grasse, c’est-à-dire plus riche en huile, que la précédente afin que l’accroche en soit solide et durable. On parle du « séchage » de la peinture à l’huile, mais il s’agit d’une transformation chimique, au contact de l’oxygène de l’air, formant une pellicule solide et insoluble. La transformation se produit ensuite lentement à l’intérieur. La siccativation entraîne une légère rétractation, et isole de l’atmosphère les couches inférieures ; les couches maigres contiennent moins d’huile, et mettent donc moins de temps à durcir. Si une couche maigre se trouve au-dessus d’une couche grasse, elle durcit avant la couche inférieure, et n’est plus assez souple pour suivre la lente rétractation de celle-ci, provoquant des phénomènes variant entre les cloques de surface et le craquèlement. Cette explication montre que le risque est réduit en respectant de longs temps de séchage, et qu’il est préférable de réserver les couleurs les moins siccatives aux dernières couches. De plus, le maigre adhère mal sur le gras.

La JocondeHuile sur panneau de boisLéonard de Vinci (vers 1505)

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Qu’est-ce qu’une peinture et comment ça marche ? Quels sont les différents types de liants et de pigments ? Comment interpréter plus précisément cette règle du « gras sur maigre » qui guide les praticiens de l’art pictural ?

La collection de documents proposée, large mais non exhaustive, permet de traiter ces questions dans leur dimension physico-chimique.

A partir d’une problématique préalablement formulée, chaque groupe de travail peut explorer et sélectionner les éléments nécessaires à la réalisation d’un poster synthétique qui sera présenté au grand groupe…  

Documents disponibles

[peintures.pdf]

[techniques.pdf]

Dossier liants :

[liants.pdf] ; [huile.pdf]

[acrylique-vinylique.pdf]

[alkyde.pdf] ; [epoxy.pdf]

[sechage.pdf]

[filmogenes.pdf]

Dossier pigments :

[pigments.pdf]

[naturels.pdf] ; [minéraux.pdf]

[synthetiques.pdf]

[anthocyanes.pdf] ; [rouges.pdf]

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Carotène

Les caroténoïdes et la couleur du homard

https://www.aquaportail.com/definition-1421-carotenoide.html

https://www.researchgate.net/figure/Chemical-structures-of-major-carotenoids-produced-by-microorganisms_fig1_329757003

bêta-carotène

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https://www.brineshrimpdirect.com/about-us/articles/natural-astaxanthin/

Les caroténoïdes sont un groupe de plus de 600 pigments naturels liposolubles qui sont principalement produits dans le phytoplancton, les algues et les plantes. Ces pigments sont responsables de la grande variété de couleurs dans la nature ; les plus remarquables sont les couleurs jaune brillant, orange et rouge des fruits, des feuilles et des animaux aquatiques.

Le phytoplancton est le principal producteur de caroténoïdes dans le milieu marin (plusieurs centaines de millions de tonnes par an). Ce phytoplancton est ingéré par le zooplancton ou les crustacés tels que le krill, absorbé alors par les saumons dont la couleur orange est due à l’astaxanthine, un exemple de caroténoïde. Les caroténoïdes combinés avec les protéines et les lipides (caroténoprotéines et caroténolipoprotéines) donnent à la vie marine une large gamme de couleurs bleues, vertes, violettes, brune…

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https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/CP/C4CP06124A#!divAbstract

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Le domaine des caroténoïdes, vaste et coloré, est un champ d’application des spectres d’absorbance UV-Visible : structure moléculaire des chromophores, effet bathochrome des doubles liaisons délocalisées…

Documents de travail

[carotenoides.pdf]

[exemples.pdf]

[bathochrome.pdf]

[carotenoproteines.pdf]

[lobster.pdf]

Animations pour l’effet bathochrome

Compléments dans le domaine de la santé

[vitamine-A.pdf]

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Nicotine

Nicotine et néonicotinoïdes

The  American Florist (1906)

Nicotine

3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridine

https://fr.wikipedia.org/wiki/Nicotine

La nicotine est un alcaloïde principalement présent dans les plantes de la famille des solanacées dont les feuilles ont des propriétés acaricides et insecticides notamment celles du tabac du fait de son caractère neurotoxique : sa toxicité protège la plante des insectes ; elle possède également des propriétés fongicides. De nombreuses plantes produisent de la nicotine en quantité variable : le tabac (Nicotiana tabacum) ; l’aubergine (Solanum melongena) ; la tomate (Solanum lycopersicum) ; la pomme de terre (Solanum tuberosum) ; le chou-fleur (Brassica oleracea var. botrytis) ; certaines fougères comme Lycopodiella cernua ; etc.

Nicotiana_tabacum – Köhler’s_Medizinal Pflanzen

Une petite collection documentaire pour la nicotine et les nicotinoïdes. La similitude de forme et de répartition électronique des molécules d’acétylcholine et de nicotine permet d’interpréter l’action de cette dernière…

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Documents disponibles

[nicotine.pdf]

[similitudes.pdf]

[enantiomeres.pdf]

Les néonicotinoïdes ont remplacé la nicotine comme insecticide avec les conséquences connues sur les pollinisateurs ; ils sont sensés présenter moins de toxicité pour les vertébrés…

Documents disponibles

[neonicotinoides.pdf]

[toxicite.pdf]

[reglementation.pdf]

[derogation.pdf]

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Caféine

A propos de l’extraction de la caféine

Adapté de https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/caffeine#section=3D-Conformer

https://fr.wikipedia.org/wiki/Caf%C3%A9

La légende la plus répandue veut qu’un berger d’Abyssinie (actuelle Éthiopie), Kaldi, ait remarqué l’effet tonifiant de cet arbuste sur les chèvres qui en avaient consommé. Une autre version de la légende soutient que ce berger, ayant accidentellement laissé choir une branche de cet arbuste sur un poêle, aurait remarqué l’arôme délicieux qui s’en dégageait. Il est probable que cette fable, publiée pour la première fois à Rome par Antoine Faustus Nairon (Maronite et professeur de langues orientales à Rome) en 1671 dans l’un des premiers traités sur le café De Saluberrima potione Cahue seu Cafe nuncupata Discursus, a été inventée par les Arabes pour accréditer la thèse d’un café diffusé dans le Proche orient arabe par les soufis. D’ailleurs, un autre récit légendaire attribue la découverte du caféier au Cheikh Abou Hassan al-Shâdhili, soufi retiré dans une montagne et qui se nourrissait de « l’arbre de café ». En réalité, les études génétiques sur le caféier Coffea arabica suggèrent qu’il est probablement originaire d’Éthiopie, dans la province de Kaffa où les ancêtres des Oromos consommaient le café sous différentes formes (boisson mais aussi aliment). Il y serait connu depuis la Préhistoire et n’aurait été transféré qu’au vie siècle, au Yémen, dans l’Arabie Heureuse, vers le port de Moka.

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La caféine appartient à la grande « famille » des alcaloïdes, comme la nicotine, la cocaïne ou encore la morphine et la strychnine. La caféine pure a des effets très nocifs sur l’organisme : insomnie, palpitations cardiaques, nausées, anxiété, polyurie. Pour un adulte la dose létale est de 5 et 10 g (soit 50 à 100 tasses de café moyennes…).

Lorsque vous préparez un petit café ou un thé (notons au passage que la « théine » est strictement identique à la caféine) vous procédez à une extraction solide-liquide par décoction. La phase liquide, l’eau chaude, permet de dissoudre assez correctement la caféine ainsi qu’un bon nombre de molécules diverses (arômes, colorants…).

Pour obtenir la caféine c’est une autre affaire ; on propose souvent une extraction liquide-liquide avec le dichlorométhane ou le chloroforme qui présentent le  désagrément d’être passablement cancérigènes…

Trois exemples sont disponibles pour élaborer et mettre en œuvre un protocole permettant d’obtenir et identifier la caféine.

[1-protocole.pdf]

[2-protocole.pdf]

[3-protocole.pdf]

Divers documents d’accompagnement permettent d’enrichir et diversifier les thèmes d’étude.

[alcaloides.pdf]

[classement.pdf]

[cafeine.pdf]

[composition.pdf]

[protonation.pdf]

 [procedes-extration.pdf]

[explications-extraction.pdf]

Et des problèmes (bac) en complément, par exemple :

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Alvéoles

De « l’esprit mathématique » des abeilles…

https://www.nature.com/articles/nature.2013.13398.pdf

La structure des rayons de cires suscite l’interrogation depuis fort longtemps.

Pappus d’Alexandrie (IVe s.) démontre qu’à périmètre égal, un polygone a une aire d’autant plus grande qu’il a de côtés, justifiant ainsi que les cellules des abeilles soient hexagonales plutôt que carrées ou triangulaires.

Johannes Kepler, en 1611, émet l’hypothèse que les abeilles ont un « esprit mathématique ».

Le physicien Réaumur, dans ses Mémoires pour servir à l’histoire des insectes (1740), soupçonne les abeilles de construire leur gâteau de cire dans un souci d’économie.

Charles Darwin,  en 1859, indique que les abeilles construisent initialement une alvéole circulaire qui devient ensuite hexagonale.

Alors comment interpréter la formation de ces structures géométriques autrement que par « l’esprit mathématique » des abeilles ?

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https://www.tribpub.com/gdpr/sun-sentinel.com/

Documents disponibles :

[alveoles.pdf]

[gasteaux-de-cire.pdf]

[composition.pdf]

[plateau.pdf]

[auto-construction.pdf]

A voir également :

Bulles et Membranes

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Plastiques

Plastiques : problèmes et innovations

https://noplasticplease.life/2017/06/29/plastic-free-july-a-guide/

No plastic please !

https://www.mega.online/fr/articles/quatre-idees-recues-sur-le-plastique

Alexis McGivern.  Les plastiques recyclables et biodégradables donnent l’impression d’être plus respectueux de l’environnement. Mais la réalité n’est pas aussi simple. Lorsqu’Alexander Parkes dépose le brevet pour le premier plastique artificiel, il s’agissait d’une alternative à l’ivoire plus respectueuse de l’environnement. 150 ans plus tard, ce matériau est passé du statut de Robin des Bois à celui de meilleur ennemi de la planète. Au cours de cette période, 5,7 milliards de tonnes sur les 8,3 milliards de tonnes produites ont fini à la décharge

Les plastiques sont-ils dans l’impasse ?

Ou bien peut-on recycler et innover ?

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1 – Problèmes

[difficultés-tri-plastique.mp4]

[peril.pdf]

[recyclage.pdf]

[problemes.pdf]

[no-plastic.pdf]

[impasse.pdf]

[biodegradabilite.pdf]

2 – Innovations

 [ami.pdf]

[chaussure.pdf]

[bioplastiques.pdf]

[dissoudre.pdf]

[nacre.pdf]

[plaxx.pdf]

[vitrimeres.pdf]

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Styrène

Le Chant du Styrène

Une petite collection documentaire autour du styrène et son polymère, à partir du poème de Raymond Queneau et du film d’Alain Resnais (1958)  « le Chant du Styrène ».

O temps, suspends ton bol, ô matière plastique
D’où viens-tu ? Qui es-tu ?

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1. Le chant du styrène

[Le Chant du Styrene.mp4]

[le-chant-du-styrene.pdf]

[industrie.pdf]

2. Styrène et polystyrène

[styrene-polystyrene.pdf]

[polystyrène.pdf]

[pb+corr.pdf]

3. Protocoles et mécanismes

[synthese-1.pdf]

[synthese-2.pdf]

[mecanismes.pdf]

4. Recyclage

[waste.pdf]

[recyclage.pdf]

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Autochrome

Enfin la photographie en couleur !

https://lechronoscaphe.com/theme/autochromes/

Après avoir inventé le cinématographe en 1895, les frères Lumière ont porté leurs recherches sur la photographie en couleur. Des expérimentations similaires avaient déjà été faites depuis les années 1860 (trichromie soustractive), mais sans qu’il soit envisageable de rendre le procédé commercialisable. En 1903, les frères Lumière déposent le brevet de l’autochrome. Ce nouveau procédé est commercialement viable et disponible pour le public dès 1907. La gélatine photosensible est imprégnée de fécule de pomme de terre colorée très fine. L’image produite est un positif couleur.

Auguste et Louis Lumière

http://www.bm-lyon.fr/expo/10/autochromes-lumiere/fabrication-autochromes.php

Les grains de fécule de la plaque autochrome vus au microscope.

Colorés en orangé, vert et violet, et mélangés, les grains ont été saupoudrés sur la plaque de verre revêtue d’un enduit poisseux. Ils sont au nombre de 8000 à 9000 par millimètre carré. Mais ils n’ont pas encore été écrasés au laminage, et les intervalles microscopiques qui les séparent laissent filtrer de la lumière blanche.

La même plaque vue au microscope après laminage.

Les grains de fécule orangés, vert et violet ont été écrasés par le laminage, et les intervalles subsistant encore ont été bouchés par de la poudre impalpable de charbon. Il ne reste plus qu’à recouvrir la couche de grains d’un vernis isolant sur lequel sera étendue l’émulsion sensible.

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L’autochrome de Louis Lumière est le premier procédé industrialisable de photographie en couleur. Mais quel en est le principe ?

On propose ici six documents qui le décrivent. Il s’agit d’en extraire et exploiter les éléments pertinents d’interprétation.

Exemple d’exploitation.

Les documents peuvent être répartis entre les participants à ce travail pour une première phase de travail individuel. La mise en commun en petits groupes permettra les échanges nécessaires à la réalisation d’un poster qui sera présenté en grand groupe avec animation tableau. Il s’agit de présenter de préférence une interprétation sous forme schématique.

Des ébauches de schémas devraient faciliter la tâche :

[schemas.pdf]

Documents de travail :

[procede-1.pdf]

[procede-2.pdf]

[procede-3.pdf]

[procede-4.pdf]

[procede-5.pdf]

[procede-6.pdf]

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On pourra voir également l’épisode de la série « Faire l’histoire » de Patrick Boucheron : « L’autochrome, la vie en couleur »

On trouvera également en complément :

[autochromes.pdf]

[preparation.pdf]

[pointillisme.pdf]

[pointillistes.pdf]

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