Cuisiner suppose souvent de mélanger l’eau et le gras : en effet l’eau est le vecteur du sel, du sucre, des acides alors que le lipides permettent de dissoudre et transporter les molécules aromatiques.Mais l’eau et les lipides ne se mélangent pas…
Émulsion : cela signifie que ces sauces sont constituées d’une myriade de gouttelettes dispersées dans la phase aqueuse, dans l’eau apportée par le jaune d’œuf et par le vinaigre. Le mot « émulsion » fut introduit en 1560 par Ambroise Paré, chirurgien de plusieurs rois de France, et le mot vient de emulgere, qui en latin signifie traire. De fait, on trait les vaches pour obtenir du lait, lequel est une émulsion, composé de gouttelettes de matières grasses dispersées dans l’eau : le lait effectivement est un cousin physico-chimique de la sauce mayonnaise. Ou, plus exactement, la sauce mayonnaise et une cousine artificielle (ce qui signifie : un produit de l’art) du lait. D’autre part les gourmands connaissent et apprécient les sauces hollandaises et béarnaises : ces deux sauces sont des cousines physico-chimiques, qui ne diffèrent l’une de l’autre que par l’emploi d’estragon dans la béarnaise, pour simplifier. En principe, on les produit en chauffant du jaune d’œuf avec de la matière grasse, et il y a plusieurs procédures possibles, mais, dans tous les cas, l’œuf coagule, ses protéines faisant de microscopiques agrégats qui donnent de la consistance à la sauce. Cette fois, le système physico-chimique n’est plus l’émulsion, mais la « suspension émulsionnée » : « suspension », parce qu’il y a des agrégats microscopiques solides en suspension dans le liquide ; « émulsionnée », parce qu’il y a effectivement de la matière grasse, le beurre fondu, qui a été divisée en gouttelettes, dispersées également dans la phase aqueuse. Faisons maintenant la synthèse : dans les sauces hollandaises comme dans les sauces mayonnaise, il y a la matière grasse, mais cette matière grasse n’est pas la même. Dans la mayonnaise, c’est de l’huile, mais dans la béarnaise, c’est du beurre fondu. Le beurre fondu ? Quel délice !
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Comment mélanger l’eau et le gras ? Un approche chimique de la cuisine.
Berthe Bussard et Hélène Dubois. Leçons élémentaires de chimie à l’usage de l’enseignement secondaire des jeunes filles (3e année). Belin frères, 1897.
CHAPITRE PREMIER L’EAU1. Les trois états de l’eau.
Nous connaissons l’eau sous les trois états : liquide, solide, gazeux.
À l’état solide, l’eau constitue la glace et la neige. Vue à la loupe, la neige présente des formes régulières (fig. 1) ; ce sont des figures géométriques à six côtés, simples ou portant six branches régulièrement distribuées. On donne à ces formes régulières le nom de cristaux. […]
Fig. 1. — Diverses formes des cristaux de neige et de glace.
À l’état gazeux, l’eau existe dans l’atmosphère. La vapeur d’eau est invisible. Quand elle se condense en fines gouttelettes, elle forme le brouillard. Si on apporte dans un appartement du corps froid, on voit se produire à sa surface une buée provenant de la condensation de la vapeur dans l’atmosphère.
2. Corps dissous dans l’eau.
I. SOLIDES
Cette vapeur, condensée par refroidissement, constitue les nuages, retombe sous forme de pluie et dissout au contact du sol les éléments qui le composent, les calcaires, par exemple ; dans certains cas, les substances dissoutes la font employer en médecine (eau de Vichy). Beaucoup d’autres corps, tels que le sel marin, le sucre, le salpêtre, peuvent aussi se dissoudre dans l’eau. Mais la quantité d’un même corps qui se dissout dans un même poids d’eau varie avec la température. […] Si l’on fait évaporer l’eau, le corps dissous se dépose, et généralement il cristallise.
II. GAZ
De même que l’eau dissout des corps solides, elle dissout aussi des gaz. On peut les extraire par l’expérience suivante (fig. 4). On prend un ballon plein d’eau ; on y adapte un tube de verre recourbé (tube abducteur) également rempli d’eau ; l’autre extrémité du tube aboutit à une cloche longue et étroite (éprouvette), pleine d’eau, retournée sur la cuve à eau, et soutenue par un têt à gaz […].
1789 Dans son Traité élémentaire de chimie, A. Lavoisier (1743-1794) décrit la « fermentation vineuse » comme une division du sucre en deux portions (alcool et acide carbonique), division réalisée par un « ferment ».
1833 A. Payen (1795-1871) et J.-F. Persoz (1805-1868) isolent de grains d’orge germés la « diastase », une substance protéique capable d’hydrolyser l’amidon in vitro.
1837-1838 Charles Cagniard de la Tour (1777-1859), en France, Theodor Schwann (1810-1882), en Allemagne, proposent que les levures (champignons unicellulaires) trouvées dans les fermentations soient responsables de la décomposition des sucres.
1840 Le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) avance l’idée que la « diastase » comme le « ferment alcoolique » sont des catalyseurs biologiques.
1850 Le chimiste allemand Justus von Liebig (1803-1873) considère que les fermentations sont des processus autocatalytiques de décomposition des matières organiques. Tout ferment serait une matière organique en décomposition ou en putréfaction.
1857 Louis Pasteur (1822-1895) établit que la fermentation alcoolique est due à l’activité métabolique de la levure de bière.
1858 Pasteur étudie la fermentation lactique des sucres du lait par les bactéries lactiques.
1860 Pasteur formule sa théorie générale des fermentations : toute fermentation d’une solution de sucre ou de matière organique résulte de l’activité métabolique d’un micro-organisme spécifique, et s’accompagne de la formation de produits caractéristiques (alcools, acides, cétones et gaz carbonique).
1862 Pasteur établit que la production du vinaigre (acide acétique), dans les usines d’Orléans, est due à un microbe fermentant l’alcool du vin en acide acétique.
1878 F. W. Kühne (1837-1900) donne le nom d’« enzymes » aux catalyseurs biologiques primitivement appelés diastases ou ferments.
1897 Eduard Büchner (1860-1917), en Allemagne, Marcellin Berthelot (1827-1907), en France, obtiennent, à partir d’un jus de levure, une substance – qu’ils appellent respectivement « zymase » et « ferment soluble » – capable de produire in vitro la fermentation alcoolique des solutions sucrées. Cette découverte est exploitée contre la théorie des fermentations de Pasteur.
1900 Berthelot clôt la polémique en faisant ressortir que la zymase est un complexe enzymatique synthétisé par les levures vivantes.
1905 Arthur Harden (1865-1940) et William Young démontrent que la fermentation alcoolique ne peut se dérouler in vitro que si du phosphate est présent dans le milieu, comme si une activation moléculaire était nécessaire. Ils isolent un premier intermédiaire phosphorylé : le fructose-1,6-diphosphate.
1933 Gustave Embden (1874-1939) et Otto Meyerhof (1884-1951) montrent que plusieurs réactions sont communes aux fermentations lactique du muscle et alcoolique du jus de raisin.
La fermentation à travers l’histoire. La fermentation est probablement la plus ancienne des biotechnologies. A l’origine, l’humain l’a utilisée pour se nourrir. Mais aujourd’hui, ses champs d’application sont beaucoup plus vastes.
Petit rappel historique. Du néolithique à nos jours : conservation et transformation.
Ce sont les Sumériens qui, il y a environ 8000 ans, ont été les premiers à utiliser la fermentation de manière régulière. Ensuite, au fil des siècles, l’humain a appris à maîtriser la fermentation, souvent de manière empirique, pour conserver les aliments, fabriquer du fromage ou encore transformer les viandes, les fruits et les légumes. Cette technique est toujours très répandue : au début des années 2000, on comptait à travers le monde plus de 5000 aliments fabriqués grâce à la fermentation : boissons avec ou sans alcool (kombucha, kimchi, bière, vin), produits laitiers (kéfir, yaourts), spécialités à base de viande (comme le saucisson), choucroute, vinaigre, etc. Elle est aujourd’hui bien ancrée dans notre quotidien et l’on semble même en redécouvrir ses vertus. […]
Les ferments, les déclencheurs de la fermentation.
Les micro-organismes évoqués à l’instant sont aussi connus sous le nom de ferments. Ils sont de 3 sortes :
Les bactéries : pour fermenter, certaines ont besoin d’oxygène alors que d’autres ne le supportent pas. Les plus connues sont les bactéries lactiques comme les lactobacilles (Lactobacillus) que l’on retrouve dans la charcuterie, les fromages ou les légumes lacto-fermentés. Parmi les bactéries, on utilise aussi de plus en plus des microalgues appelées cyanobactéries, en particulier pour la production de biocarburants.
Les levures : elles peuvent se développer avec ou sans oxygène et servent le plus souvent à la panification ou à la fermentation alcoolique.
Les moisissures : ce sont des champignons qui ont besoin d’oxygène et trouvent leur origine dans le sol. Elles sont faciles à cultiver et servent bien sûr à affiner certains fromages comme le Roquefort mais aussi à la fabrication d’antibiotiques. Les moisissures sont aussi utilisées en biotechnologie pour produire des arômes alimentaires.
Les ferments ont tous besoin d’eau et de températures pouvant aller de 4°C à 75°C pour se développer. Ils ont des propriétés qui leurs sont propres et qui conduiront à des types de fermentations différents.
Molécules ou ensemble de molécules capables de neutraliser des radicaux libres ayant ainsi un rôle de défense au sein de la membranes ou de la cellule.
– des enzymes : glutathion peroxidase, superoxyde dismutase.
Les antioxydants coopèrent souvent ensemble dans la cellule : ainsi la vitamine C régénère la vitamine E, la glutathion peroxidase ne peut agir sans la vitamine E et le sélénium…
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Une approche élémentaire, dans le domaine de la biochimie, des notions de radicaux libres et antioxydants.
[…] Au cours du XXe siècle, la conception courante de la mesure a progressivement changé. On considérait classiquement qu’une grandeur avait une valeur vraie, nombre réel cohérent avec une théorie connue ou à découvrir, tandis que les résultats d’un mesurage étaient entachés d’une erreur, avec deux composantes. L’erreur systématique serait celle que produit la procédure elle-même et qu’on ne sait pas corriger (par exemple, étalonnage imparfait ou défaut de linéarité de l’instrument). On suppose que l’erreur aléatoire se répartit suivant une loi normale. Cette conception a été abandonnée, au profit de la notion, plus statistique, de l’incertitude. […]
Valérie Munier, Aurélie Chesnais et Karine Molvinger. La mesure en mathématiques et en physique : enjeux épistémologiques et didactiques. (Extrait)
[…] Dans la pratique scientifique comme dans l’enseignement, la mesure et l’instrumentation jouent un rôle essentiel dans le cadre des démarches expérimentales, pour définir clairement le phénomène étudié, construire des faits scientifiques. Les activités faisant appel à la mesure et à l’instrumentation peuvent avoir pour fonction, entre autres, de tester une hypothèse, déterminer des paramètres ou des constantes physiques, établir une loi, explorer le champ de validité d’un modèle… […]
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« We took a powder of this material, put it in a tube, and we passed Berkeley air — just outdoor air — into the material to see how it would perform, and it was beautiful. It cleaned the air entirely of CO2. Everything, » said Omar Yaghi, the James and Neeltje Tretter Professor of Chemistry at UC Berkeley and senior author of a paper that will appear online Oct. 23 in the journal Nature. « I am excited about it because there’s nothing like it out there in terms of performance. It breaks new ground in our efforts to address the climate problem, » he added. According to Yaghi, the new material could be substituted easily into carbon capture systems already deployed or being piloted to remove CO2 from refinery emissions and capture atmospheric CO2 for storage underground. UC Berkeley graduate student Zihui Zhou, the paper’s first author, said that a mere 200 grams of the material, a bit less than half a pound, can take up as much CO2 in a year — 20 kilograms (44 pounds) — as a tree.
« Nous avons pris une poudre de ce matériau, l’avons mise dans un tube et nous avons fait passer de l’air de Berkeley – juste de l’air extérieur – dans le matériau pour voir comment il fonctionnerait, et c’était magnifique. Cela a entièrement purifié l’air du CO2 » a déclaré Omar Yaghi, professeur de chimie James et Neeltje Tretter à l’UC Berkeley et auteur principal d’un article qui paraîtra en ligne le 23 octobre dans la revue Nature. « Je suis enthousiasmé par ce projet car il n’y a rien de tel en termes de performances. Cela ouvre de nouvelles perspectives dans nos efforts pour résoudre le problème climatique », a-t-il ajouté. Selon Yaghi, le nouveau matériau pourrait facilement être remplacé dans les systèmes de capture du carbone déjà déployés ou en cours de test pour éliminer le CO2 des émissions des raffineries et capturer le CO2 atmosphérique pour le stockage souterrain. Zihui Zhou, étudiant diplômé de l’UC Berkeley et premier auteur de l’article, a déclaré que seulement 200 grammes de matériau, soit un peu moins d’une demi-livre, peuvent absorber autant de CO2 en un an – 20 kilogrammes (44 livres) – qu’un arbre.
Crédits : Chaoyang Zhao/UC Berkeley.
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Petite collection documentaire pouvant donner lieu à exploitation et interrogations à propos du COF-999, capteur de CO2.
La mécanique quantique, développée à partir des années 1920, permet de modéliser avec une grande efficacité les systèmes aux niveaux ultramicroscopiques, moléculaires, atomiques, subatomiques. Associant paradoxalement les modèles particulaire localisé et ondulatoire non localisé, son interprétation a suscité nombre de débats en particulier entre Einstein et Bohr. Il faut dire que les concepts à l’œuvre sont étranges. C’est, par exemple, celui de la superposition des états quantiques qui a amené Erwin Schrödinger à formuler la métaphore du chat, qui est à la fois mort et vivant…
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Un diaporama à propos des bases de la mécanique quantique (sans mathématisation…)
Jacques Prévert Le temps mène la vie dure à ceux qui veulent le tuer.
Jean Ferrat Pour les enfants des temps nouveaux, restera-t-il un chant d’oiseau ?
Andy Warhol On dit que le temps change les choses, mais en fait le temps ne fait que passer et nous devons changer les choses nous-mêmes.
Françoise Sagan Mon passe-temps favori, c’est laisser passer le temps, avoir du temps, prendre son temps, perdre son temps, vivre à contretemps.
Henry David Thoreau Il ne suffit pas de s’occuper ; les fourmis en font autant. La question est de savoir : à quoi occupons-nous notre temps ?
Amélie Nothomb Le temps est une invention du mouvement. Celui qui ne bouge pas ne voit pas le temps passer.
Henri Bergson Plus nous approfondirons la nature du temps plus nous comprendrons que durée signifie invention, création de formes, élaboration continue de l’absolument nouveau.
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Un diaporama et une petite collection documentaire à propos du temps en science physiques.
Modélisation microscopique et macroscopique des forces de contact
1.1 Historique
L’origine du frottement de contact a longtemps été attribuée à des phénomènes de rugosité. En effet, si une surface de contact apparaît plane à l’échelle macroscopique, on comprend bien qu’il n’en est rien à une échelle mésoscopique. A cette échelle, la surface apparaît irrégulière et rugueuse avec des contacts ponctuels au niveau des rugosités et responsables du frottement sec. Le premier à s’y intéresser sérieusement fut Léonard de Vinci à la Renaissance. Ce fut toutefois le physicien français, Guillaume Amontons (1663 − 1705) puis Coulomb qui devaient en formuler les lois phénoménologiques, en étudiant le frottement des cordes de marines sur les poulies puis celui de surfaces planes les unes avec les autres. Ils en déduisent alors les lois phénoménologiques classiques. – Amontons émet l’idée que le frottement est proportionnel à la « charge » perpendiculaire à la surface de contact. Nous dirions aujourd’hui qu’il est proportionnel aux forces normales qu’exerce un solide sur l’autre solide, sur toute la surface de contact. Il explique cela par une augmentation des points de contacts de rugosité sous la contrainte normale. Par ailleurs, et bien que ce soit peu intuitif, il constate que la résistance ne dépend pas de la surface en contact mais uniquement de la charge normale. Un solide exerçant une même « charge normale » mais sur une surface plus petite subit donc la même contrainte tangentielle de frottement. Coulomb établit quant à lui expérimentalement que lorsque les deux surfaces glissent l’une par rapport à l’autre, la force tangentielle de frottement ne dépend pas non plus de la valeur de la vitesse de glissement relative des deux surfaces entre elles. – La nano tribologie qui s’est développée depuis les années 50 montrent que si la force de frottement ne dépend effectivement pas de la surface macroscopique de contact, la rugosité ne saurait constituer une explication suffisante du phénomène de frottement sec. Des surfaces très lisses en contact peuvent ainsi présenter un fort phénomène de frottement. […]
[…] Le frottement n’est pas une force fondamentale : elle est la résultante de plusieurs phénomènes. Comprendre les mécanismes fondamentaux de la friction est difficile, car ils dépendent des propriétés des matériaux, en volume et en surface, et de l’environnement d’un système donné, mais aussi des échelles spatiales et de temps qui sont sondées par le cisaillement. Quelques éléments donneront une idée de la complexité du sujet :
le frottement sec est généralement différent du frottement lubrifié ;
le frottement dû à la propagation des vibrations (phonons) dans les matériaux et la friction électronique dans le cas de surfaces métalliques peuvent être importants ;
la rugosité des surfaces et leur inhomogénéité chimique jouent souvent un rôle majeur dans le frottement des objets macroscopiques ;
l’adhérence entre les surfaces et les propriétés élastiques des parois de confinement peuvent également s’avérer déterminants. En outre, la déformation plastique irréversible des surfaces en contact ne peut être négligée lorsqu’elle est présente : le frottement n’est pas un phénomène uniquement de surface, mais il implique également bien souvent les couches locales proches de l’interface cisaillée ;
la condensation capillaire peut s’opposer au glissement des surfaces hydrophiles dans des environnements humides ;
en présence d’usure, des mécanismes de dissipation d’énergie liés à des modifications morphologiques et chimiques des couches superficielles des matériaux soumises au frottement doivent être pris en compte. D’éventuelles réactions chimiques induites par le frottement (tribochimie) peuvent se produire sur les surfaces et/ou dans un film lubrifiant ce qui implique des mécanismes supplémentaires de dissipation d’énergie. […]
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Etude documentaire puis élaboration de protocoles pour vérifier les lois de Amontons – Coulomb du frottement entre deux solides.
Chantiers de Sciences 
