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Les molécules et les composés

Le blog de Hervé This : http://www.agroparistech.fr/1-A-propos-de-ce-blog.html->http://www.agroparistech.fr/1-A-propos-de-ce-blog.html]
Des réactions ? Ecrivezà icmg chez agroparistech.fr, mais il faut que j’y revienne, parce que je m’aperçois que cela peut rendre service à tous ceux qui parlent du monde matériel, qu’il s’agisse de cuisine ou d’écologie, ou de droit, ou d’environnement.
Évidemment, ceux qui ont suivi leurs cours de chimie, au collège et qui s’en souviennent, ne vont pas trouver du nouveau ici ; je m’adresse surtout à tous ceux pour qui la chimie est insuffisamment familière, et qui ont besoin ou envie d’avoir des idées claires.
J’ajoute :
1. que je n’ai aucun mépris pour ceux qui ont besoin de ces explications : nous sommes tous ignorants d’idées, de notions que d’autres jugent "élémentaires"
2. que cette explication a fait l’objet d’un podcast sur le site AgroParisTech... et qu’elle a été largement plébiscitée, preuve que les scientifiques doivent ne pas croire que les connaissances scientifiques qu’ils ont sont connues, et que l’intérêt collectif est qu’ils fassent des efforts pour communiquer leurs connaissances à l’ensemble de la communauté.

Avant deux anecdotes, des choses simples

Je voulais commencer par deux anecdotes, pour bien montrer combien le sujet est important... mais comme beaucoup de mes amis ignorent ce qu’est une molécule, j’ai préféré commencer par un exemple.
Prenons un verre d’eau, immobile, posé sur une table qui n’est pas agitée de vibration par le passage du métro, le vent, par exemple.
Si regardions l’eau liquide à l’aide d’un microscope extrêmement puissant, nous verrions un grouillement d’objets tous identiques, très petits. Il n’y aurait pas de "couleur", et les formes seraient "floues" pour des raisons que je ne veux pas expliquer ici :

Là où l’on voit mal les choses, les travaux accumulés par les physico-chimistes depuis que les sciences de la nature ont commencé ont permis de "comprendre" une telle image, de sorte que, pour mieux expliquer, nous y mettons moins de flou et plus de couleur. Bref, nous savons que nous pouvons légitimement transformer une telle image en :

Cette fois, on voit mieux une accumulation d’objets tous identiques : une boule rouge liée à deux boules grises. C’est ce que l’on nomme une "molécule".
Comment est-elle constituée ? Les travaux des siècles passés ont conduit à comprendre qu’il s’agit d’un "atome" d’une matière particulière nommée oxygène, lié à deux atomes d’une autre matière nommée hydrogène. Atome ? C’est le nom qui a été donné à ces espèces de boules floues que nous pouvons voir. Matière ? Le fer est une matière, tout comme le cuivre, ou le carbone, ou ce soufre, poudre jaune que l’on voit sur les flancs de certains volcans...
Ajoutons enfin que l’image floue que l’on verrait ne serait pas fixe : les objets que nous nommons molécules bougent en tous sens, dans l’eau liquide. Ils ne feraient que vibrer sur place si l’eau était gelée, et ils bougeraient bien plus vite que dans l’eau liquide si l’on faisait bouillir l’eau.

Sans attendre, disons que l’eau est un "composé", fait donc de molécules toutes identiques. Des molécules d’eau. Quelle est la taille de ces molécules et combien y en a-t-il dans un verre ?
D’abord, le nombre : environ dix millions de milliards de milliards. Là, je sais qu’un tel nombre n’est pas "compréhensible", parce qu’il n’est pas de ceux qui sont à notre portée. Il suffit donc de dire "vraiment beaucoup" ! La taille, ensuite ? Connaissant le nombre de molécules qu’il y a dans un verre d’eau, on divise le volume par le nombre de molécules et on la trouve : très très petite !

Une première anecdote

Tout cela étant dit, venons-en à la première anecdote. Il y a plusieurs années, j’ai été interrogé par une journaliste scientifique d’une grande chaîne de télévision française à propos du "bouquet" du vin.
Le bouquet : c’est l’odeur. La personne m’a demandé : "Est-il vrai que le vin contient 450 molécules aromatiques ?". En commençant, je n’ai pas corrigé "aromatiques" en "odorantes" (seuls les aromates libèrent des molécules qui pourraient être "aromatiques’ ; or le vin n’est pas un aromate), parce qu’il y avait plus urgent : j’avais dépisté qu’il y avait une confusion entre molécule et composé. Mon interlocutrice -je m’en suis assuré lors d’une assez longue discussion- croyait que, dans une bouteille de vin, il y avait seulement 450 objets, petits, ces objets que les chimistes nomment molécules, qui auraient contribué à l’odeur.
Cela n’est pas juste : en réalité, dans le vin, il y a environ 500 composés odorants, environ 500 sortes de molécules odorantes. Pour chaque sorte de molécules odorantes (pour chaque composé, donc), il y a des millions de milliards de molécules odorantes.

Expliquons. Prenons des clous de girofle : ils ont une odeur de clou de girofle.
Broyons-les et mettons-les avec de l’eau dans un récipient en verre, puis chauffons. De la vapeur s’échappe, avec une forte odeur de clou de girofle.
Captons cette vapeur et refroidissons-la : nous récupérons de l’eau liquide, avec une sorte de liquide huileux qui flotte à la surface : c’est l’huile essentielle de clou de girofle. Cette huile essentielle est principalement faite d’un composé nommé "eugénol". Son odeur est très forte... au point que si nous en prenons une toute petite quantité, nous pouvons parfumer puissamment de l’eau, de l’huile de table.
Imaginons que ce soit de l’eau, où nous mettons un peu d’huile essentielle : il en suffit donc d’un très petit volume pour parfumer l’eau, lui donner une odeur de clou de girofle. Combien ? Une goutte, c’est beaucoup trop. Pour bien faire, il faudrait prendre une très petite goutte d’eugénol pour un milliard de gouttes d’eau, soit environ un cube d’eau de un mètre de côté.
Imaginons donc un tel cube d’eau avec l’eugénol dedans. Il y aurait donc un composé odorant dans l’eau... mais beaucoup de molécules d’eugénol, puisque la petite goutte introduite contient de l’ordre de dix milliards de milliards de molécules d’eugénol. C’est très peu par rapport au nombre de molécules d’eau... mais c’est beaucoup quand même.
Imaginons maintenant que nous ajoutions au cube d’eau une très petite goutte d’un autre composé odorant, par exemple la vanilline (qui sent la vanille). On obtiendrait donc beaucoup de molécules d’eau, avec beaucoup moins de molécules d’eugénol et de molécules de vanilline. Cette fois, l’eau contiendrait deux composés... mais beaucoup de molécules de chaque composé.
Et si l’on passe à du vin : c’est de l’eau, avec environ 500 composés odorants, c’est-à-dire 500 (environ) sortes de molécules odorantes. Dans le très grand nombre de molécules d’eau, il y a des grands nombres de molécules odorantes de chaque sorte. La molécule, c’est le tout petit objet, et le composé, c’est la "sorte" de molécules.

Une seconde anecdote

Notre amie journaliste confondait donc molécules et composés. Serait-ce parce que la presse serait "médiocre", comme on le dit trop souvent ? D’une part, je suis très opposé à admettre que la presse puisse être médiocre et, d’autre part, je vais montrer que la presse n’est pas en cause, en tant que presse, puisque d’autres groupes sociaux sont autant dans la confusion ou l’ignorance (on se souvent que mon emploi du mot "ignorance" est factuel, pas dénonciateur).
D’une part, la presse n’est pas médiocre... parce que, parmi les journalistes, il y a des ignorants, mais aussi ceux qui savent ; il y a des malhonnêtes, et aussi les honnêtes ; il y a les tendancieux, mais aussi les autres.
Bref, parler de "la" presse, c’est honteux, car on met dans le même sac des personnes très différentes. Si j’aime le vin rouge, et mon ami le vin blanc, qu’aimons-nous "en moyenne" ? La question n’a pas de sens. S’il y a de bons journalistes et de mauvais, comment est la presse ? La question n’a pas de sens. Alors cessons de mettre malhonnêtement ou bêtement tout le monde dans un même sac, et passons à la suite.

La suite, c’est la seconde anecdote (vraie, bien sûr) : je me souviens d’une conférence, dans une Faculté de droit (on m’avait expliqué que les juristes étaient les "princes de l’université" : quelle fierté d’avoir été ainsi invité à rejoindre cette élite !), où, pendant une matinée, j’ai entendu des juristes discuter des "dangers" des composés et des molécules dans l’alimentation : dans le lait, dans l’environnement, dans les aliments...
Quand mon tour d’intervenir est arrivé, il m’a pris l’idée (saugrenue, voire impolie ;-)) de demander aux participants de cette conférence s’ils savaient la différence entre composé et molécule, et la réponse a été... un grand blanc. Oui, nos amis étaient parfaitement ignorants des objets sur lesquels il était question de légiférer !
Là, c’était véritablement honteux, et je me réjouis d’avoir fait préalablement le petit couplet précédent sur "la presse", pour ne pas me mettre en position de dénonciation des juristes en général (je me répète un peu : il y en a des bons et des mauvais).
Disons que mes interlocuteurs de ce jour-là n’étaient pas à la hauteur de leurs prétentions (je manie souvent la litote et l’euphémisme), et déplorons surtout qu’il y ait des gens qui prennent des décisions politiques sans savoir de quoi ils parlent.
Ne devrions-nous pas nous assurer, avant d’accepter des lois, que les législateurs comprennent ce sur quoi ils légifèrent ? Ne devrions-nous pas faire une formation des députés aux faits chimiques ? Après tout, les "perturbateurs endocriniens", le glyphosate, les "pesticides", et ainsi de suite : ce sont des composés, non ? Faits de molécules, non ? Alors ils faut que nos élus comprennent clairement ce dont il s’agit avant de prendre des décisions (je n’ai pas dit qu’ils étaient tous ignorants, mais j’en ai rencontré).

Bref, il faut des explications.

Arrivés à ce stade de mon très long billet, il faudrait que j’explique ce que sont des molécules et des composés... mais nous l’avons fait en introduction. Je ne propose d’y revenir que pour aller un peu plus loin. Plus généralement :
En chimie, un corps pur, tout d’abord est une matière qui n’est faite que d’une seule espèce chimique, à la différence d’un mélange (homogène ou hétérogène) qui en comporte plusieurs.

Un corps pur simple est un corps pur constitué d’un seul type d’atomes. Il peut être :
- élémentaire, quand ses atomes ne forment pas des molécules ; par exemple le fer (on note Fe) ;
- moléculaire, quand ses atomes sont liés en molécules par des liaisons chimiques ; par exemple, le dihydrogène(on note H2).

Un corps pur composé, ce que l’on nomme "composé", est un corps pur dont les entités sont faites d’atomes de natures différentes. Cette matière peut être sous la forme des molécules, de supermolécules, de complexes, de sels ioniques, etc. ; par exemple, l’eau est un composé, puisque faite de molécules qui sont composées d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène.

Je le redis différemment. Une substance pure peut donc, selon les cas, correspondre à :
- un corps simple, c’est-à-dire constitué uniquement d’atomes d’un même élément
- un corps composé, ou composé, c’est-à-dire constitué d’atomes, ou mieux de noyaux, de deux ou plusieurs éléments (chimiques) différents.

Et voilà. Nous pouvons maintenant discuter sur des bases saines, n’est-ce pas ?

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