Chimie – Naturel, chimique, artificiel, synthétique

Le but de ce cours est de clarifier des notions complexes, le plus souvent mal maîtrisées et liées à des idées reçues sur le concept de nature ou naturel.
Ce cours a été présenté en classe de 3ème (physique-chimie), dans la partie A du programme : La chimie, science de la transformation de la matière. Sous-partie A2 : Synthèse d’espèces chimiques. Pré requis : notion d’atome, ion, molécule.

 

1.     Quelques rappels

Définitions :

- Un ensemble d’entités moléculaires, ioniques ou atomiques identiques constitue une espèce chimique.

- L’entité de base de l’espèce chimique est elle-même constituée à partir de la centaine d’éléments chimiques décrits dans la classification périodique de Mendeleïev.

- Toute espèce chimique possède un nom et peut être représentée par une formule ou un symbole.

- Une espèce chimique possède des propriétés physiques et chimiques intrinsèques comme la température de changement d’état, la densité ou la solubilité.

- Une espèce chimique peut être reconnue en utilisant (à bon escient) les cinq sens ou en effectuant des tests de caractérisation.

  • Exemple 1 : l’eau est une espèce chimique constituée de molécules identiques appelée molécule d’eau H2O
  • Exemple 2 : le chlorure de sodium (sel de cuisine) est une espèce chimique.
    Il n’a pas une structure moléculaire mais une structure ionique. On le représente aussi par une formule chimique NaCl qui n’a pas la même signification que celle de la molécule d’eau. Le chlorure de sodium est un cristal. Il est formé d’un assemblage compact et ordonné d’ions chlorure et d’ions sodium. La formule du chlorure de sodium est une formule statistique. Elle traduit le fait que dans le cristal, il y a autant d’ions chlorure que d’ions sodium (1Na+ pour 1 Cl-).
  • Exemple 3 : le fer est une espèce chimique atomique constituée d’atome de Fer de formule Fe.

 

2.     Démarrer le cours

On peut démarrer ce chapitre par une sorte de jeu qui consiste à écrire un (ou plusieurs) mot au tableau puis à demander aux élèves, sans parler, de venir écrire le premier mot qui leur est venu à l’esprit. Les manières de procéder sont multiples mais de façon générale et simple, on fait passer le feutre entre les élèves et chacun peut écrire ce qu’il veut (pourquoi pas deux ou trois fois).

Le but de cette introduction est de mettre sur la table les idées des élèves liées aux mots introduits.

En principe, j’écris les mots naturel et chimique. Les résultats sont toujours à peu près les mêmes : il ressort bien souvent qu’on associe chimique à dangereux, artificiel, produits toxiques, etc. alors que naturel se voit gratifier de bon, bien, normal, bio, sauvage, végétal, terre, etc. On engage alors la réflexion sur la signification de ces termes, dans le langage de la vie quotidienne et dans langage scientifique.

Mais pour entrer dans le débat, il faut faire attention et bien maîtriser les concepts. En effet, il m’est arrivé, les premières fois où je proposais ce cours, de me planter assez lourdement : autant la définition de chimique est aisée, autant celle de naturel peut poser problème. Par exemple, si l’on définit naturel comme « ce qui existe dans la nature sans intervention de l’espèce humaine », on se retrouve vite devant des questionnements du type : « mais alors, si un chimpanzé construit un abri avec des morceaux de bois, c’est naturel mais pas si c’est un bûcheron canadien ? » ou « L’abeille qui fabrique du miel dans une ruche (placée là par l’apiculteur), ce n’est pas naturel alors ? »

Devant ces difficultés, il est important de préciser les expressions employées en ayant en tête quelques pistes pour discuter : il faut par exemple éviter de parler de « ce qui est naturel » ou de « la Nature » au sens large car cette notion ne signifie pas grand-chose (voir TP Nature). Je préfère alors utiliser le terme de « réalité » pour désigner tout ce qui existe, nous y compris. En effet, pour beaucoup la Nature est synonyme de ce qui est extérieur à l’être humain, non altéré. Ne revenons pas sur l’étrange chose qui ferait de l’Homme un être hors nature : nous faisons partie de la réalité et ce fait est difficilement discutable.

Mais ce concept du « naturel » renvoie à nombre de dérives, tels le racisme ou toute forme d’extrémisme idéologique, et c’est là que résident les écueils majeurs. Le problème n’est pas de vouloir définir une réalité non modifiée par l’Homme mais plutôt de vouloir lui donner des vertus particulières : il serait « normal », et donc « bon », d’être en accord avec « La Nature », donc pas de mariage ou d’enfants adoptés pour les homosexuels, pas de fécondation in vitro, pas d’avortement, pas de préservatif, pas de clonage, pas d’OGM et si l’on va plus loin, pas de substances artificielles, donc pas de plastique, pas d’ordinateur, pas vêtement synthétique, pas de papier, pas de ruches, pas d’agriculture, pas de feu, bref, retour à l’homo primitus naturalis (oui, j’invente) qui cueillait des plantes et mangeait du mammouth cru (oui, bon, j’exagère un peu). Attention, le but ici n’est pas de dire que toutes ces pratiques sont équivalentes et sont forcément à promouvoir ou à utiliser sans vigilence, réflexions, ou contrôle : ceci relève d’un autre débat. Non, le but est de mettre le doigt sur la confusion largement acceptée et qui assimile automatiquement tout produit qualifié de naturel en sacré, authentique, traditionnel, immuable, dans l’ordre des choses, etc. Tout débat sur ces thèmes devrait dès lors se détacher des idées reçues concernant cette fameuse Nature bonne et bienveillante.

Voilà pourquoi les définitions mentionnées ci-dessus deviennent primordiales pour la suite. En effet, on pourra définir que toute espèce chimique non créée/inventée par l’être humain est une espèce chimique naturelle (sans pour autant supposer qu’elle ait des qualités supérieures à d’autres, ou qu’elle soit dans un certain « ordre des choses »). Plus précisément, c’est l’entité de base de cette espèce (atome, molécule, ion) qui est naturelle si elle existe indépendamment de toute création/invention humaine. Évidemment, on peut objecter à cela le coup du chimpanzé : et si un jour un de ces primates arrive délibérément à fabriquer une espèce chimique inconnue ? Eh bien la définition changera !

Parler d’espèces chimiques permet d’éviter de confondre avec des termes comme objet, matière, substance, mélange, etc. En effet, une substance contient plusieurs espèces chimiques. Du coup, la question « Une épée en fer est-elle naturelle ? » n’a pas de sens car il faudrait alors préciser quelles sont les espèces chimiques qui la constituent. « Du jus d’oranges pressées est-il naturel ? » Oui, si les espèces chimiques le constituant sont naturelles (et pourtant il y a eu pressage par une main humaine !)

 

3.     Le cours

Ces précisions étant faites, il est temps de clarifier le plan du cours. Je n’ajoute pas de numérotation, chacun étant libre de procéder comme il le souhaite. Cette façon de faire est celle que j’utilise, mais n’est pas figée :

- Tout d’abord, définir le terme chimique : il est connoté péjorativement dans le langage quotidien, associé à danger, pas naturel, toxique. Mais en réalité, chimique signifie l’ensemble des éléments qui constituent la matière : les atomes, molécules, ions, etc. Comme je dis aux élèves : tout est chimique ! J’aime beaucoup ce passage car les élèves se prennent au jeu et me proposent toutes sortes d’objets, matières, substances : « Mais monsieur, donc l’air/l’eau/les fruits/etc., c’est chimique ??? » Je pose alors toujours la même question : de quoi sont-ils/elles constitué(e)s ? D’atomes ? De molécules ? D’ions ? Oui ! Donc… ils/elles sont chimiques ! C’est un moment important car il permet aux élèves de revenir sur ce qu’est la matière, et de quoi elle est constituée, conception qui a parfois du mal à être bien digérée.

- Ensuite, il faut préciser ce que l’on entend par espèce chimique : un ensemble d’entités moléculaires, ioniques ou atomiques identiques constitue une espèce chimique. Par exemple, la substance que l’on nomme « eau » désigne un ensemble de molécules identiques appelées  molécules d’eau et a pour formule H2O. C’est une espèce chimique. Parfois je rappelle aux élèves  que l’eau provenant de n’importe quel endroit sur Terre, du pôle Nord à la Méditerranée, n’est jamais pure : c’est toujours un mélange de plusieurs espèces chimiques. On peut également parler du fer qui est une espèce chimique atomique constituée d’atomes de Fer de symbole Fe.

- Puis on définit une espèce chimique naturelle : toute entité – morceau de base – (molécule, atome, ion) de l’espèce chimique ou bien l’espèce chimique elle-même non créée/inventée par l’être humain est une espèce chimique naturelle. Avec les élèves, on peut se passer de tous les détails (entité ou espèce) et se contenter de « toute espèce chimique non créée par l’être humain ». On utilisera le terme de substance naturelle dans le cas d’un mélange d’espèces chimiques naturelles. Je donne cet exemple en général : si un extraterrestre débarque avec de l’eau pure de la planète Melmac (gloire à Alf) et qu’il la pose dans un verre à côté d’une carafe d’eau pure provenant de la Terre, les deux sont identiques et naturelles. Autre exemple : si j’ajoute du jus d’oranges pressées avec du jus de citrons pressés, j’obtiens une substance naturelle, même s’il y a intervention humaine.

- On peut alors revenir sur les idées reçues évoquées dans le jeu au tableau. Par exemple, tout ce qui est naturel est-il forcément bon ? Les exemples sont fournis en pagaille grâce à toutes les substances naturelles présentent dans les poisons, venins et autres acide sulfurique, chlorhydrique, fluorhydrique que la « Nature » nous fournit. Le pétrole est typiquement un moyen de faire comprendre qu’une substance naturelle n’en est pas pour autant « bonne » à rejeter n’importe où.

- Un dernier écueil : il faut en outre éviter de définir naturel par  « présent dans la Nature », le concept de Nature étant lui-même flou : on trouve du plastique dans la « Nature ». Est-ce pour autant naturel ? (voir ci-desus)

 

Ces étapes franchies, on peut passer aux suivantes. Il nous reste en effet à introduire et définir les termes artificiel et synthétique.

- Des paragraphes précédents, on déduit qu’à l’opposé des espèces chimiques naturelles, il existe des espèces chimiques qui sont créées, inventées par l’être humain (à l’aide de transformations chimiques). On les nomme espèces chimiques artificielles. On peut alors les mélanger entre elles (ou avec des substances naturelles) et obtenir des substances artificielles. Eh oui, du moment qu’une substance contient des espèces chimiques artificielles, elle sera considérée comme artificielle. Des exemples peuvent être donnés : tous les polymères (plastiques, nylon) dérivés du pétrole, des arômes (éthylvanilline), des médicaments (aspirine), des atomes (einsteinium), etc. Attention là aussi aux termes utilisés : au départ, je ne faisais pas vraiment de nuances et j’employais des verbes comme « créer », « fabriquer », « inventer », « produire », « préparer » indifféremment. Or c’est très important de faire la distinction entre créer/inventer et fabriquer/produire/préparer. Les premiers s’appliquent aux espèces artificielles spécifiquement (notion de donner existence à) alors que les seconds s’appliquent aux espèces synthétiques (notion de mise en œuvre technique, voir paragraphe suivant).

- On introduit donc enfin la notion d’espèces chimiques de synthèse (ou synthétiques). Celles-ci proviennent tout simplement d’une transformation chimique opérée par l’être humain. Elles peuvent donc être artificielles ou naturelles.  Les premières sont crées/inventées, les autres copiées. J’aime bien donner l’exemple de l’eau, que l’on peut synthétiser (au sens de copier dans ce cas) de diverses manières, comme en faisant réagir du dioxygène avec du dihydrogène (2H2+O2 = 2H2O). L’eau obtenue est une espèce chimique de synthèse naturelle (= copie) mais totalement identique et indiscernable d’une molécule d’eau sortie d’une rivière au Canada. On peut multiplier les exemples en présentant quelques molécules aux propriétés diverses que l’être humain a reproduit à l’identique, notamment tous les arômes des fruits : la vanilline peut être utilisée à ce moment du cours ; c’est une molécule présente dans les gousses du vanillier mais que l’on synthétise aussi à partir du clou de girofle, de la lignine du bois ou de la pulpe de betterave.

Pour résumer, voici un schéma que je trouve intéressant et que les élèves comprennent plutôt bien. Je le construis avec les élèves (voir ci-dessous) et, à mon avis, c’est indispensable pour qu’il soit bien assimilé :
Naturel_chimique_complet
Voici les commentaires associés et l’ordre dans lequel je bâtis ce schéma :

1. Il existe des espèces chimiques (pointillés) :

chimique

2. Parmi celles-ci, certaines sont naturelles (bleu) et d’autres artificielles (rouge) :

naturel

3. Les espèces chimiques artificielles sont forcément inventées/crées par l’être humain, mais on sait également copier des espèces chimiques naturelles : elles forment l’ensemble des espèces chimiques de synthèse (vert hachuré) : toute espèce chimique fabriquée (obtenue par transformations chimiques) par l’être humain est alors nommée synthétique:

naturel_chimique_mini

On peut également résumer sous forme de phrases :

- Il existe des espèces chimiques naturelles que l’on sait copier : ce sont des espèces chimiques de synthèse.

- Il existe des espèces chimiques qui sont crées par l’être humain : ce sont des espèces chimiques de synthèse artificielles.

 

4.     Une vidéo à décortiquer

En fonction du temps dont vous disposez, je trouve intéressant de diffuser un document vidéo tiré de l’émission Envoyé Spécial (France 2) intitulé : Vanille, aux sources du goût (si le téléchargement s’arrête, le relancer pour obtenir la vidéo en entier). On peut y décortiquer les propos des journalistes et des personnes interrogées et les comparer aux informations données dans le cours.

La vidéo ci-dessous commence à la dix-huitième minute :

Voici un « décorticage » possible :

- Le début du documentaire présente la culture de la vanille à Madagascar.

- 18’ (0′) Le journaliste parle de vanilline naturelle comme principal composant de la vanille. Il ajoute ensuite qu’il existe de la vanilline synthétique fabriquée par l’industrie chimique. Les industriels feraient passer cette dernière pour de la vraie vanille. On peut s’étonner ici qu’il ne soit à aucun moment précisé que les deux molécules sont parfaitement identiques et que seul le mode de fabrication est différent. On note également l’amalgame fait entre synthétique et industrie chimique, pas que cette relation soit fausse, mais simplement parce qu’elle est connotée péjorativement dans le langage de la vie quotidienne. Enfin, dire que les industriels font passer la vanilline pour de la « vraie vanille » ne veut rien dire. Il faudrait dire que les industriels utilisent les étiquettes (images de gousses ou fleurs de vanilles et appellations) et peuvent ainsi induire le consommateur inattentif en erreur, persuadé qu’il va trouver de la vanille (inutile de dire vraie, personne de sait faire de la fausse vanille) dans son yaourt. Par contre, on peut faire réfléchir les élèves sur la suite du reportage qui pointe la législation sur les appellations (saveur vanille, goût vaille, arôme vanille = vanilline synthétique). A ce moment, je précise aux élèves que si la vanilline présente dans ces yaourts était issue de l’extraction des gousses de vanille (ce qui serait idiot car inutile : on sait faire la même chose pour beaucoup moins cher !), il n’y aurait aucune différence, ni sur le goût, ni sur la composition. C’est assez difficile à comprendre pour les élèves car pour eux, les deux ne doivent pas être identiques : elles ne sont pas obtenues de la même façon ! N’oublions pas qu’en procédant à l’extraction sur des gousses de vanilles, on obtient plusieurs centaines d’arômes ce qui ferait une grande différence dans nos yaourts ! Mais là n’est pas la question, et j’insiste vraiment sur la parfaite copie obtenue par synthèse.

- 19’50 (1’50) Le journaliste évoque le prix de revient de la vanilline chimique et naturelle. On peut, là aussi, faire réagir les élèves qui savent dorénavant que l’expression « vanilline chimique » ne veut rien dire puisque « tout est chimique ». Qu’aurait-on dû dire ? Vanilline synthétique et vanilline naturelle pardi !

- 20’15 (2’15) On entend parler « d’arôme naturel ». J’arrête alors la vidéo et je pose la question aux élèves : qu’est-ce que cela peut être ? En général, ils répondent que c’est de l’extrait de vanille. Eh bien non ! C’est une catégorie d’ingrédients aromatisants d’origine biotechnologique… ! L’explication suit : ce serait une technologie utilisant « des produits naturels qui n’ont rien à voir avec la gousse de vanille ». On peut déjà discuter des termes « produits naturels », le journaliste précisant que la vanilline est obtenue à partir de pois, betterave, riz, bref, « plus rien de chimique ». Il faut là aussi rebondir sur ce terme connoté : on sous-entend que la vanilline obtenue par les industriels « classiques » serait faite à partir de produits chimiques, donc mauvais, dangereux, polluants, etc.

- 21’08 (3’08) Le journaliste pose la question à l’exploitant : « c’est quoi la différence entre la vanilline d’origine biotechnologique et la vanilline de synthèse » Avant de commenter la réponse, le journaliste utilise encore des termes inadéquats car les deux vanillines sont synthétiques. Le patron répond : « la différence réside dans le mode de fabrication. » Il parle de « catalyseurs chimiques » opposés aux « catalyseurs biologiques ». Le journaliste ajoute « en clair, l’une vient de la chimie, l’autre de la biologie ». Si la différence de forme justifie ce genre de précisions, il est vraiment important de faire comprendre que dans chaque cas, ce sont des transformations chimiques qui sont responsables de la synthèse ! Sauf que dans le cas des biotechnologies, cela passe par l’intermédiaire d’enzymes. Heureusement, le journaliste précise : « au bout, aucune différence », ce qui est exact. La question est alors posée « mais alors, pourquoi payer plus cher pour la fabriquer ? » Simplement car elle bénéficie de l’étiquetage « arôme naturel », ce qui, d’après l’exploitant, est très demandé par les consommateurs qui « veulent du naturel ». On doit alors vraiment insister sur la non différence entre les deux formes de vanilline.

- 22’10 (4’10) Sans trop de rapport avec le débat naturel-chimique, on entend parler de l’importance de la vanille auprès des enfants prématurés pour lesquels on diffuse des effluves de vanille pour les soulager ou les aider à mieux respirer. Un chercheur au CNRS précise que les enfants présentent les signes d’un état amélioré grâce à la vanille. Le problème vient du commentaire du journaliste qui pose les questions : « Sommes-nous prédisposés à aimer ce parfum ? Possédons une attirance inscrite dans nos mémoires collectives, au plus profond de nous même ? » Si la première partie peut être comprise comme un lien avec la génétique, la seconde a des allures de pensée magique aux relents ‘newageux’ : qu’est-ce donc que la mémoire collective d’un nouveau-né ? Nous n’aurons pas de réponse du journaliste. Mais le meilleur est pour la suite : on s’attend à ce que le journaliste enquête au sein d’instituts de recherche en génétique ou apparentés. Eh bien, non. C’est auprès d’un parfumeur que les réponses sont cherchées, un certain Jean-Paul Guerlain…(voir : http://www.dailymotion.com/video/xf9uc7_jean-paul-guerlain-ses-propos-racis_news

DC