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Ecole des Francs-Bourgeois Année 2016-2017

Troisième partie – Nourrir l’humanité

Chapitre 5 – Qualité des aliments

Compétences exigibles (chapitre 5)

• Savoir expliquer les conseils de conservation donnés auxconsommateurs ;

• Identifier les avantages et les inconvénients des traite-ments appliqués aux aliments pour les conserver ;

• Ne pas être dûpe quant aux idées véhiculées par lesmédias ou les publicités quant à l’innocuité ou l’actionde certains produits alimentaires sur la santé ;

• Connaître le protocole expérimental à réaliser pourmettre en évidence l’oxydation des aliments ;

• Savoir distinguer une transformation physique d’unetransformation chimique ;

• Savoir extraire et organiser des informations sur l’évolu-tion des modes de conservation ;

• Savoir extraire et organiser des informations sur la for-mulation d’un aliment ;

• Savoir que l’on peut conserver des aliments en les chan-geant d’état (solidification, lyophilisation...) ;

• Connaître la structure des lipides ;• Savoir ce qu’est une émulsion ;• Savoir ce qu’est une espèce tensioactive (avec ses parties

hydrophile et hydrophobe) ;• Comprendre comment les espèces tensioactives forment

des micelles ;

• Savoir qu’une espèce tensioactive a la faculté de stabili-ser une émulsion ;

• Connaître le protocole expérimental à mettre en œuvrepour réaliser une émulsion (dit autrement, vous deveztous savoir comment faire « monter » une mayonnaiseavec le Bac ! Chacun sa cuillère et son bol !) ;

• Par une approche historique et culturelle de la transfor-mation et de la conservation des aliments, acquérir desconnaissances qui permettent d’adopter des comporte-ments responsables en matière de risque alimentaire.

Acquis du collège et de Seconde :

• Les trois états de la matière (solide, liquide et gaz) etles changements d’état ;

• La composition de l’air (environ un cinquième de di-oxygène O2(g) et quatre cinquième de diazote N2(g),plus d’autres gaz moins abondant, y inclus 400 ppm dedioxyde de carbone CO2(g)(parties par million, ce quifait donc du 0,04% – sauriez-vous retrouver ce pour-centage ?), le taux le plus élevé depuis 2,5 millionsd’années !).

Chapitre 5 – Qualité des aliments

1 L’oxydation des aliments

L’essentiel en deux phrases Le dioxygène de l’air et la lumière provoquent l’oxydation des aliments.

La température joue un rôle important dans cette oxydation, en la ralentissant ou en l’accélérant.

1.1 Effet du dioxygène

Expérience 1 Un morceau de pomme laissé à l’air am-biant.

Expérience 2 Un morceau de pomme placé dans dudiazote dans un flacon.

Résultat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bilan La transformation chimique subie par la pommeau contact du dioxygène de l’air est appelée oxydation.

M.Suet 1 Physique-Chimie


1.2 Protection contre l’oxydation par un

additif

Expérience 3 Un morceau de pomme est préalable-ment recouvert de citron puis laissé à l’air ambiant commeprécédemment.

Résultat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Expérience 4 Cherchons parmi les constituants du jusde citron ce qui peut bien protéger la pomme.

Résultat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bilan C’est l’acide ascorbique ou vitamine C qui protègela pomme contre l’oxydation. Il réagit avec le dioxygènede l’air qui ne peut donc plus réagir avec les enzymes dela pomme. La vitamine C porte le code E300, c’est unantioxydant très utilisé comme additif alimentaire, appeléconservateur.

1.3 Effet de la température

Expérience 5 Un morceau de pomme est chauffé trentesecondes au four à micro-ondes puis laissé à l’air ambiantcomme précédemment.

Résultat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Expérience 6 Quatre ou cinq pommes coupées en mor-ceaux, disposés joliment sur une pate brisée avec de lacrème et un peu de frangipane, le tout placé à 180�C aufour pendant une demi-heure.

Résultat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bilan La température dénature les enzymes de lapomme qui n’est plus oxydée par l’air. D’autres réactionschimiques apparaissent lors de la cuisson des aliments :caramélisation (réduction du sucre), réactions de Maillard,de Parmentier et de Liebig, responsables de l’apparitionde nouveaux goûts et de nouvelles odeurs.

1.4 Effet de la lumière

Expérience 7 On coupe deux morceaux de pomme, eton protège l’un des deux morceaux par un morceau decarton. On place les deux morceaux sous une lampe UV.

Résultat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bilan Il faut stocker les aliments à l’abri de la lumièreet des rayons UV.

1.5 Conclusion

Le processus d’oxydation par le dioxygène présent dansl’air est une transformation chimique qui altère les ali-ments. Un antioxydant est une molécule qui réagit avecle dioxygène : il ralentit l’oxydation et peut être utilisépour conserver les aliments. Les codes des antioxydantsvont de E300 à E399.

Les antioxydants permettent de ralentir l’oxy-dation des aliments.

L’oxydation est aussi ralentie lorsque les enzymes néces-saires à cette transformation chimique sont altérées parchauffage : c’est le cas avec la stérilisation. Elle est accé-lérée lorsque l’aliment est soumis à un rayonnement UV :il est donc préférable de stocker les aliments à l’abri de lalumière.



Les transformations chimiques comme l’oxydation desaliments ou les réactions de Maillard (connues en pâtisseriepour l’apparition de flaveurs lors de la cuisson des aliments)

sont à différencier des transformations physiques danscertains procédés de conservation (lyophilisation, surgéla-tion).

2 Les techniques de conservation

L’essentiel en trois phrases La conservation des aliments permet de reculer la date de péremption tout en préservantleur comestibilité et leurs qualités nutritives et gustatives.

Toutefois ces techniques de conservation peuvent aussi modifier les qualités nutritives ou gustatives des aliments.

Parmi les différentes techniques de conservation, on distingue les procédés physiques des procédés chimiques.

Ce qui n’est pas essentiel On ne cherchera pas à étudier ou à connaître la liste de toutes les techniques de conservation.

2.1 Le repas des spationautes

• Se nourrir dans l’espace constitue un exploit technolo-gique important. En effet, la nourriture embarquée doitrépondre à de nombreux critères. Elle doit être diététi-quement variée afin d’assurer les besoins biologiques del’équipage, mais elle doit aussi être savoureuse car ellecontribue au moral des spationautes. Et elle doit êtretrès épicée, car les saveurs sont minorées en apesanteur.

• Il faut par ailleurs qu’elle soit parfaitement saine audépart et qu’elle se conserve sur une longue période.Elle ne doit pas être compliquée à préparer, et ne doitpas être trop lourde.

• Pour toutes ces raisons, l’essentiel des plats est préala-blement déshydraté et reconstitué à bord avec un ajout

d’eau.

2.2 La choucroute pour explorer le monde

• La choucroute est une préparation alimentaire réaliséeà partir de chou fermenté. Connue depuis la préhis-toire, elle permet une conservation du chou sur plusde deux années. Grâce au processus de fermentationlactique, le chou taillé en fines lamelles est conservédans une saumure acide empêchant le développementdes microorganismes.

• Parmi les avantages diététiques de la choucroute figuresa richesse en vitamine C, que la fermentation n’altèrepas. Cette propriété fut remarquée par le navigateur etcartographe James Cook (1728-1779) qui embarqua dela choucroute en grandes quantités sur ses navires pourlutter contre le scorbut des marins.

• Il est fort probable aussi qu’une préparation similaireait été embarquée par Erik le Rouge (Xe siècle) au coursde ses explorations qui lui permirent de découvrir leGroënland et Terre-Neuve.



2.3 Approche historique des techniques de conservation



2.4 Physique ou chimique ?

• Les trois états de la matière sont lesolide, le liquide et le gaz.

• Changer d’état est une transformationphysique qui ne modifie pas la naturedes molécules. On parle de fusion (so-lidification), de vaporisation (liquéfac-tion et de sublimation (condensation).

• Les transformations chimiques sontdes transformations où des moléculesde réactifs se transforment en molé-cules de produits. Il y a alors une mo-dification des liaisons entre atomes.

2.5 Principe du réfrigérateur

Un fluide « frigorigène » circule dans un circuit étanche. Il subit demanière cyclique une vaporisation (passage de l’état liquide à l’étatgazeux) puis une liquéfaction (passage de l’état gazeux à l’état liquide).Ces changements d’état impliquent des échanges thermiques permettantde refroidir l’intérieur du réfrigérateur.

2.6 La lyophilisation

La lyophilisation permet d’obtenir des aliments de faible volume et de faible poids,l’eau pouvant occuper jusqu’à 90 % du volume d’un aliment. Les aliments lyophiliséessont très utilisés par les randonneurs et les astronautes.

2.7 Conclusion

• Dans les procédés chimiquesde conservation, des espècessont ajoutées et participentà des réactions chimiques.

• Dans les procédés physiques,des transformations phy-siques ont lieu tels que leschangements d’état : so-lidification de l’eau pourla congélation, solidificationpuis sublimation de l’eaupour la lyophilisation.

En conclusion, sont représentés ci-contre les principaux modes deconservation des aliments.La teneur en nutriments des alimentsn’est pas modifiée lors de la conser-vation, mais le goût et les teneurs envitamines peuvent être affectées.Quant aux conservateurs utiliséspour accroître la conservation, ilspeuvent avoir des effets indésirablessur la santé s’ils sont consommés endose importante.



Le schéma ci-dessus résume les différentes techniques de conservation. Sauriez-vous faire la différence entre les procédéschimiques et les procédés physiques ?

3 Émulsions

L’essentiel en trois phrases

• Les émulsions sont des systèmes dispersés d’un liquide dans un autre liquide.• Les tensioactifs sont de longues molécules comportant une partie apolaire hydrophobe (qui présente une affinité pour

les lipides) et une partie polaire hydrophile (qui présente une affinité pour l’eau).• En raison de leur structure, les tensioactifs forment des micelles et stabilisent les émulsions, qui sont des mélanges

hétérogènes de deux liquides non miscibles.

3.1 Réaliser une émulsion

Vinaigrette, sauce béarnaise ou mayonnaise sont des. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , c’est-à-dire des suspensions detrès petites particules liquides dans un autre liquide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . au premier (de l’huile dans l’eau dansle cas présent).

Il faut battre vigoureusement le mélange pour former uneémulsion. Une fois cet objectif atteint, la tendance natu-relle est de reformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . bien distinctes.

3.2 Des molécules de natures différentes

• La molécule d’eauest une molécule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,elle présente des chargesélectriques partielles. Eneffet, l’oxygène attire lesélectrons plus fortementque l’hydrogène.

• Les triglycérides constituent la majeure partie des. . . . . . . . . . . . . . . . . . . alimentaires et de l’organisme (sto-ckés dans le tissu adipeux). Les triglycérides sont destriesters d’acides gras, c’est-à-dire qu’ils sont formés detrois fonctions esters accrochées ensemble, avec troischaînes carbonées « longues ». Exemple du triester prin-cipal de l’huile de palme :

• Un composé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . est formé d’une partiehydrophile (ou lipophobe) et d’une partie hydrophobe(ou lipophile).



Le suffixe « phile » signifie « qui a une affinité pour ».Les préfixes « hydro » et « lipo » viennent du grec etsignifient respectivement « eau » et « corps gras ».La partie lipophile est en général formée d’une longue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , d’où sa re-présentation symbolique sous forme de « queue » ; lapartie hydrophile contient en général des atomes d’oxy-gène, de soufre ou d’azote, qui forment des liaisons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Voici un exemple d’un composétensioactif naturel : la lécithine contenue dans l’œuf.

Le tensioactif est le principe actif du savon ou du liquidevaisselle.

3.3 Le rôle des tensioactifs

Les tensioactifs sont des molécules « entremetteuses » pré-sentant une . . . . . . . . . . . . . . . . . . . à la fois pour l’huile etpour l’eau.

Lorsque la concentration en tensioactifs est suffisante, etaprès agitation, des gouttelettes d’huile enrobées de ten-sioactif se dispersent dans l’eau.

Ces gouttelettes sont appelées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Il y a dispersion de la phase lipidique dans la phase aqueuse,c’est une . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Mode d’action des savons

Qu’est-ce qu’un savon ?

Il est assez amusant de noter que l’on peut fabriquersoi-même du savon noir avec deux choses parmi les plussalissantes que l’on puisse trouver chez soi : de l’huile etde la cendre ! L’huile apporte les triesters ; si on incor-pore un tiers d’huile d’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , on respecte

la tradition du savon dit « de Marseille ».

La cendre apporte la potasse KOH. L’action des ions hy-droxyde OH� sur les triesters provoque une hydrolysebasique des fonctions esters, selon la réaction générale :



Un savon est formé d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . R� COO�

(aq), ou la chaîne carbonée�R est longue (c’est-à-dire formée de dizaines d’atomesde carbone et d’hydrogène). Cet anion est obligatoirementaccompagné d’un cation, typiquement le cation sodiumNa+(aq) pour un savon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (le savon or-dinaire), ou le cation potassium K+

(aq) pour un savon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ou savon noir (le savon d’autrefois).

Deux propriétés antinomiques

Une molécule de savon R� COO� possède deux partiesdistinctes, aux propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :

• La chaîne carbonée �R provenant de l’acide carboxy-lique long (appelé acide gras), . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ;

• Le groupe carboxylate �COO�, chargé, at-tire les molécules d’eau : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Le mode d’action des savons

Les savons et détergents éliminent les salissures en formantdes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . autour de celles-ci : les longueschaînes carbonées ont une affinité pour la graisse, alorsque les groupes carboxylates rendent l’ensemble solubledans l’eau.

Limitations de l’action des savons

L’action des savons et des détergents est limitée par les ionscalcium et magnésium des eaux « . . . . . . . . . . . . . . . . . . . »,car ceux-ci forment avec le savon des carboxylates decalcium et de magnésium, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . :

2R� COO�(aq) +Ca2+(aq) ! (R� COO)2Ca(s)

2R� COO�(aq) +Mg2+(aq) ! (R� COO)2Mg(s)

4 Les mousses

4.1 Définition d’une mousse

Un système chimique constitué de deux phases est ditdispersé si ces deux phases sont intimement mélangées :des zones de taille microscopique de la première phasesont dispersées dans la deuxième phase.

Les gaz dispersés dans un liquide ou un solide constituentd’autres exemples de systèmes dispersés, appelés moussesliquides ou mousses solides.

Les mousses solides sont des matériaux largement utilisésdans notre quotidien, comme par exemple celles servantd’isolant thermique.



Tout comme les émulsions, les mousses liquides ne sontpas stables : les phases décantent rapidement. Pour lesstabiliser, il est nécessaire d’ajouter des espèces tensioac-tives.

4.2 Fabrication d’une mayonnaise

Ingrédients

— 1 jaune d’œuf (contiens de la lécithine qui joue lerôle de tensioactif, des protéines) ;

— 1 verre d’huile ;— 1 cuillère à café de moutarde (facultatif) ;— 1 cuillère à soupe de vinaigre (facultatif) ;— sel, poivre.

Une heure avant de commencer la sauce mayonnaise,mettre tous les ingrédients à température ambiante.

Réalisation

— Dans un saladier, mettre la moutarde, le jauned’œuf. Assaisonner de sel et de poivre.

— Mélanger en effectuant un mouvement de rotationafin de mélanger la moutarde au jaune d’œuf.

— Tout en fouettant énergiquement, ajouter l’huilepetit à petit ; elle va s’incorporer à la moutardeet au jaune d’œuf, et la mayonnaise va prendreprogressivement. Continuer jusqu’à ce que toutel’huile soit incorporée.

— Ajouter le vinaigre (facultatif).

4.3 Fermeté d’une mayonnaise

Entre deux mayonnaises, l’une réalisée en agitant avecune fourchette, l’autre avec un batteur électrique, on peutobserver au microscope la taille des micelles :

Les micelles sont de petite taille et beaucoup moins espa-cées dans le cas d’une mayonnaise bien ferme.

4.4 Une mayonnaise avec du blanc d’œuf !

Le blanc d’œuf possède des protéines qui peuvent jouer lerôle de tensioactif.

— Dans un saladier, mettre le blanc d’œuf, une gouttede vinaigre, et assaisonner avec du sel et du poivre.

— Mélanger en effectuant un mouvement de rotation.— Tout en fouettant énergiquement, ajouter l’huile

petit à petit. Continuer jusqu’à ce que toute l’huilesoit incorporée.

L’œuf contient de la lécithine, un phospholipide qui a d’ex-cellentes propriétés tensioactives (voir sa formule donnéeen page 3).

4.5 Rattraper une mayonnaise ratée

Une mayonnaise tourne lorsque les gouttelettes d’huile trèsnombreuses se rassemblent : la phase lipidique se séparede la phase aqueuse. Bien souvent, il manque de l’eau àla préparation.

Pour rattraper la mayonnaise, il suffit d’ajouter un élé-ment qui apporte de l’eau (un autre jaune, de la moutardeou des gouttes d’eau), à l’exception de l’huile.

4.6 Bilan

• Les lipides, principaux constituants des huiles alimen-taires, ne sont pas solubles dans l’eau H2O. En revanche,ils se solubilisent très bien dans des solvants dits « gras



», composés principalement d’atomes de carbone et d’hy-drogène.

• Ces phénomènes s’expliquent par les structures des li-pides et illustrent très bien le proverbe « Qui se res-semble s’assemble ».

• En effet, les lipides contiennent au moins une longuechaîne hydrocarbonée, c’est-6-dire constituée d’atomesde carbone et d’hydrogène. Cette structure ressemble àcelle des solvants « gras » et non à celle de l’eau.

• On distingue deux sortes de micelles. Lorsqu’il y a plusd’eau que d’huile, les micelles sont directes : l’huile est «encapsulée » à l’intérieur et les chaînes hydrocarbonées

des espèces tensioactives sont tournées vers l’intérieur ;dans le cas contraire, les micelles sont inverses : c’estl’eau qui est « encapsulée » et les « têtes », qui sonttournées vers l’intérieur.

• Les émulsions telles que la mayonnaise sont caractériséespar la dispersion stable de gouttelettes d’huile dans l’eau.Trois éléments sont indispensables à leur formation :eau, huile et tensioactifs. Les molécules tensioactivessont amphiphiles, elles sont composées d’une tête hydro-phile et d’une queue hydrophobe. Ces molécules évitentla démixtion du mélange (séparation des deux phaseseau et huile) en formant des micelles.



Troisième partie – Nourrir l’humanité

Chapitre 6 – Qualité des sols et de

l’eau

Thème 3 – Nourrir l’humanité (introduction)

Une population de neuf milliards d’humains est prévue auXXIème siècle. Nourrir la population mondiale est un défimajeur qui ne peut être relevé sans intégrer des considéra-tions géopolitiques, socio-économiques et environnemen-tales.

Voici une liste des points qui vont être abordés, pourrépondre à la problématique :

Comment peut-on nourrir l’humanité ?

— l’accroissement de la production agricole ;— la conservation des aliments et leurs transforma-

tions ;— l’importance des pratiques culturales ;— l’accroissement des populations mondiales ;— le développement économique ;— l’impact sur l’environnement : gestion des échanges

entre les êtres vivants et leurs milieux, gestion du-rable des ressources que représentent le sol et l’eau ;

— les conséquences sur la santé.

Compétences exigibles (partie 3)

• Connaître la part de l’homme dans le fonctionnementd’un écosystème ;

• Savoir que consommer de la viande ou un produit végé-tal n’a pas le même impact écologique ;

• Connaître le bilan d’énergie et de matière du cycle del’eau ;

• Connaître le bilan d’énergie et de matière de l’élevage ;• Connaître le bilan d’énergie et de matière de l’agricul-

ture ;• Comparer les différents bilans précédents entre eux ;• Connaître l’historique des impacts sur l’environnement

des progrès de la science et des techniques.

Compétences exigibles (chapitre 6)

• Savoir que le sol est un milieu d’échanges de matière ;• Exploiter des documents à propos des interactions entre

le sol et une solution ionique ;• Mettre en œuvre un protocole illustrant les interactions

entre le sol et une solution ionique ;• Découvrir la composition chimique des engrais et pro-

duits phytosanitaires ;• Déterminer expérimentalement la quantité d’une espèce

présente dans un engrais ou un produit phytosanitaire ;• Découvrir la composition chimique d’une eau minérale,

de source ou du robinet ;• Découvrir les critères qui font qu’une eau est potable ;• Découvrir les traitements des eaux ;

• Savoir réaliser une analyse qualitative d’une eau ;• Savoir rechercher et exploiter des documents sur la po-

tabilité, le traitement et l’adoucissement des eaux.

Acquis du collège et de Seconde :

• Connaître la notion de mélange homogène (solution,solvant, soluté) et de corps pur ;

• Savoir qu’une solution aqueuse est une solution danslaquelle l’eau est le solvant ;

• Connaître la formule et le nom de certains ions ;• Connaître le protocole de test de reconnaissance de

certains ions.



Chapitre 6 – Qualité des sols et de l’eau

1 Eau de source, eau minérale, eau du robinet : quelles différences ?

1.1 Reconnaître les trois types d’eaux

Fig. 1 – Différents types d’eaux.

1. Parmi les eaux proposées ci-dessus, quelles-sont celles qui sont potables ?

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2. Les classer en trois types d’eaux différentes.

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1.2 Les critères de potabilité

La composition chimique et microbiologique de l’eau deconsommation est strictement réglementée au niveau na-tional et européen. Pour une soixantaine de paramètres,la norme fixe une valeur chiffrée à ne pas dépasser. Seulesl’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . et l’eau . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . doivent rigoureusement répondre auxnormes de potabilité. Par ailleurs, il faut que la couleur, lasaveur et l’odeur soient acceptables pour le consommateur.

Paramètre ou « Limite de qualité »chimique (valeurs limites)

pH entre 6,5 et 9Nitrate NO�

3 (indésirable) 50 mg · L�1

Nitrite NO�2 (indésirable) 0, 50 mg · L�1

Sodium Na+ (indésirable) 200 mg · L�1

Sulfate SO2�4 (indésirable) 250 mg · L�1

Plomb Pb2+ (toxique) 10 µg · L�1

Pesticides (toxiques) 0, 50 µg · L�1



1. Quels sont les critères relatifs à la santé publique et ceux relatifs au confort du consommateur ? Lesquels d’entre euxsont soumis à une norme ?

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2. Quels critères de potabilité ne sont pas respectés par l’eau minérale Vichy Saint-Yorre ? Pourquoi est-elle pourtantcommercialisée ?

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1.3 Eaux minérales, eaux de source

On peut classer les eaux de consommation en troisgroupes : l’eau du robinet, les eaux minérales et les eauxde source.

Fig. 2 – Classement des eaux minérales.

L’eau du robinet a généralement subi des . . . . . . . . .pour être propre à la consommation.

Une eau minérale est d’origine souterraine et ne subit au-cun traitement. Elle chemine en profondeur durant unelongue période et se charge de minéraux. Sa compositionreste constante. Une eau minérale possède des propriétés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , démontrée scientifiquement par desétudes sur des patients, justifiant son classement.

Une eau de source ne subit aucun traitement. Sonorigine est également souterraine. Elle peut provenir dedifférentes sources et de régions éloignées les unes desautres. Sa composition minérale peut . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

1.4 Formation d’une eau minérale

L’eau de pluie s’infiltre dans le sol, emprunte des fissureset chemine très lentement et profondément sous terre. Elletraverse des matériaux (sables, cendres volcaniques...) quijouent le rôle de filtre et libèrent des minéraux. L’eaurevient vers la surface pour émerger et donner l’eau miné-rale.

Fig. 3 – Le filtre géant de l’eau de Volvic.

Bilan Avant d’être puisée par l’Homme, et au contactdes sols, l’eau se charge naturellement en sels minéraux(sous forme d’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) et en oligoéléments.Ils sont indispensables à la santé et doivent être apportésen quantité suffisante mais pas excessive.

Sels minéraux Exemple de troublesen cas de carences

• Fatigue, insomnie, anxiétéMagnésium Mg2+ • Tétanie

• Croissance osseuse ralentieFluor F� • Caries dentaires

L’eau de source et celle du robinet n’ont pas une composi-tion minérale constante contrairement à l’eau minérale.



2 Quels sont les différents traitement des eaux ?

Fig. 4 – Les différents traitements de l’eau.

2.1 Les traitements de l’eau

Le procédé industriel classique de purification comprendles étapes principales suivantes :

— une . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pour éliminer les corpsflottants et les particules en suspension ;

— une . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de l’eau par traitement àl’ozone (O3) puis au dichlore.

2.2 Dureté d’une eau

La . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de l’eau est due à la présencede calcium Ca2+ dissous sous forme d’ions et, dans unemoindre mesure, d’ions magnésium Mg2+. Elle est direc-tement liée à la nature géologique des terrains traver-sés. L’indicateur de dureté est le titre hydrotimétriqueTH ou degré hydrotimétrique français TH (df). Les eauxsouterraines, issues de roches sédimentaires (calcaires),sont . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (TH > 25�f). Les eaux sou-terraines issues de terrains siliceux (granite, grès) sont. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (TH < 15�f). Les eaux de surface,qui n’ont pas eu le temps de se charger en ions, sontdouces.

Fig. 5 – Limites de dureté en France.



Une eau alimentaire ne doit pas être trop. . . . . . . . . . . . . . . . . . . car l’Homme a besoin de calciumet de magnésium pour son métabolisme et la constitu-tion de ses os. De plus, une eau trop douce attaque lescanalisations, et certains métaux toxiques comme le plombou le cuivre peuvent se retrouver dans l’eau sous formed’ions.

Une eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . conduit à la formation d’undépôt de tartre (carbonate de calcium ou de magné-sium solides) dans les conduites d’eau et la robinetterieet sur les résistances chauffantes des appareils commele lave-linge. Ces derniers consomment alors plus d’éner-gie et ont une durée de vie moindre. La dureté de l’eauconduit également à une utilisation supérieure de déter-gents et de savon, moins efficaces dans une eau dure : les. . . . . . . . . . . . . . . . . . . voient leur action contrecarrée par lesions sus-cités.

2.3 Adoucissement d’une eau « dure »

Dans le cas d’eau à mineralisation excessive (eau salée,eau très dure), plusieurs procédés sont utilisables :

— la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . qui consiste à vaporiserl’eau salée et à liquéfier la vapeur d’eau obtenue,ainsi totalement débarrassée des ions ;

— l’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . qui estune filtration sous pression à travers une mem-brane ne laissant passer que les molécules d’eau ;

— la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . à l’aide de résines échan-geuses d’ions (les ions calcium Ca2+ et magné-sium Mg2+ se fixent sur la membrane et leur concen-tration dans l’eau diminue).

En général (dans les lave-vaisselle) un adoucisseur d’eauutilise une résine chargée en saumure, solution saturée dechlorure de sodium. La résine échangeuse d’ions est faitede petites billes à base de polystyrène.

Fig. 6 – Principe d’un adoucisseur d’eau.

2.4 Aparté : principe de l’osmose

L’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . est un mot d’origine grecque signi-fiant « poussée » et désignant la force qui tend à équilibrerles concentrations entre deux milieux séparés par unemembrane.

Si la membrane est semi-perméable (ne laissant passer quel’eau) et si elle sépare deux milieux aqueux, le phénomèned’osmose induit une migration de l’eau du milieu le plusdilué vers le plus concentré.

Fig. 7 – Principe de l’osmose inverse.



Pour produire de l’eau potable à partir d’eau salée, il faut. . . . . . . . . . . . . . . . . . . le phénomène d’osmose, c’est-à-direfaire passer l’eau, à travers la membrane semi-perméable,du milieu le plus concentré, l’eau salée, vers le milieu leplus dilué.

Pour obtenir ce résultat, on exerce une forte pression surl’eau salée. Ce procédé appelé « osmose inverse » permetd’obtenir de l’eau douce.

Dessaler de l’eau de mer pour produire de l’eau potable estune méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . seulement à la portéede pays riches, notamment ceux disposant d’importantesressources énergétiques. Par exemple, aux Emirats arabesunis, l’usine de Jebel Ali (photographie) produit à elle seule

900 000 m3/jour. Il s’agit aussi d’une méthode extrème-ment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , en raison de la consommationd’énergie (= émission de gaz à effet de serre GES) maisaussi en raison du rejet de saumures, solutions restanteshautement concentrées en ions.

Fig. 8 – Usine de dessalement.

3 Qualité des sols

3.1 Le sol : un milieu d’échanges de matière

Le sol fournit aux plantes l’eau et les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . nécessaires à leur développement. Situé entre la roche,l’atmosphère et les êtres vivants, le sol est un milieu d’échanges de matière.

Fig. 9 – L’humus.

L’organisation d’un sol Les débris de roche qu’il ren-ferme proviennent de la dégradation de la roche mèredu sous-sol (non visible ici) et lui apportent de la ma-tière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’humus désigne la matière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . du sol qui provient de la dégradationdes êtres vivants après leur mort. Il fournit également ausol de la matière minérale.

Fig. 10 – Coupe d’un sol.

Coupe de sol observée à la loupe binoculaire Lesagrégats sont des assemblages de fragments de roches etde complexes argilo-humiques. Ces derniers résultentde l’association d’éléments issus de matière organique (hu-mus) et de particules minérales argileuses.



Manipulations n

o

1 – Comprendre le rôle des complexes argilo-humiques.

• Introduire dans un erlenmeyer 20 g de sol et 150 mLd’eau. Bien mélanger.

• Verser le contenu de l’erlenmeyer dans un entonnoirmuni d’un cône de papier-filtre.

• Quel est l’aspect du filtrat (expérience schématisée àdroite) ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Les complexes argilo-humiques sont. . . . . . . . . . . . . . . . . . . de l’aspect troubledu filtrat.

Manipulations n

o

2 – Mettre en évidence les échanges de matière dans le sol.

• Placer deux entonnoirs munis de cônes de papier-filtresur deux tubes à essais 1 et 2.

• Introduire dans chaque entonnoir un échantillon de sol.• Verser dans le filtre 1 une solution de bleue de méthy-

lène.Garder un fond de tube de solution de bleue de

méthylène en guise de témoin.

• Verser dans le filtre 2 une solution orange d’éosine.Garder un fond de tube de solution de bleue de

méthylène en guise de témoin.

• Comparer la coloration des filtrats obtenus avec celledes colorants de départ.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .• La coloration bleue de la solution de bleu de méthy-

lène (tube 1) est due à des cations. Les cations sont-ilsretenus par le complexe argilo-humique du sol ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

• La coloration orange de la solution d’éosine (tube 2)est due à des anions. Les anions sont-ils retenus par lecomplexe argilo-humique du sol ?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



Fig. 11 – Complexe argilo-humique (CAH).

Échanges d’ions et développement des végétaux• Les plantes puisent par leurs racines les

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (essentiellement sous forme de ca-tions) dont elles ont besoin dans la . . . . . . . . . . . . . . . . . . .de sol (la phase liquide).

• Les cations peuvent être . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dans lasolution de sol (= ils sont dans l’eau, tout simplement)ou bien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . par les complexes argilo-humiques (CAH en abrégé, qui piège les cations).

• Sur la figure 11 ci-contre le complexe argilo-humiqueest représenté de façon symbolique par un gros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . rond autour duquel sont collés des. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , représentés symboliquement pardes disques plus petits. Ces ions là sont retenus par lecomplexe argilo-humique. Il peut bien sûr y avoir unéchange d’ions entre l’eau contenue dans le sol et lecomplexe argilo-humique, lorsque les ions ne sont pascollés au disque mentionné précédemment ils sont ditslibres, et ainsi les plantes peuvent les absorber via leursracines.

Une explication plus détaillée du sol• La terre arable se présente sous forme d’agrégats (des

grumeaux) de différentes tailles. Au microscope, chaque« grumeau » apparaît formé de grains de sable cimentéspar un complexe brun formé d’argile et d’humus, c’estce complexe brun qui est le fameux complexe argilo-humique. Une telle structure présente des pores oucavités permettant une bonne circulation de l’air et del’eau dans le sol.

Fig. 12 – Explication du CAH.

• Le CAH (complexe argilo-humique) possède une sur-face chargée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . et capture donc les. . . . . . . . . . . . . . . . . . . chargés positivement apportés parl’eau. On dit que le CAH forme un réservoir de ca-tions, qu’il peut ensuite céder aux plantes suivant leurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Les sols sont menacés par les pluies acides

• Les pluies acides sont dues à la présence dans l’atmo-sphère de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . libérés par des phéno-mènes naturels (éruptions volcaniques) et certaines ac-tivités humaines (industrie et circulation, avec dégage-ment de dioxydes de soufre et d’azote).

Fig. 13 – Pluies acides.

• Les pluies acides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . le sol en minéraux.Les effets des pluies acides sont plus importants si le solest pauvre en agrégats : le sol est moins poreux, l’eauy est alors moins retenue, elle s’infiltre plus rapidementdans les couches souterraines en entraînant avec elle lesions de la solution de sol. Conséquence : les plantes netrouvent pas les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . nécessaires !



3.2 Engrais et produits phytosanitaires

Les produits phytosanitaires et les engrais sont très utilisés pour augmenter les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dans l’agriculture.Leur composition chimique peut être déterminée par dosage.

Découverte n

o

1 – Comprendre le rôle et l’utilité d’un produit phytosanitaire.

Fig. 14 – Chlorose.

Évolution de la chlorose sur une feuille de pêcherLa chlorose, maladie qui se traduit par un jaunissementprématuré des feuilles des arbres, est due à un apportinsuffisant en élément fer. Le fer participe à la synthèsede la chlorophylle et joue donc un rôle important dans laphotosynthèse d’un végétal.

Les produits phytosanitaires Les produits phytosa-nitaires sont des espèces pures ou des mélanges, de naturechimique ou biologique, et utilisés pour :

— . . . . . . . . . . . . . . . . . . . les végétaux contre les orga-nismes nuisibles (insectes, bactéries, etc.) : lespesticides et les insecticides ;

— . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ou limiter la croissance deplantes indésirables (ou plantes adventices) : lesherbicides ;

— . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ou modifier la croissance desvégétaux (l’aspect nutrition n’est pas inclus).

• Les engrais et les produits phytosanitaires sont utilisésen agriculture pour améliorer les rendements et laproductivité agricole.

• Un engrais est un produit naturel ou de syn-thèse que l’on apporte au sol pour le fertiliser.Les principaux éléments chimiques fertilisants sontl’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (N), le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (K)et le . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (P). Il est destiné à améliorerla croissance des plantes, à augmenter le rendement. Lechoix de l’engrais à utiliser est conditionné par le solqui l’accueille et la plante cultivée.

• Un produit phytosanitaire est un produit utilisé pour. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ou prévenir les maladies des plantes.Il contient une substance active naturelle ou de synthèse.

• Les échanges ioniques entre l’eau et le complexeargilo-humique dépendent de la qualité du sol. Ainsiun engrais ou un produit phytosanitaire sera moins effi-cace sur un sol de moindre qualité, car il risque d’êtrelessivé par les eaux (et en plus il va polluer la nappephréatique...) !


troisième partie – nourrir l’humanité chapitre 5 – … · les triglycérides sont des...

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