La dissymétrie, c’est la vie…

95e36/bean/1672/275c6Cette phrase, attribuée à Pasteur, illustre une de ses plus grandes découvertes. Dans les années 1840, alors qu’il débutait sa carrière scientifique, Pasteur jeta les bases de la stéréochimie – la chimie en 3-D – en expliquant pourquoi deux molécules présentant le même nombre d’atomes et les mêmes connectivités entre leurs atomes pouvaient avoir des propriétés différentes.

Comme l’histoire se passe en France, il n’est pas surprenant qu’elle fasse intervenir le vin. Les scientifiques de l’époque avaient isolé deux formes cristallines d’une molécule du vin, l’acide tartrique. L’une, très courante, est celle que l’on retrouve souvent au fond de son verre lorsqu’on a ouvert une vieille bouteille. Poétiquement, les œnologues appellent ces cristaux, les « diamants du vin ». Les scientifiques, pour leur part, leur avaient plus prosaïquement donné le nom de tartrate. Mais une autre forme – plus rare, celle-là – existe aussi. On la retrouve parfois, non dans les bouteilles, mais au fond des barils. D’abord appelée acide racémique (de racémus, grappe de raisin), on rebaptisa du nom de paratartrate cette forme cristalline. Les deux formes avaient les mêmes propriétés chimiques, mais différaient l’une de l’autre à l’égard de la lumière polarisée, soit la lumière dont les vibrations électromagnétiques se font dans un seul plan au lieu d’être distribuées tout autour de l’axe de transmission. Une solution de tartrate permettait de faire dévier le plan de polarisation vers la droite, alors que, dans le cas du paratartrate, aucune déviation ne se produisait. Une énigme qui laissait les scientifiques perplexes et que le jeune Pasteur décida de résoudre.

Avec une intuition de génie, il postula que le paratartrate est, en fait, composé de deux formes cristallines asymétriques, dont l’une est l’image miroir de l’autre (voir ci-contre). L’une des formes était le tartrate, mentionné plus haut, dont une solution fait dévier la lumière polarisée vers la droite (la forme dextrogyre). Une solution de l’autre forme, dite lévogyre, fait dévier la lumière polarisée vers la gauche. Ces deux formes étant présentes en quantités égales dans le paratartrate, cela explique pourquoi aucune déviation de la lumière polarisée n’est observée. Travaillant au microscope, Pasteur vérifia non seulement que les deux formes cristallines étaient présentes, mais il les sépara laborieusement en deux piles distinctes. Et comme il l’avait prédit, une des piles donna une solution lévogyre, et l’autre, une solution dextrogyre. Il démontra par ailleurs que les cristaux de la solution dextrogyre étaient identiques à ceux du tartrate et qu’une solution des deux cristaux présents en quantités égales ne faisait pas dévier la lumière polarisée.

Grâce à cette expérience, Pasteur jeta les bases de la dissymétrie moléculaire. Certaines molécules identiques sous tous les autres points peuvent exister en deux formes, dites énantiomères, qui sont des images l’une de l’autre dans un miroir. Il faut dire que la chance avait souri à Pasteur pour cette découverte. Tout d’abord, il est rare qu’à l’instar de l’acide tartrique, des énantiomères cristallisent sous deux formes visiblement distinctes. D’autre part, heureusement que le laboratoire de Pasteur n’était pas chauffé, car, à plus haute température, il ne lui aurait pas été possible de distinguer les deux formes de paratartrate. Lorsqu’on fit la remarque à Pasteur qu’il devait sa découverte à la chance, ce dernier répondit de manière appropriée : « La chance ne sourit qu’aux esprits bien préparés. » *

À la suite de sa découverte, Pasteur se laissa aller à des considérations plus philosophiques que scientifiques. La dissymétrie devint un acte de foi. Pour lui, la dissymétrie, incarnation de la vie, serait créée par des forces cosmiques qui agiraient sur l’Univers. Dans cette lancée, il mena des séries d’expériences dans le but de créer la vie à partir de substances dissymétriques. Heureusement, ses travaux lui permirent de se rendre compte qu’il était impossible d’engendrer la vie dans ces conditions. Une observation qui lui permit plus tard de faire les expériences qui mirent fin à la théorie de la génération spontanée.

La théorie de Pasteur voulant que la dissymétrie soit seulement le produit du vivant est aujourd’hui contredite par l’existence de nombreuses molécules qui, bien produites en laboratoire, sont dissymétriques et qui peuvent donc exister sous des formes énantiomèriques (images-miroir). Comme nous l’avons précisé plus haut, ces paires énantiomèriques ont les mêmes propriétés chimiques. Mais ce n’est pas le cas lorsqu’elles réagissent avec des espèces qui sont elles-mêmes dissymétriques. Un concept important dans le mode de fonctionnement de beaucoup de médicaments.

Imaginez que le médicament en question soit une clef. Pour produire l’effet désirable, cette clef doit ouvrir une porte fermée par une serrure. Mais la clef doit avoir la bonne symétrie pour pénétrer dans la serrure. L’image miroir de la clef ne fonctionnerait pas. Alors que la nature est très efficace pour produire des énantiomères cent pour cent purs (la bonne clef), les chimistes de l’industrie pharmaceutique, eux, produisent normalement un mélange à parts égales des deux énantiomères (deux clefs). De façons imagées, on peut dire que les deux formes de clefs sont créées, alors que seulement l’une d’entre elles est efficace. Ceci peut être un problème lorsque l’autre clef (image-miroir) ouvre d’autres portes qui, elles, sont responsables d’effets secondaires. Pour éviter ces problèmes, il y a toute une branche de l’industrie pharmaceutique qui se consacre à imiter la nature et à créer seulement l’énantiomère (la clef) désiré de la molécule.

Dans le cas de la thalidomide, sujet que j’ai couvert la semaine dernière, la molécule est dissymétrique et existe donc sous la forme de deux énantiomères, un dextrogyre, l’autre lévogyre. Ce que l’on ne savait pas à l’époque, c’est que seul l’énantiomère lévogyre est tératogène et que les propriétés sédatives du médicament sont dues à la forme dextrogyre. Ce qui a amené certaines personnes à penser, à tort, que si seule la forme dextrogyre avait été employée, la tragédie n’aurait pas eu lieu. En fait, in vivo, il y a introconversion. Les deux énantiomères sont éventuellement présents et, malheureusement, le résultat aurait été le même.

_______________ *Une autre citation de Pasteur que certains apprécieront : « Il y a plus de philosophie dans une bouteille de vin que dans tous les livres ».

Ariel Fenster

Le foie gras et la science

Screen Shot 2013-09-03 at 10.36.08 PMLes amateurs de foie gras de Los Angeles en ont eu pour leur argent. Le mois dernier, au restaurant branché « Animal», un nom approprié, ils ont participé à une célébration culinaire. Trois chefs ont coopéré pour présenter un repas gastronomique de huit services faisant uniquement appel au foie gras. Il y avait du foie gras fumé, du foie gras rôti, du foie gras étuvé et des raviolis au foie gras liquéfié. On y a aussi servi du foie gras avec du yogourt, de la crème glacée et des truffes (pas les trois en même temps). Comme dessert, les convives avaient droit à un gâteau avec une mousse Chantilly… au foie gras. Le souper à 175 dollars par personne, sans le vin, était en fait une bataille d’arrière-garde dans la lutte entre les amateurs de foie gras et les défenseurs des droits des animaux. Une bataille d’arrière-garde, car, à partir du 1er juillet 2012 il sera interdit en Californie de « …gaver une volaille dans le but d’élargir son foie au-delà de sa taille normale et de vendre des produits qui découlent d’un tel procédé ». La Californie devient ainsi le premier État à interdire le foie gras sur son territoire. En 2006, la ville de Chicago avait passé une ordonnance interdisant le foie gras sur son territoire. Mais, faisant face à une révolte des amateurs, la Ville fit marche arrière et la loi fut abrogée en 2008. Dans le cas de la Californie où les sentiments sont extrêmes, je ne suis pas certain que cela sera le cas.

Mais est-ce que le gavage des oies et des canards est aussi cruel que le prétendent les critiques ou est-il sans danger pour l’animal, ce qui est la position des producteurs? En fait, il existe peu d’études scientifiques pour se faire une opinion et le sujet reste très controversé. Des travaux publiés dans le Journal of Agricultural and Food Chemistry par des chercheurs de l’École Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse (ENSAT) offrent peut-être une piste dans cette direction. Ils suggèrent qu’il est possible au moins de déterminer « scientifiquement » le niveau de stress auquel sont soumises les volailles et, « en bonus », la qualité d’un foie gras.

Il est bien connu qu’un bon foie gras réduit peu à la cuisson et ne rend pas beaucoup de graisse à la poêle. Pour savoir quels étaient les facteurs propices à l’obtention d’un tel foie gras, les chercheurs de l’ENSAT ont soumis 150 canards au cycle d’élevage traditionnel : treize semaines de basse-cour suivies de douze jours de gavage au maïs par la méthode traditionnelle. Après l’abattage, une portion de chaque foie a été analysée par spectrométrie de masse pour déterminer les protéines présentes. Quant aux restes des foies, ils ont été cuits et la quantité de graisse exsudée, mesurée.

Les résultats de l’étude indiquent des différences marquantes dans les différents foies. Ceux qui rendaient beaucoup de graisse à la cuisson et donc de moins bonne qualité contenaient aussi des quantités importantes d’enzymes qui sont normalement produites dans des situations de stress. Au contraire, ces enzymes étaient moins abondantes dans les foies associés à de faibles pertes de graisse. Comme tous les canards ont été soumis au même régime de gavage, il semblerait que certains d’entre eux s’adaptent mieux à l’expérience que d’autres.

Il existe des méthodes de production de foie gras sans gavage. On peut trouver sur le marché des foies gras dits de « production éthique ». Les volailles sont laissées à elles-mêmes pour manger à leur guise, un processus qui porte le nom latin de ad libitum. Un développement plus radical de cette approche consiste à agir sur l’hypothalamus de l’animal dans la région qui contrôle la satiété. Dans ces conditions, les volailles laissées ad libitum mangent deux fois plus, et ce, d’elles-mêmes.

Si vous êtes amateur, je souhaite que cette chronique sur le foie gras vous ait ouvert l’appétit et je vous souhaite un bon réveillon.

Ariel Fenster

De la poudre plein les yeux : la magie des feux d’artifice

Screen Shot 2013-09-03 at 10.25.35 PMIl est difficile d’imaginer un été où nous n’avons pas l’occasion d’assister au moins une fois à un feu d’artifice. Et à Montréal, nous sommes particulièrement gâtés avec l’International des feux, qui a lieu chaque année depuis 1984. Cette compétition est la plus importante au monde, avec près de trois millions de spectateurs. Or, pour moi qui suis chimiste, ces gerbes et ces fusées représentent une belle application d’une science qui, malheureusement, n’a pas toujours bonne presse.

L’histoire des feux d’artifice remonte au VIIe siècle avec la découverte, par les Chinois, de la poudre noire. Celle-ci, connue aussi sous le terme de « poudre à canon », est l’élément essentiel à la production de feux d’artifice. Elle consiste en un mélange de soufre, de charbon de bois et de salpêtre. Les deux premiers sont les agents combustibles alors que le salpêtre, du fait de sa composition (KNO3)*, offre pour la combustion une source d’oxygène supplémentaire à celle que contient l’air. Il en résulte que lorsque la poudre noire est allumée, elle brûle violemment et produit de grandes quantités de gaz. D’ailleurs, à l’origine, les Chinois utilisaient ce mélange comme agent de propulsion pour des fusées incendiaires façonnées à partir de tiges de bambou.

C’est un moine anglais, Roger Beacon, qui découvrit, au XIIIe siècle, la nature explosive de la poudre noire. Confinés dans un espace restreint – le baril d’un canon, par exemple, – les gaz produits par la combustion sont émis à la vitesse du son. Ces gaz, porteurs d’énergie, servent à la propulsion du projectile et produisent en même temps un son (« bang ») caractéristique. Remplacez le canon par un tube en carton et vous avez une pièce de feu d’artifice. Mettez plusieurs de ces pièces ensemble et allumez-les à des intervalles déterminés et vous avez tout un spectacle de pyrotechnie (du grec, pyro, qui signifie « feu », et technie, qui signifie « art »: « l’art du feu »!

Mais ce qui fait la beauté des feux d’artifice, ce sont les étincelles et les couleurs. Là encore, c’est la chimie qui intervient. Lorsqu’une substance absorbe de l’énergie, elle doit éventuellement la restituer, entre autres sous forme de lumière. C’est ce qui se passe quand la plaque de votre poêle devient rouge. L’énergie électrique a été convertie en énergie lumineuse.

Lorsque les feux d’artifice sont apparus, les seules couleurs disponibles étaient essentiellement le jaune et le blanc. Mais à partir du XIXe siècle, l’introduction de nouveaux éléments a permis la production d’une panoplie de couleurs. Le strontium est utilisé pour créer un rouge intense (c’est pourquoi on le retrouve également dans les fusées de signalisation routière). Le magnésium, pour sa part, offre le blanc éclatant qui illumine le ciel. Il est notamment utilisé par les militaires. Des fusées au magnésium attachées à des parachutes sont larguées au-dessus des positions ennemies pour mieux les repérer la nuit. C’est aussi le magnésium qui était utilisé dans les cubes flash des appareils photos. Ceux d’entre vous d’un certain âge s’en souviendront! Pour la couleur verte, il y a les sels de baryum. Les sels de sodium, quant à eux, donnent une couleur jaune (ce sont des lampes au sodium qui éclairent nos autoroutes). Mais la couleur la plus difficile à obtenir, et celle à partir de laquelle on juge le talent d’un maître artificier, est le bleu. Un sel de cuivre – le cuivre mono chloré (CuCl), produit le meilleur bleu mais pour cela, il faut que la température d’émission soit parfaitement calibrée, ce qui n’est pas facile. Si ce n’est pas le cas, d’autres sels de cuivre sont produits, qui donnent des couleurs rouges ou vertes.

Il existe une variété de pièces pyrotechniques dont l’effet dépend de leur composition et de leur structure. La plus spectaculaire est la bombe aérienne. Celle-ci comprend un dispositif propulseur à base de poudre noire, un dispositif d’allumage à retardement et un compartiment contenant des petits sachets remplis du mélange pyrotechnique appelés étoiles. La bombe est lancée à partir d’un tube en carton, le mortier. Lorsque la bombe a atteint la bonne altitude, le système à retardement déclenche l’explosion du compartiment contenant les étoiles, libérant les étincelles de couleur. C’est la position de ces sachets dans la bombe qui produit les différents effets dans le ciel. Il existe aussi des bombes à plusieurs étages. L’explosion de chaque compartiment déclenche un dispositif à retardement. Ce dernier allume le compartiment suivant, qui contient un autre mélange pyrotechnique. C’est ce qui donne lieu à une série d’explosions successives avec des effets différents.

Les amateurs de records seront intéressés d’apprendre que la plus grosse bombe jamais tirée a été lancée en 2009 au célèbre festival pyrotechnique Katakai-Matsuri, au Japon. La bombe pesait 450 kg et avait un diamètre de 120 cm. Vous pouvez voir des images de ce « monstre » à http://tonymcnicol.photoshelter.com/ et du résultat à http://www.youtube.com/largestfirework/

Il y a un danger inhérent associé aux feux d’artifice et c’est pourquoi leur utilisation devrait être réservée aux spécialistes, ce qui, malheureusement, n’est pas toujours le cas. Au Canada, on estime que les feux d’artifice ont entraîné jusqu’à aujourd’hui 200 accidents, surtout parmi les garçons de 10 à 14 ans. Aux États-Unis, le chiffre est de l’ordre de 10 000. Certains s’inquiètent aussi de l’impact environnemental des feux d’artifice. Pour y remédier, Walt Disney a développé un système de propulsion à air comprimé qui remplace la poudre noire. Il y a aussi des artificiers qui utilisent des rayons laser en diffusant simultanément des bruits d’explosion. Je ne sais pas si je suis prêt à accepter cette technologie.

*Pour la petite histoire : le salpêtre a un goût salé et autrefois, les soldats utilisaient la poudre à canon pour assaisonner leur nourriture.

Ariel Fenster

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