La chimie au service du monde aquatique

Rédigé par Aquideas Aucun commentaire
Classé dans : Formation Mots clés : aucun

     La chimie fait partie de l’enseignement lorsqu’on étudie la biologie en générale, car elle est source de compréhension interne aussi bien dans le monde animal que chez les végétaux (science de la vie).

     En effet des deux côtés, les cellules sont composées d’unités basiques (atomes comme le carbone C, l’oxygène O,  le calcium Ca, le fer Fe, etc.) et de molécules chimiques (comme l’eau H2O, le glucose C6H12O6, l’acide acétique C2H4O2, etc.).  Pour qu’un organisme (comme une bactérie, un champignon, un arbre, un animal ou un être humain) puisse fonctionner, il y a de nombreux échanges entre elles qui cherchent à se lier, restent neutres ou se séparent ...parfois violemment. La biologie a donc besoin de la chimie parce que cette dernière explique bien des réactions.

     Lorsqu’on étudie l’aquaculture, les pêches et leurs dérivés (projets les intégrant, défense de leur environnement, qualité des eaux, traitement prophylactique et bien d’autres encore), on approfondit également la (bio)chimie pour comprendre, favoriser, soigner ou tout simplement offrir un contexte (environnement) favorable.

     En particulier, la chimie est très importante dans l’élevage de poissons, crustacés et mollusques aussi bien en milieux marin et saumâtre que d’eau douce. C'est la raison pour laquelle on utilise certains instruments comme le pH-mètre pour évaluer l'acidité de l'eau d'élevage, le réfractomètre pour mesurer la salinité, des kits pour déterminer les nitrites, etc. Mais la chimie n’est pas toujours évidente à comprendre parce qu’il y a souvent de nombreux paramètres qui interfèrent. Ainsi en recherche, on sélectionne ceux qui paraissent importants et on les teste par 2 ou 3 (que l’on compare à un témoin) afin d’en déterminer leurs influences ...pour pouvoir, par la suite, mieux les contrôler.

     Ainsi lorsque vous voulez faire le lien entre des ions1 ou des molécules simples et/ou complexes ou encore comprendre les réactions lorsqu’on les met ensemble, l’étude peut devenir relativement compliquée et vous avez tout intérêt à d’abord dominer les mécanismes de base opérant.

     Dans l’enseignement secondaire, vous abordez d’abord des notions de chimie élémentaire. Vous rappelez-vous encore des éléments du tableau de Mendeleïev, ce que l’on mentionne comme la classification périodique des éléments ? Ou ce qu’est une base ou un acide ?

     Puis si vous prenez l’orientation académique de la chimie, biologie, microbiologie ou géologie (parmi d’autres), vous approfondissez les relations qui se font entre tous ces éléments chimiques.

     Enfin dans l’éducation supérieure (du moins en biologie avancée), vous commencez à vous familiariser avec l’enchaînement de réactions dans des cycles plus compliqués adaptés au domaine choisi.

     Donc dans le monde des organismes aquatiques, vous passez d’une chimie minérale à une chimie organique, ensuite vous vous intéressez à la biochimie, pour finalement étudier des réactions en chaîne qui engendrent des fonctions spécifiques. Parmi ces dernières, on trouve la digestion, la respiration, la reproduction, la circulation de fluides internes ...en fait des milliers (pour ne pas dire des millions) d’échanges cellulaires. On compare forcément avec ce qui existe aussi dans les formes de vie terrestre. C’est notamment le cas de toutes les réactions d’oxydoréduction2 qui ont constamment lieu naturellement dans les eaux d’élevage et à l’intérieur des organismes vivants, toujours en parallèle avec ce qui se passe avec les animaux terrestres.

     Voici un exemple - Si vous considérez l’alcalinité3 et que vous souhaitez estimer la solubilité du dioxyde de carbone, des bicarbonates et carbonates dans l’eau (douce, dans le cas présent), vous devez passer par les relations suivantes (résumées) :

H2O (eau) +CO2 (dioxyde de carbone) ↔ H2CO3 (acide carbonique)

H2CO3 ↔H+ (hydrogène) + HCO3- (bicarbonate)

[H+][HCO3-] / [Total CO2] = K1 = 10-6,35 (note : […] représente la concentration)

     On compare ensuite à des tables de référence concernant l’eau pure, à différentes températures, pour pouvoir déterminer le pH théorique exact. Puis, on continue l’analyse comme suit :

HCO3- H+ + CO32- (carbonate) ►

[H+][CO32-] / [Total HCO3-] = K2 = 10-10,33

     Dans l’étape suivante, on calcule algébriquement ce qui suit pour trouver le pH de l’eau qu’on analyse :

[H+][HCO3-] / [Total CO2] x [H+][CO32-] / [Total HCO3-] = K1 x K2

[H+]2[CO32-] / [Total CO2] = 10-16,68

     pour finalement obtenir : [H+]2 = 10-16,68[H+] = 10-8,34 ► pH = 8,34.

     On raisonne d’une façon similaire (même si c’est un peu plus compliqué) avec les bicarbonate(s) et carbonate(s).

     Vous constatez ici qu’il y a une grande interdépendance entre pH, CO2, HCO3- et CO32-, c’est à dire entre le pH, dioxyde de carbone, bicarbonate(s) et carbonate(s)4.

     Donc, on a tout intérêt à bien assimiler certains concepts de chimie basique pour comprendre le cheminement (la logique) afin de favoriser ou éviter les résultats à venir en fonction de ce que vous désirez atteindre. C’est surtout essentiel pour que les animaux puissent se développer dans des conditions favorables, car un excès d’acidité ou d’alcalinité dans l’eau amène des déséquilibres et des perturbations physiologiques (une truite par exemple préfère une eau légèrement acide, tandis qu'une carpe se sent mieux dans une eau légèrement alcaline).

     Bien d’autres exemples peuvent être ainsi mentionnés, comme l’oxydation des nutriments durant la digestion, ou la rancidité dans la conservation des produits de la mer, ou encore le cycle de Krebs5, etc. ...qui ont directement à voir avec les processus de fonctionnement interne des organismes vivants. Tous ces processus montrent l’importance de compréhension des réactions qui influencent sans cesse les animaux terrestres et aquatiques.

     A titre informatif, vous trouverez ci-après quelques caractéristiques de certains groupes jouant un rôle essentiel lorsqu’on entreprend l’étude biologique des animaux, incluant aussi les humains.

  • groupe carboxyl => (COOH) (C pour carbone ; O pour oxygène ; H pour hydrogène)   (dans tous les acides aminés = blocs de base des protéines);
  • groupe méthyl = (CH3) (le 3 signifie qu’il y a 3 ions d’hydrogène)   (dans certains acides aminés du code génétique, comme l’alanine, la valine et la leucine);
  • acides gras saturés => se terminent par -anoïque dans la nouvelle nomenclature   (dans les graisses et huiles);
  • acides gras insaturés => se terminent par -énoïque dans la nouvelle nomenclature   (dans les graisses et huiles);
  • Alcools => caractérisés par -OH, comme les stérols, cholestérol, tocophérol α, β, γ, δ   (dans les huiles végétales/lipide produit par le foie/vitamine E);
  • Esters => -(C=O)-O- [dans les graisses animales (cire, suif) et végétales];
  • Aldéhydes => O=C-H (entrent dans la formation de composés organiques);
  • Cétones => =C=O (entrent dans la décomposition des graisses);
  • Phospholipides => ou phosphatides ; classés en 2 groupes : les glycérophosphatides et les sphingosylphosphatides ; contiennent généralement un ou plusieurs

            acides gras insaturés   (constituants des membranes cellulaires).

     Toutes ces notions sont loin d’être évidentes et assimiler tant de propriétés se fait au niveau des études et en laboratoire. Cela aide à mieux visualiser toutes ces fonctions. Cela fait aussi partie de la compréhension du biologiste curieux qui cherche à expliquer bien des mécanismes de la vie. Cela permettra par la suite de mettre éventuellement une stratégie en place afin de conseiller ou produire du phytoplancton, des gambas et des huîtres.

     C’est dans cet aspect des choses qu’apparaît l’intérêt dans ce que l’on entreprend ...la passion, comme mentionnent ou ...reprochent certains !

     Mais tout cela demande du temps, parfois beaucoup de temps ...et lorsque vous comprenez, on découvre qu’il y a encore beaucoup de chose à interpréter. C’est un peu comme une vis sans fin ...on apprend toute sa vie !

Références :

     ______________________________

1 Comme un atome est électriquement neutre, s’il perd ou gagne des électrons alors il se transforme en un ion qui porte une charge électrique. Il existe deux sortes d’ions: l’ion positif appelé cation se formant en perdant un ou des électrons (exemples : l’hydrogène ou H+, le cuivre ou Cu2+; note : dans ce dernier exemple, le « + » indique que l’ion porte une charge électrique positive, le « 2 » indique le nombre d’électrons perdus) ; l’ion négatif appelé anion se formant en gagnant un ou des électrons (exemples : le chlore ou Cl-, le soufre ou S2- ; le « - » indique que l’ion porte une charge électrique négative).

2 Une réaction chimique est dite d'oxydoréduction lorsqu'une molécule est oxydée et une autre est réduite. Elle repose sur le transfert d'un ou de plusieurs électrons entre deux réactifs appelés respectivement oxydant et réducteur. L’agent oxydant subit alors une réduction, c'est-à-dire qu'il gagne des électrons. L’agent réducteur, quant à lui, subit une oxydation en perdant des électrons. (Définition prise sur le site de Futura Sciences).

3 L’alcalinité, ou basicité, est une mesure quantitative de la capacité (bases faibles/fortes) d’une solution aqueuse à neutraliser un acide (pH>7).

4 Des représentations graphiques peuvent même être établies montrant toutes ces relations.

5 Comment fonctionne la respiration et les dépenses énergétiques (voir présentation graphique en tête d’article).

Quelle est le quatrième caractère du mot vh1l6f ?

Fil RSS des commentaires de cet article