LA SCIENCE [.. POUR LES NULS!..] LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 1

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1 LA SCIENCE [.. POUR LES NULS!..] LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 1

2 LES CYCLONES 3 LE SAVON 10 L ELECTRICITE STATIQUE 14 E.P.O. 19 LE CHAMPAGNE 22 LES DIFFERENCES ENTRE LES DEUX SEXES 26 POURQUOI LE CIEL EST-IL BLEU? 31 L ASPIRINE 34 LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 2

3 LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 3

4 Le cyclone, un œil Meurtrier Tout d abord, Qu est-ce qu un cyclone? Un cyclone est une perturbation atmosphérique de régions tropicales occasionnant des vents tourbillonnaires violents et des pluies diluviennes. Ce tourbillon de vents enroulé sur lui même autour d'une zone centrale, appelée oeil du cyclone, de très basse pression se déplace d'environ 10 à 35 Km/h seulement et son mouvement de rotation est formé de vents supérieurs à 120 Km/h. De plus son diamètre total peut atteindre 1000 Km! Divers termes sont employés dans le monde pour désigner ce phénomène : typhon, hurricane, kamikaze... Dans l'atlantique nord, on parle d'ouragan. Il existe plusieurs types de cyclones suivant le lieu où ils se forment : - Les cyclones tropicaux se forment au-dessus des eaux chaudes des mers tropicales et puisent leur énergie dans la chaleur latente de condensation de l'eau. L'ascension d'air humide et chaud se conjugue avec des vents de basses altitudes. La pression baisse à la surface de la mer et augmente au niveau des nuages les plus élevés. L'air froid redescend en se réchauffant et s'enroulent en spirale autour de la dépression formant au centre l'oeil du cyclone tropical. -Les cyclones extratropicaux alimentés par la convection, et des cyclones polaires plus au nord. Ils sont en fait les dépressions météorologiques qui passent quotidiennement sur la majorité du globe. Avec les anticyclones, ils régissent le temps sur la Terre, produisant nuages, pluie, vents et orages. Ils se forment entre la ligne des tropiques et le cercle polaire. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 4

5 -Les cyclones subtropicaux sont un système météorologique qui a à la fois des caractéristiques tropicales et extratropicales. Ils se forment entre l'équateur et 50 degrés de latitude (nord et sud). En effet, on y retrouve une activité orageuse autour de son centre qui tend à lui former un cœur chaud mais on le retrouve dans une zone frontale faible. -Les cyclones polaires se forment le long du front polaire, une bande de contraste thermique entre l'air venant des Pôles et celle venant des latitudes moyennes du globe. L'air circule dans ces dépressions dans le sens contraire des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens inverse dans l'hémisphère sud sous l'impulsion de la force de Coriolis. La force de Coriolis est une force qui agit sur n'importe quel corps mobile dans un système tournant indépendamment. La Terre tourne autour de son axe de l'ouest vers l'est. En conséquence, un objet se déplaçant au-dessus de la Terre dans la direction générale du nord ou du sud sera dévié par rapport à la rotation de la Terre. Cette déviation va dans le sens d'une montre dans l'hémisphère Nord et en sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 5

6 Comment se forme un cyclone? Un cyclone naît et se développe uniquement si les conditions suivantes sont réunies : 1 ) une condition géographique qui demande d être suffisamment éloigné de l'équateur de façon à ce que la Force de Coriolis ne soit pas nulle. Cette force, engendrée par la rotation terrestre, imprime une déviation du vent vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Elle est nulle à l'équateur. C'est elle qui intervient pour déclencher le mouvement tourbillonnaire initial. 2 ) une forte humidité est indispensable à la formation des Cumulonimbus. La formation d'un cyclone est impossible pour une humidité inférieure à 40 %. Elle est fréquente lorsqu'elle est supérieure à 70 %. Cumulonimbus : nuage de grandes dimensions à grand développement vertical, d'aspect fonçé, qui, très souvent, annonce un orage. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 6

7 3 ) une condition thermique correcte soit environs la température de la mer supérieure à 26 C sur une épaisseur minimale de 50 m. De plus l'évaporation de la surface de grandes quantités d'eau fournit l'énergie nécessaire pour entretenir le système de machine à vapeur qu'est une formation cyclonique. Cette condition thermique en fait ainsi un phénomène essentiellement maritime. C'est en été que l'on trouve réalisées ces conditions sur des régions suffisamment étendues pour voir se développer pendant plusieurs jours les cyclones. Dans l'hémisphère nord, l'été c'est entre Juin et Septembre, mais on peut voir des cyclones de juin à novembre. En ce qui concerne le bassin océanique de l'atlantique et des mers adjacentes, si les cyclones restent rares en juin et novembre, par contre la saison cyclonique bat son plein entre début Juillet et fin Octobre, la période la plus active pour nos îles antillaises étant celle s'étirant du 15 août au 15 octobre. Dans l'hémisphère sud, l'été c'est entre Décembre et Mars, mais la saison cyclonique s'étend de novembre à avril, voire mai. Chez nos compatriotes de l'île de La Réunion, la pleine saison est comprise entre fin Décembre et début Avril. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 7

8 Expérience : Nous avons utilisé : -une boite en carton avec un fond noir, une ouverture sur le haut et avec une partie avant plastifié pour observer le résultat de l expérience. -De l encens -Un support pour maintenir l encens (gomme) -Des glaçons. Protocole expérimental : Nous avons placé le bâton d encens que nous avons fait tenir à l aide d une gomme dans la boite noire. Nous avons ensuite placé le bloc de glaçons sur l ouverture du dessus de la boite. Enfin, nous avons allumé l encens puis fermé la boite. On observe une fumée qui se dégage de l encens et prend une forme de spiral lorsqu elle rencontre l air froid. Le contact entre de l air chaud et de l air froid entraine une réaction d opposition qui forme une spiral d air. Schéma de la modélisation d'un cyclone. Comment prévoir ce phénomène? Les météorologues étudient et prévoient les cyclones. La prévision cyclonique consiste à détecter la formation des phénomènes cycloniques puis à prévoir leur trajectoire, leur intensité et leurs principales conséquences. Elle utilise toutes les informations météorologiques disponibles : les observations au sol, en altitude (radiosondages), les données issues des avions chasseurs de cyclones, les images radars et satellitaires. Certains pensent donc qu'on devrait chercher à éliminer ou détruire les cyclones avant qu'ils ne deviennent trop dangereux pour les populations et leurs biens. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 8

9 Ces essais ou recherches plus ou moins fantaisistes ont, depuis, été abandonnés, les chercheurs et météorologues ayant décidé de consacrer leurs études sur la prévention et la prévision. On s'est fait à l'idée qu'il FAUT COHABITER avec les cyclones dans certaines régions du monde. Et puis, surtout, on s'est rendu compte aussi que le cyclone était UTILE. Oui, utile! Les rayons du soleil réchauffent la terre, mais cet apport de chaleur n'est pas également réparti sur l'ensemble de la surface terrestre. En effet les régions intertropicales reçoivent et emmagasinent plus d'énergie que les autres régions du globe. Il est donc indispensable que des échanges thermiques constants s'opèrent entre les différentes régions terrestres pour réduire ce déséquilibre : le "chaud" en excédent des régions tropicales doit être évacué vers les moyennes et hautes latitudes tandis que le "froid" en excédent de ces dernières doit être amené vers les régions tropicales. Le cyclone tropical participe donc pleinement au cycle climatologique et thermodynamique de l'atmosphère. Sans lui et ses congénères (il y en a entre 75 et 100 par an tout autour du globe, dont la moitié atteignent le stade d'ouragan ou équivalent), le climat de la Terre en serait bouleversé... FRANCOI- SE Cindy CALERO Maureen HELLEQUIN Laurène HORNEWER Marie-Anne LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 9

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11 Le savon organique permettant de synthétiser un ester. Basiquement il s agit de la condensation d un alcool sur un acide carboxylique, auquel cas la réaction est réversible (elle peut se faire) et renversable (qui se supprime). Elle peut s effectuer à partir d autres réactifs, en particulier à la place de l acide carboxylique ou un de ses dérivés changeant le type de réaction et son rendement. Chaque savon peut avoir une forme différente selon le moule dans lequel on le met à refroidir avant qu il ne durcisse mais aussi une odeur différente selon l huile parfumée que l on va introduire dans sa préparation. Le savon peut être défini de plusieurs manières ; C est un produit utilisé pour le dégraissage et le lavage obtenu par l action d un alcali sur un corps gras. Ou bien de la façon suivante ; il s agit de sels alcalins des acides carboxyliques à longue chaîne, ou plus simplement d un «sel d acide gras». La première grande fabrique française de savon fut fondée à Toulon vers De huit savonneries en 1600, le nombre passe à vingt en Après 1750, la fabrication de savon de Marseille devient industrielle, tant par les volumes que par les procédés normalisés. En 1791, le procédé proposé à l Académie des Sciences par Nicolas Leblanc permet d obtenir de la soude à partir du sel d eau de mer, de chaux et de charbon. Au début des années 1970, le phosphate se voyait rayé de la liste de la plupart des produits domestiques et particulièrement dans les savons. Le phosphate relâché dans nos cours d eau se transforme alors en phosphore et cette substance affecte à la baisse le taux d oxygène dans l eau ce qui a favorisé la prolifération des algues bleu-vert, les cyanobactéries. Les composants du savon ont leur importance ainsi que le matériel qui est utilisé pour le concevoir. L eau salée permet une plus grande précipitation* du savon. La pierre ponce est un puissant régulateur hygrométrique c'est-à-dire un appareil qui assure la régularité du mécanisme et de l humidité dans l air. La soude permet de solidifier le savon. L huile permet de créer deux phases dans le savon car elle ne se mélange pas à l eau. Le chauffage à reflux est utilisé pour accélérer ou permettre une réaction chimique sans perte de réactifs (c est-à-dire l espèce chimique qui disparaît lors d une réaction chimique) ou de produits. Etude et fabrication d un savon Le mode de chauffage utilisé porte le nom de chauffage à reflux (à utiliser pendant 25 à 30 min, thermostats 6). Les espèces chimiques introduites dans le ballon sont 7 ml d huile de cuisine, 15 ml de solution d hydroxyde de sodium commerciale (appelée aussi soude), 7 ml d éthanol (il ne réagit pas, il favorise le contact entre les réactifs, c'est -à-dire entre l huile et la soude). Lors de la fabrication d un savon, une saponification des corps gras se produit. C est une réaction LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 11

12 vaisselle, on a pu constater que des bulles de savon ce sont formées. Pour le liquide vaisselle, il y avait des grandes bulles alors que pour le savon, les bulles formées étaient plutôt petites et formaient comme de la mousse. Le liquide vaisselle est plus efficace lorsqu il s agit de retirer des tâches de graisses grâce à la molécule qui le compose ; la molécule amphiphile c'est-à-dire dotée d'une tête polaire, hydrophile (ou lipophobe), avec un radical OH, attirant l'eau, et d'une longue chaîne hydrocarbonée, apolaire, hydrophobe, attirant les lipides (huiles et graisses). En présence d eau, le savon se solubilise et on obtient la réaction d équation RCOONa(s) = R-COO-(aq)+Na+(aq) Le réfrigérant sert à produire le froid. C est un récipient que l on remplit d eau et avec lequel on couvre la partie supérieure d un alambic (appareil destiné à la séparation des produits par chauffage puis par refroidissement) pour refroidir et condenser les vapeurs. Cet appareil est ouvert à son extrémité pour garder la pression égale dans le ballon et dans le réfrigérant. Notre deuxième expérience a consisté à la fabrication d un savon coloré. Pour cela on y a incorporé un colorant (rose) lors de sa fabrication. Comme on peut le voir ci-dessous, la couleur s est évaporée au fil de l expérience car tout l hydroxyde de sodium avait été coloré. Pour que le savon puisse être commercialisé, il doit passer par plusieurs rinçages à l eau pour que l hydroxyde de sodium disparaisse. Expériences Pour une première expérience nous avons fabriqué un savon incolore et indolore pour le comparer avec le liquide vaisselle. Au dessus nous pouvons voir qu il reste encore du colorant. Lorsque l on a agité les deux tubes à essais qui contenaient de l eau ainsi que du savon/ ou liquide Précipitation: Phénomène par lequel un corps se sépare du liquide dans lequel il était dissout. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 12

13 Ici, l hydroxyde de sodium l a absorbé. L aspect du contenu du ballon était liquide mais devenait solide sur les bords. Nous observons lorsque l on verse le contenu du ballon dans l eau salée que le liquide se mélange puis il durcit. Lorsque nous avons mis le savon dans la coupelle il n était toujours pas coloré donc nous lui avons rajouté le colorant rose, ce qui nous a donné le savon suivant : LOPES Sandy OLLIVIER Gwenaelle OCHAGAVIA Laetitia LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 13

14 LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 14

15 Introduction : Nous avons tous fait un jour l expérience de l électricité statique en nous coiffant ou en touchant la portière d une voiture. Nous vous proposons de découvrir l origine de ce phénomène et de réaliser quelques expériences amusantes. L Histoire de l électricité statique : Le savant grec Thalès, a découvert au VI eme siècle av J-C l électricité. En expérience il frotta un morceau d ambre avec un tissu. Il constata que la pierre réussissait à attirer de petits objets légers comme la paille. Sans le savoir, il avait découvert l électricité statique. La définition de l électricité statique : L électricité statique ou électrostatique est un phénomène d attraction par des charges électriques positives et négatives. Explication : La matière est constituée d atomes dont les charges electriques sont neutres. Lorsque l on frotte un isolant contre un autre, des électrons sont arrachés. L équilibre des charges protons - électrons est rompu. Ce qui provoque la charge positive d un des éléments et quand on approche un élément chargé avec un autre non chargé, une parti des charges se déplacent vers le corps chargé. Expérience 1: La déviation d'un filet d'eau : Materiel : -Eau - Paille en plastique - coton - Frottez la paille en plastique avec du coton, ensuite approchez la d'un mince fillet d'eau. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 15

16 > Constatation : Le filet d'eau est puissamment dévié * Explication : La molécule d'eau contient un atome d'oxygène associé à deux atomes d'hydrogène. Dans cet assemblage les trois atomes ne sont pas alignés. Il en résulte que la molécule se comporte électriquement comme deux charges de signes opposés très proches que l'on appelle dipôle. En l'absence d'une influence électrique l'orientation de ces dipôles est aléatoire et globalement aucune charge ne se distingue. Tout change lorsqu'on approche la paille puisqu'elle attire les charges positives et repousse les autres : les dipôles s'orientent d'où l'effet d'attraction LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 16

17 Décharges électrostatiques La propension que des charges de même signe ont à se repousser les unes les autres fait qu'elles ont tendance à se "fuir" ce qui les amène à tenter de quitter les corps qui les contiennent. Mais tant que l'électrisation est faible et que l'air environnant est sec, donc isolant, elles ne peuvent pas le faire. Expérien- ce 2 : Poivre et sel : Sel Poivre Materiel : poivre gros sel Cuillère/fourchette en plastique chiffon de laine. > Éparpille du gros sel sur une table et mé- langes-y moulu. Com- un peu de poivre ment séparer le poivre du sel? LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 17

18 Prends une cuillère en matière plastique et frotte-la avec un chiffon de laine, puis tiens-la au-dessus du tas de sel et de poivre mélangés. *.* Les grains de poivre vont sauter sur la fourchette et y rester collés! *.* PLICATION : Le frottement charge d'électricité la cuillère en matière plastique et attire ainsi le mélange. Si tu tiens la cuillère assez haut, seul le poivre va se coller sur la cuillère, car le sel, dont les grains. EX- Nguyen My Kim Japhet Sarah Sutter Lauriane, Champion Sandra. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 18

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20 L EPO, produit aux Mais qu'est ce que vraiment l'epo? L'EPO, ou érythropoïétine, fait beaucoup parler d elle. Et ce n'est généralement pas en bien. Ces points de vue négatifs sur cette substance sont néanmoins plus ou moins fondées. Il est vrai que leur utilisation est généralement assimilée au dopage. Or on sait que l'utilisation de cette substance à des fins dopantes correspond en réalité à une utilisation thérapeutique détournée. En effet, ce produit est utilisé en médecine comme traitement ou aide dans plusieurs types de maladie, telles que l'insuffisance rénale, différentes catégories de cancers, les tumeurs. Produit magique... apparences trompeuses L'érythropoïétine est une hormone dont la première observation fut faite par Certains sportifs, notamment des cyclistes ou des coureurs de fonds, comme les marathoniens, détournent les effets thérapeutiques de ce produit dans le but de ce doper, c'est-à-dire d'augmenter leurs capacités physiques. Pour prouver nos dires, une simple analyse de chiffres permet de mettre en évidence l effet de la Vo2max sur les performances sportives. En effet un sportif ayant une Vo2max de 3.65 L/min met 162 minutes pour parcourir 30 kilomètres, alors qu avec une Vo2max de 5.5 L/min, il aura suffit de 110 minutes à un autre concurrent. D où l intérêt des sportifs a utiliser l EPO pour booster leur Vo2max car ce produit, qui est une hormone, 1 - Injection d'epo 2 - L'EPO stimule la fabrication de globules rouges par la moelle osseuse. stimulant les cellules érythroblastiques, qui sont les cellules à l'origine desdits globules. Plus les globules rouges sont nombreux, plus il y a de dioxygène à parvenir aux muscles. Le dioxygène ainsi que les nutriments entrent dans la réaction chimique appelée respiration cellulaire. Dioxygène Celle ci résulte à la création d'énergie pour les muscles. Par l'utilisation de l'epo, cette réaction est donc amplifiée. Ce phénomène est donc tout naturellement à l'origine des détournements de ce produit. Il améliore les performances physiques, il est de ce fait devenu un produit dopant très utilisé, notamment par les cyclistes. + = Nutriments Energie + Eau + Chaleur Schéma de la respiration 3 - Les globules rouges participent à la respiration et à la pro- LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 20

21 ...Mais pas sans risques Ce produit ne pouvait être parfait. Sous son maquillage de produit génial, un certain nombre d'imperfections se cachent. En effet, l'utilisation à usage dopant, donc en quantité plus élevée que la normal, de cette substance provoque plusieurs effets secondaires comme des palpitations cardiaques, des douleurs musculaires, des maux de tête, des nausées Ces effets secondaires entrainent des complications plus périlleuses. Effectivement, ils risquent: l'épaississement de leur sang dû à l'augmentation du nombre d'hématies circulant; ce qui ne facilite pas l'écoulement du sang dans les vaisseaux d'où le risque de thromboses artérielles (formation de caillots sanguins) qui conduisent à une hypertension artérielles (pression artérielle trop élevée) et donc à aussi à une augmentation des risques d'infarctus du myocarde (crise cardiaque) dû à un déséquilibre entre les besoins du coeur en dioxygène et l'apport issu de la circulation sanguine. On assiste aussi à une augmentation des risques: d'embolies pulmonaires (obstruction brutale de l'une des branches de l'artère pulmonaire). A long terme, le dopage à l'epo peut déclencher des maladies auto-immunes dues à une hyperactivité du système immunitaire à l'encontre de substances ou de tissus qui sont normalement présents dans l'organisme mais peut aussi provoquer des cancers (dégénération des cellules) de la moelle osseuse. Dépistages et tests Pour détecter la prise d EPO, plusieurs méthodes sont mises en œuvre. Dans le corps, il y a naturellement présence d EPO. Le test urinaire permet de repérer la présence d EPO de synthèse car sa structure protidique est différente de celle du naturel. Il peut être effectué de deux manières : l isoélectrophorèse et l électrofocalisation. L isoélectrophorèse est une sorte de chromatographie de l échantillon d urine. On le place sur une plaque métallique sur laquelle se trouve un gel acide d un côté et basique de l autre. Puis on applique un choque électrique sur la plaque, l EPO va alors réagir et se déplacer. Le naturelle va s arrêter autour d un ph de 4 tandis que l artificiel ira jusqu à un ph de 5. Cependant cette technique est peu fiable car il y a peu d EPO dans l urine. Pour l électrofocalisation aussi on procède à une chromatographie, sur laquelle on doit faire circuler un courant électrique tridimensionnel (dans les trois dimensions). Ensuite un anticorps spécifique anti-epo, ce qui permet de détecter l EPO artificiel. Ce test n est pas non plus très fiable, en effet seul un testé sur dix est reconnu positif. Le test urinaire est également complexe, puisque les molécules d EPO ne supportent ni la congélation et la décongélation, mais elles se dégradent rapidement dans l urine. Ce test possède d autres inconvénients, il coûte cher (150 euro), et il n est vraiment pas très fiable, en effet une fois sur deux il se trouve défectueux. Le test urinaire est beaucoup moins cher et plus facile que le Le test sanguin consiste tout simplement à prélever un échantillon de sang. Après analyse, on en retire le taux d hématocrite, qui est le pourcentage en volume de globules rouges présents dans le sang. Le taux normal est situé entre 40% et 50% chez l homme. Chez un utilisateur d EPO il peut passer au-delà pouvant atteindre 65%. On compare le taux prélevé à un échantillon normal. Si on obtient un taux supérieur à 50 %, le test est positif, on suspecter une prise d E- PO. Cependant, et c est la que réside un des inconvénients de de test, certaine personne ont un taux d hématocrite supérieur naturellement à 50%. Plasma 40/50% Globule Ces deux tests sont cependant peu fiable, et ceci est encore plus marqué de par l apparition de nouvelles EPO de synthèse. Plasma 60% Globule rouge Analyse de globules rouges et GAQUERE Romain ELAHEE Zaheer LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 21

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23 LE CHAMPAGNE Comment le champagne arrive-il dans nos verres? lancées dans de grandes et fastidieuses recherches... Ainsi nous savons désormais que le sucre, naturellement présent dans le jus de raisin, se transforme en alcool lors de la fermentation alcoolique. Mais comment se traduit chimiquement cette transformation? Fermentation alcoolique : Glucose + Levures Éthanol + CO2 + Énergie. Ainsi nous apprenons qu'il est nécessaire d'avoir la présence de levures, autrement dit des champignons, pour permettre cette fermentation. Par simple curiosité, nous avons récolté quelquesunes de ces levures et nous les avons observées au microscope. Mais quelque chose nous tracasse, la formule de la fermentation alcoolique ressemble de près à la formule de la respiration cellulaire... Respiration cellulaire : Glucose + O2 CO2 + H2O + Énergie. Vous vous êtes sans doute déjà demander comment le jus de raisin devient alcool et d'où viennent ces adorables petites bulles qui remontent dans nos verres et jouent avec nos papilles... Et bien nous aussi! Pour comprendre de plus près le phénomène, nous avons réalisé une expérience par ExAO, avec des sondes à éthanol, O2 et CO2. Tout d'abord, d'où vient le champagne? Le champagne (AOC* reconnue depuis 1936) vient, vous vous en seriez douté, des raisins. Il est essentiellement élaboré à partir de trois cépages : le Pinot noir (raisin noir), le Pinot Meunier (raisin noir) et le Chardonnay (raisin blanc). Une fois le jus récolté, il subit deux fermentations : alcoolique et malolactique. Les bouteilles sont ensuite stockées horizontalement dans une cave naturelle en calcaire, fraîche et sombre pendant 1 à 3 ans le temps de la maturation. Durant ce laps de temps le producteur fait tourner les bouteilles chaque jour. De quelle manière le jus de raisin devient il alcoolique précisément? Nous avons en premier réaliser l'expérience simplement avec du glucose, et nous avons pu observer, à partir de l'injection de glucose à la première minute jusqu'à la 4e minute, la respiration cellulaire : le concentration d'o2 diminue tandis que la concentration de CO2 augmente faiblement.. Pour connaître le processus métabolique acteur de cette transformation, nous nous sommes d'abord AOC : Appellation d'origine Controlée LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 23

24 Nous avons en premier réaliser l'expérience simplement avec du glucose, et nous avons pu observé, à partir de l'injection de glucose à la première minute jusqu'à la 4e minute, la respiration cellulaire : le concentration d'o2 diminue tandis que la concentration de CO2 augmente faiblement. Lorsqu'il n'y avait plus d'o2, nous avons ajouté des levures. Le résultat ne se fait pas attendre... La concentration de CO2 augmente très fortement et on détecte la présence croissante d'éthanol. Durant les 7 prochaines minutes, nous assistons à une fermentation alcoolique. Nous pouvons donc en conclure que la fermentation alcoolique a bien lieu, mais après la respiration cellulaire, lorsqu'il n'y a plus de concentration d'o2. Ainsi donc le mystère est résolu! A l'aide de levures, le glucose se transforme en alcool. Mais qu'en est il des bulles? Nous savons désormais que les bulles viennent du dioxyde de carbone dissout dans le vin, mais comment explique-t-on leur ascension dans le verre? A l'ouverture de la bouteille, la pression au-dessus du liquide diminue brusquement : la «solubilité» du dioxyde de carbone dans le champagne diminue de sorte qu'une partie de dioxyde de carbone dissout repasse à l'état gazeux. Un nouvel équilibre doit s'instaurer : on estime à 10g le dioxyde de carbone en excès, soit près de 5L de gaz dans une seule bouteille! Mais les bulles ne constituent que 15 à 30% du dégazage total (environ 30 bulles/sec), le reste est directement diffusé à l'interface entre l'air et le champagne. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 24

25 Les bulles proviennent de petites poches d'air coincées par des impuretés microscopiques, souvent provenant des fibres de torchons ou défauts du verre ou bien des microcristaux présents dans le champagne. On appelle ce phénomène la nucléation hétérogène lorsqu'il agit à partir des parois et nucléation homogène lorsque la naissance des bulles est faite dans le liquide. L o r s - qu'une bulle s'échappe de son site de nucléation, elle g r o s s i t tout en se frayant un c h e m i n vers la surface. Son diamètre croit littéralement aussi, à sa naissance il ne mesure que quelques dizaines de micromètres, mais son environnement en dioxyde de carbone est sans cesse renouvelé par l'ascension, elle grossit de 300 à 400 micromètres par seconde et atteint la surface à une vitesse supérieure à 10cm/ sec. La vitesse de la bulle est due à la poussée d'archimède qui augmente à mesure que la taille des bulles croit, de sorte que les bulles accélèrent de façon continue et s'éloignent les unes des autres au cours de leur ascension. Une bulle émise du fond du verre atteint la surface à une vitesse de 15cm/s et un diamètre proche du millimètre. BELLEFONTAINE Irsi LE DIGUERHER Jessica LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 25

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27 LA DIFFERENCE ENTRE LES DEUX SEXES - Chez un homme à caryotype normal, la formule chromosomique est (46, XY). - Chez une femme à caryotype normal, la formule chromosomique est (46, XX). C'est-à-dire que l être humain du sexe féminin possède deux chromosomes sexuels X par comparaison à l être humain du sexe masculin qui possède un chromosome sexuel X et un chromosome sexuel Y. 22 paires de chromosomes sont toujours semblables dans les deux sexes, ils sont nommés les chromosomes homologues ou autosomes. Les chromosomes homologues ou autosomes sont des chromosomes semblables. La 23ème paire est formée de deux chromosomes semblables chez la femme mais différents chez MAS- CULIN LE GENE RESPON- SABLE DU SEXE MASCULIN l homme. Ces chromosomes déterminent le sexe de l individu. Ils sont nommés les chromosomes sexuels ou gonosomes. Si les chromosomes sont «XX», le sexe de l individu sera féminin. Si les chromosomes sont «YY», le sexe de l individu sera masculin. Un nombre anormal de chromosomes pour l espèce humaine est une anomalie chromosomique (erreur dans le nombre de chromosomes) qui se traduit souvent par des anomalies rendant impossibles le développement de l embryon et provoquant un avortement spontané. Cependant certaines anomalies peuvent entraîner des conséquences sur le développement des organes. D après la feuille sur les syndromes le chromosome Y est celui qui détermine le sexe masculin. Mais certains hommes peuvent être XX et certaines femmes XY. Les hommes qui ont ces chromosomes n ont pas de spermatogenèse et les femmes ont des ovaires mais mal différenciés et non fonctionnelle. Comment cela se fait-il? Pour le comprendre on prélève sur le chromosome Y le gène SRY (Sexdertermining Région of Y chromosom). Avec une électrophorèse on constate que les hommes ont tous ce gène qu ils aient les chromosomes XX ou XY et les femmes ne l ont pas. C est donc ce gène qui détermine le sexe de chaque individu. Pour comparer on prélève une autre partie (AZF) pour voir ou celle-ci est présente et elle l est sur tous les individus ayant le chromosome Y qu il soit mâle ou femelle. L APPAREIL GENITAL DE LA SOURIS FEMELLE Ce n est donc pas ce gène qui détermine le sexe. Et on prélève une zone du chromosome X qui n est pas sur le chromosome Y et celui-ci est présent chez tous les individus. C est donc bien la présence du gène SRY qui détermine le sexe. LA DIFFERENCIATION DES VOIES GENITALES AU COURS DU DEVELOPPEMENT LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 27

28 Tableau de comparaison d appareils reproducteur mâle et femelle : Ce n est donc pas ce gène qui détermine le sexe. Et on prélève une zone du chromosome X qui n est pas sur le chromosome Y et celui-ci est présent chez tous les individus. C est donc bien la présence du gène SRY qui détermine le sexe. LA DIFFERENCIATION DES VOIES GENITALES AU COURS DU DEVELOPPEMENT EMBRYONNAIRE Les anomalies lors d une grossesse gémellaire 1916 : Lillie, une biologiste remarque que chez les bovins, lorsqu il y a gestation gémellaire, certaines choses se produisent. Si les deux foetus sont différents, la femelle XX présente systématiquement des anomalies. En effet, elle est soit stérile, les ovaires sont de petites tailles, les trompes utérines sont très peu développées ou même absentes. De plus, certains organes masculins tels que les vésicules séminales peuvent être présentes. L espèce bovine a une autre particularité, c est la fusion des vaisseaux sanguins des placentas des jumeaux qui entraîne un échange de sang. Cela prouve puisque le sang transporte des hormones mais pas des gènes. ROLE DES GONADES DANS LA DIFFERENCIATION DES VOIES GENITALE La castration de gonade indifférenciée sur un embryon. En enlevant les gonades des embryons XX ou XY, les voies génitales de ces embryons une fois développées n ont plus qu un vagin, un utérus et un oviducte. Donc sans gonade, les voies génitales ne se développent pas entièrement, il manque les canaux, les ovaires ou les testicules. C est l appareil génital de la femelle qui a tendance à se développer. Lorsqu on greffe un testicule à un foetus femelle de 20 jours, on constate que le canal de Wolff qui est le canal mâle se développe alors que le canal de Müller ne se développe pas. Donc les testicules greffés font se développer les attributs mâles et les ovaires ne font plus se développer les attributs femelles. Si on implante un cristal d une substance hormonale extraite des testicules, la testostérone à proximité d un des ovaires du foetus femelle de 20 jours, les deux canaux (Wolff et Müller) se développent. Donc, les ovaires et la testostérone font que les différents attributs mâles et femelles se développent. qu il n y a pas que les gènes qui sont responsables de la différence mais aussi des hormones LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 28

29 La testostérone n empêche donc pas les hormones de développer les attributs femelles mais développe les attributs mâles. Ils fonctionnent en moyenne à 15 ans, à l âge de l éjaculation. Avant 10 ans, le taux de gènes Anti-Mullérien est supérieur au taux de testostérone. A 10 ans, les deux taux sont identiques. De 10 à 12 ans, la testostérone passe environ de 50 à 100 ng.100ml. De 12 à 14 ans, elle passe de 100 à 390 ng.100 ml. A 17 ans, elle atteint 490 ng. 100 ml et cesse d augmenter. Les gonades servent à différencier les sexes, les hormones seules ne suffisent pas à différencier. Si il n y a pas de gonade, il y a le canal de Müller vers la voie femelle qui se développe. Si il y a des testicules et des ovaires, il n y a que le canal Wolff qui se développe. En revanche, si il y a juste un ovaire et une hormone mâle (la testostérone) les deux canaux se développent. Hormone responsable de la disparition des canaux de Müller. A l origine, à 14 jours de vie foetale, le canal de Wolff et celui de Müller sont présents tous les deux. Cependant, on observe que lorsqu on place un fragment de testicule foetale de mammifère ou qu on ajoute le gène AMH (anti-müllérienne purifiée) le canal de Müller va rétrécir. On peut donc en conclure, qu une hormone contenue dans les testicules va faire rétrécir ce canal. Ceci ne se produit donc que pour le mâle. Pour la femme, la fin du développement des organes génitaux a lieu à 15 ans et demie en moyenne mais peut aller jusqu à 19 ans pour les plus tardives ou avoir lieu à 11 ans pour les plus précoces. Les premières règles ont lieu à 12 ans en moyenne mais peuvent apparaître à 11 ans pour les plus Précoces et à 15 ans pour les plus tardives. A 7 ans, la quantité de Oestradiol (équivalent à la testostérone) commence à augmenter. Elle atteint 2 ng. ml à 9 ans et 7ng.ml à 13 ans. A partir de ce moment, elle cesse d augmenter et stagne. On constate également que la masse des organes génitaux augmente à partir de 10 ans. Pour l homme, à 10 ans, la masse des vésicules séminales cesse d augmenter (0,99). A ans, la masse recommence à augmenter. Les testicules et l épididyme pèsent 31g à 10 ans et cessent d augmenter à ans. La masse des testicules augmente encore après 24 ans où elle pèse 35g. Il s agit donc d une hormone qui n est présent que dans le sexe masculin qui va faire rétrécir et disparaître le canal Müller. Le canal Müller sera donc présent chez la femme car aucune hormone anti-müllérienne n est présente dans les ovaires. LE DEVELOPPEMENT DES ORGANES GENI- TAUX CHEZ L HOMME ET LA FEMME Les organes génitaux masculins commencent à se développer à 10 ans pour les plus précoces et à 13 ans pour les plus tardifs. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 29

30 Pour la femme, la masse de l utérus augmente à partir de 11 ans et passe de 5g à 11 ans à 44g à 18 Ans et demie où elle s arrête enfin. Melvyn BILLON Emilien FERRET Paul VALENTIN La masse des ovaires passe de 2g à 11 ans à environ 8g à 18 ans et demie et cesse d augmenter. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 30

31 LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 31

32 Un jour d été, j étais couché sous un pommier et je regardais le ciel. Subitement il m est venu la curieuse idée de savoir pourquoi le ciel était bleu. Etait-ce à cause des océans ou pas? J ai mené des recherches et j ai obtenu une réponse à ma question. Le premier a avoir commencé à expliquer correctement la couleur bleue du ciel a été John Tyndall, en Il découvrit que quand la lumière passe à travers un liquide clair mais contenant des petites particules en suspension, les longueurs d'ondes plus courtes comme le bleu sont plus diffusées que le rouge. ceci peut être montré en faisant passer un faisceau de lumière blanche à travers une longue cuve remplie d'eau à laquelle on a mélangé un peu de lait ou de soupe. Sur les cotés le faisceau peut être vu par la lumière bleue qui est diffusée, mais la lumière qu'on peut voir sortir directement à la fin de la cuve, elle, tend vers le rouge après avoir parcouru la totalité de la cuve. Pour vérifier l expérience de Tyndall, j ai décidé de faire une petite expérience: J ai versé quelques gouttes de lait dans le récipient, positionné la source lumineuse de telle façon qu elle éclaire le récipient : LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 32

33 Voici ce que j ai pu observer.: Lorsque vous regardez le récipient dans la direction 1 le rayon lumineux semble blancbleuté (journée). Mais si vous regardez par la direction 2, le rayon apparait jaune-orangé (couché du soleil). Le bleu du ciel est le résultat de la diffusion de la lumière solaire par l'atmosphère. Si celle-ci n'existait pas, on verrait une voûte céleste toute noire et les étoiles seraient visibles en plein jour. La lumière blanche du soleil est en réalité un mélange de toutes les couleurs de l arc-en-ciel. Elle voyage sous forme d ondes de différentes longueurs (chaque couleur à sa longueur d onde comprise entre 750 nm et 446: le rouge a une longue de 750 nm et le violet 446 nm.), en ligne droite jusqu à ce qu elle rencontre un obstacle. Considérons un rayon de lumière en provenance du Soleil. En entrant dans l'atmosphère, ces rayons heurtent des molécules. Lorsqu il se produit, les couleurs ayant une longueur d onde plus courte seront diffusées, c'est-à-dire éparpillé dans l'atmosphère. Une partie de cette lumière, après de nombreux "rebonds", finit par arriver sur Terre, mais plus dans l'axe du soleil. De ce fait, en regardant le ciel, on vois beaucoup de rayons bleus diffusés par les molécules de l'air, alors que peu de rayons rouges auront été diffusés. Résultat: le ciel nous semble bleu, alors qu'il s'agit d'une partie de la lumière solaire qui nous parvient indirectement. Les différentes nuances de bleu que prend le ciel dépendent de la quantité de molécules et de poussières présentes dans l'air. Plus il y a des gouttes d'eau et de poussière dans l'air, plus la diffusion est amplifiée, augmentant ainsi la proportion de vert et de jaune, donnant une teinte plus claire au bleu. Par contre, l'absence de poussière et de gouttes d'eau permettent à la radiation bleue de se renforcer (comme dans les hautes montagnes). En altitude : Sur Terre, en altitude, la couche d'atmosphère est plus mince ce que réduit la diffusion de la lumière blanche. La lumière diffuse constituant le ciel est moins importante, il nous apparaît alors plus foncé. Alors qu'au niveau de la mer, la diffusion plus importante éclairci le ciel : le bleu est plus diffusé et le vert un petit peu aussi. Pourquoi le couché du soleil est rougeorangé? Lors d un couché de soleil, les rayons du soleil parcourent une plus grande distance (d2) par rapport à la distance parcouru le jour (d2); la diffusion est plus importante. Une plus grande partie du spectre lumineux est diffusée: violet, bleu, vert sont totalement dissipés. Il ne reste plus que les composantes rouges et jaunes. Pourquoi le ciel n est pas violet? Si les longueurs d ondes plus courtes sont diffusées, pourquoi le ciel n est pas personnel? En fait une partie de la lumière est absorbée par l atmosphère de plus l œil est moins sensible à ces couleurs. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 33

34 LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 34

35 Historique: L ASPIRINE L'aspirine a plus de 100 ans : c'est en 1899 que le laboratoire Bayer l'a lancé sur le marché. Mais déjà 400 ans avant Jésus Christ, les grecs en utilisaient sans le savoir: ils réalisaient des décoctions de feuilles de saule, réputées pour leurs vertus contre la fièvre et les douleurs. Or le principal ingrédient de l'aspirine est l'acide acétylsalicylique, que l'on trouve à l'état naturel dans certaines plantes, notamment l'écorce de saule. Aujourd'hui, l'aspirine est synthétisée chimiquement à partir de phénol C6H5OH. Les cibles de l'aspirine: L'aspirine est absorbée par la muqueuse gastrique ou par la paroi intestinale (c'est pourquoi les formes effervescentes agissent plus rapidement). Elle agit avant tout sur les COX (Cyclo-oxygénases) 1 et 2, qui sont des enzymes constitutives de l'organisme. Elles servent à la synthèse de différentes substances, dont la prostaglandine (nommée ainsi car on pensait d'abord qu'elle était secrétée par la prostate). Action anti-inflammatoire (pour soulager des douleurs articulaires et musculaires) et analgésique (médicament utilisé en médecine dans le but d'éliminer la douleur): Face à une agression (virus, brûlure, traumatisme ), l'organisme secrète de la prostaglandine. Cette substance augmente la mobilité des cellules chargées de nous protéger (les globules blancs ou anticorps). Mais elle abaisse le seuil de stimulation des récepteurs de la douleur et provoque des rougeurs ou de la fièvre. En inhibant l'action des COX, l'aspirine réduit la production de prostaglandine. En cas de douleurs chroniques (rhumatismes), on prescrit une forme entérique (synonime d'intestinale) de l'aspirine, c'est-à-dire que le comprimé est enrobé dans une substance résistant à l'acidité gastrique. L'aspirine est donc libérée progressivement, ce qui augmente sa durée d'action. Action anti-coagulante: Les cellules endothéliales (qui recouvrent l'intérieur des vaisseaux sanguins) et des plaquettes sanguines sont riches en COX1. Mais cette dernière aboutit à la formation de deux enzymes différentes selon les cellules. Alors que les cellules endothéliales fabriquent de la prostacycline, à l'action anti-agrégante et vasodilatatrice, celles des plaquettes sanguines secrètent au contraire de la thromboxane, au pouvoir agrégant et vasoconstricteur. C'est l'équilibre entre ces deux enzymes qui a s s u r e l a f l u i d i t é d u s a n g. Lors de la prise d'aspirine, les COX sont inhibées de façon irréversible. Mais dans les cellules endothéliales, les enzymes se renouvellent en perma- Les effets secondaires: L'effet anticoagulant de l'aspirine prolonge le temps de saignement. Elle est donc formellement déconseillée aux hémophiles. Elle attaque aussi la muqueuse intestinale, et peut provoquer des ulcérations et des saignements, allant jusqu'à la perforation du tube digestif. Enfin, environ 3% des gens sont allergiques à l'acide acétylsalicylique. Attention! Vous n'avalez jamais de l'aspirine pure. On ajoute des excipients divers (substance neutre qui entre dans la composition d'un médicament) pour améliorer son goût, sa solubilité, ou pour amalgamer la substance. L'aspirine est aussi souvent vitaminée, on ajoute alors de l'acide ascorbique (vitamine C). En cas de douleurs chroniques (rhumatismes), on prescrit une forme entérique (synonime d'intestinale) de l'aspirine, c'est-à-dire que le comprimé est enrobé dans une substance résistant à l'acidité gastrique. L'aspirine est donc libérée progressivement, ce qui augmente sa durée LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 35

36 Des applications à l'infini: Aujourd'hui encore on découvre chaque jour de nouvelles propriétés à l'aspirine : elle réduirait les risques de cancer du colon, diminuerait la croissance des tumeurs cancéreuses. Aux deux âges extrêmes de la vie, l'aspirine joue un rôle protecteur. En empêchant les caillots sanguins,² l'aspirine prévient les retards de croissance du fœtus, souvent dus à une obstruction partielle des vaisseaux alimentant le placenta. De même, certaines formes de démences séniles dues à des artères bouchées peuvent être évitées en prenant régulièrement de l'aspirine. L'aspirine est le médicament le plus consommé au monde : tonnes sont produites chaque année, soit 100 milliards de comprimés. Elle est aussi intégrée à de nombreuses autres préparations : plus de 230 médicaments vendus en France contiennent de l'aspirine. LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 36

37 Préparation de l'aspirine: Nous avons effectué la synthèse de l'aspirine aussi appelée acide acétylsalicylique, pour cela nous avons introduit dans un erlenmeyer 7,5g d'acide salicylique, 12mL d'anhydride acétique et 7 gouttes d'acide sulfurique concentré. Puis après l avoir chauffer pendant 15 min le contenu de l'erlenmeyer. Refroidissement: Ou nous avons déposer l'erlenmeyer dans un cristallisoir contenant de l'eau glacée. Filtration sur buchner: Schéma: Puis versé le contenu de l'erlenmeyer dans le buchner. Cette technique permet d'écouler l'eau dans une trompe en aspirant l'air contenu dans le flacon afin de procéder à une aspiration sous vide. Ainsi il y a une une dépression qui va permettre de sépare le solide du liquide. C'est ce que l'ont appel l'effet Venturi. Maintenant nous avons obtenu des cristaux d'aspirine brut. Purification et recristallisation: La technique de recristallisation est une étape de repurification que l on réalise en fin de synthèse. La solution obtenue est filtrée à chaud pour éliminer, les impurtés éventuelles insolubles. Enfin déposé les cristaux dans un bécher puis ajouté 8 ml d'éthanol. Puis chauffé jusqu'à la dissolution complète du solide. Laisser refroidir, placer le bécher dans un cristallisoir puis filtrer à nouveau. Maintenant il s'agit de cristaux d'aspirine pur. L'aspirine a une fonction ester et acide. L'expérience ci-dessus est un peu plus lente mais complète contrairement aux réactions d'estérification. Qui consiste à prendre un alcool plus un acide ce qui donne un ester plus de l'eau qui produit une réaction non total et un rendement inférieur à 100%. Alors que si l'estérification est total on utilise un alcool plus un anhydride éthanique à la place de l'acide ce qui donne également un ester et un acide. Ce procédé est plus lent, plus dangereux mais produit beaucoup plus de matière. Le rendement trouvé à la suite de l'expérience se note µ et vaut 0,80 soit 80%. BETIN LAUREEN CARDOT SOLEMNE DANIEL LESLIE LA SCIENCE POUR LES NULS numéro 2 37

Expérience # 2. Synthèse de l Aspirine et du Tylenol

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