La chimie, c’est facile

Nous allons voir dans cet article comment sont constituées toutes les choses qui nous entourent, et surtout celles qui nous intéressent au potager : l’air, l’eau, le sol, et bien sûr les plantes… Nous allons donc faire un peu de chimie. Vous allez voir, c’est beaucoup plus simple que vous ne l’auriez cru. Si vous n’avez jamais eu l’esprit scientifique, vous allez enfin comprendre la différence entre les électrons, les atomes, les ions et les molécules, et surtout en quoi ça nous concerne en tant que jardinier, en quoi ça va nous aider à comprendre puis améliorer nos cultures ! On parlera notamment du carbone, de l’azote, de l’oxygène, de l’hydrogène, et on finira en étudiant le mécanisme de base de la photosynthèse.

Attention, une image vaut mille mots ! Je vous conseille donc très fortement de regarder la vidéo ci-dessous plutôt que de lire l’article. De nombreux schémas animés vous permettront de mieux comprendre mes explications.

Avant de rentrer dans le vif du sujet, je précise au passage pour les plus scientifiques d’entre vous que, dans un but de vulgarisation, je vais fortement simplifier certains concepts, je vais même être obligé de dire 1 ou 2 petites bêtises. Si je voulais être parfaitement exact scientifiquement, je serais obligé de trop détailler certaines notions. Ca deviendrait trop complexe pour une simple introduction comme celle-ci. L’essentiel est que vous compreniez les grands principes, on est là pour faire du jardinage, pas de la recherche fondamentale en physique quantique !

Tout d’abord, commençons par les atomes. La matière qui nous entoure est constituée d’atomes. Ils sont vraiment les briques de base du monde dans lequel on vit. Un atome, c’est un noyau autour duquel tournent des électrons, qui ont une charge électrique négative. Le noyau est constitué de protons (qui ont une charge électrique positive) et de neutrons (qui ont une charge électrique neutre).

Dans n’importe quel atome, il y a toujours autant de protons que d’électrons. Les + et les – se compensent parfaitement et un atome est donc électriquement neutre. Au passage, ce n’est pas par hasard que l’on parle des charges électriques des protons et des électrons. L’électricité que l’on utilise tous les jours, c’est tout bêtement un déplacement d’électrons. Ces électrons courent d’un atome au suivant, et ça crée le courant électrique !

Mais le comportement normal d’un électron, ce n’est pas de courir d’un atome au suivant, c’est de tourner en orbite autour du noyau de son atome. C’est une notion importante qui va expliquer beaucoup de mécanismes qui nous intéressent au potager. Parce que les orbites des électrons ne sont pas aléatoires, les électrons se rangent par couches. Et chaque couche sera considérée comme pleine quand elle contiendra un certain nombre d’électrons. 2 pour la 1ère, 8 pour la 2ème, 8 pour la 3ème, etc…

Un concept très proche de celui d’atome : les éléments chimiques. Toujours pour simplifier, on va faire comme si un atome et un élément chimique, c’était la même chose. Je le rappelle, on n’est pas là pour se faire des noeuds au cerveau avec un cours de chimie trop complexe, on essaie juste de comprendre quelques notions de base, celles qui vont nous servir pour le potager.

Et donc, en commençant par les plus simples, les premiers éléments chimiques sont les suivants :

• L’hydrogène qui est composé d’un proton, aucun neutron, et un électron. Juste un proton et un électron, c’est le plus simple des atomes. Au passage, chaque élément est abrégé par 1 lettre majuscule, et éventuellement une 2ème lettre, en minuscule. Pour l’hydrogène, c’est juste un H majuscule.
• Puis vient l’hélium (He), composé en général de 2 neutrons, 2 protons, et donc forcément 2 électrons pour être électriquement neutre comme tout atome qui se respecte.
• Ensuite le Lithium (Li), composé en général de 3 protons, 4 neutrons, et donc forcément 3 électrons.

Et ainsi de suite, à chaque fois qu’on rajoute un proton, et donc un électron, on a un élément différent. On retrouvera ainsi tous les éléments de base de notre univers : le calcium, le fer, le cuivre, l’or, l’uranium, le phosphore, le soufre…

Une autre notion importante, les ions. Un ion est un atome ayant gagné ou perdu 1 ou plusieurs électrons. Les électrons perdus ou gagnés sont toujours les électrons les plus externes, et donc les plus accessibles, les plus facilement échangeables. Pourquoi est-ce qu’un atome va perdre ou gagner des électrons ? Parce que son objectif va être d’avoir une couche externe pleine, avec 8 électrons (sauf si cette couche externe est la toute première couche, dans ce cas, vous vous souvenez, on va viser 2 électrons). Et l’atome va “choisir” ce qui est le plus facile pour lui… s’il a une couche externe presque vide, ça sera plus facile de perdre des électrons pour finir de vider cette couche, et si elle est presque à 8, ça sera plus facile de gagner des électrons pour atteindre 8 électrons. Et au moment où il perd un électron (négatif), son nombre de protons (positifs) ne change pas. Notre atome qui était à la base électriquement neutre, perd du négatif, il n’est plus équilibré électriquement, il va donc se retrouver avec une charge globale positive, que l’on va noter avec un petit + après le nom de l’élément.

• Par exemple le Sodium, noté Na car en latin il s’appelle le natrium, a 11 électrons : 2 sur la 1ère couche, 8 sur la 2ème couche, et 1 seul sur la troisième couche. Il va plutôt avoir tendance à perdre ce 11ème électron. Il va perdre une charge électrique négative, et va donc devenir positif. On va le noter Na+.
• Autre élément courant au potager, le magnésium, que l’on note Mg, et qui a 12 électrons : 2 sur la 1ère couche, 8 sur la 2ème couche, et 2 sur la troisième couche. Ca sera plus facile de perdre 2 électrons que d’en gagner 6 pour arriver à 8. En perdant ces 2 électrons, il va perdre 2 charges électriques négatives, et on va le noter Mg++.
• A l’inverse, le chlore, Cl, possède 17 électrons : 2 sur la 1ère couche, 8 sur la 2ème couche, et 7 sur la troisième couche. La 3ème couche serait très heureuse avec 8 électrons, ça sera donc plus facile d’en gagner un 8ème que d’en perdre 7. En gagnant cet électron, il va gagner 1 charge électrique négative, et on va le noter Cl-. Mais cet électron qu’il vient de gagner, il sort d’où ? On va voir ça tout de suite…

Oui, passons maintenant aux molécules. Une molécule, c’est un assemblage d’atomes électriquement neutre. Et pour comprendre ces assemblages, on revient à nos couches d’électrons. On se souvient que les atomes détestent ne pas avoir des couches pleines. Petit conseil pratique au passage : pour les bébés, c’est le contraire ! Nos atomes, je disais, détestent ne pas avoir des couches pleines. Et comment avoir des couches pleines ? Un bon moyen est de se faire des potes avec d’autres atomes et de s’échanger des électrons.

Par exemple, on a vu que le sodium, Na, avait très envie de perdre un électron. A l’opposé, on a vu que le chlore, Cl, avait très envie d’en gagner un. Ils vont donc s’associer pour s’échanger cet électron, et on va obtenir une molécule qu’en chimie on note NaCl. Et comme par magie, on vient d’obtenir… du sel de table ! Eh oui, le NaCl, le chlorure de sodium, c’est tout bêtement du sel.

De même, 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène vont faire une molécule de CO2, très logiquement appelé le dioxyde de carbone (“dioxyde”… ça veut dire 2 oxygènes).

Pour déterminer comment vont s’associer les atomes, on va regarder combien de “bras” a un atome. On peut dire qu’un atome qui a 1 électron en trop ou à qui il manque un électron a 1 bras. Un atome qui a 2 électrons en trop ou en manque a 2 bras, etc… Les atomes les plus courants dans la chimie du vivant sont le carbone, qui a 4 bras, l’azote qui a 3 bras, l’oxygène qui a 2 bras, et l’hydrogène qui a 1 bras. A noter au passage que le chocolat (Ch) a 2 électrons sur la 1ère couche, et 8 électrons sur la 2ème couche. Celle-ci est complète, on considère donc qu’il n’a aucun bras. D’où l’expression “pas de bras, pas de chocolat” ! Allez, je précise quand même avant de me prendre un procès, le chocolat n’est pas du tout un atome, il est bien plus complexe que ça. C’est un aliment complet, composé de centaines de molécules différentes.

Mais revenons à l’atome de carbone. Grâce à ses 4 bras, il va pouvoir très facilement former de longues chaînes et s’associer à d’autres atomes, y compris d’autres atomes de carbone pour construire toutes les briques du vivant, comme les protides, les glucides, les lipides, mais aussi l’ADN, et bien d’autres encore…

En proportions, les principaux atomes constituants les plantes sont donc le carbone (45%) et l’oxygène (45%), puis dans une moindre mesure l’hydrogène (6%) et l’azote (1.5%). Viennent ensuite des éléments moins abondants comme par exemple le calcium ou le magnésium, et enfin les oligo-éléments comme le fer ou le cuivre.

Allez, pour finir, un petit exemple de comment les formules chimiques peuvent nous aider à comprendre le mécanisme du vivant, on va survoler très rapidement le principe de base de la photosynthèse.

On sait en gros que la photosynthèse est indispensable à notre vie sur Terre, puisque c’est par ce mécanisme que les plantes consomment du dioxyde de carbone (CO2) et rejettent de l’oxygène (O2). Mais dans la pratique, on va voir que d’une part elles ont besoin d’eau pour cela, et surtout on va voir à quoi ça leur sert, pourquoi est-ce qu’elles font de la photosynthèse ? Et oui, elles ne font pas ça que pour nos beaux yeux, c’est avant tout pour elles-mêmes qu’elles bossent !

La formule, elle n’est pas si compliquée :

• 6 CO2 (6 molécules de dioxyde de carbone)+ 6 H2O (6 molécules d’eau)

Vont être transformées par la photosynthèse, grâce à l’énergie solaire, en :

• 6 O2 (6 molécules d’oxygène) + 1 C6H12O6 (cette grosse molécule toute bizarre, c’est tout bêtement du sucre)

Je vous laisse recompter, il y a bien le même nombre d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, avant et après.

Eh oui, la photosynthèse permet à une plante de fabriquer du sucre avec uniquement le CO2 de l’air et l’eau du sol. Oui, vous avez bien entendu, avec du gaz et de l’eau, elle va faire du sucre ! C’est quand même magique, non ?! Et elle utilisera ensuite ce sucre soit comme source d’énergie, soit comme brique de base pour sa croissance. Et l’oxygène qui nous est si précieux n’est en fait qu’un déchet de la photosynthèse ! Oui, un déchet, la plante n’en a pas besoin à ce moment-là, elle le rejette !
On va s’arrêter là pour l’instant. On se retrouve très vite pour découvrir ensemble d’autres mécanismes du vivant, d’autres interactions entre les plantes et leur milieu. Tout ça bien sûr dans le but de mieux comprendre comment fonctionne votre potager, comment optimiser au mieux ce fonctionnement, et finalement comment prendre du plaisir à avoir de superbes récoltes !