CHIMIE

OPTION NUTRITION

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

PRÉLIMINAIRES

0.1. Introduction à la Chimie pour la Nutrition

📜 La chimie constitue le langage scientifique qui permet de déchiffrer la composition des aliments et de comprendre les transformations qu’ils subissent, de la cuisson jusqu’à leur assimilation par l’organisme. Ce cours a pour vocation de doter le futur technicien en nutrition des outils conceptuels indispensables pour analyser la nature moléculaire des nutriments. La maîtrise des principes chimiques fondamentaux est la condition sine qua non pour aborder avec rigueur la diététique, la technologie alimentaire et la physiologie métabolique.

0.2. Objectifs Pédagogiques du Cours

🎯 À l’issue de ce cours, l’élève sera capable de décrire la structure de l’atome et de classifier les éléments chimiques pertinents pour la nutrition. Il pourra expliquer les différents types de liaisons chimiques et les principes de base des réactions qui régissent la transformation de la matière. L’objectif final est de permettre à l’apprenant d’identifier les grandes familles de molécules organiques (glucides, lipides, protides) et de corréler leur structure chimique à leurs fonctions nutritionnelles.

0.3. Approche Pédagogique et Recommandations

🧑‍🏫 Ce cours adoptera une approche pédagogique qui lie systématiquement les concepts chimiques abstraits à des applications concrètes dans le domaine de l’alimentation. L’enseignant est invité à utiliser des exemples tirés du quotidien congolais pour illustrer les notions : la réaction de Maillard lors du grillage du poisson « makayabu », le processus de fermentation du manioc pour produire la « chikwangue », ou encore la composition chimique de l’huile de palme extraite dans les palmeraies du Kwilu.

PREMIÈRE PARTIE : FONDEMENTS DE LA CHIMIE GÉNÉRALE

Cette partie initiale jette les bases de la chimie en explorant la constitution de la matière à son niveau le plus fondamental. Elle fournit le socle de connaissances sur les atomes, les molécules et les lois qui gouvernent leurs interactions, un prérequis essentiel pour comprendre la composition et la réactivité des aliments.

Chapitre 1 : La structure de la matière

Ce chapitre se consacre à l’étude des constituants élémentaires de la matière. Il vise à familiariser l’élève avec le modèle atomique et l’organisation des éléments, en insistant sur ceux qui jouent un rôle central dans la composition des organismes vivants.

1.1. L’atome et ses constituants

⚛️ L’étude de l’atome (protons, neutrons, électrons) est abordée comme point de départ pour comprendre toute la chimie. La notion de numéro atomique et de masse atomique est introduite pour permettre l’identification et la différenciation des éléments chimiques.

1.2. Les éléments chimiques et le tableau périodique

🔢 Le tableau périodique est présenté comme un outil de classification puissant qui organise les éléments selon leurs propriétés. Une attention particulière est accordée aux macroéléments (Carbone, Hydrogène, Oxygène, Azote) et aux oligo-éléments (Fer, Cuivre, Zinc, Iode) essentiels à la nutrition humaine, dont la disponibilité varie selon les sols et les régions, comme les sols riches en cuivre du Katanga.

1.3. Molécules et corps purs

⚗️ La distinction fondamentale entre atomes et molécules est établie. La leçon explique comment les atomes s’assemblent pour former des molécules, menant à la définition des corps purs simples (constitués d’un seul type d’atome, comme le dioxygène O₂) et des corps purs composés (constitués de plusieurs types d’atomes, comme l’eau H₂O).

Chapitre 2 : Liaisons et réactions chimiques

Ce chapitre explore les forces qui unissent les atomes et les processus qui réorganisent ces unions. La compréhension des liaisons et des réactions est cruciale pour interpréter les transformations culinaires et métaboliques.

2.1. Les liaisons chimiques

🔗 Les principaux types de liaisons chimiques sont détaillés. La liaison covalente, basée sur le partage d’électrons et fondamentale en chimie organique, est expliquée en profondeur. La liaison ionique, résultant du transfert d’électrons et typique des sels minéraux comme le sel de cuisine (NaCl), est également étudiée.

2.2. Introduction aux réactions chimiques

🔥 La notion de réaction chimique est introduite comme un processus de transformation de réactifs en produits. Le concept d’équation chimique est présenté comme un moyen de représenter symboliquement ces transformations de manière équilibrée, en respectant la loi de conservation de la masse.

DEUXIÈME PARTIE : LA CHIMIE DES SOLUTIONS ET LES ÉTATS DE LA MATIÈRE

Cette partie se concentre sur l’étude des mélanges, en particulier les solutions aqueuses, qui constituent le milieu où se déroulent la quasi-totalité des processus biologiques. Elle aborde également les états de la matière, dont les changements sont omniprésents en technologie alimentaire.

Chapitre 3 : Les solutions aqueuses

Ce chapitre est consacré à l’étude des propriétés des solutions, avec un accent particulier sur le rôle de l’eau comme solvant universel de la vie.

3.1. Solubilité et concentration

💧 Les concepts de soluté, solvant et solution sont définis. La notion de solubilité est explorée, expliquant pourquoi certaines substances (comme le sucre) se dissolvent dans l’eau et d’autres (comme l’huile) ne le font pas. Les différentes manières d’exprimer la concentration d’une solution sont également abordées.

3.2. Acides, bases et pH

🧪 La distinction entre les substances acides et basiques est établie, en lien avec la libération d’ions H⁺ ou OH⁻ en solution. L’échelle de pH est introduite comme un outil de mesure de l’acidité ou de la basicité d’un milieu, une notion capitale pour comprendre l’acidité gastrique ou l’effet des aliments sur l’équilibre acido-basique du corps.

Chapitre 4 : Les états de la matière et leurs transformations

Ce chapitre examine les trois états physiques de la matière et les processus qui permettent de passer de l’un à l’autre, des phénomènes directement observables dans la préparation des aliments.

4.1. Les états solide, liquide et gazeux

🧊 L’organisation des particules dans les états solide, liquide et gazeux est décrite. Les propriétés caractéristiques de chaque état (forme, volume, compressibilité) sont expliquées en se basant sur les forces d’interaction entre les molécules.

4.2. Les changements d’état

🌡️ Les processus de fusion, solidification, vaporisation et liquéfaction sont étudiés en lien avec les transferts d’énergie thermique. Des exemples culinaires illustrent ces notions, comme la fusion du beurre dans une poêle, l’ébullition de l’eau pour la cuisson du « fufu », ou la condensation de la vapeur d’eau sur un couvercle.

TROISIÈME PARTIE : INTRODUCTION À LA CHIMIE ORGANIQUE, LA CHIMIE DU VIVANT

Cette dernière partie constitue le cœur du cours pour les futurs nutritionnistes. Elle établit le pont entre la chimie générale et la biologie en se focalisant sur la chimie du carbone, l’élément central de toutes les molécules qui composent les aliments et les êtres vivants.

Chapitre 5 : Les hydrocarbures et les fonctions organiques

Ce chapitre introduit les principes de base de la chimie organique, en présentant la structure des composés carbonés et les groupements fonctionnels qui leur confèrent leurs propriétés spécifiques.

5.1. La chimie du carbone

⛓️ La capacité unique de l’atome de carbone à former des chaînes longues et variées est expliquée comme étant à l’origine de l’immense diversité des molécules organiques. La distinction entre les hydrocarbures saturés (alcanes) et insaturés (alcènes, alcynes) est établie.

5.2. Les groupes fonctionnels

🧩 Les principaux groupes fonctionnels (alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, amine, ester) sont présentés comme des groupements d’atomes spécifiques qui déterminent la réactivité chimique et les propriétés des familles de composés organiques. Leur identification est une compétence clé pour comprendre la structure des nutriments.

Chapitre 6 : Étude chimique des grandes familles de biomolécules

Ce chapitre de synthèse applique toutes les connaissances acquises à l’étude structurale des trois grandes classes de macronutriments, en montrant comment leur architecture moléculaire détermine leur rôle dans l’organisme.

6.1. La chimie des glucides

🍭 La structure chimique des glucides est explorée, depuis les oses simples comme le glucose et le fructose jusqu’aux disaccharides comme le saccharose et aux polysaccharides complexes comme l’amidon (réserve végétale) et le glycogène (réserve animale).

6.2. La chimie des lipides

🧈 Cette section se penche sur la structure des lipides. La formation d’un triglycéride à partir du glycérol et de trois acides gras est détaillée. La différence structurale entre les acides gras saturés et insaturés est expliquée, en lien avec leurs propriétés physiques et leurs effets sur la santé.

6.3. La chimie des protides

🧬 L’étude des protides commence par la structure générale d’un acide aminé, en mettant en évidence sa double fonction acide et amine. La formation de la liaison peptidique, qui permet l’enchaînement des acides aminés en longues chaînes polypeptidiques pour former les protéines, est expliquée en détail.

ANNEXES

Les annexes offrent des ressources documentaires et visuelles pour accompagner l’apprentissage, permettant de consulter rapidement des informations de référence et de visualiser les structures moléculaires complexes.

Annexe 1 : Tableau périodique des éléments

📋 Une version claire et lisible du tableau périodique des éléments est fournie, constituant un outil de référence indispensable pour tout le cours.

Annexe 2 : Glossaire des termes chimiques

📖 Un lexique définissant les principaux concepts et termes techniques de la chimie générale et organique est inclus pour faciliter la compréhension et la mémorisation du vocabulaire scientifique.

Annexe 3 : Représentation de molécules organiques clés

🔬 Cette section propose des schémas structuraux de molécules importantes abordées dans le cours, telles que le glucose, un acide gras, un acide aminé et la formation d’une liaison peptidique, afin d’aider à la visualisation de leur architecture tridimensionnelle.