TIPS GUIDE - Chemistry FR

1. The European Commission support for the production of this publication does not constitute an endorsement of the contents which reflects the
views only of the authors, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.
Teaching Innovative Practices in STEM (TIPS)
2015-1-ES01-KA219-015719_1
TIPS GUIDE
Chimie
C. Laugel
Lycée Marguerite Yourcenar (Erstein), FRANCE
0. Introduction
L’acronyme TIPS signifie « Teaching Innovative
Practices in STEM », c’est-à-dire « Enseigner des
pratiques innovantes en Sciences, Technologie,
Ingénierie et Mathématiques ». TIPS est un projet
Erasmus+ au cours duquel quatre écoles
(Belgique, Espagne, France et Italie) ont travaillé
ensemble pendant deux ans (2015-2017) pour
partager leurs méthodes d’enseignement en
STEM. Vous pouvez trouver des informations
complémentaires (en anglais) sur ce projet à
l’adresse suivante : http://bit.ly/2rRCpEI.
1. Résumé
Comme de très nombreuses confiseries, les
bonbons Schtroumph©
contiennent des
colorants, et en particulier du bleu patenté
responsable de la coloration bleue [1]. L’Union
Européenne fixe pour chaque colorant
alimentaire la dose journalière admissible, c'est-
à-dire la quantité maximale que peut ingérer un
homme, par jour, sans aucun risque appréciable
pour sa santé. Il s’agit ici de déterminer le
nombre de bonbons Schtroumph©
qu’une
personne peut consommer en une journée sans
dépasser cette dose maximale. Pour ce faire, il
faut déterminer la masse de bleu patenté
contenue dans un bonbon : on procède par
étalonnage avec un spectrophotomètre. Le
résultat final est de plusieurs centaines de
bonbons par jour, normalement inatteignable.
2. Matériel et protocole expérimental [2]
Par groupe d’élèves :
 Une paire de ciseaux
 Un bonbon Schtroumph©
 Un bécher en pyrex de 100 mL
 Une pissette d’eau distillée
 Un agitateur en verre
 Une plaque chauffante
 Une fiole jaugée de 50 mL et son bouchon
 Une pipette en plastique
 1 bécher de 50 mL
 Un tube à essai et son bouchon
Sur la paillasse du professeur :
 Une burette graduée contenant une solution
mère de bleu patenté V (colorant E 131) de
concentration c = 5,6 mg/L, appelée
solution 1.
 Une burette graduée contenant de l’eau
distillée
 Un spectrophotomètre (pour cet article :
Biochrom Libra S 6)
 Des cuves transparentes et des pipettes en
plastique
 Optionnel : 10 mL de solution de bleu
patenté V de concentration c = 11,2 mg/L
(solution 2) et 10 mL de solution de bleu
patenté V de concentration c = 16,8 mg/L
(solution 3)
Préparation de la solution 1 :
 Si vous disposez de bleu patenté V sous
forme de sel de sodium (M = 582 g/mol) :
dissoudre 5,82 mg de sel pour un litre de
solution.
 Si vous disposez de bleu patenté V sous
forme de sel de calcium (M = 1160 g/mol) :
dissoudre 11,6 mg de sel pour un litre de
solution.

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Préparation de la solution Schtroumph©
[3]
 À l’aide de ciseaux, couper le chapeau d’un
Schtroumph©
(Figure 1) pour ne conserver
que la partie du corps colorée en bleu. Il faut
veiller à ne pas enlever de partie bleue (pour
ne pas sous-estimer la masse de colorant), ni
laisser de bonnet coloré, en particulier
lorsqu’il est rouge, ce qui risquerait de
surestimer la concentration en colorant. En
effet, les anthocyanes responsables de la
coloration rouge ont un maximum
d’absorption autour de 520 nm et absorbent
encore autour de 640 nm qui est la longueur
d’onde de réglage du spectrophotomètre
(maximum d’absorption du bleu patenté). Le
problème ne se pose pas avec le colorant
jaune (lutéine), qui n’absorbe pas à cette
longueur d’onde.
Figure 1. Bonbons Schtroumph
©
(marque Haribo)
 Introduire le Schtroumph©
ainsi préparé
dans un bécher en pyrex de 100 mL.
 Ajouter un peu d’eau distillée (20 à 30 mL
maximum).
 Chauffer le bécher sur plaque chauffante, en
remuant avec un agitateur en verre, jusqu’à
dissolution complète du bonbon
Schtroumph©
.
 Si nécessaire, laisser refroidir la solution
jusqu’à ce qu’elle soit tiède.
 La transférer dans une fiole jaugée de 50 mL.
 Rincer le bécher avec une petite quantité
d’eau distillée, et récupérer les eaux de
rinçage dans la fiole jaugée. Il faut veiller à
ne pas utiliser trop d’eau distillée pour ne
pas dépasser le trait de jauge de la fiole.
 Compléter la fiole jaugée avec de l’eau
distillée jusqu’au trait de jauge à l’aide d’une
pipette en plastique.
 Boucher et agiter pour homogénéiser la
solution.
 Transférer la solution dans un bécher de
50 mL en vue de son analyse au
spectrophotomètre.
La solution ainsi obtenue, appelée solution
Schtroumph©
, est de couleur bleue et contient la
quantité de bleu patenté d’UN bonbon
Schtroumph©
.
Dans le cadre de la séance avec le groupe
Erasmus+, chacun des 7 groupes d’élèves a
préparé sa solution Schtroumph©
.
Préparation des solutions diluées de bleu
patenté V
Il s’agit de préparer des solutions diluées de bleu
patenté V à partir de la solution 1. Pour cela,
2 burettes graduées sont mises à disposition des
élèves sur la paillasse du professeur. L’une
contient la solution 1, l’autre de l’eau distillée.
Chaque groupe se voit attribuer un
numéro correspondant à la solution diluée qu’il
doit préparer. Selon le niveau des élèves et la
durée de la séance, on peut :
 soit donner la concentration massique
(ou le facteur de dilution) de la solution
diluée à préparer, et demander aux
élèves de calculer les volumes de
solution 1 et d’eau distillée à prélever.
 soit donner le protocole complet de
préparation de la solution diluée.
Un volume de 10 mL de chaque solution diluée
est suffisant pour la mesure au
spectrophotomètre. Dans un tube à essai, chaque
groupe verse le volume Vsolution 1 et le volume
Veau distillée correspondants à son groupe. Le tube à
essai est ensuite bouché et agité pour
homogénéiser la solution.
On notera que les prélèvements peuvent
également s’effectuer à l’aide de pipettes
graduées.

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Solution colorée
absorbant la lumière
Une proposition de dilutions, utilisées lors de la
séance avec le groupe Erasmus+, est donnée
dans le tableau 1.
Tableau 1. Préparation des solutions diluées de bleu
patenté V : concentrations massiques en bleu
patenté V et volumes de solution mère de bleu
patenté V (solution 1) et d’eau distillée à prélever
Numéro de groupe 1 2 3 4 5 6 7
Concentration
massique c en mg/L
5,04 4,48 3,92 3,36 2,80 2.24 1,68
Vsolution 1 en mL 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0
Veau distillée en mL 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0
Mesures d’absorbance
Chaque groupe procède à la mesure de
l’absorbance A de la solution diluée de bleu
patenté V qu’il a préparée. Pour ce faire :
 régler la longueur d’onde du
spectrophotomètre sur le maximum
d’absorption du bleu patenté, soit 640 nm.
 Effectuer un blanc à l’aide d’une solution
d’eau distillée.
 Mesurer l’absorbance de la solution diluée
préparée (Figure 2).
Figure 2. Cuve pour spectrophotomètre contenant la
solution
On mesure également l’absorbance de la
solution 1, et le cas échéant celle des solutions 2
et 3.
L’ensemble des mesures mises en commun
permet de tracer la droite d’étalonnage (voir
Résultats et évaluation)
Chaque groupe mesure également
l’absorbance AS de la solution Schtroumph©
qu’il
a préparée.
3. Résultats et évaluation
Spectrophotométrie et droite d’étalonnage
L’œil est un détecteur de couleurs très efficace,
mais il n’est pas assez sensible pour repérer des
variations faibles de couleurs, et surtout, il ne
permet pas de faire de mesures. Un
spectrophotomètre est un appareil qui mesure
l’intensité d’un faisceau de lumière traversant
une solution colorée : plus précisément, il
mesure l’intensité de la lumière avant et après
traversée de la solution colorée (Figure 3) et
calcule ainsi une grandeur appelée absorbance A
(sans unité).
Figure 3. Faisceaux de lumière avant et après
traversée de la cuve contenant la solution colorée à
analyser
L’absorbance dépend de plusieurs paramètres
(espèce colorée présente dans la solution,
concentration de cette espèce colorée, largeur
de la cuve contenant la solution, longueur d’onde
du faisceau de lumière qui traverse la solution).
Dans le cadre de notre expérience (faibles
concentrations), on peut utiliser la loi de Beer-
Lambert, qui indique qu’absorbance et
concentration sont proportionnelles :
A = k c (k est une constante)
Ainsi, le tracé de A en fonction de c donne une
droite linéaire et permet d’établir le lien entre
l’absorbance du bleu patenté V et sa
concentration en solution. Cette droite est
appelée droite d’étalonnage.
Cette droite peut ensuite être utilisée pour
déterminer la concentration de la solution
Schtroumph©
, par lecture directement sur le
graphique ou en utilisant l’équation de la droite.

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Résultats
 Absorbances des solutions 1, 2 et 3
Solution 1 : A1 = 1,06
Solution 2 : A2 = 1,47
Solution 3 : A3 = 2,27
 Absorbances des solutions diluées
Les résultats du groupe Erasmus+ sont donnés
dans le tableau 2.
Tableau 2. Absorbance des solutions diluées en
fonction de leur concentration massique en bleu
patenté V
Numéro de groupe 1 2 3 4 5 6 7
Concentration
massique c en mg/L
5,04 4,48 3,92 3,36 2,80 2.24 1,68
Absorbance 0,73 0,67 0,59 0,52 0,42 0,27 0,32
 Droite d’étalonnage
Les 10 mesures ainsi obtenues permettent de
tracer la courbe d’étalonnage A = f(c) (Figure 4).
 Détermination de la concentration en bleu
patenté V de la solution Schtroumph©
Chaque groupe d’élèves a mesuré l’absorbance
AS de sa solution Schtroumph©
et peut l’utiliser
pour déterminer la concentration en bleu
patenté V. On peut également mettre les
mesures en commun et calculer la valeur
moyenne.
Pour le groupe Erasmus+, les résultats sont
donnés dans le tableau 3.
Tableau 3. Absorbance des solutions Schtroumph
©
pour les élèves du groupe Erasmus+
Numéro de groupe 1 2 3 4 5 6 7
Absorbance de la
solution
Schtroumph©
0,89 0,78 0,99 0,98 0,92 0,94 0,99
Valeur moyenne : AS = 0,93
Figure 4. Exemple de droite d’étalonnage du bleu patenté V pour le groupe Erasmus+
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
AbsorbanceA
Concentrationmassique c (mg/L)
AS = 0,93
Equationde la droite
A = 0,14 c
cS = 6,6 mg/L

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On peut alors déterminer la concentration cS en
bleu patenté de la solution Schtroumph©
:
 Par lecture graphique :
On reporte la valeur de l’absorbance AS sur l’axe
des ordonnées, on cherche le point de la droite
qui a pour ordonnée AS et on lit l’abscisse cS de ce
point (Figure 4).
Groupe Erasmus+ (valeur moyenne), cS = 6,6 mg/L
 En utilisant l’équation de la droite :
AS = k × cS soit cS = AS / k
Groupe Erasmus+ : cS = 0,93 / 0,14 = 6,6 mg/L
 Détermination de la masse de bleu patenté V
contenu dans un bonbon
Pour trouver la masse mS de bleu patenté V dans
un bonbon, on se rappelle que la solution
Schtroumph©
a été préparée en utilisant un seul
bonbon : la masse de bleu patenté V dans les
50 mL de solution correspond donc à la masse de
bleu patenté dans un bonbon :
mS = cS × V = cS × 0,050
Groupe Erasmus+ : mS = 6,6 × 0,050 = 0,33 mg
La masse de bleu patenté dans un bonbon valait
0,33 mg.
 Nombre de bonbons que l’on peut manger
sans risque
Pour connaître le nombre de bonbons qu’une
personne peut manger, il faut tenir compte de la
dose journalière admissible (DJA) du bleu
patenté : elle est de 2,5 mg / jour / kg de masse
corporelle. Ainsi, pour une personne de 60 kg, la
DJA vaut : DJA = 2,5 × 60 = 150 mg.
Une personne de 60 kg peut ingérer 150 mg de
bleu patenté V par jour sans risque pour sa santé.
Le nombre de bonbons qu’elle peut manger est :
DJA / mS = 150 / mS
Groupe Erasmus+ :
150 / mS = 150 / 0,33 = 450 bonbons.
Un paquet de bonbons contient environ
40 bonbons, 450 bonbons correspondraient donc
à environ 11 paquets.
Les colorants alimentaires sont présents dans de
nombreux aliments, en particulier en confiserie,
et leur emploi fait souvent débat. Ce protocole
permet de réaliser ce que représentent en
pratique les doses limites imposées par l’Union
Européenne via la dose journalière admissible. La
méthode employée, la spectrophotométrie, fait
partie des méthodes d’analyse utilisée par la
répression des fraudes pour vérifier la conformité
des aliments.
4. Remerciements
L’auteur souhaite remercier le programme
européen Erasmus+ qui a financé le projet TIPS
(subvention 2015-1-ES01-KA219-015719_2).
5. Références
(1) N. Coppens et al., Physique-chimie Terminale S
spécifique, collection Sirius (Nathan, 2012)
(2) Académie de Versailles, Le bleu des bonbons
Schtroumphs©
:
http://www.phychim.ac-
versailles.fr/IMG/pdf/schtroumpfs_profs.pdf ou
http://www.phychim.ac-
versailles.fr/spip.php?article755
(3) M. Meyniel, spectroscopie UV-visible :
bonbons Schtroumph©
http://sciences-physiques-vesinet.e-
monsite.com/medias/files/tp-8-spectroscopie-uv-
visble-schtroumpf-bis.pdf