Les Sciences - programme de cinquième
Physique-chimie, sciences de la vie et de la Terre, technologie
Leçon 10 - Alimentation et santé
Ce dont le corps a besoin, et pourquoi il en a besoin
Alimentation et santé
Ce que nous allons découvrir
- Deux besoins, et non un seul - le carburant et les matériaux
- L’énergie d’un aliment - mesurer ce qui ne se voit pas
- Le corps dépense même immobile - le métabolisme de base
- Ce que le corps ne sait pas fabriquer - la notion d’indispensable
- Quand il manque quelque chose - comprendre les carences
- Faire correspondre les apports et les besoins - variété et complémentarité
Deux besoins, et non un seul
Pose la question autour de toi : à quoi sert de manger ? La réponse qui revient presque à chaque fois tient en un mot : l’énergie. Cette réponse est juste, et elle est incomplète de moitié. Un corps qui reçoit de l’énergie sans recevoir de matière s’éteint aussi sûrement qu’un corps affamé.
Voici une comparaison qui éclaire la situation. Une maison a besoin d’électricité pour que la lumière s’allume et que le chauffage fonctionne. Mais si une tuile se casse, l’électricité ne la remplacera pas : il faut une tuile. L’organisme se trouve dans la même situation, à ceci près qu’il se répare sans arrêt. Les cellules de la paroi de ton intestin sont remplacées en quelques jours. Ta peau se renouvelle en continu. Tes muscles défont et refabriquent leurs protéines chaque jour. Toute cette matière neuve doit venir de quelque part, et le seul endroit d’où elle puisse venir, c’est l’assiette.
Les besoins nutritionnels désignent l’ensemble de ce que l’organisme doit recevoir pour fonctionner et se maintenir. Ils comportent deux volets indissociables :
- un besoin énergétique : la quantité d’énergie nécessaire pour faire fonctionner les organes, maintenir la température du corps et produire du mouvement ;
- un besoin de matière, que les scientifiques appellent aussi besoin plastique : les constituants nécessaires pour construire, réparer et renouveler l’organisme, et pour régler ses réactions chimiques.
Les apports alimentaires désignent ce que l’alimentation fournit réellement. Une alimentation convient lorsque les apports couvrent les besoins, ni durablement en dessous, ni durablement au-dessus.
Les trois destinations d’un nutriment
Revenons au point précis où le cours précédent nous avait laissés. Un nutriment vient de traverser la paroi de l’intestin grêle et se trouve maintenant dans le sang. Trois avenirs s’ouvrent à lui, et ils se déroulent simultanément dans l’organisme, à chaque instant.
Le premier est l’oxydation. Le nutriment est acheminé jusqu’à une cellule qui le combine au dioxygène apporté par la respiration. Cette réaction libère l’énergie que la cellule utilise pour travailler, et de la chaleur qui maintient ton corps à trente-sept degrés. Le deuxième est l’incorporation : le nutriment devient un morceau de toi. Un acide aminé absorbé ce matin peut se retrouver ce soir dans une protéine de ton muscle. Le troisième est la mise en réserve : ce qui n’est utilisé ni tout de suite ni pour construire est stocké, sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, ou de graisse dans le tissu adipeux. Cette réserve n’est pas un défaut de l’organisme ; c’est ce qui te permet de dormir huit heures sans manger et de te réveiller vivant.
Au XVIIIe siècle, une idée ancienne circulait encore : la respiration servirait à refroidir le sang, comme un ventilateur. Antoine Lavoisier soupçonnait le contraire. Avec Pierre-Simon de Laplace, il construisit vers 1782 un calorimètre à glace : un animal était placé dans une enceinte entourée de glace, et la masse d’eau de fonte recueillie donnait la chaleur dégagée. Le résultat les stupéfia. Un animal produit de la chaleur dans les mêmes proportions qu’un morceau de charbon qui brûle en consommant la même quantité d’air.
Restait à passer de l’animal à l’être humain. Lavoisier s’associa alors à un jeune assistant, Armand Séguin, qui accepta de servir lui-même de sujet. Séguin respirait à travers un tube scellé sur ses lèvres, tandis que l’air consommé était mesuré. Les expériences furent menées à partir de 1789 et présentées à l’Académie en 1790. Elles établirent que la consommation d’air augmente pendant la digestion, augmente encore quand le sujet a froid, et augmente fortement quand il fournit un effort : d’environ mille deux cents pouces cubiques par heure au repos, elle passait à environ trois mille deux cents pouces cubiques pendant le travail, soit près du triple.
Une phrase suffit à mesurer la portée de cette découverte : la nourriture est un combustible, et la respiration est la combustion qui l’utilise. Lavoisier se trompait sur un point, croyant que cette combustion se déroulait dans les poumons, alors qu’elle a lieu dans toutes les cellules du corps. Il fut guillotiné en 1794, à cinquante ans, avant d’avoir pu poursuivre. Ses mesures, elles, ont tenu.
Six catégories, trois rôles
Les scientifiques répartissent le contenu des aliments en six catégories. Cette répartition n’a rien d’arbitraire : elle sépare ce qui joue des rôles réellement différents dans l’organisme.
| Catégorie | Rôle dominant | Apporte de l’énergie ? | Où en trouver |
|---|---|---|---|
| Glucides | Énergie rapidement mobilisable | Oui | Pain, riz, pâtes, pommes de terre, fruits, sucre |
| Lipides | Énergie concentrée et matière des membranes | Oui | Huiles, beurre, fruits à coque, poissons gras |
| Protides | Matière : muscles, enzymes, défenses | Oui, mais ce n’est pas leur emploi principal | Viandes, poissons, œufs, produits laitiers, légumineuses |
| Minéraux | Matière et réglage : os, sang, influx nerveux | Non | Eau, produits laitiers, légumes, viandes, sel |
| Vitamines | Réglage des réactions chimiques | Non | Fruits, légumes, foie, œufs, huiles végétales |
| Eau | Milieu où tout se passe | Non | Boissons et aliments, qui en contiennent beaucoup |
Deux remarques méritent d’être retenues. D’abord, les protides occupent une place à part : ils peuvent fournir de l’énergie, mais l’organisme préfère les réserver à la construction, et il ne les brûle massivement que lorsque les autres sources viennent à manquer. Ensuite, les trois dernières catégories n’apportent pas d’énergie du tout, et leur absence rend pourtant gravement malade. C’est cette observation, longtemps déroutante, qui occupera les chapitres 4 et 5.
Chez un adulte, l’eau représente à peu près soixante pour cent de la masse du corps ; la proportion est encore plus élevée chez le nourrisson et diminue avec l’âge. Une part importante de cette eau ne vient pas du verre que tu bois, mais des aliments eux-mêmes : un concombre en contient environ quatre-vingt-seize pour cent, une pomme environ quatre-vingt-cinq pour cent. Tu peux le vérifier toi-même avec une balance de cuisine, et l’expérience proposée à la fin de ce cours t’explique comment.
Le cours n° 7 a montré comment le dioxygène entre dans l’organisme. Le cours n° 8 a suivi le sang qui le distribue à tous les organes. Le cours n° 9 a détaillé la transformation des aliments en nutriments assez petits pour franchir la paroi intestinale. Ce quatrième volet réunit les trois : le dioxygène du cours 7 rencontre le nutriment du cours 9, tous deux amenés par le sang du cours 8, et cette rencontre libère l’énergie dont vit chacune de tes cellules.
- Manger répond à deux besoins : fournir de l’énergie et fournir de la matière.
- Un nutriment arrivé dans le sang peut être oxydé, incorporé à l’organisme, ou mis en réserve.
- Six catégories de constituants se partagent le travail ; trois seulement apportent de l’énergie.
- Lavoisier et Séguin ont établi vers 1790 que la respiration est une combustion, et que sa vitesse dépend de l’activité, du froid et de la digestion.
L’énergie d’un aliment : mesurer ce qui ne se voit pas
Sur presque tous les emballages figurent une valeur en kilojoules et une valeur en kilocalories. D’où sortent ces nombres ? Personne n’a ouvert le paquet que tu tiens pour en mesurer le contenu. La réponse est plus intéressante que la question.
Le point de départ est une idée que Lavoisier avait déjà entrevue : si un aliment se comporte comme un combustible dans le corps, alors sa combustion hors du corps doit libérer une quantité de chaleur comparable. Il devient donc possible de mesurer, dans un appareil, ce que l’organisme utilisera ensuite discrètement.
Le joule (symbole J) est l’unité internationale de l’énergie. Comme les quantités en jeu dans l’alimentation sont grandes, les étiquettes emploient le kilojoule (kJ), qui vaut mille joules.
La calorie est une unité plus ancienne : c’est l’énergie qu’il faut fournir à un gramme d’eau pour élever sa température d’un degré. Ce que le langage courant nomme « une calorie » sur un paquet est en réalité une kilocalorie (kcal), soit mille calories.
La conversion est fixe : 1 kcal = 4,184 kJ. Les deux unités doivent figurer sur les emballages européens, ce qui explique la présence systématique de deux nombres.
La bombe calorimétrique
L’appareil qui mesure la chaleur d’une combustion s’appelle une bombe calorimétrique, et son nom vient de sa forme : une petite enceinte d’acier épais, capable de résister à la pression. L’échantillon d’aliment séché y est enfermé avec du dioxygène pur, puis enflammé par une étincelle électrique. La bombe est plongée dans une masse d’eau connue. L’élévation de température de cette eau donne la chaleur libérée, et donc l’énergie contenue dans l’échantillon.
Deux détails de construction expliquent la précision du résultat, et ils méritent attention car nous les retrouverons plus loin. L’enceinte est fermée : rien ne s’échappe. Elle est immergée : la chaleur ne peut partir que dans l’eau que l’appareil mesure. Un montage qui ne remplirait pas ces deux conditions laisserait fuir une part importante de la chaleur, et sous-estimerait lourdement l’énergie de l’aliment.
Mesurer l’énergie d’un aliment est une chose ; mesurer l’énergie qu’un être humain dépense en est une autre. À la fin du XIXe siècle, un chimiste américain nommé Wilbur Olin Atwater décida de faire les deux. Il fit construire, avec le physicien Edward Rosa puis avec Francis Benedict, un calorimètre respiratoire : une chambre en cuivre d’environ un mètre quatre-vingts de haut, entourée de bois et de zinc pour tenir sa température constante, dans laquelle une personne pouvait vivre plusieurs jours d’affilée.
Le sujet y dormait, y mangeait, y lisait, y pédalait sur un cycloergomètre. Pendant ce temps, l’appareil enregistrait le dioxygène consommé, le dioxyde de carbone rejeté et la chaleur dégagée. Certains séjours ont duré jusqu’à douze jours. Ces expériences, menées à l’université Wesleyan entre 1892 et 1902 environ, ont établi une conclusion que beaucoup de savants de l’époque contestaient encore : le corps humain obéit au principe de conservation de l’énergie, comme une machine. Ce qui entre sous forme d’aliments ressort sous forme de chaleur, de travail et de déchets, sans que rien ne se perde ni n’apparaisse.
Atwater compara ensuite l’énergie mesurée dans la bombe et l’énergie réellement utilisable par l’organisme. L’écart provient de ce qui n’est pas absorbé et de ce qui repart dans l’urine. De cette comparaison sont sortis les coefficients que les étiquettes utilisent encore aujourd’hui.
Quatre, quatre et neuf
Le résultat le plus utile de ce travail tient en trois nombres. Un gramme de glucides fournit environ quatre kilocalories, un gramme de protides également quatre, et un gramme de lipides neuf, soit plus du double. Le règlement européen sur l’information des consommateurs reprend ces valeurs en kilojoules, avec de légers arrondis, et y ajoute les fibres et quelques cas particuliers.
| Constituant | kJ par gramme | kcal par gramme |
|---|---|---|
| Lipides (matières grasses) | 37 | 9 |
| Glucides, hors polyols | 17 | 4 |
| Protéines | 17 | 4 |
| Fibres alimentaires | 8 | 2 |
| Acides organiques | 13 | 3 |
Pourquoi les lipides se détachent-ils ainsi ? La raison est chimique. Une molécule de graisse contient de longues chaînes d’atomes de carbone entourés d’hydrogène et pratiquement dépourvues d’oxygène. Un glucide, lui, porte déjà beaucoup d’oxygène dans sa structure : une partie du chemin vers la combustion est en quelque sorte déjà parcourue, et il reste donc moins d’énergie à libérer. C’est aussi pour cette raison que les organismes vivants, du grain de tournesol à l’ours en hibernation, stockent leurs réserves de longue durée sous forme de graisse plutôt que de sucre : à énergie égale, la graisse pèse deux fois moins.
Prenons cent grammes d’un pain de mie dont l’analyse donne 49 g de glucides, 8 g de protéines et 3,5 g de lipides. Le calcul reprend les coefficients du tableau :
Énergie = (49 × 17) + (8 × 17) + (3,5 × 37) = 833 + 136 + 129,5 = 1 098 kJ, soit environ 260 kcal.
Remarque ce que révèle ce calcul. Les lipides ne représentent que 3,5 % de la masse pesée, mais près de 12 % de l’énergie apportée. Une petite quantité de gras compte beaucoup dans le total ; c’est une conséquence directe du facteur neuf.
La valeur énergétique inscrite sur un emballage n’est que rarement obtenue en brûlant le produit vendu. Elle est calculée à partir de la composition moyenne du produit, comme dans l’exemple ci-dessus. Deux paquets de la même marque peuvent donc différer légèrement du nombre affiché sans que personne ait commis d’erreur. Le règlement européen l’admet d’ailleurs explicitement en parlant de valeurs moyennes.
Établi
Un gramme de lipides libère nettement plus d’énergie qu’un gramme de glucides ou de protides. Cette différence est mesurée depuis plus d’un siècle et se retrouve dans toutes les études.
Discuté
Les coefficients 4, 4 et 9 sont des moyennes. Des travaux récents montrent qu’ils surestiment l’énergie réellement absorbée pour certains aliments, notamment les fruits à coque entiers et les aliments très riches en fibres, dont une partie traverse l’organisme sans être digérée.
- L’énergie d’un aliment se mesure par la chaleur que sa combustion libère, dans une bombe calorimétrique fermée et immergée.
- Deux unités coexistent : 1 kcal vaut 4,184 kJ, et les emballages européens portent les deux.
- Un gramme de lipides apporte environ 9 kcal, un gramme de glucides ou de protides environ 4 kcal.
- Atwater a montré, en enfermant des volontaires dans un calorimètre respiratoire, que le corps humain respecte la conservation de l’énergie.
- Les valeurs des étiquettes sont calculées à partir d’une composition moyenne, non mesurées sur le produit vendu.
Le corps dépense même immobile
Reste assis sans bouger pendant une heure. Tu as la sensation de ne rien faire. Pourtant, ton cœur a battu environ quatre mille fois, tes poumons se sont remplis un millier de fois, tes reins ont filtré ton sang sans relâche et ton cerveau a consommé davantage d’énergie que tes jambes. Ne rien faire coûte cher.
Le métabolisme de base est la dépense énergétique d’un organisme éveillé, au repos complet, à jeun et dans une pièce ni chaude ni froide. Il correspond au coût du simple maintien de la vie : battements du cœur, respiration, activité du cerveau, filtration des reins, maintien de la température, renouvellement permanent des cellules.
La dépense énergétique totale d’une journée s’obtient en ajoutant à ce socle deux autres postes : l’énergie dépensée en activité physique et l’énergie consommée par la digestion elle-même.
Trois postes très inégaux
La répartition surprend souvent. Chez une personne dont l’activité reste modérée, le métabolisme de base représente à lui seul la plus grosse part de la dépense quotidienne, de l’ordre de soixante pour cent. L’activité physique en occupe environ trente pour cent, et la digestion une dizaine. Ces proportions ne sont pas des constantes : elles se déplacent nettement chez un sportif d’endurance, chez un travailleur de force ou chez une personne alitée.
Le troisième poste mérite une explication, car son existence étonne. Digérer consomme de l’énergie : les muscles du tube digestif travaillent, les glandes fabriquent des enzymes, l’intestin pompe activement certains nutriments à travers sa paroi. Ce coût porte un nom, l’effet thermique des aliments, et il varie selon ce qui est mangé. Les protides sont les plus coûteux à traiter, ce qui explique en partie la sensation de chaleur qui suit parfois un repas copieux.
En 1883, un jeune physiologiste allemand, Max Rubner, publia un mémoire au titre austère : « De l’influence de la taille du corps sur les échanges de matière et d’énergie ». Il avait mesuré la production de chaleur de chiens de tailles très différentes, et il tenait un résultat déconcertant. Rapportée à la masse, la dépense d’un petit chien dépassait largement celle d’un gros. Rapportée à la surface de la peau, en revanche, elle devenait presque la même chez tous.
Rubner en proposa une explication géométrique élégante. Si un animal est deux fois plus long qu’un autre, sa surface est multipliée par quatre et sa masse par huit. Un gros animal possède donc proportionnellement moins de peau par kilogramme, il perd sa chaleur moins vite, et il lui faut donc moins d’énergie pour tenir sa température. Un petit animal, à l’inverse, se refroidit sans cesse et doit entretenir un feu intérieur très vif. Cette proposition prit le nom de loi de surface.
La suite de l’histoire mérite d’être connue. En 1932, Max Kleiber montra en comparant de nombreuses espèces que la relation réelle ne suit pas tout à fait la surface : la dépense varie plutôt comme la masse élevée à la puissance trois quarts. Le débat sur l’exposant exact n’est pas clos aujourd’hui. Mais l’intuition de Rubner, elle, tient : plus un animal est petit, plus chacun de ses kilogrammes coûte cher à entretenir.
Le cerveau d’un adulte représente environ deux pour cent de la masse du corps et consomme pourtant près d’un cinquième de l’énergie dépensée au repos. Chez l’enfant, la proportion est encore plus élevée. Cette dépense reste à peu près constante que tu résolves un problème difficile ou que tu rêvasses : contrairement à une idée répandue, réfléchir intensément ne creuse pas l’appétit de façon mesurable.
Pourquoi le besoin n’est pas le même pour tout le monde
Plusieurs facteurs déplacent le besoin énergétique, et ils agissent simultanément. La masse du corps compte, puisqu’un corps plus lourd contient davantage de tissus à entretenir. La proportion de muscle compte également, le muscle consommant plus au repos que la graisse. L’activité physique modifie directement le deuxième poste. Le froid oblige l’organisme à produire davantage de chaleur. Une maladie avec fièvre augmente la dépense. Enfin, la croissance ajoute une charge propre : construire un corps qui grandit exige de la matière et de l’énergie en plus de ce que réclame son simple entretien, ce qui explique qu’un jeune en croissance ait, rapporté à son poids, des besoins supérieurs à ceux d’un adulte de même masse.
| Situation | Dépense approximative | Ce qui explique l’écart |
|---|---|---|
| Nourrisson de quelques mois | 600 à 700 kcal | Corps très léger, mais croissance rapide et forte dépense par kilogramme |
| Adulte à activité modérée | 2 000 à 2 500 kcal | Métabolisme de base majoritaire, déplacements limités |
| Travailleur de force | 3 000 à 4 000 kcal | Poste « activité » nettement augmenté |
| Coureur du Tour de France | 5 000 à 8 000 kcal | Cinq à six heures d’effort intense par jour, trois semaines de suite |
Ce que ces nombres montrent
Ils montrent l’ampleur des écarts entre des situations très différentes, et le fait qu’un besoin dépend de ce que le corps fait, de sa taille et de son âge. C’est le seul enseignement à en tirer.
Ce qu’ils ne sont pas
Ce ne sont ni des mesures individuelles, ni des consignes. Les estimations varient sensiblement selon les études et les méthodes. Un corps en croissance règle ses apports par la faim et la satiété, mécanismes que la science considère comme fiables, et qui n’ont pas besoin d’être remplacés par des calculs.
- Le métabolisme de base est le coût du maintien de la vie au repos ; il occupe la plus grande part de la dépense quotidienne.
- S’y ajoutent l’activité physique et l’effet thermique de la digestion.
- Rubner a montré en 1883 que la dépense rapportée au kilogramme diminue quand la taille de l’animal augmente ; Kleiber a corrigé la formule en 1932.
- Le besoin varie avec la masse, la composition du corps, l’activité, la température, la maladie et la croissance.
Ce que le corps ne sait pas fabriquer
L’organisme est un chimiste remarquable. À partir d’un petit nombre de matières premières, il fabrique des dizaines de milliers de molécules différentes. Mais son savoir-faire a des limites précises, et ces limites dessinent la liste de ce que l’alimentation doit obligatoirement apporter.
Un nutriment est dit indispensable lorsque l’organisme ne sait pas le fabriquer, ou ne sait pas le fabriquer en quantité suffisante, et qu’il doit donc le recevoir par l’alimentation.
Le mot a un sens technique strict, et il ne signifie pas « le plus important ». Le glucose est vital, et pourtant il n’est pas indispensable au sens biologique : le foie sait en fabriquer à partir d’autres molécules. À l’inverse, la vitamine C n’apporte pas d’énergie, mais l’être humain en manque au bout de quelques semaines s’il n’en reçoit pas, car il a perdu au cours de l’évolution l’enzyme qui permettrait de la produire.
Les briques que le corps ne sait pas tailler
Les protéines de ton corps sont assemblées à partir de vingt sortes d’acides aminés. Neuf d’entre eux sont dits acides aminés indispensables chez l’être humain : la leucine, l’isoleucine, la valine, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et l’histidine. Les onze autres, l’organisme sait les fabriquer en transformant les premiers. Le cas de l’histidine mérite un mot, car les manuels anciens n’en comptaient que huit : elle a longtemps été jugée indispensable seulement chez l’enfant, avant que des travaux menés dans les années 1980 n’établissent que l’adulte non plus n’en produit pas assez.
Le même raisonnement vaut pour les corps gras. Parmi les nombreux acides gras que contient notre alimentation, deux ne peuvent pas être fabriqués par l’organisme : l’acide linoléique, chef de file de la famille dite oméga 6, et l’acide alpha-linolénique, chef de file de la famille oméga 3. Ces deux acides gras indispensables proviennent surtout des huiles végétales, des fruits à coque et de certains poissons.
Restent les vitamines et les minéraux. Ces molécules n’apportent pas d’énergie, et le corps n’en réclame que des quantités minuscules, souvent de l’ordre du milligramme ou même du microgramme par jour. Leur rôle n’en est pas moins décisif : la plupart des vitamines assistent les enzymes dans leur travail, et sans elles des réactions chimiques entières se bloquent.
Au XVIIIe siècle, le scorbut tuait davantage de marins que les combats. Lors du tour du monde de l’amiral Anson, parti en 1740, plusieurs centaines d’hommes sur un seul navire moururent de cette maladie. Les gencives gonflaient et saignaient, les vieilles blessures se rouvraient, les dents tombaient, l’épuisement devenait total. Des dizaines de remèdes circulaient, tous vantés avec conviction, et pas un seul n’avait été comparé aux autres.
Le 20 mai 1747, à bord du Salisbury, le chirurgien James Lind fit quelque chose de neuf. Il choisit douze marins atteints du scorbut à un stade comparable, les installa dans le même local, leur donna la même nourriture de base, puis les répartit en six paires. Chaque paire reçut un traitement différent : du cidre, de l’acide sulfurique dilué, du vinaigre, de l’eau de mer, une préparation d’ail et de plantes, et pour la dernière paire, deux oranges et un citron par jour. Au bout de six jours, l’un des deux marins nourris aux agrumes était en état de reprendre son service, et l’autre allait nettement mieux. Le cidre produisit une amélioration légère ; les quatre traitements restants ne changèrent rien.
Ce que Lind venait d’inventer, sans le nommer ainsi, ressemble beaucoup à ce que nous appelons aujourd’hui un essai comparatif : mêmes conditions pour tous, une seule chose qui change, et une comparaison directe des résultats. C’est la méthode qui permet aujourd’hui de tester un médicament.
Établi
L’expérience de 1747 a bien eu lieu, Lind l’a décrite lui-même en 1753 dans son Traité du scorbut, et les agrumes guérissent effectivement le scorbut.
À nuancer
Lind n’a pas présenté les agrumes comme le remède décisif : son traité reste attaché aux théories médicales de son temps et propose plusieurs explications. La Royal Navy n’a généralisé la ration de jus de citron qu’en 1795, presque cinquante ans après l’essai. Une expérience réussie ne suffit pas à changer les pratiques.
Un mot forgé sur une erreur
Il fallut attendre le début du XXe siècle pour que ces substances mystérieuses reçoivent un nom. En 1912, un biochimiste polonais installé à Londres, Casimir Funk, isola d’une enveloppe de riz une molécule capable de guérir une maladie appelée béribéri. Cette molécule appartenait à la famille chimique des amines. Funk supposa que toutes les substances de ce type seraient des amines, et proposa de les appeler vitamines, de vita, la vie, et amine. La même année, l’Anglais Frederick Gowland Hopkins publiait des travaux montrant que des animaux nourris d’un mélange chimiquement complet cessaient de grandir si un petit quelque chose manquait à leur ration. Les deux hommes avaient raison sur le fond.
Funk s’était trompé sur la chimie : la plupart des vitamines découvertes ensuite ne sont pas des amines. En anglais, le mot fut donc amputé de son e final pour effacer la référence, et l’on écrit depuis vitamin. Le français a conservé la forme d’origine. Le nom que nous employons tous les jours garde ainsi la trace d’une hypothèse abandonnée depuis plus d’un siècle.
| Nutriment | Rôle principal | Manque prolongé | Sources alimentaires |
|---|---|---|---|
| Vitamine C | Fabrication du collagène, qui tient les tissus | Scorbut : gencives atteintes, fatigue, cicatrisation défaillante | Agrumes, kiwi, poivron, chou, persil |
| Vitamine B1 (thiamine) | Utilisation des glucides par les cellules | Béribéri : atteinte des nerfs et du cœur | Céréales complètes, légumineuses, porc |
| Vitamine B3 (niacine) | Réactions du métabolisme énergétique | Pellagre : peau, tube digestif et système nerveux atteints | Volaille, poisson, arachides, céréales complètes |
| Vitamine D | Fixation du calcium sur les os | Rachitisme chez l’enfant : os mous et déformés | Poissons gras, œufs, et fabrication par la peau au soleil |
| Fer | Cœur de l’hémoglobine, qui transporte le dioxygène | Anémie : fatigue, pâleur, essoufflement | Viande rouge, boudin, légumineuses, légumes verts |
| Iode | Fabrication des hormones de la thyroïde | Goitre : la thyroïde grossit pour compenser | Poissons, produits de la mer, sel enrichi en iode |
| Calcium | Solidité des os et des dents, contraction musculaire | Fragilité osseuse à long terme | Produits laitiers, eaux minérales, légumes verts, amandes |
- Un nutriment indispensable est un nutriment que l’organisme ne sait pas fabriquer en quantité suffisante.
- Neuf acides aminés et deux acides gras sont indispensables, auxquels s’ajoutent les vitamines et les minéraux.
- Lind a conduit en 1747 le premier essai comparatif documenté, et découvert l’effet des agrumes sur le scorbut.
- Le mot « vitamine », forgé par Funk en 1912, repose sur une hypothèse chimique qui s’est révélée fausse.
Quand il manque quelque chose
Pendant des siècles, les médecins ont cherché ce que ces maladies contenaient : un poison, un microbe, une pourriture. La bonne question était rigoureusement inverse. Ces maladies ne contiennent rien ; il leur manque quelque chose. Ce renversement de raisonnement a demandé près de deux cents ans.
Une carence est un manque durable d’un nutriment déterminé. La maladie qui en résulte est appelée maladie de carence. Elle possède trois traits caractéristiques qui la distinguent d’une maladie infectieuse :
- elle ne se transmet pas d’une personne à une autre ;
- elle suit la géographie des habitudes alimentaires, et non celle des contacts entre personnes ;
- elle guérit lorsque le nutriment manquant est apporté, sans médicament.
Le raisonnement du chercheur
Comment distinguer une carence d’une infection quand les deux provoquent une maladie qui frappe des populations entières ? Les chercheurs du XIXe et du XXe siècle ont mis au point une série de vérifications qui restent utilisées.
La première consiste à observer qui tombe malade et qui reste indemne. Si les malades et les bien-portants vivent dans le même bâtiment, respirent le même air, touchent les mêmes objets et diffèrent seulement par ce qu’ils mangent, la transmission par contact devient difficile à soutenir. La deuxième consiste à modifier l’alimentation d’un groupe et à la laisser inchangée dans un autre : si la maladie recule dans le premier et se maintient dans le second, la piste alimentaire se renforce. La troisième, plus délicate, consiste à tenter de transmettre la maladie à des volontaires : un échec répété plaide fortement contre l’hypothèse infectieuse.
Dans le Japon des années 1880, le béribéri frappait durement la marine. Faiblesse des jambes, gonflements, défaillance du cœur : la maladie mettait les équipages hors d’usage. La médecine officielle, formée à l’allemande, la tenait pour une infection. Un médecin de marine, Takaki Kanehiro, avait étudié à Londres et observé une chose intrigante : les marines occidentales ignoraient le béribéri. Il remarqua aussi que les officiers japonais, qui mangeaient viande et légumes, en souffraient peu, tandis que les matelots, nourris presque uniquement de riz blanchi, tombaient malades en masse.
Un voyage d’instruction lui fournit un point de comparaison saisissant. Le Ryūjō, parti en 1882 pour une campagne de neuf mois vers la Nouvelle-Zélande, l’Amérique du Sud et Hawaï, rentra avec cent soixante-neuf malades sur trois cent soixante-seize hommes, et vingt-cinq morts. Takaki obtint alors, avec l’appui de l’empereur, les fonds nécessaires à une expérience. En 1884, le Tsukuba refit la même route, avec les mêmes escales, mais avec une ration modifiée : moins de riz blanc, davantage d’orge, de viande, de lait et de légumes. Au retour, seize hommes sur trois cent trente-trois avaient déclaré un béribéri, et personne n’était mort.
Voici le point le plus instructif de toute cette histoire. Takaki attribuait le résultat à un manque de protéines. Il se trompait : la cause réelle est un manque de vitamine B1, que le blanchiment du riz retire en éliminant l’enveloppe du grain. Son explication était fausse, et son intervention pleinement efficace, parce que l’orge et les autres aliments ajoutés apportaient la vitamine sans qu’il le sache. Avoir raison sur le remède et tort sur la cause est une situation fréquente en science, et elle rappelle qu’un traitement qui fonctionne ne prouve pas que l’explication proposée soit la bonne.
La suite se lit sur la frise. En 1889, aux Indes néerlandaises, le médecin Christiaan Eijkman remarqua que des poules nourries de riz blanchi développaient des troubles nerveux qui disparaissaient dès que le riz complet, ou les enveloppes retirées, leur étaient rendus. Son collaborateur Gerrit Grijns formula vers 1901 l’idée qu’il manquait une substance dans le riz blanchi. Funk lui donna un nom en 1912. Il fallut attendre les années 1920 et 1930 pour isoler et synthétiser la molécule.
L’histoire de la pellagre, aux États-Unis, offre un dernier enseignement d’un autre ordre. Le médecin Joseph Goldberger, chargé en 1914 d’élucider cette maladie qui ravageait le Sud, fit une observation décisive dans les orphelinats et les asiles : les pensionnaires tombaient malades, le personnel soignant restait indemne, alors même que les deux groupes vivaient dans les mêmes locaux. Une maladie contagieuse ne se comporte pas ainsi ; une différence de nourriture, si. Lorsqu’il enrichit l’alimentation de deux orphelinats du Mississippi en lait, en œufs et en viande, la pellagre y disparut. Ses conclusions furent pourtant combattues pendant des années, notamment parce qu’elles désignaient la pauvreté comme cause première et dérangeaient les autorités locales. La molécule manquante, la niacine, ne fut identifiée qu’en 1937 par Conrad Elvehjem, huit ans après la mort de Goldberger.
| Maladie | Ce qui manque | Mécanisme | Correction |
|---|---|---|---|
| Scorbut | Vitamine C | Le collagène, protéine qui tient la peau, les vaisseaux et les gencives, ne peut plus être fabriqué correctement | Agrumes, légumes frais |
| Béribéri | Vitamine B1 | Les cellules ne parviennent plus à utiliser les glucides ; les nerfs et le cœur sont les premiers touchés | Riz complet, orge, légumineuses |
| Anémie par manque de fer | Fer | L’hémoglobine ne peut plus être produite en quantité suffisante, et le sang transporte moins de dioxygène | Aliments riches en fer, souvent associés à une source de vitamine C qui en améliore l’absorption |
L’Organisation mondiale de la santé décrit le manque de fer comme la carence nutritionnelle la plus répandue sur la planète. Les estimations de sa fréquence varient beaucoup selon les régions et selon les critères retenus, mais toutes s’accordent sur un point : les jeunes enfants et les adolescents en croissance figurent parmi les groupes les plus concernés, parce qu’un corps qui fabrique du sang neuf en réclame davantage.
Le cours sur la circulation avait présenté l’hémoglobine, cette protéine des globules rouges qui fixe le dioxygène et donne au sang sa couleur. Le fer en occupe le cœur : sans lui, la molécule ne peut pas se former. Voilà pourquoi une carence en fer se traduit par un essoufflement et une fatigue : le sang continue de circuler, mais il transporte moins de dioxygène qu’il ne le devrait.
- Une maladie de carence résulte d’un manque durable, ne se transmet pas et guérit par l’alimentation.
- Comparer des groupes vivant dans les mêmes conditions mais mangeant différemment permet de la distinguer d’une infection.
- Takaki a fait chuter le béribéri dans la marine japonaise en 1884, avec le bon remède et une explication erronée.
- Goldberger a montré que la pellagre est une carence en observant que le personnel soignant restait indemne.
- Entre le remède efficace et la molécule identifiée, plusieurs décennies s’écoulent souvent.
Faire correspondre les apports et les besoins
Nous savons maintenant ce dont le corps a besoin. Reste la question pratique : comment un être humain, qui ne dispose ni d’une balance de laboratoire ni d’une table de composition, parvient-il à couvrir une liste aussi longue ? La réponse tient en un mot, et ce mot n’est pas « perfection ».
Une alimentation est dite équilibrée lorsque l’ensemble des apports, considérés sur plusieurs jours, couvre l’ensemble des besoins : assez d’énergie, assez de matière, et la totalité des nutriments indispensables.
Deux précisions changent tout. L’équilibre se juge sur la durée, non sur un repas isolé. Et il ne se juge pas aliment par aliment : c’est la combinaison qui compte, parce que les manques des uns sont comblés par les autres.
Pourquoi la variété devient nécessaire
Un fait mérite ici réflexion : il n’existe pas d’aliment complet pour l’être humain adulte. Le lait maternel s’en approche pour le nourrisson, et seulement pendant quelques mois. Passé ce stade, chaque aliment apporte beaucoup de certaines choses et peu d’autres. C’est cette incomplétude générale qui rend la variété nécessaire, et non un caprice de diététicien.
Le cas des protéines végétales illustre le mécanisme avec une netteté remarquable. Les céréales contiennent des protéines, mais leur proportion de lysine est faible par rapport aux besoins humains ; les légumineuses en contiennent également, mais avec cette fois une proportion faible de méthionine. Or une protéine se construit comme un mot : si une seule lettre manque, l’ensemble ne peut pas être écrit, et le reste des lettres disponibles ne sert à rien. Réunir céréales et légumineuses dans un même repas résout le problème, chacune apportant ce qui manque à l’autre.
Il est frappant de constater que les cuisines traditionnelles du monde entier ont trouvé cette association bien avant que la chimie ne l’explique. Le couscous associe la semoule de blé aux pois chiches, la cuisine mexicaine le maïs aux haricots, la cuisine indienne le riz aux lentilles, la table japonaise le soja fermenté et le riz. Personne n’avait mesuré la lysine. La sélection s’est faite par l’expérience de générations qui constataient que certains repas nourrissaient mieux que d’autres.
Il n’existe pas une seule façon de couvrir les besoins humains. Les Inuits ont vécu pendant des siècles avec une alimentation où les végétaux étaient quasi absents, en tirant leur vitamine C d’aliments d’origine animale consommés crus, notamment la peau et la graisse de certains mammifères marins, que la cuisson aurait dégradée. À l’autre extrémité, des populations entières se nourrissent principalement de céréales et de légumineuses depuis des millénaires. Ces régimes n’ont presque rien en commun, et tous deux fonctionnent, parce que tous deux, par des chemins différents, apportent la liste complète.
Au début du XXe siècle, le goitre était fréquent dans certaines régions : autour des Grands Lacs américains, dans les Alpes suisses, dans les massifs éloignés de la mer. La thyroïde, glande du cou, grossissait jusqu’à déformer visiblement la silhouette. La cause en était connue de quelques chercheurs : le sol de ces régions, longtemps lessivé par les pluies et les glaciers, contient peu d’iode, donc l’eau et les cultures en contiennent peu également.
Le pathologiste David Marine voulut en administrer la preuve à grande échelle. Il essuya d’abord un refus à Cleveland, où le responsable du conseil scolaire jugeait l’iode dangereux. Il obtint finalement l’accord d’Akron, dans l’Ohio, et mena entre 1917 et 1920, avec Oliver Kimball, une étude portant sur des milliers d’écolières. Celles dont les parents avaient donné leur accord reçurent de l’iodure de sodium pendant dix jours, deux fois par an ; les autres formèrent le groupe témoin. Le résultat fut sans appel : un goitre apparut ou s’aggrava chez environ quatorze pour cent des élèves non traitées, contre deux pour mille des élèves traitées.
Restait à passer de l’étude à la vie quotidienne. Le sel de table offrait un véhicule idéal : tout le monde en consomme, en quantité assez régulière, et son enrichissement coûte peu. La Suisse s’engagea la première dans cette voie au début des années 1920, le Michigan suivit en 1924. Le goitre endémique y a reculé en une génération. Aujourd’hui, la mention « sel iodé » sur un paquet du commerce est le lointain héritage de cette démonstration.
Lire ce qui est écrit sur les emballages
Depuis 2016, la déclaration nutritionnelle est obligatoire sur la plupart des produits préemballés vendus en Europe. Elle indique, pour cent grammes ou cent millilitres, l’énergie et six catégories de constituants. Savoir la lire ne sert pas à surveiller quoi que ce soit : cela sert à comprendre ce qu’un aliment contient, et à comparer deux produits entre eux en connaissance de cause.
Deux pièges de lecture méritent d’être signalés. D’abord, les valeurs sont données pour cent grammes, tandis que le paquet en contient souvent bien davantage : comparer deux produits impose de raisonner sur la même quantité. Ensuite, la ligne « sel » indique déjà le sel et non le sodium ; certaines étiquettes anciennes ou étrangères mentionnent le sodium, et le nombre est alors environ deux fois et demie plus petit pour la même quantité de sel.
Ce que la science établit
Les besoins de l’organisme sont connus, la liste des nutriments indispensables est établie, et les conséquences d’un manque durable sont documentées depuis plus d’un siècle.
Ce qu’elle ne prescrit pas
La science n’impose ni menu, ni horaire, ni liste d’aliments à bannir. Les recommandations officielles varient d’un pays à l’autre et évoluent avec les connaissances. Une information présentée comme définitive dans ce domaine mérite d’être examinée avec prudence.
- Il n’existe pas d’aliment complet pour l’adulte : la variété répond à cette incomplétude.
- Céréales et légumineuses se complètent, les unes apportant la lysine, les autres la méthionine.
- Des régimes très différents couvrent les mêmes besoins par des chemins distincts.
- L’enrichissement du sel en iode, issu des travaux de Marine et Kimball, a fait reculer le goitre endémique.
- La déclaration nutritionnelle donne des valeurs pour cent grammes, calculées et non mesurées.
Deux expériences à mener chez soi
Les deux manipulations qui suivent demandent du matériel de cuisine. La première est précise et donne des résultats fiables. La seconde est volontairement imparfaite, et c’est cette imperfection même qui la rend instructive.
Matériel : une balance de cuisine graduée au gramme, une assiette allant au four, deux ou trois aliments à comparer (tranche de pomme, tranche de pain, rondelle de pomme de terre crue), et un four réglé à basse température. Prévois au moins vingt grammes de chaque aliment : au-dessous, la balance de cuisine manque de précision.
Protocole
- Coupe des tranches fines, d’environ trois millimètres, et pèse chaque échantillon séparément. Note la masse initiale.
- Dispose les tranches sur l’assiette sans qu’elles se touchent.
- Fais chauffer au four à environ 80 °C pendant une heure, porte entrouverte pour laisser la vapeur s’échapper. Cette étape est menée par un adulte.
- Laisse refroidir dix minutes, puis pèse de nouveau. Note la masse.
- Remets au four trente minutes, laisse refroidir et pèse encore. Recommence jusqu’à ce que deux pesées successives donnent la même valeur : la masse est alors dite constante, et l’eau est partie.
Calcul : proportion d’eau = (masse initiale − masse finale) ÷ masse initiale × 100.
Exemple de traitement : une rondelle de pomme de terre pesant 20 g au départ et 4,4 g à la fin contenait (20 − 4,4) ÷ 20 × 100 = 78 % d’eau.
Ce que tu devrais observer : les légumes et les fruits perdent la plus grande part de leur masse, le pain beaucoup moins. Compare tes résultats aux ordres de grandeur ci-dessous, et cherche à expliquer les écarts plutôt qu’à les faire disparaître.
| Aliment | Eau (%) | Aliment | Eau (%) |
|---|---|---|---|
| Concombre | 96 | Pain | 35 |
| Pomme | 85 | Beurre | 16 |
| Pomme de terre crue | 79 | Fruits à coque secs | 4 |
L’expérience que tu viens de mener reproduit, en accéléré, l’un des plus anciens procédés de conservation. Les micro-organismes qui font pourrir les aliments ont besoin d’eau disponible pour se multiplier. En abaissant la teneur en eau, le séchage les prive de ce milieu et suspend leur développement, sans le moindre ajout.
Cette technique explique une part de l’alimentation humaine depuis des millénaires : fruits secs, poissons séchés, viandes salées et séchées, pâtes, légumineuses. Elle explique aussi pourquoi ces aliments affichent des valeurs énergétiques élevées pour cent grammes : l’eau partie, ce qui reste est concentré. Cent grammes d’abricots secs et cent grammes d’abricots frais ne contiennent pas la même quantité de fruit.
Avertissement : cette manipulation met en jeu une flamme. Elle se déroule sous la surveillance d’un adulte, sur un plan de travail incombustible, loin de tout tissu, cheveux attachés, avec un bol d’eau à portée de main pour l’extinction.
Matériel : une petite boîte métallique vide (type boîte de conserve rincée), un thermomètre de cuisine, une éprouvette ou un verre doseur, une balance au gramme, une aiguille à brochette plantée dans un bouchon, des allumettes, et deux échantillons d’un gramme chacun. Prends une chips nature pour l’aliment gras et un morceau de biscotte pour l’aliment riche en amidon. Les manuels emploient traditionnellement une cacahuète ; l’arachide étant l’un des allergènes les plus fréquents chez l’enfant, la chips lui est ici préférée.
Protocole
- Verse 100 mL d’eau, mesurés avec soin, dans la boîte métallique et relève sa température initiale.
- Plante l’échantillon d’un gramme sur l’aiguille, enflamme-le, et place-le aussitôt sous la boîte, à environ deux centimètres.
- Laisse brûler jusqu’à extinction complète, puis remue doucement l’eau avec le thermomètre et relève la température maximale atteinte.
- Recommence avec le second échantillon, en reprenant le même récipient, le même volume d’eau et la même distance.
Calcul : la chaleur reçue par l’eau vaut Q = m × c × Δθ, où m est la masse d’eau en grammes (100 g pour 100 mL), c la capacité thermique de l’eau, soit 4,18 J par gramme et par degré, et Δθ l’élévation de température en degrés.
Exemple de traitement : si l’eau passe de 19 °C à 25 °C, alors Δθ = 6 °C et Q = 100 × 4,18 × 6 = 2 508 J, soit environ 2,5 kJ. L’étiquette de la chips annonce environ 22 kJ par gramme, celle de la biscotte environ 16 kJ par gramme. La fraction récupérée dans cet essai est donc 2,5 ÷ 22 ≈ 11 %.
La vraie question : où sont passés les 89 % restants ? Ils ne se sont pas volatilisés. Une partie est montée avec l’air chaud le long des parois, une autre a chauffé le métal de la boîte, une autre encore a été emportée par la fumée, et un peu de matière n’a pas brûlé complètement. C’est précisément pour supprimer ces fuites que la bombe calorimétrique du chapitre 2 est close et immergée.
Deuxième temps : calcule la fraction récupérée pour chacun des deux aliments. Si ton montage se comporte de façon régulière, les deux fractions devraient être voisines, alors même que les chaleurs mesurées diffèrent. Un montage dont le défaut est connu reste utilisable ; c’est celui dont le défaut reste ignoré qui trompe.
Ce que le montage permet
Établir qu’un aliment contient de l’énergie chimique récupérable sous forme de chaleur, et estimer la part que ce dispositif parvient à capter.
Ce qu’il ne permet pas
Déterminer la valeur énergétique d’un aliment. L’écart avec la valeur réelle atteint couramment un facteur cinq à dix, et il varie d’un essai à l’autre. Annoncer un tel résultat comme une mesure serait une faute de méthode.
Questionnaire en dix questions
Réponds sans revenir en arrière, puis compare avec le corrigé.
1. b. Fournir de l’énergie et fournir de la matière. Un corps se répare et se renouvelle en permanence, et cette matière neuve provient de l’alimentation.
2. c. Les vitamines. Elles n’apportent pas d’énergie et sont pourtant indispensables, ce qui a longtemps déconcerté les chercheurs.
3. b. Environ 9 kcal, soit 37 kJ, plus du double d’un gramme de glucides ou de protides.
4. a. 4,184 kJ. Les emballages européens portent les deux unités.
5. c. Le métabolisme de base, de l’ordre de soixante pour cent du total. Rester en vie sans bouger représente déjà la plus grosse dépense.
6. b. L’organisme ne sait pas le fabriquer, ou pas en quantité suffisante. Le mot désigne une limite du corps, non une hiérarchie d’importance.
7. b. Neuf, dont l’histidine, longtemps comptée à part.
8. a. Six traitements sur six paires de marins placés dans les mêmes conditions. Seule la paire recevant des agrumes s’est rétablie rapidement.
9. b. Il attribuait la maladie à un manque de protéines, alors qu’il s’agit d’un manque de vitamine B1. Sa ration modifiée a fonctionné parce qu’elle apportait cette vitamine sans qu’il le sache.
10. b. Les céréales sont pauvres en lysine, les légumineuses en méthionine ; réunies, elles se complètent.
Trois exercices de réflexion
Exercice 1 - Calculer comme un fabricant. L’analyse d’une boisson donne, pour 100 mL : 11 g de glucides, 0 g de lipides et 0 g de protéines. Calcule la valeur énergétique pour 100 mL, en kilojoules puis en kilocalories. Le fabricant remplit ensuite des bouteilles de 33 cL. Quelle valeur figurera pour une bouteille entière ?
Exercice 2 - Raisonner comme un enquêteur. Dans un établissement, une maladie touche de nombreux pensionnaires. Le personnel, qui travaille chaque jour au contact des malades, dort chez lui et prend ses repas ailleurs. Personne parmi ce personnel n’est atteint. Quelle hypothèse cette observation affaiblit-elle ? Quelle expérience proposerais-tu ensuite, et pourquoi faudrait-il un second groupe qui ne change rien à ses habitudes ?
Exercice 3 - Interpréter une mesure décevante. Un élève brûle 1 g d’un aliment sous un récipient contenant 100 g d’eau. La température de l’eau passe de 18 °C à 25,4 °C. L’étiquette de l’aliment annonce 20 kJ par gramme. Calcule la chaleur reçue par l’eau, puis la fraction de l’énergie annoncée que le montage a captée. L’élève en conclut que l’étiquette est fausse. Explique pourquoi cette conclusion n’est pas recevable.
Exercice 1. Seuls les glucides comptent : 11 × 17 = 187 kJ pour 100 mL, et 11 × 4 = 44 kcal. Une bouteille de 33 cL contient 330 mL, soit 3,3 fois cette quantité : 187 × 3,3 ≈ 617 kJ et 44 × 3,3 ≈ 145 kcal. La déclaration reste toutefois exprimée pour 100 mL, la valeur par bouteille n’étant qu’une indication facultative.
Exercice 2. L’observation affaiblit l’hypothèse d’une maladie transmissible par contact : le personnel côtoie les malades chaque jour sans tomber malade, alors qu’une contagion l’atteindrait en premier. La différence restante entre les deux groupes porte sur les repas. L’expérience consiste donc à enrichir l’alimentation d’une partie des pensionnaires et à observer l’évolution de la maladie. Le second groupe, qui ne change rien, constitue le groupe témoin : sans lui, une amélioration due à la saison, au hasard ou à une autre cause pourrait être attribuée à tort au changement de repas.
Exercice 3. L’élévation vaut 25,4 − 18 = 7,4 °C, donc Q = 100 × 4,18 × 7,4 = 3 093 J, soit environ 3,1 kJ. La fraction captée est 3,1 ÷ 20 ≈ 15 %. La conclusion de l’élève n’est pas recevable, car son montage ne mesure pas l’énergie de l’aliment : il mesure la part de chaleur qui a atteint l’eau. Le reste est parti dans l’air, dans le métal du récipient et dans la fumée. Pour contester l’étiquette, il faudrait un dispositif clos et immergé, c’est-à-dire une bombe calorimétrique.
Lexique
| Terme | Définition |
|---|---|
| Acide aminé | Petite molécule qui sert de brique aux protéines. Vingt sortes entrent dans la composition des protéines humaines. |
| Acide aminé indispensable | Acide aminé que l’organisme ne sait pas fabriquer en quantité suffisante. Il en existe neuf chez l’être humain. |
| Acide gras indispensable | Corps gras que l’organisme ne sait pas produire : l’acide linoléique et l’acide alpha-linolénique. |
| Anémie | Manque de globules rouges ou d’hémoglobine dans le sang. Le manque de fer en est la cause la plus fréquente. |
| Apport alimentaire | Ce que l’alimentation fournit réellement à l’organisme, par opposition à ce dont il a besoin. |
| Béribéri | Maladie due au manque de vitamine B1, qui atteint les nerfs et le cœur. |
| Besoin énergétique | Quantité d’énergie nécessaire pour faire fonctionner l’organisme, maintenir sa température et produire du mouvement. |
| Besoin nutritionnel | Ensemble de ce que l’organisme doit recevoir pour fonctionner et se maintenir : énergie et matière. |
| Besoin plastique | Autre nom du besoin de matière : ce qu’il faut pour construire, réparer et renouveler l’organisme. |
| Bombe calorimétrique | Enceinte d’acier close et immergée dans l’eau, où un échantillon est brûlé pour mesurer la chaleur libérée. |
| Calorimètre respiratoire | Chambre close où vit une personne, permettant de mesurer sa consommation de dioxygène et la chaleur qu’elle dégage. |
| Carence | Manque durable d’un nutriment déterminé, susceptible de provoquer une maladie. |
| Collagène | Protéine qui donne leur solidité à la peau, aux vaisseaux et aux gencives. Sa fabrication requiert de la vitamine C. |
| Complémentarité | Propriété de deux aliments dont les manques respectifs se compensent lorsqu’ils sont consommés ensemble. |
| Déclaration nutritionnelle | Tableau obligatoire sur les emballages, indiquant pour 100 g ou 100 mL l’énergie et les principaux constituants. |
| Dépense énergétique totale | Somme du métabolisme de base, de l’énergie dépensée en activité et du coût de la digestion. |
| Effet thermique des aliments | Énergie consommée par l’organisme pour digérer, absorber et transformer ce qu’il vient de manger. |
| Essai comparatif | Expérience où plusieurs groupes placés dans les mêmes conditions reçoivent des traitements différents, afin de comparer les résultats. |
| Glucides | Famille de constituants qui fournit l’énergie la plus rapidement mobilisable : amidon, sucres. |
| Glycogène | Forme sous laquelle le foie et les muscles mettent le glucose en réserve à court terme. |
| Goitre | Augmentation de volume de la thyroïde, souvent due à un manque d’iode. |
| Groupe témoin | Dans un essai comparatif, groupe qui ne reçoit pas le traitement étudié et sert de point de comparaison. |
| Hémoglobine | Protéine des globules rouges qui fixe le dioxygène. Le fer en occupe le cœur. |
| Joule | Unité internationale de l’énergie. Le kilojoule vaut mille joules. |
| Kilocalorie | Unité ancienne valant 4,184 kJ. C’est ce que le langage courant appelle « une calorie » sur les emballages. |
| Lipides | Corps gras. Ils fournissent l’énergie la plus concentrée et entrent dans la composition des membranes des cellules. |
| Loi de surface | Proposition de Rubner selon laquelle la dépense au repos d’un animal suit la surface de son corps plutôt que sa masse. |
| Lysine | Acide aminé indispensable, présent en faible proportion dans les céréales. |
| Maladie de carence | Maladie provoquée par le manque durable d’un nutriment. Elle ne se transmet pas et guérit par l’alimentation. |
| Métabolisme de base | Dépense énergétique d’un organisme éveillé, au repos, à jeun et à température confortable. |
| Méthionine | Acide aminé indispensable, présent en faible proportion dans les légumineuses. |
| Minéraux | Éléments comme le fer, le calcium ou l’iode, sans apport d’énergie mais nécessaires à la matière et au réglage de l’organisme. |
| Niacine | Vitamine B3, dont le manque provoque la pellagre. Identifiée en 1937. |
| Nutriment | Molécule assez petite pour franchir la paroi de l’intestin et passer dans le sang. |
| Nutriment indispensable | Nutriment que l’organisme ne sait pas fabriquer en quantité suffisante et qui doit venir de l’alimentation. |
| Oxydation | Réaction chimique entre un nutriment et le dioxygène, qui libère l’énergie utilisable par la cellule. |
| Pellagre | Maladie due au manque de niacine, qui atteint la peau, le tube digestif et le système nerveux. |
| Protides | Famille comprenant les protéines et les acides aminés. Rôle dominant : construire et réparer. |
| Scorbut | Maladie due au manque de vitamine C, longtemps redoutée des marins. |
| Thiamine | Vitamine B1, présente dans l’enveloppe du grain de riz que le blanchiment retire. |
| Tissu adipeux | Tissu où l’organisme met en réserve les graisses, réserve d’énergie de longue durée. |
| Vitamines | Molécules nécessaires en très petite quantité, sans apport d’énergie, qui assistent les réactions chimiques du corps. |
Crédits des illustrations et sources
Photographies et documents anciens
- Expérience de Lavoisier sur la respiration humaine, dessin attribué à Marie-Anne Paulze Lavoisier, vers 1790. Domaine public, via Wikimedia Commons.
- Schéma d’une bombe calorimétrique, par Lisdavid89. Licence CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.
- Portrait de Wilbur Olin Atwater. Domaine public, via Wikimedia Commons.
- Calorimètre respiratoire. Domaine public, via Wikimedia Commons.
- Portrait de James Lind, peinture de Robert Alan Thom pour Parke, Davis & Company. Licence CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.
- Page de titre du Traité du scorbut de James Lind. Wellcome Collection, licence CC BY 4.0, via Wikimedia Commons.
- Portrait de Casimir Funk. Domaine public, via Wikimedia Commons.
- Portrait de Takaki Kanehiro. Domaine public, via Wikimedia Commons.
- Unité de production de sel iodé au Laos. Photographie de BigBrotherMouse, licence CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.
Les neuf schémas et graphiques ont été construits pour ce cours ; leurs coordonnées ont été calculées et vérifiées avant intégration.
Principales sources consultées
- Règlement (UE) n° 1169/2011 concernant l’information des consommateurs sur les denrées alimentaires, annexe XIV.
- Programme de sciences de la vie et de la Terre du cycle 4, thème « Corps humain et santé ».
- Travaux historiques sur Lavoisier et Séguin, Rubner et Kleiber, Atwater, Lind, Takaki, Eijkman, Funk, Goldberger, Elvehjem, Marine et Kimball.
- Documentation de l’Organisation mondiale de la santé sur les carences en fer et en iode.
Document réalisé pour un usage familial et pédagogique privé. Les images proviennent de Wikimedia Commons et sont chargées depuis leurs serveurs : une connexion est nécessaire à l’ouverture du fichier pour qu’elles s’affichent.