La danse des membranes : film de savon et membranes cellulaires

Publié par Echoscience Loire, le 2 avril 2020   1k

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Une activité proposée par l’Exploratorium, traduite, avec quelques modifications https://www.exploratorium.edu/...

Les cellules de notre corps sont entourées d’une enveloppe, appelée membrane, véritable barrière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. La membrane permet, entre autres, de réguler ce qui rentre et ce qui sort de la cellule (par exemple : les nutriments, l’oxygène…). Certains virus, comme le nouveau coronavirus, sont également entourés du même type de membrane que celles présentes autour des cellules humaines. 

Cette activité vous propose de découvrir les propriétés des membranes en expérimentant avec… du savon !

Matériel

Source - Exploratorium


  • 20 cL de liquide vaisselle
  • 50g de sucre en poudre
  • 10 cL de glycérine ou 1 cuillère à soupe d'amidon de maïs (optionnel
  • Eau
  • Ficelle
  • 2 pailles
  • Ciseaux
  • Un récipient plus large que la longueur des pailles
  • Feuille de papier de couleur noir



Vous trouverez à la fin de l’article un petit glossaire reprenant les termes scientifiques de cette activité.

Préparation du matériel

  1. Préparez un mélange pour faire des bulles de savon : pour 1L de liquide, dissoudre 50 g de sucre dans 25 cL d’eau. Ajoutez lentement, sans faire mousser, 20 cL de liquide vaisselle (certaines marques sont plus efficaces que d’autres). Ajoutez ensuite 10 cL de glycérine en agitant lentement pour homogénéiser (la glycérine va faire épaissir le mélange final). Complétez à 1L avec de l’eau. La glycérine se trouve en pharmacie, si vous n’en avez pas, vous pouvez remplacer les 10 cL de glycérine par 1 cuillère à soupe d’amidon de maïs.

  2. Laissez le mélange reposer toute la nuit de façon à ce que l’alcool présent dans le liquide vaisselle s’évapore. Cette étape peut être facultative mais elle permet d’avoir un meilleur mélange pour faire des bulles : les bulles obtenues seront plus durables. 

  3. Coupez un morceau de ficelle faisant environ quatre fois la longueur de la paille. Enfilez-le à travers les deux pailles et attachez les extrémités ensemble pour faire une boucle (voir photo ci-dessous).

    Source - Exploratorium


  4. Déplacez les pailles de façon à former un rectangle. Coupez l'excédent de ficelle aux extrémités du nœud. Déplacez la ficelle à travers les pailles de sorte que le nœud soit caché à l'intérieur de l'une des pailles. Vous avez ainsi construit un cadre à faire des bulles.


    Source - Exploratorium

  5. Pour créer une poignée pour le cadre, coupez un autre morceau de ficelle d'environ trois fois la longueur de la paille. Enfilez la ficelle à travers l'une des pailles et nouez les extrémités ensemble (voir photo ci-dessous).

    Source - Exploratorium

L’activité


Versez le mélange à faire des bulles dans un récipient assez profond pour pouvoir y mettre le cadre à bulles. Tenez le cadre à bulles par la poignée, de façon à former un rectangle et plongez-le dans la solution. Soulevez le cadre par la poignée jusqu'à ce que le bas soit légèrement hors du mélange à bulles et que les pailles soient parallèles au plateau. Vous devriez avoir un film de savon rectangulaire entre les deux pailles. S'il n'y a pas de savon, essayez à nouveau de plonger et de soulever le cadre.

Tenez le film de savon devant le papier de construction noir ou tout autre matériau noir. Observez attentivement la surface du film. Soufflez doucement sur le film et regardez ce qu’il se passe. Si jamais la bulle éclate, répétez la première étape.

Source - Exploratorium


Mettez votre doigt dans le mélange à faire des bulles puis passez-le doucement à travers le film de savon. Que se passe-t-il ? Pouvez-vous déplacer votre doigt dans le film?

Source - Exploratorium


Essayez de faire la même chose mais en mouillant simplement votre doigt dans de l’eau. Que se passe-t-il ? Et quand votre doigt est sec, pouvez-vous le passer à travers le film de savon ?
D'après vos observations, quelles conditions permettent aux objets de traverser le film de savon sans le faire éclater ? Qu’est ce qui fait éclater le film ?

Que se passe-t-il ?


Comparaison film de savon et membrane cellulaire

Le film de savon créé, tout comme la membrane cellulaire, une barrière plutôt fluide entre deux côtés distincts. Alors que le film de savon ne sépare que les côtés droit et gauche de la bulle, la membrane de la cellule sépare l'intérieur et l'extérieur d'une cellule. Dans les deux cas, les membranes sont semi-perméables : elles laissent passer certaines substances et d’autres non.

Le film de savon est un «sandwich à l'eau» composé d’une couche d'eau piégée entre deux couches de molécules de savon. Les têtes hydrophiles (qui aiment l'eau) des molécules de savon pointent vers l'intérieur vers la couche d'eau, et les queues hydrophobes (détestant l'eau) de la molécule de savon pointent vers l'extérieur du film, en contact avec l'air. De la même façon que le film de savon, la membrane plasmique a également une structure bicouche. Dans une cellule, cependant, les membranes sont constituées de molécules appelées phospholipides, qui ont des têtes hydrophiles sur la couche externe de la membrane et des queues hydrophobes sur la couche interne de la membrane.

Structure bicouche de la membrane cellulaire

Source - Wikipédia

Si on plonge son doigt dans de l’eau ou le mélange à bulles puis qu’on le fait passer à travers le film de savon, ce dernier reste en contact avec une solution "similaire" et n'éclate pas. En revanche, un objet sec ou un objet avec une composition chimique différente fait éclater le film. Comme le film de savon, la membrane plasmique d'une cellule permettra également aux molécules qui ont une composition chimique similaire à l'intérieur de la membrane de passer à travers (en particulier, les molécules hydrophobes).


Comment le savon élimine le coronavirus ?

La membrane du coronavirus est similaire aux membranes cellulaires humaines : vers l’extérieur, sa membrane est hydrophobe, c’est-à-dire qu’elle va repousser l’eau. Ainsi, lorsqu’on se rince simplement les mains, l’eau glisse sur le virus, comme sur une poêle anti-adhésive. En revanche, quand on ajoute du savon, les molécules de savon se lient aux molécules de la membrane du virus et la scindent en morceaux. Le virus est alors détruit. Attention, il faut cependant se laver les mains pendant au moins 20 secondes pour bien éliminer le virus.

Le secret d’un bon mélange pour faire des bulles de savon

Trois facteurs principaux provoquent l’éclatement des bulles : le drainage du liquide savonneux dans la bulle (le liquide s’écoule vers le bas jusqu’à ce que le film de la bulle ne devienne trop fin), l’évaporation (la température et le taux d’humidité de l’air) et les perturbations brutales (les chocs avec une surface sèche). Il faut également faire attention aux ingrédients choisis  : la qualité de l’eau, le type de produit vaisselle, l’utilisation ou non de glycérine… Avec de l’eau filtrée ou de l’eau distillée, la durée de vie des bulles est plus longue. La glycérine quant à elle, rend le mélange plus visqueux : le drainage de l’eau dans la bulle est beaucoup moins rapide.

Pour aller plus loin


Pour traverser la membrane cellulaire, les grosses molécules polaires, telles que le glucose, ou les ions H +, Na + et K + nécessitent des processus de transport spéciaux. Ils passent à travers des canaux constitués de protéines, intégrées dans la membrane. Les canaux protéiques de la membrane plasmique ne sont pas de simples tunnels. Ils subissent des changements de forme complexes et nécessitent souvent de l'énergie pour déplacer les molécules à travers la membrane. Ils ne sont pas fixes et peuvent se déplacer à l'intérieur de la membrane. Cette membrane flexible à deux couches avec des canaux mobiles est connue sous le nom de modèle de mosaïque fluide.

Modèle de la mosaïque fluide (en rouge les canaux protéiques)

Source - La virologie pour tous

 



Glossaire :

  • Membrane cellulaire : structure qui délimite le contenu de la cellule, véritable frontière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Cette membrane est composée d’une double couche de phospholipides

  • Hydrophile : qui a une affinité avec l’eau

  • Hydrophobe : qui n’a pas d’affinité avec l’eau (par exemple : l’huile ne se mélange pas avec l’eau)

  • Phospholipides : type de lipides (molécules insolubles dans l’eau) avec un côté hydrophile et un côté hydrophobe

  • Protéines : molécules biologiques ayant diverses activités chez les êtres vivants