Fermentations: micro coup de pouce alimentaire

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Didactique et épistémologie des sciences naturelles
Printemps des sciences 2008
Micro coup de pouce
alimentaire
Donne Mathieu
Henry Mathieu
Van Quickelberghe Hugues-Michel

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Micro-coup de pouce alimentaire
1. Description de la situation problème :
Le monastère St-Joseph de La Glanerie est en
péril : l’arrivée de nombreux novices rend de
plus en plus difficile la vie des moines. En effet,
les dons des paroissiens ne suffisent plus à
nourrir tout le monde.
Le père abbé a donc organisé un conseil
monastique extraordinaire.
Le but de ce conseil était d’élire les personnes
les plus aptes à ouvrir de nouvelles activités
brassicoles et fromagères au sein du monastère.
Frère Math et frère Hugues, deux nouveaux
moinillons ont été élus mais leurs connaissances
en la matière sont médiocres !
Malgré toutes leurs tentatives, les deux compères n’ont jamais réussi à obtenir une bonne
qualité de produit. Ils ne savent plus à quel saint se vouer !
Le père-abbé, de son côté, est allé rendre visite à d’autres monastères afin d’avoir des idées de
recette….mais les secrets sont bien gardés !
Il a juste réussi à glaner quelques informations sur des soi-disant microorganismes
indispensables à la fabrication de la bière et du fromage.
2. Public visé :
6ème secondaire de l’enseignement générale.
3. Liens avec le programme :
Biologie
Thème 5 : l’évolution des écosystèmes
Chimie
Thème 5 : utilisation de quelques substances courantes
Thème 6 : les réactions acide-base
Thème 7 : les réactions d’oxydoréduction
4. Prérequis nécessaires :
Biologie
3ème générale, Thème 3 : Nutrition chez les hétérotrophes
Chimie
3ème générale, Thème 4 : Réactions chimiques et équations chimiques

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4ème générale : Transformation de la matière, partie intégrante de notre quotidien
5ème générale, Thème 2 : Sens d’évolution spontanée d’une réaction : réactions endo-
et exothermique => lien avec la fermentation
5ème générale, Thème 3 : Nomenclature, propriétés et usages de quelques familles de
composés organiques
5. Compétences visées :
 6ème sciences de base :
o CG1 : modéliser, dans le cadre d’une discipline scientifique, une technologie
ou un phénomène courant en tenant compte éventuellement d’aspects
techniques, sociaux, économiques ou culturels.
o CSc3 : utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes
naturels, des processus technologiques.
o CSc7 : évaluer l’impact de découvertes scientifiques et d’innovations
technologiques sur notre mode de vie.
o CSc15 : expliquer comment une technologie domestique a des dimensions
techniques et socioculturelles.
 6ème sciences générales
o CG1 : organiser ses observations et ses connaissances en justifiant ou en
utilisant des classifications établies sur base de critères scientifiques.
o CG3 : interpréter un phénomène ou prévoir son évolution.
o CSc1 : s’approprier des concepts fondamentaux des modèles ou des principes
o CSc3 : utiliser des procédures expérimentales
o CSc7 : bâtir un raisonnement logique.
o CSc8 : utiliser des savoirs scientifiques pour enrichir des représentations
interdisciplinaires
6. Concepts à faire acquérir :
o Fermentation : Catabolisme anaérobie qui produit une quantité limitée d’énergie à partir
de glucose sous l’action d’enzymes sécrétées par des micro-organismes.
Fermentation alcoolique : Transformation, en l’absence d’oxygène, de glucose en
dioxyde de carbone et en éthanol.
Fermentation lactique : Transformation, en l’absence d’oxygène, de glucose en
lactate, sans libération de dioxyde de carbone.
o Respiration cellulaire : Catabolisme aérobie, le plus courant et le plus efficace pour la
production d’énergie ; utilise une chaîne de transport d’électrons et a pour réactifs
l’oxygène et les combustibles organiques.
o Réaction d’oxydoréduction : Réaction chimique associée au transfert d’un ou plusieurs
électrons d’un réactif à l’autre ; le réducteur cède des électrons à un oxydant.
o Levures : Mycètes unicellulaires qui vivent en milieu humide et se reproduisent par voie
asexuée, par simple division cellulaire ou par bourgeonnement des cellules parentales ou
par voie sexuée par formation de spores.
o Bactéries : Être généralement unicellulaire dépourvu de noyau et d’organites, se
reproduisant par simple division cellulaire, et dont il existe une multitude de formes
(bacilles, vibrions, microcoques,…).

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o Hétérotrophie : Mode de nutrition des organismes qui fabriquent leurs molécules
organiques à partir de proies ou de résidus organiques.
o pH : Echelle (logarithmique) évaluative de l’acidité dont les valeurs sont comprises entre
0 et 14. Une solution acide a un pH inférieur à 7 ; une solution basique a un pH supérieur
à 7, une solution neutre possède un pH égal à 7.
7. Carte conceptuelle :
Voir annexe
8. Description du déroulement :
8.1. Introduction (10 min)
Les animateurs sont déguisés en moines (robe de bure, sandales,…,un père-abbé, un maître-
brasseur et un maître-fromager). Le père-abbé explique la situation dramatique du monastère
et les deux maîtres montrent les résultats de leurs expériences (bière plate et sans alcool, lait
dont on ne sait quoi faire). Le maître-brasseur explique qu’il a pris du houblon, de l’eau, du
malt et qu’il a fait chauffer le tout. Le maître fromager lui n’a aucune idée de ce qu’il doit
faire à partir de sa bouteille de lait.
Nous demandons aux élèves de décrire les produits et enfin, de nous expliquer en quoi ceux-ci
ne sont pas satisfaisants.
8.2. Préconceptions des élèves (10 min)
Explication de comment ils ont obtenu leur bière (explication complète de la production de
bière et de fromage en enlevant l’étape de fermentation). Présentation des produits obtenus
aux élèves (bière plate, lait).
Remarque : la bière n’est pas alcoolisée mais les élèves le découvriront plus tard.
Voici les produits déjà obtenus. Qu’en pensez-vous ?
Explication des ingrédients utilisés pour produire cette bière et le lait.
D’après-vous, que manque-t-il à la préparation de la bière ? (2 chemins de réflexion
possibles)
 Levure : Qu’est-ce qu’une levure ? Que fait la levure ? Pourquoi ?
 Fermentation : Qui fait la fermentation ? Qu’est-ce qu’une levure ? Pourquoi ?
Que faut-il faire pour aider le maître-fromager ? (2 chemins de réflexion possibles)
 Bactéries : Qu’est-ce qu’une bactérie ? Que fait la bactérie ? Pourquoi ?
 Fermentation : Qui fait la fermentation ? Qu’est-ce qu’une bactérie ? Pourquoi ?
Le père-abbé rappelle la définition de microorganisme en détail :
Biologie, notion d’écosystème, hétérotrophie,…
Utilisation de photos, de cultures, binoculaire,…
On détermine pourquoi les microorganismes réalisent des fermentations, mais pas les
produits initiaux et finaux (formules) des fermentations.

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Nous savons pourquoi les microorganismes réalisent la fermentation, mais en quoi peut-elle
aider dans la production de bière ou de fromage ?  Recueil des hypothèses. C’est ce que
nous allons essayer de déterminer.
8.3. Déroulement
Après l’introduction, les animateurs demandent aux élèves de lancer les expériences sur la
fermentation alcoolique.
Nous séparerons la classe en deux groupes.
Chacun de ces deux groupes réalisera deux distillations (une avec bière alcoolisée, l’autre
avec la bière obtenue par les moines (non alcoolisée)) et l’expérience de production de CO2.
Faire attention à ce que les élèves surveillent la température tout au long de l’expérience.
Une fois les expériences lancées, le maître-fromager entamera sa partie sur la fermentation
lactique en présentant les résultats d’expériences.
Nous ferons une synthèse des résultats obtenus pour chacune des fermentations et nous
essaierons d’aboutir aux formules après les expériences.
Nous réaliserons enfin une comparaison et aborderons la fermentation d’un point de vue plus
théorique.
8.4. Fermentation alcoolique :
1°) mise en évidence de la production de CO2 :
Mise en situation des animateurs :
Nous allons essayer de déterminer ce qui est bon pour la
fabrication de notre bière parmi les produits issus de la
fermentation des levures.
- le temps imparti : 20 minutes
- matériel :
Nous savons que les levures réalisent la fermentation pour produire de l’énergie. Quel serait
le réactif de départ de ce processus ?
sucre,
eau,
Voici nos petits amis…Quels sont les autres utilisations de ces levures ?
levures sèches,
chauffe-ballon de 500 ml,
grand Berlin pour bain-marie,
ballon contenant les réactifs,
bouchon hermétique percé d’un tube,
tube en verre coudé,
bac d’eau,
éprouvette,
portoir
bougie d’anniversaire (intervient après)