L’eau comme solvant universel

Dans cet article, je vous explique en quoi l’eau est un solvant universel et je vous présente le concept de polarité qui est à la source du principe de solubilité. Ensuite, je vous donne des exemples de substances qui se solubilisent dans l’eau.

L’eau comme solvant universel

Nous savons bien que l’eau ne dissous pas tout, sinon nous nous retrouverions tous sous forme liquide sous la pluie ! Mais quand même, l’eau peut dissoudre une très grande variété de substances et plusieurs de celles-ci sont indispensables à notre survie. C’est l’eau qui véhicule la plupart des éléments nutritifs pour nous, les animaux et les plantes. Parce qu’elle joue un rôle central dans ce processus et qu’elle dissout énormément de molécules qui nous sont utiles, nous l’avons qualifiée de solvant universel. Il n’y a pas d’autre substance connue qui est aussi versatile que l’eau.

L’eau, une molécule polaire

Qu’est-ce qui lui permet d’avoir cette faculté particulière ? L’eau est formée d’un atome d’oxygène et de deux atomes d’hydrogène.

Atome d’oxygène

L’atome d’oxygène contient 8 protons (8P), 8 neutrons (8N) et 8 électrons (8e-). Les protons ont une charge positive (+), les neutrons ont une charge neutre et les électrons ont une charge négative (-).

Le noyau (cercle rouge) rassemble les protons (P) et les neutrons (N).

Les électrons (e-) se trouvent autour du noyau.

Les électrons s’agencent géométriquement autour du noyau selon des modèles prédéterminés que l’on appelle «orbitales électroniques». Ce sont des modèles statistiques, et non pas la réalité, mais cette façon de les représenter nous permet d’illustrer comment les atomes peuvent faire des liens entre-eux. Sur le dessin, les orbitales sont représentées par des cercles avec des e-. Seuls les électrons sur le cercle extérieur font des liens avec d’autres atomes.

Je mentionne ceci car la forme en « V » de la molécule d’eau est due à l’agencement de ses orbitales électroniques.

Atome d’hydrogène

L’atome d’hydrogène est quant à lui, le plus simple des atomes, son noyau (cercle gris) contient 1 proton (1P) et 1 électron (e-).

Molécule d’eau

L’oxygène a donc 6 électrons (e-) sur son orbitale extérieure qui sont disponibles pour faire des liens (parce que les 2 autres sont sur le cercle intérieur). Mais l’idéal pour l’oxygène est d’avoir 8 électrons (e-) dans son orbitale extérieure, cela lui donne ainsi une plus grande stabilité et il en sera plus satisfait. Il va donc chercher à combler son manque en faisant des liens avec d’autres atomes. Chaque hydrogène a 1 électron alors ça lui en prend 2 pour le contenter.

Attraction des électrons : une molécule polaire

Mais l’oxygène ne veut pas partager équitablement les électrons, il veut les garder pour lui et les attire fortement. L’hydrogène ne contient que 1 proton (+) pour retenir son électron, il ne fait par le poids par rapport à la force d’attraction de l’oxygène. Les électrons vont donc se délocalisés vers l’oxygène créant ainsi un pôle positif (+) et un pôle négatif (-) parce que la molécule est en forme de «V».

C’est ce qu’on appelle une molécule polaire car elle a deux pôles. En fait, c’est comme un tout petit aimant, elle est magnétique !

Le pouvoir de solubilisation

Si on met plusieurs molécules ensemble, les contraires vont s’attirer, les pôles positifs vont s’agencer avec les pôles négatifs et vice-versa. C’est ce phénomène qui est à l’origine du pouvoir de solubilisation de l’eau. Les molécules d’eau vont s’agencer autour de la substance à dissoudre, l’entourer et la solubiliser. L’eau va avoir plus de facilité à solubiliser les substances qui sont polaires comme elle. Plus la molécule est petite et polaire et plus elle sera soluble dans l’eau.

Solubilisation ionique – les sels

Si on veut illustrer ce qui se passe avec un exemple concret, on peut prendre le sel de table qui est de la formule moléculaire, NaCl. Dans ce cas, le chlore (Cl) va prendre un électron au sodium (Na) d’un commun accord car c’est leur préférence à chacun (pour atteindre meilleure stabilité) et la molécule va totalement se dissocier dans l’eau pour former des ions. Ensuite, les molécules d’eau vont s’agencer autour des ions Na⁺ et Cl^– pour les entourer et les solubiliser. Ce scénario s’applique à plusieurs sels minéraux et sels organiques tels que : chlorure de potassium, bicarbonate de sodium, citrate de magnésium, gluconate de calcium, picolinate de zinc, etc.

Solubilisation avec les ponts d’hydrogène

Lorsque la molécule ne se dissocie pas totalement (parce que ce n’est pas un sel), elle va former des liaisons électrostatiques avec l’eau que l’on appelle ponts d’hydrogène. Ce ne sont pas des liens aussi forts qu’entre les atomes d’une molécule. Ce sont des liens d’attraction qui se forment et qui se brisent plus facilement. On en voit à l’intérieur d’une même molécule et entre les molécules voisines. Elles ont entre-autre un rôle à jouer sur l’agencement en trois dimension des molécules et leur cristallisation. L’eau va solubiliser les substances avec lesquelles elle peut faire ce type de lien.

Exemple avec le glucose (sucre de table):

Le glucose a plusieurs liens O-H tout comme l’eau, les molécules d’eau pourront donc tisser plusieurs ponts d’hydrogène. Le glucose se retrouve complètement entouré de molécules d’eau et se dissous.

L’eau peut former également des ponts d’hydrogène avec plusieurs types d’atomes tels que l’azote (N), le soufre (S) et bien sûr l’oxygène (O). L’important à retenir c’est que la solubilité dans l’eau augmente avec la polarité de la molécule.

Plantes médicinales : qu’est-ce qui se solubilise dans l’eau ?

La difficulté lorsque l’on travaille avec les plantes médicinales, c’est la diversité des molécules qu’elles contiennent. Qui plus est, nous ne sommes pas toujours certains de savoir laquelle serait la plus importante pour notre besoin car il y a beaucoup de synergies possibles. Nous pouvons tout de même rassembler les molécules par groupe et famille pour se faciliter un peu la vie. Vous trouverez les principales composantes qui se solubilisent dans l’eau dans le tableau ci-bas.  

Note importante: Il peut y avoir plusieurs exceptions à l’intérieur d’un groupe.

Tableau 1 : Solubilité des substances dans l’eau
Groupe	Exemples	Solubilité dans l’eau
Sels minéraux et sels organiques	Sel de table, gluconate de calcium, citrate de magnésium, picolinate de zinc	Très solubles à assez bien solubles
Glucides	Glucose, fructose, sucrose	Très solubles
Oligosaccharides	Inuline (pissenlit, chicorée)	Solubles en eau chaude
Polysaccharides	Mucilages, gommes, pectine	Solubles en eau froide
Acides organiques	Acide citrique, acide malique, acide ascorbique (vitamine C)	Très solubles
Acides aminés	Arginine, cystéine, glutamine, lysine	Solubles
Vitamines B	Thiamine, acide folique, riboflavine	Très solubles
Acides phénoliques	Acide salicylique (saule), arbutine (busserole)	Très solubles
Phénylpropanoïdes	Acide rosmarinique (romarin, mélisse)	Partiellement solubles
Tanins	Ellagitanins, gallotanins (thé, framboisier)	Solubles pour les petites molécules
Flavonoïdes	Anthocyanines, flavanols, flavones, isoflavonoïdes, rutine (sarrasin)	Solubles sous forme d’hétérosides
Principes amers	Lactones sesquiterpéniques (pissenlit, artichaut, achillée, camomille)	Solubles
Saponines	Présentes dans les racines et graines : ail, quinoa, réglisse	Solubles (hétérosides)
Alcaloïdes (certains cas particuliers)	Alcaloïdes pyrrolizidiniques (consoude), berbérine (hydraste), bétanidine (betterave)	Solubles sous forme de sels (sinon très peu solubles)
Pseudo-alcaloïdes	Caféine, théobromine	Assez solubles

Sans oublier… les hétérosides

Les plantes ont la particularité de fabriquer toutes sortes de molécules et de lier un ou des glucides pour être capable de les transporter dans leurs différentes parties. On peut prendre l’exemple de la quercétine, un flavonoïde très répandu. Comme la quercétine est plus ou moins soluble dans l’eau, la plante va y joindre deux molécules de glucose. Ce pourrait être dans le but de la déplacer vers les fleurs pendant la floraison. Cette nouvelle molécule devient alors un hétéroside de quercétine que l’on appelle communément rutine. La rutine est deux fois plus soluble dans l’eau que la quercétine. La plante contient généralement de la quercétine et de la rutine mais ces deux molécules seront en proportions variables selon la partie récoltée et la période de récolte.

Polarité et solubilité

Le sujet de la polarité et de la solubilité est un principe très important mais aussi assez complexe. De nombreuses études ont été faites sur des molécules isolées mais très peu d’expérimentations sont faites sur les mélanges. Dans le cas des plantes médicinales, le grand nombre de composés nous complexifie la tâche. Nous savons que la plante peut faire des hétérosides avec plusieurs composés. Et, il a été démontré que certaines molécules comme les saponines peuvent modifier la solubilité dans l’eau des autres molécules présentes. Cela ajoute donc deux facteurs qui augmentent la solubilité de façon non prévisible.

Donc, nous pouvons faire quelques estimations pour chacune des molécules séparées mais nous ne savons pas tout ce qui se passe dans nos infusions et nos décoctions ! L’eau est vraiment un solvant très particulier et elle mérite sa réputation de solvant universel.

Référence:

Extrait de l’Atelier «Le rôle des solvants dans les préparations médicinales», création de Mélanie Ricard-Quirion, 3e édition, mars 2023.

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