Louis Pasteur
La fermentation
par Ysabelle Poulin et Stéphanie Lemay
De nos jours, la recherche occupe une grande place dans la société. Auparavant, quelques savants avaient marqué l'histoire de la science plus que d'autres. Dans le domaine de la chimie et de la biologie, un homme, principalement, nous a fait réfléchir. Ce grand personnage fut l'auteur d'études et de procédés célèbres. Nous voulons parler ici de Pasteur et de ses recherches sur la fermentation. Nous débuterons par sa biographie détaillée et par la suite, nous vous ferons part de ses découvertes, dont, plus spécifiquement de la fermentation. Nous terminerons avec l'impact que ses découvertes ont eu sur nous, à ce jour.
Biographie
Milieu social
Louis Pasteur, cet homme que nous connaissons pour avoir été l'un des plus grands chimistes, physiciens et microbiologistes, est né dans le Jura, en France, le 27 décembre 1822. D'origines les plus humbles, il était le fils d'un tanneur et vivait dans une modeste aisance. Élevé au coeur d'une famille austère, les démonstrations affectueuses étaient superflues. Le dessin et la peinture étaient ses passe-temps. Par la suite, il sera un homme travaillant, préoccupé, parlant peu, dormant peu et se levant à l'aurore pour s'occuper de ses recherches. On dit de lui qu'il n'était pas facile à vivre, mais qu'il était plein de bonté. Il épousera, en 1849, la fille du recteur de l'Université de Strasbourg, Mlle Marie Laurent et aura 5 enfants. A l'âge de 46 ans, il sera atteint d'une paralysie partielle due à un ACV.
Contexte historique
Sa vie se déroulant durant une période où les crédits accordés à la recherche sont insuffisants, il se trouve confronté à un manque majeur de ressources. Les chercheurs de ce temps n'ont pas de laboratoire, pas d'équipement ni de subvention. Ils doivent payer, eux-mêmes, leur matériel. Certains laboratoires sont bien équipés: ce sont ceux qui sont financés par les industriels. Pasteur, lui, a un petit laboratoire dans un réduit de l'École Normale. Pour y travailler, il est contraint de s'y tenir à genoux!
Profil scolaire
Regardons un peu le cheminement scolaire et professionnel de Pasteur. Tout d'abord, il sera bachelier ès lettres (avec mention médiocre en chimie!) à Besançon, ensuite, maître d'étude, toujours à cette même université. A Dijon, un baccalauréat en sciences mathématiques lui sera accordé. En 1846, le lycée de Toumon le nommera professeur de physique et par la suite, ce sera la Faculté des Sciences de Strasbourg qui fera de même en le désignant professeur suppléant en chimie. En 1854, il deviendra le doyen de cette Faculté. Enfin, en 1857, l'École Normale l'élèvera au rang d'administrateur et de directeur des études scientifiques. Voyons donc, maintenant, sur quoi ont porté principalement ses recherches durant toute sa vie.
Événements marquants de sa vie
On peut séparer la vie de Pasteur en trois grandes périodes:
- 1- Purement physico-chimique (étude de la cristallographie)
- 2- Biologique (Réfutation de la génération spontanée)
- 3- La fondation d'une nouvelle science: "la Microbie" (science de la bactériologie, la virologie et l'immunologie)
Ses grandes oeuvres sont:
- 1- La dissymétrie moléculaire
- 2- La fermentation et la génération dite spontanée
- 3- L'étude sur le vinaigre et le vin
- 4- L'étude sur la maladie du ver à soie
- 5- L'étude sur la bière
- 6- L'étude sur les maladies virulentes, le virus-vaccin et la prophylaxie de la rage (anthrax et choléra des poules)
Découverte
Cheminement jusqu'à la fermentation
Tout débuta par son intérêt pour la cristallographie qui lui fut transmis par un professeur de minéralogie, M. Delafosse. Il en fit le sujet de sa thèse de physique à l'École Normale. Il étudia donc les cristaux de tartrates et de paratartrates : ce qui l'amena à sa première découverte : la dissymétrie moléculaire. Il se rendit compte que les deux cristaux ne renvoyaient pas la lumière de la même façon (exemple du tartrate et du paratartrate). Après maintes recherches, il conclut : deux cristaux constitués des mêmes atomes, d'une même nature, d'une même composition chimique et du même nombre chimique sont identiques dans les deux corps. Cette identité s'évanouit quant à leur arrangement moléculaire. Un jour, il constata qu'une solution de tartrate, qu'il avait préparée, s'était altérée sous l'effet d'une température ambiante plus élevée qu'à l'ordinaire. Visiblement, elle fermentait. Dans le liquide trouble, on voyait des moisissures. Voici donc le début de ses travaux sur la fermentation, les infiniment petits et la génération spontanée. Nous élaborerons sur ce sujet plus loin. En étudiant la fermentation, il se mit à s'intéresser de plus en plus au monde de l'infiniment petit et il découvrit les bactéries à l'origine de la fermentation. Pour aider un ami, il étudiera la maladie du ver à soie et démontrera la nature parasitaire de ce mal. Il formulera une méthode pour détecter les vers infectés. Cela l'amènera à s'intéresser au problème de l'origine et du traitement des maladies infectieuses des animaux et par la suite, de l'homme. Il démontrera l'existence de plusieurs microbes pathogènes chez l'homme et mènera ses recherches jusqu'à la vaccination chez l'humain. Il se rendra compte qu'en injectant un virus affaibli du choléra des poules à une poule, celle-ci ne s'en porte pas plus mal et, par la suite, ne contactera pas la maladie lorsque le virus lui sera réinjecté (virulent cette fois). Il fera de même pour la maladie de l'anthrax et pour la rage.
Soutien ou rejet de ses idées
Nous voici donc rendus à la fermentation. Ses théories sur ce sujet étaient-elles acceptées, croyez-vous? Mais oui, elles ont été bien reçues : l'empereur Napoléon III a, lui-même, demandé à Pasteur d'étudier les causes de l'altération du vin. Mais il en fut autrement quant à la génération spontanée : il dut défendre sa théorie contre les spontanéistes. Les spontanéistes se demandaient : "Combien d'oeufs, ou de spores, un millimètre cube d'air devrait-il contenir pour que les germes contenus dans cet air soient en assez grand nombre pour se développer dans les infusions organiques? Cet encombrement formerait un brouillard épais, dense comme le fer!" Les hétérogénistes croyaient que l'air ne servait qu'à transporter l'oxygène pour faire développer les micro-organismes en état de vie latente dans la matière morte. Pasteur dut donc démontrer que l'air, en plus de l'oxygène, transportait quelque chose d'autre, c'est-à-dire, en fait, des germes de vie. Il examina des particules d'air au microscope et vit ces micro-organismes. Il fit donc plusieurs expériences pour prouver que cette vie existait dans l'air.
Détails sur la fermentation
La fermentation est un phénomène connu et utilisé depuis la plus haute Antiquité. Avec le procédé de dessiccation (enlèvement de l'eau d'une substance que l'on veut conserver), elle a représenté, jusqu'à une époque récente, le seul moyen de conserver les aliments.
Elle assure, par production de substances antiseptiques comme les alcools ou les acides organiques, une protection efficace contre l'action des bactéries putréfiantes.
C'est à elle que l'on doit, par exemple, la transformation du lait en fromage et des jus de fruits en vin ou en cidre. Les procédés de fermentation étaient détaillés sur le plan pratique, mais aussi très empiriques. Nous pouvons le voir par l'équation de la réaction de la fermentation alcoolique, proposée par Gay-Lussac, en 1815, c'est-à-dire: C6H12O6 ----> 2 C2H6O + 2 CO2. L'équation n'était contestée par personne, mais les explications sur son mécanisme étaient particulièrement confuses. À ses expérimentations, il rajoutait des données empiriques et philosophiques.
C'est en 1854 que Pasteur, alors doyen de la Faculté des Sciences de Lille, commença à faire l'étude des fermentations. En 1856, un industriel lillois du nom de Bigo vint lui demander de résoudre ses problèmes de fermentation du jus de betterave. Pasteur va s'attaquer au problème avec opiniâtreté. Il va découvrir le rôle des micro-organismes dans la fermentation et démontrer toutes les thèses contre la génération spontanée. Tout cela se fera au cours de quinze ans de recherche. Pasteur obtiendra la preuve directe de la présence de germes dans l'air en recueillant les fines particules en suspension dans l'atmosphère et en les examinant au microscope. Suite à ses observations faites au microscope, Pasteur classera les êtres vivants microscopiques, ou "ferments", en deux grandes catégories: aérobies (qui ont besoin d'oxygène pour vivre) et anaérobies (qui ne peuvent vivre en présence d'oxygène). Il prouve que les germes n'apparaissent pas spontanément dans les milieux "propices à la fermentation", mais qu'ils proviennent du milieu environnant et se multiplient lorsqu'ils sont dans des conditions favorables. Un milieu nutritif stérilisé par chauffage ne peut pas fermenter s'il est conservé à l'abri des germes. Pasteur réalisa l'expérience suivante: dans des ballonnets à col effilé, c'est-à-dire à faible ouverture facile à sceller, il introduisit un liquide sucré et de l'extrait de levure. Puis, il porta ce mélange à ébullition, afin d'y détruire la vie déplacée par le courant de vapeur d'eau s'échappant par l'ouverture étroite du tube terminal du ballonnet et d'en chasser l'air. Lorsque les ballonnets furent pratiquement vidés d'air et rendus stériles, il scella le tube du chalumeau, alors que la vapeur s'échappait encore. Le liquide contenu dans le vase put ainsi se conserver, sans être troublé, pour une période indéfinie, c'est-à-dire jusqu'à ce que le "col de cygne" soit ouvert, permettant ainsi la contamination du produit par l'air ambiant. Il étudia les fermentations lactique, alcoolique, butyrique et la dégradation de l'acide tartrique. Il en tira les principes fondamentaux suivants:
- 1) Toute fermentation est due à la présence d'un micro-organisme;
- 2) À chaque fermentation correspond un ferment particulier;
- 3) La masse de produit transformé est considérable par rapport à celle des ferments mis en jeu (une bactérie peut transformer, par jour, jusqu'à deux mille fois son propre poids d'éthanol);
- 4) Selon l'importance de l'aération au cours de la fermentation, les résultats de la réaction sont très différents. Sans air, le sucre fermenté donne beaucoup d'alcool, mais peu de cellules de levure. En aérobiose, le contraire se produit.
Il constate également que, pour étudier une fermentation, il faut:
- 1) Préparer un milieu de culture approprié au ferment (chaque ferment réagit à un milieu différent: alcalin, neutre ou acide, en aérobiose ou en anaérobiose) et stérile;
- 2) Ensemencer ce milieu avec une trace de ferment à l'état de pureté.
En étudiant les ferments parasites dans le vin, Pasteur prouve que chaque maladie du vin est due à un ferment particulier et qu'il en va de même pour toutes les maladies existantes. Par un chauffage à 55 °C, il est possible de mettre les vins à l'abri des maladies. Cette méthode, appliquée à tous les liquides altérables, est connue dans le monde entier sous le nom de "Pasteurisation". Ce n'est pas la levure qui fait fermenter, mais ce sont les ferments solubles, (enzymes) produits par les micro-organismes dont est constituée la levure, qui amènent les fermentations. Berzélius, Liebig, Wöhler et les tenants de la science "officielle", au XIXe siècle, avaient donc raison d'affirmer que les fermentations sont essentiellement chimiques, mais Pasteur les surpassait lorsqu'il disait: "Dans la nature, les fermentations sont impossibles sans la présence de levure."
À la période "pré-pastorienne", le terme fermentation était appliqué, de manière vague, à toutes les altérations qui se produisaient dans la matière organique et aboutissaient à la production de substances alcoolisées ou acides. Après Pasteur, on distingua:
- 1) la fermentation alcoolique qui amène la production d'alcool au cours de la fabrication de différentes "liqueurs" et plus précisément, au cours de l'élaboration du vin, de la bière ou du cidre;
- 2) la fermentation acétique, d'où découle la transformation du vin, du cidre ou de tout autre produit alcoolisé, en vinaigre;
- 3) la fermentation lactique (aigrissement), dans laquelle les sucres du lait sont transformés en acides.
Impact sur la société
On peut dire que Pasteur a eu un grand impact sur la société actuelle. Premièrement, il a permis à la recherche d'avancer plus rapidement en démontrant la fausseté du concept de génération spontanée, permettant ainsi aux chercheurs de surpasser la vieille croyance où tout s'explique par le hasard. Comme nous l'avons mentionné plus tôt, il fut le fondateur d'une nouvelle science: la microbie. Cela amena les chercheurs vers la biologie moléculaire que nous connaissons. Ses études sur la dissymétrie moléculaire firent en sorte qu'aujourd'hui, nous ayons la chimie en trois dimensions (stéréochimie). Pasteur donna son nom a un procédé révolutionnaire qui est très utile, aujourd'hui encore, pour la conservation des aliments: la pasteurisation. Cette découverte fut déterminante pour les industries de boissons du monde entier qui emploient ce procédé.
Ses recherches sur les micro-organismes pathogènes chez l'homme ont permis de développer des techniques pour contrer des maladies causées par ces microbes: nous parlons ici de la vaccination. Celle-ci permet de sauver un nombre incroyable de vies chaque année. Ce procédé est appliqué à une grande quantité de maladies. En découvrant que l'air propage des micro-organismes pathogènes, Pasteur a soulevé la nécessité d'augmenter l'hygiène chez la population, pour ainsi diminuer le risque de propagation des maladies virulentes et faire en sorte d'abaisser le taux d'individus infectés par ces mêmes maladies. Il développa des techniques de stérilisation, celles-ci étant inconnues dans son temps. Il se rendit compte qu'à une certaine chaleur, la plupart des micro-organismes meurent. Aujourd'hui, cette technique est des plus essentielles dans le milieu hospitalier, entre autres, où à l'aide d'un autoclave, on stérilise le matériel contaminé. Il démontra que certaines bactéries sont tuées par l'effet de l'alcool: de nos jours, beaucoup de désinfectants sont faits à base d'alcool. On peut donc voir que le milieu médical et celui de la recherche doivent beaucoup à Pasteur.
En somme, grâce à ses découvertes sur la fermentation et sur la génération spontanée, Pasteur a fait avancer la recherche à grands pas. Il ne se passe pas une seule journée sans que nous ne bénéficiions des bienfaits reliés à ses découvertes. Prenons seulement l'exemple du lait que vous mettez dans votre café chaque matin: il est pasteurisé pour mieux se conserver. Et il en est ainsi dans bien des domaines.
Nous avons perdu un grand homme le 28 septembre 1895, à Marnes la Coquette. De nombreux monuments furent érigés à sa mémoire et Pasteur bénéficie encore d'une reconnaissance universelle, tant de la part de l'ensemble de la population que de celle de la communauté scientifique. A quand le prochain chercheur qui fera autant avancer la science?
Bibliographie
1. Livres
CUNY, Hilaire. Louis Pasteur et le mystère de la vie, Vienne, Éditions Seghers, 1966, 223 pages.
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2. Disques optiques compacts
Axis: L'encyclopédie Multimédia Hachette 1993, Pasteur(Louis),©Le livre de Paris, Hachette, 1993.
3. Documents dans W3
Ambassade de France au Canada, Service scientifique. Louis Pasteur, [En ligne]. Adresse URL: http://www.ambafrance.org/HYPERLAB/PEOPLE/pasteur.html
Hadfield, Gary. Un bachelier "médiocre en chimie" Les acquis de Louis Pasteur (1822-1895), [En ligne]. Adresse URL: http://www.fln.vcu.edu/Kirkpatrick/Bourgogne/textes/Pasteur.html
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Oudar, Nathalie. Pasteur ou le triomphe médical d'un non-médecin, [En ligne]. Adresse URL: http://iris2.curie.u-psud.fr/histoire/3/Histoire3.html
Poindron, Philippe. (22 nov 95). De l'importance scientifique, morale et politique de l'oeuvre de Pasteur, [En ligne]. Adresse URL: http://www-ulp.u-strasbg.fr/galerie/conf/poindron.html
Recherche : Ysabelle Poulin et Stéphanie Lemay, Centre Le Goéland, Sherbrooke, QC
Page mise à le 6 octobre 1997
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