L’eau, un solvant universel

Dans cet article, je vous expliquerai en quoi l’eau est un solvant universel et je vous présenterai le concept de polarité qui est à la source du principe de solubilité. Ensuite, je vous donnerai les grandes lignes des composantes qui se solubilisent dans l’eau avec quelques exemples concrets.

L’eau, solvant universel

Nous savons bien que l’eau ne dissout 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 dont un grand nombre sont indispensables à notre survie. C’est l’eau qui véhicule la plupart des éléments nutritifs pour nous, les animaux et les plantes. Donc, 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 polyvalente 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 (figure 1).

L’atome d’oxygène contient huit protons, huit neutrons et huit électrons. Les protons ont une charge positive, les neutrons ont une charge neutre et les électrons, une charge négative. Les protons et les neutrons forment ensemble le noyau de l’atome tandis que les électrons se trouvent autour du noyau. Ces derniers déterminent la plupart des propriétés d’un atome. En effet, les électrons s’agencent géométriquement selon des modèles prédéterminés que l’on appelle orbitales électroniques. Ces orbitales déterminent l’emplacement des électrons, nous donnent de l’information sur la force d’attraction de l’atome pour ses électrons et donnent la forme géométrique à la molécule. Je mentionne ceci, car la forme en « V » de la molécule d’eau est due à l’agencement de ses orbitales électroniques.

L’atome d’hydrogène est, quant à lui, le plus simple des atomes; il contient un proton, un neutron et un électron. N’ayant qu’un seul proton, l’atome d’hydrogène n’exerce pas une grande force de rétention de son électron; ce dernier est alors facilement attiré par l’atome d’oxygène.

La délocalisation des électrons vers l’oxygène, en plus de la forme géométrique en « V », crée un pôle positif et un pôle négatif sur la molécule. L’eau est donc une molécule polaire, car elle a deux pôles. En fait, c’est comme un tout petit aimant!

Pouvoir de solubilisation de l’eau

Si on met plusieurs molécules ensemble, les contraires s’attirent, les pôles positifs s’agencent 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 s’agencent autour de la substance à dissoudre, l’entourent et la solubilisent. L’eau a plus de facilité à solubiliser les substances qui sont polaires comme elle. En fait, plus la molécule est petite et polaire, plus elle est 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 une meilleure stabilité. Puis, la molécule de sel va totalement se dissocier dans l’eau pour former des ions (figure 3). 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.

Autre façon de solubiliser – les ponts d’hydrogène

Lorsque la molécule ne se dissocie pas totalement (parce que ce n’est pas un sel), elle forme des liaisons électrostatiques avec l’eau que l’on appelle ponts d’hydrogène. Ce ne sont pas des liens aussi forts que les liens 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. Ils ont, entre autres, un rôle à jouer sur l’agencement en trois dimensions des molécules et leur cristallisation. L’eau solubilise les substances avec lesquelles elle peut faire ce type de lien.

Un bon exemple pour les ponts hydrogènes : le glucose qui a la formule chimique illustrée à la figure 5.

Puisque, tout comme l’eau, le glucose a plusieurs liens O-H, les molécules d’eau peuvent tisser plusieurs ponts d’hydrogène avec celui-ci et ainsi le dissoudre.

L’eau peut également former 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 nous faciliter un peu la vie. Le tableau suivant présente les principales composantes qui se solubilisent dans l’eau. Il est important de noter qu’il peut y avoir plusieurs exceptions à l’intérieur d’un groupe.

Sans oublier… les hétérosides

Les plantes ont la particularité de fabriquer toutes sortes de molécules et de lier un ou des glucides pour être capables 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.

Pour conclure sur l’eau

Le principe de la polarité et de la solubilité est un principe très important, mais aussi assez complexe. De nombreuses études ont été réalisées 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.

COLLECTIF HERBOTHÈQUE. Cours Pharmacologie et pharmacognosie, Herbothèque, 2016.

GANORA, Lisa. Herbal Constituents, Foundations of Phytochemistry, HerbalChem Press, 2009.