Niveau : 2nde

Notions et contenus : intitulé BO

Mettre en œuvre un raisonnement pour identifier un problème

Raisonner, argumenter et travailler en équipe

Répondre à une situation-problème par la mise au point d’un protocole

Comprendre le rôle de la chimie de synthèse

Type d’activité : résolution de problème (APP)

Compétence travaillée ou évaluée (à préciser si besoin):

S’informer - s’approprier

Raisonner

Communiquer

Réaliser (optionnel)

Résumé (en 5 lignes au plus) :

Les élèves doivent rédiger un protocole permettant d’obtenir un savon ayant les propriétés présentées dans la situation-problème (p.3). Chaque élève possède un livret présentant la fabrication des savons (p.4 à 7) et une « recette » (différente pour chaque élève) trouvée sur internet (p.8 à 12). Les élèves travaillent en groupe et doivent réaliser et présenter une affiche de leur protocole.

Mots clefs : savon ; matières grasses ; huiles essentielles ; soude ; parfum ; colorant ; pourcentages ; proportions ; sécurité au laboratoire ; travail en groupe

Auteur, sources, établissement :

Mantellier Pierre, lycée Vincent d’Indy, Privas, Ardèche

Principale source bibliographique utilisée : « L’art de la savonnerie à froid » – Leanne & Sylvain Chevallier – Edition Terre vivante

Date de création :

Décembre 2013

Durée estimée de cette activité :

4 à 5 heures

Organisation de l’APP :

travail en groupes (3 groupes de 6 élèves par exemple) ; utilisation des heures d’accompagnement personnalisée, par exemple ; salle de cours classique si le protocole élaboré est mis en œuvre par la suite, il faut aller en salle de TP (1h30)

Ressources ou matériels utilisés :

pour la réalisation des posters, un paperboard

Eléments de Corrigé du problème :

Pour le protocole, on peut s’inspirer du TP p.13, réalisé par les élèves quelques semaines avant l’APP. Pour les « ingrédients », voir ci-dessous. Il n’y a pas de solution unique.

Ingrédients133 g de coco67 g de beurre de cacao400 g d’huile d’olive67 g d’huile de tournesol

90 g de soude133 g d’eau

1 cuillère à café de poudre de cacao

5 g d’huile essentielle de cannelle15 g d’huile essentielle d’orange douce

La situation – problème

Vous êtes un fabricant de savon artisanal. Pour les fêtes de Noël, afin de proposer à ses clients des cadeaux originaux, un chocolatier vous demande de lui fabriquer des savons « au chocolat ».Pour cela, il vous fournit gratuitement du beurre de cacao. Il souhaite que vos savons soient couleur chocolat. Le parfum exhalé doit rappeler Noël et être en accord avec celui du chocolat.Le chocolatier souhaite retrouver dans votre savon l’ingrédient principal du traditionnel savon de Marseille et qu’une des huiles utilisées ne lui revienne pas trop chère. Ses clientes aimeraient disposer d’un savon ayant un effet hydratant. De façon à favoriser la production française, il désire également que 70% des matières grasses utilisées soient issues de l’agriculture française et que la consommation d’énergie soit minimale lors de la synthèse de ce savon. Si possible, il veut que ne soient utilisées que des graisses végétales.Pour un premier essai, vous lui proposez de fabriquer 1 kg de savon.Vous devez donc réfléchir aux ingrédients, à leurs quantités et à la façon dont vous allez vous y prendre pour fabriquer ce savon. Vous devrez présenter cette recette en utilisant un poster qui montre schématiquement les étapes du protocole expérimental en justifiant vos choix.

Le poster devra présenter au moins les deux parties suivantes : Les ingrédients et leurs quantités Le protocole expérimental

A vous de jouer !

Ressources pour la recherche d’information : Document d’information générale sur la fabrication de savons Des recettes de savon extraites d’internet

Objectifs pédagogiques pour cette séquence : Concevoir un protocole expérimental Utiliser des proportionnalités Respecter les consignes de sécurité Travailler en équipe, argumenter et communiquer

Evaluation Les travaux les plus aboutis seront valorisés dans la moyenne du deuxième trimestre

Procédés de fabrication des savons

Extrait du livre « L’art de la savonnerie à froid » – Leanne & Sylvain Chevallier – Edition Terre vivante

La méthode marseillaiseLa méthode marseillaise passe par une longue cuisson des ingrédients. La soude est dissoute dans l’eau, puis incorporée aux matières grasses. L’émulsion obtenue est ensuite chauffée durant de longues heures et mélangée jusqu’à l’obtention d’une pâte à savon. Du sel est ensuite ajouté à la pâte obtenue pour éliminer l’excès de soude et la glycérine contenue dans l’émulsion. Puis le savon est lavé pour évacuer le sel. La pâte est enfin déversée dans de grands moules ou à même le sol. Peu après, on débite le savon en barres qui sont mises à sécher.

La méthode à froid : pour la fabrication « maison »Déjà connue au XVIIème siècle, elle connaît un essor important au XIXème siècle – durant la Conquête de l’Ouest – au sein des communautés de pionniers. Ce procédé est devenu très précis de nos jours et les ingrédients de base (soude caustique, graisses et eau) sont pesés au gramme près.Son grand avantage est qu’il ne nécessite pas de cuisson externe : c’est l’action de remuer qui lance la réaction chimique. L’émulsion est mise en moule en début de réaction. Exploitant sa propre chaleur (la réaction est dite « exothermique »), la saponification se prolonge dans son moule sans autre manipulation. Toute la glycérine issue de la saponification est conservée ; or elle produit un effet hydratant incomparable.Simple et attractive, la méthode à froid ne peut toutefois s’appliquer à l’échelle industrielle.

Quelques matières grasses

Arachide (Arachis hypogaea)Parmi les plus consommées au monde, l’huile d’arachide contient 52% d’acide linoléique. Elle affiche des propriétés nourrissantes et assouplissantes pour la peau. Huile de base bon marché, elle produit peu de mousse dans un savon.Si vous en mettez trop, votre savon devient mou.Jusqu’à 20%

Beurre de cacao (Theobroma cacao)Dommage que l’inimitable parfum de chocolat exhalé par le beurre de cacao ne résiste pas à la saponification ! D’autant qu’il a de merveilleuses qualités hydratantes et nourrissantes : il laisse sur l’épiderme une fine pellicule protectrice, qui prolonge l’effet hydratant.Trop de beurre de cacao peut rendre le savon cassant.Jusqu’à 15%

Bourrache (Borago officinalis) FranceDu fait d’un rendement laborieux, le prix élevé de l’huile de bourrache limite les possibilités et expédie votre savon en classe grand luxe.Riche en acide gamma-linoléique, la bourrache est réputée pour ses propriétés hydratantes et son action antivieillissement.De 3% à 10%

Bœuf (suif) et porc (saindoux)Historiquement liée à la savonnerie traditionnelle, la graisse de bœuf constitue toujours la base de l’industrie moderne du savon. Malgré leur image peu séduisante, ces deux graisses animales ne font pas un mauvais savon. La plus intéressante propriété du suif et du saindoux réside dans leur effet très décapant (recherché pour les lessives).

Cire d’abeille (Cera alba) FranceLes tribus primitives l’employaient déjà comme antiseptique pour soigner les blessures. Bactéricide, la cire d’abeille a aussi des effets émollients, assouplissants et calmants. En outre, elle facilite la rétention d’eau par l’épiderme.Très utile pour accroître la dureté d’un savon, elle laisse un parfum léger et sucré de miel dans une barre neutre.De 2% à 6%

Coco – noix de coco ou coprah – (Cocos nucifera)C’est la grande découverte qui a révolutionné la savonnerie moderne. Le motif principal pour incorporer cette graisse solide dans votre savon, c’est son effet … moussant ! Eh oui, sans elle, point ou prou de mousse. Employée en excès, elle peut avoir un effet asséchant sur la peau.De 10% à 30%

Olive (Olea europea) FrancePrix d’excellence pour la reine des huiles de la savonnerie. Avec l’huile de coco, elle forme le duo idéal de presque toutes les recettes de savons. Une huile d’olive pure fait un merveilleux savon, très doux, qui laisse une fine pellicule hydratante sur votre peau sans pour autant l’étouffer. Pour information, un savon réalisé uniquement à base d’huile d’olive donne une barre remarquable par ses qualités émollientes, avec une texture légèrement visqueuse, mais très peu de mousse.Jusqu’à 100%

Tournesol (Heliantus annus) FranceTrès commune dans nos régions françaises, l’huile de tournesol produit des effets adoucissants et hydratants sur la peau. Très riche en vitamine E et concentrée en acides gras essentiels, elle renforce la fonction barrière de l’épiderme et aide à la préservation de l’hydratation cutanée. Un choix bon marché et local particulièrement judicieux pour votre savonnerie domestique.De 5% à 20 %

Table de saponification

La valeur de saponification d’un corps gras représente la masse de soude (NaOH) nécessaire à la saponification de 1 g de corps gras.

Corps gras NaOH Corps gras NaOH

Arachide 0,136 Cire d’abeille 0,069

Beurre de cacao 0,137 Coco 0,190

Bourrache 0,136 Olive 0,134

Bœuf (suif) 0,140 Tournesol 0,134

Porc (saindoux) 0,138

Attention : la soude est corrosive !Il est fortement recommandé de toujours réduire la quantité de soude de 5 à 9 % d’une part pour des raisons de sécurité, et d’autre part pour obtenir un savon surgras. La quantité de soude étant insuffisante pour saponifier la totalité des huiles, il reste quelques pourcents d’huile non saponifiées dans le savon pour le plus grand bien de votre épiderme !

Pour dissoudre la soude, il faut de l’eau. Pour déterminer la quantité d’eau, nous vous recommandons d’utiliser entre 30 et 35% de la masse totale des huiles

Parfums naturels

En général, une quantité d’huiles essentielles représentant 2 à 5% de la masse totale des matières grasses de votre recette doit suffire pour donner un parfum qui dure assez longtemps.

Comment savoir si le savon est propre à la consommation ?

Il faut utiliser du papier pH. Posez-le sur la surface mouillée d’un savon et interprétez le résultat avec l’échelle de couleurs fournie avec le papier.Rappel : le pH détermine l’acidité d’un milieu par une échelle de 1 à 14. La valeur 7 correspond à un milieu neutre. En-dessous, c’est acide et les milieux basiques sont au-dessus. Le pH d’un savon se situe au environ de 9 à 10.

Quelques « recettes » d’amateurs trouvées sur internet

http://www.naturels-cosmetiques.fr/savon-chocolat-et-orange-cannelle.html

Savon chocolat et orange cannelle - 80 GrDescription rapideCe savon purifiant, nourrissant, désodorisant et anti-moustique convient à tout type de peau non sensible. Enrichi de beurre de cacao, un beurre naturel hydratant et antioxydant qui produit une mousse crémeuse qui adoucit et protège les peaux sèches ou abimées.

DétailsComposition : huile d'olive, surgras au beurre et à la poudre de cacao, avec des oranges fraîches. Huiles essentielles d'orange, de cannelle & de patchouli.

Des oranges fraîches avec une pincée de cannelle, du vrai chocolat noir et de la poudre de cacao 100%. Ce savon produit une mousse doublement crémeuse. Ses volutes d’un orangé soutenu proviennent de l’argile. Les huiles essentielles d’orange débarrassent les peaux congestionnées des toxines. L’huile essentielle de cannelle légèrement astringente, raffermissant et clarifiant, possède des vertus anti-moustique, tout en parfumant. Enrichi de beurre de cacao, un beurre naturel hydratant et antioxydant qui produit une mousse crémeuse qui adoucit et protège les peaux sèches ou abimées. Tout type de peau non sensible. 

Savons aux huiles essentielles florales à base d'huile d'olive vierge et d'huile de noix de coco, surgraissés au beurre de karité. Les huiles essentielles florales sont connues depuis la nuit des temps pour leurs multiples propriétés thérapeutiques. Délicatement parfumés, ces savons nettoient en douceur, tout en clarifiant, hydratant et tonifiant la peau. 

Savons sans conservateur ni colorant chimique, sans parfum artificiel ni surfactant de synthèse, sans huile de palme qui menace l'écosystème, non testés sur les animaux. Des savons à l'état pur, enrichis exclusivement d'ingrédients naturels, tels que les fruits, les fleurs et les huiles essentielles. 

http://www.beaute-test.com/savon_chocolat_orange_douce_moulin_de_minerve.php

Savon appétissant au vrai chocolat bio, issu de l’association du beurre de karité et du beurre de cacao qui en fait un savon nourrissant et généreux aux fragrances sucrées d’orange douce. Savons 100% naturels à 60% d'huile d'olive vierge extra au surgras de 6 à 9%. Le savon est le résultat du processus de saponification (réaction au mélange d'huiles végétales et de soude caustique extraite du sel marin). Nos savons sont sans graisse animale, sans conservateur chimique, sans détergent. Ils sont fabriqués et coupés à la main puis séchés 4 semaines minimum. Nous fabriquons nos savons selon une méthode anglo-saxonne dite « à froid » différente de la fabrication du savon de Marseille, car les huiles sont légèrement chauffées autour de 42° pour être mélangées ; elles ne perdent donc aucune de leurs propriétés ; nous incorporons ensuite les huiles essentielles à basse température pour éviter leur évaporation. Ce mode de fabrication permet de conserver la GLYCERINE naturelle créée par le processus de saponification, contrairement à la méthode industrielle qui la retire et la revend pour l'élaboration de produits cosmétiques. Nos savons sont donc très hydratants, respectent votre peau et sont un soin idéal pour les peaux sèches et fragiles.

Indications : Idéal pour les peaux normales et jeunes

Formule : Ingrédients : huiles saponifiées (olive, palme, coco, beurre de cacao, colza, beurre de karité), huiles essentielles (ylang-ylang, lavandin, orange douce), poudre de chocolat, eau.

http://www.soapacadabra.fr/archives/2011/08/23/21845091.html

Savon "Chocolat Liégeois"

15% huile de noisette

20% Huile d'amande

10% huile de sésame grillé

10% huile de tournesol

25% Huile de coco

20% huile de palme bio

Soude calculée avec un surgraissage de 0%

Ajouts à la trace pour un surgraissage additionnel de 8%:

2/3 beurre de cacao (ou chocolat fondu, blanc si possible) et 1/3 miel

+ Extrait aromatique de vanille: 5%

Colorant:

cacao et dioxyde de titane (blanc)

Le parfum: mais où est donc passé le côté vanillé de l'extrait aromatique? Pfffiuut, envolé. Il ne reste que l'odeur de cacao engendrée par la poudre ajoutée comme colorant, et c'est tout. Le savon sent le chocolat brut, sans le côté sucré. Le miel ne ressort pas énormément non plus. La prochaine fois, il faudra une fragrance de noisette en plus, voire de chocolat au lait. Mais ça enlèverait un peu le côté "nature" que je voulais donner à ce savon...

A l'usage: agréable à utiliser, la couleur ne dégorge pas, le saupoudrage de cacao du dessus reste présent même après plusieurs utilisations ce qui m'a agréablement surprise! La peau ne tire pas après rinçage et reste douce, point + à rajouter. Par ailleurs, le savon est bien dur et lisse, alors que j'aurais pensé, à la vue de sa composition, qu'il aurait été un peu long à sécher (3 semaines ont suffit, et il était déjà ferme au démoulage après 24H!)

Il faut dire en dernier point que c'est très joli dans la salle de bain, un tel savon. Ca fait parler les invités, aussi (et même grimacer un certain petit bonhomme qui a voulu croquer dedans... a tenir éloigné des enfants!). Pari gourmand réussi sur le look, du déjà vu, mais une valeur sûre!  ;-)

http://chez-nounoune.over-blog.com/article-savon-au-chocolat-116261039.html

Savon au chocolat Un ami à moi m'a demandé un savon au chocolat! Alors hop, je m'y suis collé! Voilà ma première version, mais ça m'a donné envie d'en faire un autre, donc il y aura très certainement plus tard une autre recette de savon au chocolat!

- 30% HV coco

- 10% Beurre de karité

- 10% beurre de cacao blanc

- 20% HV olive

- 20% HV pépin de raisin

- 10% HV ricin

 

-réduction de soude à 4%

 

- 6% beurre de cacao brut

- 5% de poudre de cacao

- 2% extrait aromatique de cacao

 

http://sealeha.canalblog.com/archives/2010/03/10/17190159.html

Savon de l'hiver : orange, chocolat, épices

Ingrédients :

1er batch, orange et cannelle :

25% huile de coco hydrogénée (végétaline, pour la dureté et la mousse)5% huile de ricin (pour la mousse)

20% saindoux (pour la mousse et la douceur)25% beurre de karité (pour la douceur)

25% huile d'olive (pour la douceur)le tout infusé dans urucum (couleur) et écorces d'orange séchées

eau et soude pour un surgraissage à 10 (eau aux deux tiers recommandés)Dans les huiles jus d'orange pour un tiers du poids de l'eau

à la trace :macérât alcoolo-glycériné réduit d'écorces d'orange et de cannelle (40ml pour 500g d'huiles)

10g de cire d'orange pour 500g d'huiles2 cuillères à soupe de crème fraîche

5 ml de teinture de benjoin pour fixer les odeurs

2ème batch : chocolat et épices

25% huile de coco hydrogénée (végétaline, pour la dureté et la mousse)5% huile de ricin (pour la mousse)

20% saindoux (pour la mousse et la douceur)20% beurre de karité (pour la douceur)

25% huile d'olive (pour la douceur)5% beurre de cacao chocolaté (pour la dureté et l'odeur)

le tout infusé dans cacao en poudre, cardamome, clou  de girofle et cannelle

eau et soude pour un surgraissage à 10

à la trace :macérât alcoolo-glycériné réduit de cacao, cardamome, clou de girofle et cannelle (40ml pour 500g

d'huiles)5ml de teinture de benjoin pour fixer les odeurs

2 cuillères à soupe de crème fraîche2 cuillères à café de cacao en poudre

Mode d'emploi :

Je ne vais pas rappeler toutes les précautions à prendre ainsi que la méthode de base pour faire des savons... Simplement c'est un savon à faire obligatoirement à 4 mains, vu qu'il faut que les deux batchs se fassent en même temps pour le marbrage...

http://savonneriepaysanne.blogspot.fr/2013/04/savon-cannelle-chocolat.html

Recette du savon chocolat-cannelle : Savon chocolat-Cannelle

Huiles23% huile de noix de coco51% Huile d'olive

19 % Huile de colza7% Beurre de Karité (surgras)

Eau et jus de carotteSoude

Additifs Chocolat noir en poudrePoudre de cannelle (en surface du savon)

Le TP réalisé quelques semaines avant l’APP :

Comment fabriquer du savon (vert) ?

Pour préparer un savon, il faut deux réactifs : de la matière grasse et une solution basique (soude ou potasse). On peut y ajouter des parfums, des colorants ou des agents texturants.

Nous allons utiliser ici la méthode à froid qui a l’avantage de ne pas nécessiter de chauffage.

I/ Préparation des matières grasses Dans un bécher de 100 mL, peser 50 g d’huile d’olive. Introduire ces 50 g dans le grand bécher de 400 mL. Dans le bécher de 100 mL, peser 60 g d’huile d’olive. Introduire ces 60 g dans le grand bécher de 400 mL. Dans le bécher de 100 mL, peser 40 g d’huile de chanvre. Introduire ces 40 g dans le grand bécher de 400 mL. Dans le bécher de 100 mL, peser, en faisant des petits morceaux, 50 g d’huile de coco. Introduire ces 50 g dans

le grand bécher de 400 mL. En le faisant tenir par une pince, introduire le grand bécher contenant toutes les huiles dans le bain thermostaté

réglé à 44°C. A l’aide de la tige en verre, agiter légèrement.

II/ Préparation des colorants et parfums Dans une coupelle, ouvrir une gélule de chlorophylle. Introduire une demi-spatule de cette chlorophylle dans le plus petit bécher. À l’aide d’une pipette en plastique, dissoudre la chlorophylle dans 3 mL d’eau. Dans un petit erlenmeyer, peser les huiles essentielles :

o 0,8 g de menthe des champs (arvensis),o 1,6 g de cannelle,o 1,6 g de pin.o Boucher.

III/ Mélange des réactifsEn plus de la blouse et des lunettes, mettre des gants (la soude est corrosive).

Quand la solution de soude et les matières grasses atteignent environ 44°C :

1. Introduire les matières grasses dans un récipient à mixeur haut.2. Rajouter délicatement la solution de soude dans les matières grasses.3. Ajouter la solution verte de chlorophylle (plus petit bécher).4. Recouvrir d’un carré de carton troué et introduire le mixer électrique.

Obtention de la pâte

Titre : …………………….…...

Faire fonctionner le mixeur 3 secondes par intervalles de 10 secondes pour ne pas fatiguer le moteur. Entre les intervalles, utilisez-le comme une cuillère pour continuer à remuer. Lorsque vous mixez, veillez à ce que votre mixeur soit assez immergé dans le mélange pour éviter tout risque d’éclaboussures accidentelles.

Vous allez maintenant rechercher ce que l’on appelle la trace : arrêtez votre mixeur, relevez-le et déplacez-le à la surface de votre émulsion. De l’extrémité s’écoule un mince filet sur la surface du mélange. Si un cordon se dessine en relief et reste visible quelques instants, c’est la trace !

Incorporer les huiles essentielles. Ajouter trois spatules de graines de pavot. Mélanger le tout. Verser dans le moule chemisé avec du papier sulfurisé. Utilisez une spatule en caoutchouc pour récupérer le maximum de pâte au fond

du récipient. Recouvrez délicatement la surface de votre savon avec du film alimentaire. Il

doit venir directement au contact de la pâte. A partir de là, la réaction chimique, dite de saponification, a pleinement

commencé. Il faut attendre 24 h pour qu’elle soit totale.

IV/ Découpage et séchage Au bout de trois jours, démouler votre savon. Grâce à une boîte à onglet, débiter en 4 barres régulières. Une fois découpés, vos savons ont besoin de sécher pendant au moins 6 semaines

dans un endroit bien ventilé à température ambiante. Cela donne le temps à l’eau résiduelle de s’évaporer et permet le durcissement des savons.

Source : ce protocole expérimental est une adaptation de celui trouvé dans le livre « L’art de la savonnerie à froid » – Leanne & Sylvain Chevallier – Edition Terre vivante

V/ QuestionsSavon à froid / savon à chaud : avantages et inconvénientsL’obtention de savon à chaud est plus énergivore mais est plus rapide : industriellement, ce procédé est préféré à celui à froid que nous venons de réaliser.Dans un laboratoire de chimie, lorsqu’on veut chauffer un mélange réactionnel, on utilise le chauffage à reflux, détaillé ci-dessous.

1. Le chauffage à reflux (voir p.51)a) Légender et donner un titre au schéma ci-contre en utilisant

les termes suivants : arrivée d’eau froide, sortie d’eau, ballon, chauffe-ballon, support élévateur, réfrigérant, mélange réactionnel, pierre ponce, montage de chauffage à reflux.

b) Colorier en bleu la partie du réfrigérant qui est remplie d’eau du robinet

c) Compléter le texte suivant : le chauffage permet ……….……… la réaction. Que se passe-t-il lors d’un chauffage à reflux ? Les ……………. formées au cours de l’ébullition se ……………….. sur les parois froide du …………………….. et retournent dans le …………… De cette manière, il n’y a pas de ……….. de matière.

2. La glycérineAu cours de la transformation chimique, outre du savon, il se forme de la glycérine, de formule brute C3H8O3. Sachant que cette molécule possède trois groupes hydroxyle, chacun étant porté par un atome de carbone différent, déterminer la formule développée puis semi-développée de la glycérine.

3. Bilan de la transformation chimiqueUn savon résulte de la réaction entre un corps gras et la soude. L’huile d’olive contient un dérivé de l’acide oléique de formule brute C57H104O6.L’équation de la réaction de synthèse du savon peut s’écrire : C57H104O6 + 3 NaOH 3 C18H33O2Na + C3H8O3

En détaillant votre raisonnement, vérifier que cette équation est équilibrée.

Préparation de la soude (par le professeur, avant la séance)

Peser 28 g de soude, puis la dissoudre dans 58 g d’eau. Attention, la dissolution est exothermique : la solution obtenue est chaude !Stocker la solution obtenue dans un flacon fermé. Le mettre dans un bain thermostaté à 44°C.