Comment la cigarette réussit-elle à nous rendre dépendants et quelles en sont les conséquences sur l'organisme humain?
LES EFFETS DES COMPOSANTS DE LA CIGARETTE DANS L'ORGANISME
Comment mettre en évidence la présence de goudrons ?
Expérience : mise en évidence de la présence de goudrons dans la fumée de cigarettes avec et sans filtre.
Matériel :
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20 cigarettes avec filtre (nous utilisons un paquet de cigarettes « Bleu » de la marque News & Co.)
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20 cigarettes sans filtre (nous utilisons un paquet de cigarettes brunes de la marque Gauloises)
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2 fois 250 ml d’eau distillée
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Tuyaux en polypropylène
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2 fioles à vide
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Une trompe à eau
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2 ballons
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2 pipettes graduées
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Une pince
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Un support élévateur (Boy©)
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Du téflon
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2 bouchons
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Hotte de chimie, blouse, gants, lunettes.
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2 cônes
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Une balance de précision
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Un cristallisoir
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Un briquet
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Un évaporateur rotatif (rotavapor)
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Un réfrigérant
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Un tuyau relié à un robinet
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Des clips pour maintenir le ballon
Protocole :
Etape 1. Mise en solution de la fumée
Peser les fioles à vide, ballons, cônes, pipettes et tuyaux.
Insérer 250 ml d’eau dans une des fioles à vide et fermer hermétiquement avec un bouchon perforé laissant passer la pipette graduée, puis assembler le montage selon le schéma ci-dessous. Utiliser le téflon pour fermer hermétiquement les tuyaux.
Mettre une cigarette avec filtre au bout du tuyau et l’allumer, puis la laisser se consumer. La trompe à eau crée une dépression permettant aux fumées dégagées de pénétrer dans la fiole. Les cendres sont récupérées dans le cristallisoir contenant de l’eau distillée. Une fois la cigarette consumée, la retirer à l’aide d’une pince et la laisser tomber dans le cristallisoir. Remplacer la cigarette.
Recommencer avec les 19 autres cigarettes. Après consommation des 20 cigarettes, démonter l’assemblage et insérer la solution obtenue dans un ballon.
Peser le tuyau, le cône, la pipette et la fiole contenant les résidus de goudrons et déduire la masse des goudrons seuls.
Répéter la manipulation pour les cigarettes sans filtre en remplaçant le matériel mais en réalisant le même montage pour récupérer une solution contenant la fumée des 20 cigarettes sans filtre. Mettre la solution obtenue dans un autre ballon. Ne pas oublier de peser pour obtenir la masse des goudrons restés dans le tuyau, la fiole, la pipette et le cône.
Résultats :
La consumation d’une cigarette avec filtre dure d’environ 1 min, tandis qu’une cigarette sans filtre met environ 2 min à se consumer. On peut donc en déduire que la concentration en tabac de la cigarette sans filtre est plus élevée et par conséquent plus longue à se consumer, mais produira également plus de fumée pendant plus longtemps, la rendant plus nocive.
cigarette avec filtre se consumant
cigarette sans filtre se consumant
Dès la première cigarette sans filtre, contrairement à la première cigarette avec filtre, on constate déjà l’apparition d’un précipité noir au fond de la fiole :
Fiole à vide contenant l’eau et la fumée de la première cigarette sans filtre
Fiole contenant la solution aqueuse de fumée de 9 cigarettes avec filtre
Fiole contenant la solution aqueuse de fumée de 9 cigarettes sans filtre
On remarque dès la neuvième cigarette des deux sortes une différence de couleur : la fiole contenant la fumée de cigarettes sans filtre contient une solution plus foncée que la fiole contenant la fumée des cigarettes avec filtre. De plus, il s’est formé davantage de précipité dans la fiole de fumée sans filtre.
Fiole contenant la solution aqueuse de fumée de 15 cigarettes avec filtre
Fiole contenant la solution aqueuse de fumée de 20 cigarettes avec filtre
Fiole contenant la solution aqueuse de fumée de 15 cigarettes sans filtre
Fiole contenant la solution aqueuse de fumée de 20 cigarettes sans filtre
La couleur des deux solutions obtenues sont différentes : celle contenant la fumée des cigarettes sans filtre (jaune foncé) est plus foncée que celle de la solution contenant la fumée des cigarettes avec filtre (jaunâtre), elle est donc plus concentrée en particules. Le précipité de cette solution est également plus important pour les cigarettes sans filtre. Les particules présentes dans la fumée de cigarette ne sont donc pas complètement solubles dans l’eau distillée et plus nombreuses dans la fumée de cigarettes sans filtre.
Le corps humain est constitué à 80% d’eau. On peut donc penser que les poumons d’un fumeur ressembleront à la solution obtenue ici : les particules dissoutes dans l’eau distillée donnant cette couleur jaunâtre pourraient réagir avec l’eau des tissus pulmonaires et donner cette couleur aux poumons en les intoxiquant. Le précipité formé est le dépôt qui s’accumule dans les voies respiratoires et sont à l’origine des problèmes liés au tabagisme.
Tuyau contenant des goudrons déposés après consumation de 20 cigarettes avec filtre
Cône contenant des goudrons déposés après consumation de 20 cigarettes avec filtre
De plus, la masse de goudrons récupérés dans le cône, le tuyau, l’embout de la pipette et la fiole à vide additionnés est de 962,5 mg pour les cigarettes avec filtre et de 1687,2 mg pour les cigarettes sans filtre. On peut déjà conclure de cette première partie d’expérience que le filtre permet d’emprisonner une masse importante de goudrons dans la cigarette.
Etape 2. Récupération des goudrons.
Assembler le montage ci-dessous sous une hotte avec le ballon contenant la solution créée avec la fumée de cigarettes avec filtre dans l’eau. Le ballon contenant la solution à évaporer tient à l’aide de clips. Mettre des lunettes.
Schéma d'un évaporateur rotatif (rotavapor)
Ajuster la température de l’eau de la cuve de l'évaporateur rotatif (rotavapor) pour que la solution à l’intérieur du ballon ne bout pas (environ 45°C à 50°C). Le ballon tourne, ce qui permet de repartir un film liquide au niveau de la paroi intérieur du ballon, augmentant la surface d’échanges entre le vide et le liquide soit plus grande et mieux maîtrisée, ce qui permet d’accélérer le processus de vaporisation de l’eau. Le vide est créé entre le ballon et le réfrigérant pour diminuer la pression et permettre à l’eau de s’évaporer à une température inférieure à 100°C. La source de chaleur permet que la vapeur d’eau ne refroidisse pas à l’intérieur du ballon tournant, mais qu’elle se refroidisse seulement une fois dans le réfrigérant grâce à la source d’eau froide. Dans le réfrigérant, l’eau redevient liquide et est recueillie dans le second ballon.
Une fois toute l’eau évaporée, il ne reste que des dépôts de goudrons dans le ballon.
Peser le ballon contenant les dépôts de goudrons et en déduire la masse des goudrons, puis la masse totale de goudrons libérés par la fumée de cigarette avec filtre (sur le cône, dans le tuyau, dans la fiole et dans le ballon).
Recommencer la manipulation avec le ballon contenant la solution d’eau et de fumée de cigarettes sans filtre. Peser le ballon et déduire la masse totale des goudrons libérés par la fumée de cigarettes sans filtre.
Comparer les résultats.
Résultats :
Les distillats obtenus après l’évaporation de l’eau des deux solutions sont presque incolores mais pas entièrement, ce qui signifie que certaines molécules passent dans le réfrigérant lors de la vaporisation de l’eau. Néanmoins, le distillat obtenu pour la solution contenant la fumée des cigarettes sans filtre est légèrement plus coloré, ce qui signifie que davantage de molécules sont passées dans le réfrigérant. Donc, la fumée de cigarette sans filtre est plus concentrée en particules solubles dans l’eau.
De plus, l’odeur dégagée par la solution produite par la fumée des cigarettes sans filtre est bien plus prononcée.
Le dépôt restant dans le ballon une fois l’eau évaporée est de couleur jaune-marron pour le ballon contenant les particules issues de la fumée des cigarettes avec filtre. Le dépôt sur le ballon contenant les particules issues de la fumée de cigarettes sans filtre est quant à lui marron presque noir et visqueux. Il est également bien plus présent et recouvre toute la paroi du ballon.
Le dépôt est donc composé de molécules insolubles dans l’eau et de goudrons, issus de la combustion des cigarettes.
On peut en déduire que la quantité de goudrons absorbée par le filtre est important et évite bien plus de dégâts au niveau des poumons par le dépôt de davantage de particules dans les voies respiratoires.
La masse totale de goudrons libérés par la fumée de 20 cigarettes avec filtre (1 paquet) est donc de 1323,2 mg soit 1,3g environ, ce qui représente 66,16 mg / cigarette. La masse de goudrons libérés par la fumée de 20 cigarettes sans filtre est de 2281,1 mg soit environ 2,3g, ce qui représente 114,055 mg / cigarette.
Le filtre des cigarettes permet donc d’absorber 58% des goudrons de la fumée d’une cigarette. Il diminue par conséquent les risques de maladies sans pour autant les anéantir, mais révèle son importance dans la diminution des risques pulmonaires liés à la fumée de cigarette. La quantité de goudrons libérés par les cigarettes sans filtre est donc plus dangereuse pour le fumeur mais également pour son entourage qui en absorbera davantage.
Beaucoup de fumeurs consomment environ un paquet de cigarettes par jour, soit 20 cigarettes. Pour ces fumeurs, au bout d’une semaine de consommation de cigarettes avec filtre, 10 g de goudrons seraient déposés dans les poumons, réduisant gravement la capacité respiratoire. Si le fumeur utilise uniquement des cigarettes sans filtre, la quantité de goudrons serait de 16 g au bout d’une semaine.
Ainsi, nous avons mis en évidence la présence de goudrons dans la fumée de la cigarette et la quantité capable de se déposer dans les poumons au bout d’un paquet de cigarettes. Nous avons mis en évidence l’efficacité du filtre, bien que le risque zéro n’existe pas.
Ballon contenant le dépôt des goudrons provenant de la fumée des cigarettes avec filtre une fois l’eau évaporée
Ballon contenant le dépôt des goudrons provenant de la fumée des cigarettes sans filtre une fois l’eau évaporée
Vidéo de l'expérience :