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La langue électronique plus forte que nos papilles ?
Un doute sur l’authenticité d’une cargaison de cognac grande champagne ? Les douaniers suspicieux ne vont tout de même pas ouvrir les bouteilles et se fier à leurs papilles, cela ne ferait pas sérieux. Le recours à une langue électronique imitant notre perception du goût pourrait dans ce cas se révéler très utile. D’autant qu’une étude publiée récemment1 fait état d’un nouveau dispositif révolutionnaire : une langue électronique universelle capable de discriminer n’importe quels liquides, y compris ceux dont nul ne connaît le goût.
Cinq saveurs pour cinq besoins évolutifs
Des prototypes de langues artificielles existent depuis plusieurs années mais, pour comprendre en quoi ce nouveau système diffère des autres, il faut revenir aux bases du goût humain. Les langues artificielles classiques utilisent des capteurs de la même manière que nos langues se servent des récepteurs présents dans les papilles gustatives. Ces groupements de cellules distinguent cinq saveurs primaires : le sucré, le salé, l’amer, l’acide et l’umami, c’est-à-dire le savoureux. Il s’y rajoute de nombreuses perceptions dites trigéminales, car transmises par le nerf trijumeau. Il peut s’agir du piquant d’un piment, de la fraîcheur de la menthe, de la température…
de l’amertume
est l'un des grands
défis des langues
électroniques.
« Les cinq saveurs primaires correspondent à des besoins évolutifs précis, explique Loïc Briand, directeur de recherche au Centre des sciences du goût et de l’alimentation2, à Dijon, qui n’a pas participé à l’étude. Le sucré permet de détecter les nutriments riches en énergie, le salé nous aide à maintenir notre équilibre hydro-électrolytique, l’acide nous informe de la maturité des fruits, l’umami de la présence de protéines et l’amer aide à repérer les molécules toxiques. La détection de l’amertume est d’ailleurs un des grands défis des langues électroniques, car notre seuil naturel de détection est extrêmement bas pour cette saveur. » En effet, alors que le sucré et l’umami ne disposent chacun que d’un seul récepteur, nous en avons vingt-cinq différents pour l’amer.
Un dispositif dérivé des panneaux solaires
Les langues électroniques classiques reposent donc sur des systèmes de capteurs qui imitent nos récepteurs. Il s’agit de reconnaître les produits selon des critères bien définis. Hélas, elles perdent tout leur intérêt face à une substance inconnue. La nouvelle langue électronique peut de son côté analyser n’importe quel liquide, même ceux dont les chercheurs ignorent la provenance et la composition. « L’idée est venue à une équipe de chercheurs de l’Institut de hautes technologies de l’université Taras-Chevtchenko de Kiev en 2009, explique Vladimir Lysenko, chargé de recherche à l’Institut des nanotechnologies de Lyon (INL)3 et coauteur de l’étude. Ils ont commencé à étudier l’impact de différents produits liquides sur le fonctionnement des cellules solaires. Comme nous travaillons ensemble depuis 1998, nous avons lancé un partenariat qui a abouti à cette langue électronique. »
L’appareil en question est l’adaptation d’une machine qui servait à l’origine à tester l’intégrité des substrats électroniques. Il est constitué d’une plaque de silicium traité chimiquement, d’une couche du liquide à tester, d’un laser et de détecteurs à micro-ondes qui mesurent la proportion des ondes réfléchies par le silicium photo-excité. Le laser vient exciter la surface semi-conductrice en silicium sur laquelle il provoque l’apparition des charges électriques libres qui vont mettre un certain temps à retourner dans leur état initial de repos : on parle de durée de vie. Quand des liquides sont en contact avec la surface en silicium, cette durée de vie change en fonction de leur composition.
Whisky, cognac ou armagnac ?
Dans cette langue artificielle, les chercheurs scannent au laser plusieurs points de la plaque de silicium et mesurent les durées de vie. Ils réitèrent l’opération une seconde fois sur les mêmes points, mais en présence du liquide à étudier. Ils superposent ensuite leurs résultats et obtiennent une véritable cartographie de la surface en silicium, où chaque pixel représente la différence entre les durées de vie avec et sans le liquide. « Les mesures sont prises plusieurs fois en soumettant l’interface silicium-liquide à des voltages différents, précise Vladimir Lysenko. Il vaut mieux avoir plusieurs images pour améliorer la reproductibilité. Plus on en a, mieux c’est. Prenez le cas d’un imitateur, il est facile de se déguiser pour ressembler à quelqu’un sur une photo mais, sur un film ou dans la vraie vie, les différences sautent aux yeux. »
Dans leur publication, les chercheurs mettent en avant des résultats frappants. La cartographie d’une eau minérale diffère considérablement de celle d’une eau déminéralisée, et la langue électronique distingue aisément le whisky du cognac et de l’armagnac. Ces trois alcools sont pourtant tous des eaux-de-vie, de vin pour le cognac et l’armagnac, et possèdent une composition chimique très proche avec 40 % d’alcool.
Un allié idéal pour les douaniers
Cette machine est donc capable de différencier des liquides très semblables, mais ne livre par contre pas leur composition chimique. La langue électronique ne se substitue pas à des analyses spectrométriques classiques. Quel intérêt alors ? « Cette langue fonctionne comme un chien dressé pour les douanes, décrit Vladimir Lysenko. L’animal aboie quand il reconnaît un produit, mais il n’est pas capable de nous dire si c’est de la drogue ou un explosif. Il nous prévient de la présence d’un produit louche et il faut ensuite pratiquer des analyses pour savoir de quoi il s’agit. »
Cette méthode est en effet bien moins coûteuse qu’une spectrométrie en laboratoire. Elle réclame également une très faible quantité de liquide, puisqu’une épaisseur de 100 micromètres sur 2 cm2 suffit largement. L’appareil actuel a un volume de 1 m3, mais les chercheurs ont également déposé un brevet pour un dispositif de la taille d’un smartphone. Cela en fait un allié idéal pour les douaniers et la lutte contre les contrefaçons. L’appareil peut également trouver sa place sur des chaînes de production agroalimentaire, en parfumerie ou dans l’industrie pharmaceutique. La langue préviendrait alors de la moindre rupture d’homogénéité du produit.
Un outil pour diagnostiquer le cancer
Si le terme de langue électronique évoque surtout le domaine de l’agroalimentaire, l’application qui tient le plus à cœur aux chercheurs est tout autre : la lutte contre le cancer. En collaboration avec l’équipe d’Alain Geloen, directeur de recherche au Laboratoire de recherche en cardiovasculaire, métabolisme, diabétologie et nutrition4, à Lyon, l’équipe de l’INL espère pouvoir détecter dans les tissus humains des biomarqueurs utiles à divers diagnostics. Il s’agit de molécules de différents types dont la présence dans le corps peut annoncer des maladies futures, y compris neurologiques et oncologique.
Vladimir Lysenko évoque deux travaux à ce sujet. D’abord une étude finno-estonienne de février 2014 sur l’intérêt des biomarqueurs. Elle indique que les 20 % de personnes qui possèdent les plus grandes quantités de quatre molécules précises ont une mortalité 19 fois plus élevées sur cinq ans que les 20 % de personnes qui en ont le moins. Leur étude montre bien que ces biomarqueurs peuvent être de formidables outils de diagnostic, même pour des patients qui sont encore sains. Une étude publiée en 2012 dans la revue Nanoscale, à laquelle le chercheur a participé, porte sur un système d’imagerie de cellules vivantes fondé sur la fluorescence. Les empreintes colorées des cellules diffèrent selon qu’elles sont saines ou cancéreuses.
Tout comme la langue électronique développée à Lyon, ces travaux se basent sur un substrat en nitrure de silicium et des empreintes colorées. Il s’agit d’une piste dans l’espoir de faire ressortir les biomarqueurs avec ce nouveau système.
Si les applications actuelles de cette langue sont bien ancrées dans des domaines qui touchent au goût, les développements futurs devraient aller bien au-delà. À l’aide de bases de données qu’il reste à construire, il serait donc possible d’en faire un outil de diagnostic d’une flexibilité hors norme. Un appareil vraiment universel.
- 1. « Might Silicon Surface Be Used for Electronic Tongue Application ? » S.V. Litvinenko, D. Bielobrov, V. Lysenko, T. Nychyporuk et V. A. Skryshevsky, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6 (21) : pp. 18440–18444.
- 2. Unité CNRS/Inra/Univ. de Bourgogne.
- 3. Unité CNRS/ECL/INSA/UCBL/CPE Lyon.
- 4. Unité Inserm/Inra/UCBL/Insa Lyon.
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Auteur
Diplômé de l’École supérieure de journalisme de Lille, Martin Koppe a notamment travaillé pour les Dossiers d’archéologie, Science et Vie Junior et La Recherche, ainsi que pour le site Maxisciences.com. Il est également diplômé en histoire de l’art, en archéométrie et en épistémologie.
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berlherm le 26 Novembre 2014 à 09h38Connectez-vous, rejoignez la communauté
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