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Physique de l’espresso

Une recette ancestrale

Dans les grandes lignes, depuis son invention en 1884, la préparation d’un espresso consiste à forcer de l’eau chaude à passer assez rapidement à travers du café moulu très fin. Plus précisément, la température de l’eau doit être d’environ 90°C, son volume de 25 mL et afin qu’elle ...

Des panneaux solaires bifaces

Les panneaux solaires : du silicium « dopé »

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Les électrons peuvent s’écouler comme l’eau

Lorsque l’eau s’écoule dans un tuyau, ce sont les interactions entre ses molécules qui la freinent. A l’inverse, lorsque des électrons s’écoulent dans un fil conducteur, c’est avant tout le fil lui-même qui les freine. Une équipe de chercheurs britanniques et israéliens, ...

Les cristaux temporels

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Cristal et brisure de symétrie 

Un cristal est un état de la matière dans lequel les atomes sont ordonnés selon une périodicité spatiale ...

Du ribose dans les météorites

Le ribose, sucre vital

L’ADN - ou acide désoxyribonucléique - est formé en particulier d’un sucre, le désoxyribose, lui-même un dérivé du ribose (C5H10O5). Plus précisément, dans le désoxyribose (C5H10O4) un groupement hydroxyle (-OH) du ribose ...

Un nouveau comportement des électrons

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Isolants, conducteurs et semi-conducteurs

Le comportement d’un solide cristallin relativement au courant électrique, peut être celui d’un isolant, d’un semi-conducteur, d’un métal ou d’un supraconducteur. Dans les isolants, ...

Interférences et biomolécules

CC BY-SA 4.0 Alexandre Gondran
Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » des électrons, des photons...

Les fentes de Young
Rappelons la fameuse expérience des fentes de Young, réalisée au tout début du XIXe siècle. La lumière issue d’une source ponctuelle tombe sur un obstacle opaque percé de deux fentes parallèles très fines et très rapprochées. Sur un écran placé derrière on observe non pas deux bandes claires (une en face de chaque fente), mais une série alternée de bandes claires et sombres : des franges d’interférences. On explique ce phénomène en admettant que la lumière passée par l’une des fentes et celle passée par l’autre se recouvrent sur l’écran d’observation et se renforcent (zones claires) ou se contrarient (zones sombres). Si la différence de longueur des deux trajets depuis chacune des fentes jusqu’à un point sur l’écran est un multiple entier de longueur d’onde, les deux lumières se renforcent ; en revanche, si l’écart vaut une demi-longueur d’onde, elles se retranchent, il y a extinction : leur somme donne alors de l’obscurité. Tout cela s’explique sans mystère dans le cadre de la théorie ondulatoire de la physique classique. Mais la mécanique quantique prédit que si la lumière est envoyée sous forme de photons, un à un, les uns après les autres, leur accumulation devrait encore donner des franges sur l’écran d’observation : des bandes parallèles alternativement surpeuplées et sous-peuplées par les points d’impact des photons ! L’expérience confirme ce résultat très étrange.

Des intérférences avec des molécules 
Le même résultat est encore obtenu même si les particules sont des électrons, des atomes, de petites molécules, voire des fullerènes comme cela a été réalisé à la fin des années 1990… Cela signifie qu’à cette échelle, la matière ne se comporte pas comme un grain ordinaire, car l’expérience des fentes de Young réalisée avec des billes ou des grains de sable donne sans surprise juste deux séries de points d’impact, une en face de chaque fente. La question est donc de savoir à partir de quelle dimension le comportement classique laisse sa place à un comportement quantique, interférentiel. Très récemment, deux collaborations internationales ont chacune réalisé une expérience d’interférences avec de très grosses molécules, cependant en employant avec un autre dispositif que des fentes de Young. Le premier groupe (Chine, Autriche, Suisse, Allemagne) a réussi une prouesse puisque leur molécule est composée d’environ 2000 atomes (il s’agit d’une porphyrine), tandis que la seconde équipe (Autriche, Royaume-Uni, Etats-Unis) a expérimenté avec un antibiotique composé de quinze acides aminés, la gramicidine A1. Ces résultats extraordinaires constituent un pas de plus vers des expériences quantiques avec des organismes vivants !

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La bouche artificielle
Des chercheurs s'efforcent de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent l'ingestion de produits alimentaires en effectuant des expériences sur une bouche artificielle.

Comprendre le rôle de la bouche

Tous les jours, plusieurs fois par jour, la bouche effectue la manducation. La manducation est l'action qui regroupe les opérations antérieures à la digestion que sont la préhension, la mastication, l'insalivation, la ventilation et la déglutition.
Les mécanismes en jeu dans la bouche étant complexes, une équipe de chercheurs de l'INRA (Centre des Sciences du Goût et de l’Alimentation et Flaveur Food Oral Processing & Perception) collabore afin de les étudier en profondeur, et ce en particulier, grâce au développement d'une "bouche artificielle". Leurs travaux se focalisent sur les perceptions humaines des flaveurs (sensations olfactives, gustatives et tactiles ressenties lors de la consommation d'un produit alimentaire), notamment en étudiant la mastication et la salivation « c’est-à-dire à la manière dont un aliment est déstructuré en bouche et les stimuli sont libérés pour atteindre les récepteurs », explique Christian Salles, directeur de recherche à l'INRA.
Afin d'étudier les interactions entre la mastication et la libération des arômes en bouche, les chercheurs utilisent le plus souvent une procédure in vivo en recourant à un jury de dégustateurs. Cette procédure est cependant limitée, compte tenu de la dispersion des données collectées. Pour cette raison, les chercheurs se sont tournés vers des expérimentations in vitro en utilisant une bouche artificielle ou « machine à mâcher ».

La bouche artificielle

L'idée étant inédite, il a fallu créer l'instrument de toutes pièces. Cela a nécessité trois ans d'ébauches et de développement (en collaboration avec l'IUT du Creusot). La bouche artificielle voit le jour en 2006. Sans cesse améliorée depuis, elle consiste en des mâchoires supérieure et inférieure, des dents faites à partir de molaires scannées en 3D, et d’une langue alimentée en salive artificielle. De nombreuses études ont pu être réalisées en contrôlant les paramètres de la machine (chose impossible à effectuer sur les humains ! ). Il est par exemple possible de suivre en temps réel la libération des arômes, grâce à un spectromètre de masse. La bouche humaine continue toutefois à faire partie des expériences. Les données collectées servent par exemple à calibrer plus minutieusement le simulateur de mastication.
Les chercheurs travaillent à présent sur une bouche artificielle de seconde génération pour l'horizon 2020. L'instrument, ajusté, optimisé et plus facile à utiliser permettra aux chercheurs de comprendre en profondeur l'influence de certains paramètres physiologiques sur la libération de la flaveur.

Publié le 22/11/2018

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Yassa HARBANE
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