Nez Électronique

pectrométrie de masse par empreinte

• la chromatographie gazeuse ultra rapide

• les cellules électrochimiques pour l'analyse de gaz cibles (NH3, H2S, RSH, CO2, etc.) sur le terrain

• le détecteur à photo-ionisation (PID) pour l'analyse et la quantification des Composés Organiques Volatils (COV) sur le terrain.

Un logiciel d'analyse statistique permet de traiter et interpréter les mesures des nez électroniques et de construire des modèles qualitatifs (Analyse en Composantes Principales, Analyse Factorielle Discriminante), des cartes de contrôle qualité (modèles Statistical Quality Control et Soft Independant Modeling by Class Analogy), des modèles quantitatifs (modèle de régression linéaire Partial Least Square), des modèles de suivi de vieillissement.

Applications industrielles et secteurs d'applications

Les nez électroniques sont utilisés dans l'industrie, dans tous les départements impliqués dans l'une des étapes du cycle de vie d'un produit :

• développement de nouveaux produits,

• industrialisation,

• commercialisation,

• amélioration de produits ou de procédés.

L'odeur, le goût et les caractéristiques chimiques sont des paramètres clés dans de nombreux domaines industriels puisqu'ils déterminent directement la qualité et le succès des produits.

Les nez électroniques sont utilisés pour mesurer et évaluer ces paramètres dans :

• l'agro-alimentaire

• les polymères, plastiques et emballages alimentaires

• l'industrie pharmaceutique

• l'environnement

• et aussi : le tabac, la chimie / pétrochimie, les cosmétiques et parfums, la santé.

Nuisances odorantes et législation

Cette technologie est particulièrement en vogue dans les domaines les plus problématiques en termes d'odeur. Notamment l'enfouissement, le compostage, l'équarrissage, le traitement des eaux usées… En France, il existe un arrêté dans le domaine de l'équarrissage qui fait mention de la possibilité de faire des mesures olfactométriques via les nez électroniques. En ce sens, la législation française est assez innovante puisqu'elle est la première au monde à reconnaître la pertinence des nez électroniques pour le suivi environnemental.

Autres techniques

Dans l'industrie, l'évaluation des arômes est généralement confiée au nez humain ou au procédé de chromatographie en phase gazeuse (CPG). Cette dernière technique donne une information sur les composants volatils organiques, mais la corrélation entre les résultats analytiques et la perception globale de l'odeur n'est pas directe, à cause d'interactions potentielles entre les différents composés odorants. C'est pourquoi les nez électroniques sont de plus en plus utilisés dans les applications industrielles.

Utilisation en tennis de table

L’ITTF (Fédération internationale de tennis de table) et la FFTT (Fédération française) ont annoncé l'utilisation de « nez électroniques » appelés « ENEZ »[1] pour contrôler les raquettes des pongistes, suite à la modification en 2008 des règlements relatifs à la colle qui ne doit plus comporter de solvants[2].

I Historique

La première fois que le concept et le terme de " nez artificiels " ont été énoncés semble se situer en 1923 avec Jean-Henri Fabre dans son livre "Souvenirs entomologiques". Il souhaitait l'avènement de ce qu'il appelait un radiographe des odeurs.

Dans les années 50 et 60, toute une série de cellules détectrices de vapeurs organiques, relativement sensibles et à très faible temps de réponse, ont vu le jour. Leur utilisation ne pouvait s'opérer que par couplage à des colonnes chromatographiques. Ces cellules détectrices utilisaient des modifications de propriétés électriques de surfaces, consécutives à l'adsorption de molécules organiques. Le changement de tension superficielle des liquides a également été utilisé (notamment par Tanyolac), tout comme la modification de conductivité thermique de thermistances recouvertes d'un film liquide (Moncrieff, Friedman).

En 1987, Shurmer fit le projet d'utiliser des palettes de capteurs de différentes natures.

En 1989, la firme Thermdics a présenté 2 appareils qui détecteraient l'un de l'héroïne ou de la cocaïne, et l'autre des explosifs de la famille du plastic, à la concentration extraordinairement basse de 10-14 fraction molaire en moins de 30 secondes.

Parallèlement à ces détecteurs ultra rapides et sensibles, le couplage d'analyseurs physico-chimiques et de détecteurs biologiques a vu le jour. La société Delsi Instruments commercialise un accessoire de sortie de chromatographe en phase vapeur qui permet à un sujet humain de caractériser les propriétés olfactives (en intensité et en qualité) de chacun des effluents gazeux, au fur et à mesure de leur enregistrement par un détecteur physico-chimique. Des odorogrammes sont ainsi obtenus.

L'utilisation d'un détecteur animal en sortie de chromatographe, le plus souvent la grenouille, a été effectuée pour la première fois en 1964 par Ottoson et von Sydow.

Dans les années 70, différents dispositifs analytiques ont été brevetés. Leur principe consistait en une identification et une mesure de concentration des composants du mélange testé, suivies d'une pondération de l'efficacité odorante de chacun d'eux par recours à une mémoire, et d'une "addition d'odeurs" selon tel ou tel "modèle".

Enfin, à la fin des années 70, Etcheta et Laffort ont proposé l'odorographe permettant de déterminer, pour des substances pures, plusieurs propriétés moléculaires semblant être impliquées dans l'adsorbabilité sur les récepteurs olfactifs.

Aujourd'hui, les " nez électroniques " ont beaucoup évolués grâce à la découverte de nouvelles techniques et à l'apparition de nouveaux moyens. Néanmoins, la plupart d'entre eux se basent sur des principes physiques et chimiques déjà utilisés pour les premiers nez artificiels.

II Le " nez électronique "

Le " nez électronique " (ou artificiel) est un instrument capable de détecter, d'identifier et de discriminer des odeurs.

Il est conçu pour évaluer objectivement l'intensité globale des composés volatils d'un produit testé.

Il présente une fonction de reconnaissance olfactive similaire à celle d'un nez humain.

Il est classiquement constitué :

- d'un réseau de capteurs sensibles aux composés odorants,

- d'un système de conditionnement du signal émis,

- d'un logiciel de traitement de données.

1- Le nez humain

L'épithélium olfactif au niveau de la fosse nasale est constitué sur quelques cm² de plusieurs dizaines de millions de cellules réceptrices.

Chacune de ces cellules est sensible à une dizaine de molécules odorantes différentes. Chaque type de capteur est présent en plusieurs exemplaires.

La sélectivité du nez humain capable de distinguer plusieurs millions d'odeurs n'est pas le fait de capteurs ultra spécialisés, mais est le résultat d'un travail de recoupements et de convergences d'informations réalisés au niveau du cerveau.

Le nez humain est capable de détecter quelques particules par milliers de milliards (10-12) alors que les capteurs du commerce ne réagissent qu'aux particules par millions (10-6).

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Schéma 1 : Anatomie du nez humain

(source : Encyclopédie Microsoft© Encarta 98)

Ainsi, le fonctionnement du nez humain va servir de modèle à l'élaboration du " nez électronique ".

2- le nez électronique

L'établissement d'une base de données :

Tout d'abord, une base de données (ou bibliothèque composite) est constituée. Elle est établie à partir de signatures et de descripteurs de produits de référence décrits avec précision par des méthodes traditionnelles et caractérisées par l'appareil. La signature représente l'empreinte, le profil, l'image ou la carte d'identité d'un produit précis et est constituée de l'ensemble des descripteurs de la composition. Elle est propre au mélange