Un nez électronique de l’UC Berkeley pour repérer les aliments avariés

Si, après avoir mangé un aliment douteux, vous ne vous retrouvez qu’avec l’estomac barbouillé, vous faites sans doute partie des chanceux.

Les maladies d’origine alimentaire constituent un problème mondial, parfois mortel, qui ne se limite pas à de simples douleurs intestinales.

D’après l’Organisation mondiale de la Santé (OMS), on estime que plus de 850 million de personnes tombent malades chaque année après avoir consommé des aliments contaminés, ce qui entraîne plus de 1.5 million de décès par an.

Et même si la technologie s’est imposée dans la plupart des aspects du quotidien, notre réflexe numéro un en matière de sécurité alimentaire reste souvent le même : un rapide « test de l’odeur » pour juger si le lait d’hier ou les restes de la semaine dernière sont encore consommables.

Sauf que le nez humain n’est pas un détecteur chimique infaillible - comme en témoignent certains lendemains matin arrosés à coups de Pepto-Bismol.

Intoxications alimentaires : bien plus qu’un mal de ventre

Pour éviter qu’une tranche de saumon « discrètement » contaminée ne nous rende malades, des ingénieurs de l’Université de Californie (UC) à Berkeley ont mis au point un « nez électronique », dont ils décrivent les travaux dans Science Advances.

Point crucial : cette technologie pourrait être intégrée à des appareils du quotidien afin de nous protéger de pathogènes invisibles, y compris ceux liés à l’altération des aliments.

Le nez électronique de l’UC Berkeley : 16 capteurs « numériques »

« Je pense que des réfrigérateurs “intelligents” - avec des capteurs que l’on peut piloter depuis son téléphone - seraient une application idéale pour ce type de technologie », explique Carla Bassil, ingénieure électricienne à l’UC Berkeley et autrice principale de l’étude.

« Ce serait génial si votre réfrigérateur pouvait vous dire : “Hé, ton brocoli va bientôt tourner, tu devrais sans doute le manger.” Ou : “Ton poulet est à son dernier jour”. »

Le « nez électronique » s’appuie sur 16 capteurs, chacun réagissant à un mélange de gaz légèrement différent, afin d’offrir aux hésitants un feu vert ou un feu rouge face à un pilon de poulet resté au frigo.

Bassil compare ces capteurs à des « papilles gustatives numériques », chacune réglée sur un type de stimulus.

« Chacun de ces 16 capteurs possède un film sensible différent, et le principe consiste à convertir les réactions chimiques entre la surface du capteur et la molécule de gaz en signaux électriques », a-t-elle détaillé lors d’une récente présentation.

Performances, fabrication et avantages face aux détecteurs classiques

Pour apprendre au dispositif à distinguer les odeurs, les chercheurs ont utilisé des méthodes d’apprentissage automatique et ont entraîné le nez électronique à reconnaître 16 produits alimentaires différents, avec une précision globale de prédiction de près de 93 percent.

Parmi ces produits figurent des fruits et des allergènes courants issus des fruits à coque, comme les noix et les cacahuètes. L’équipe lui a aussi confié une mission peu enviable : identifier du poulet cru, du lait et des œufs laissés hors du réfrigérateur pendant 24 to 48 hours.

Selon les chercheurs, ce nez électronique marque plusieurs progrès par rapport à d’autres systèmes de détection de gaz sur une seule puce, qui ne comptent parfois que 2 to 10 sensors.

Par exemple, il fonctionne à température ambiante, grâce à des semi-conducteurs à base de nanotubes de carbone - un matériau presque miraculeux, qui combine grande surface spécifique, solidité et légèreté.

Autre avantage : fabriquer cette « trompe » artificielle repose sur une technique relativement simple de dépôt par gouttes, où les chercheurs appliquent sur une puce une solution chargée en nanoparticules, puis la rincent et la sèchent avec un pistolet à azote au nom tout droit sorti de la science-fiction.

« Ce qui rend réellement mon nez électronique évolutif, c’est que nous pouvons utiliser tous ces différents types de matériaux sensibles tout en les déposant en une seule étape », précise Bassil.

Limites, détection d’allergènes et futurs usages

Malgré ces avancées, plusieurs améliorations restent possibles.

Les chercheurs ont déjà progressé sur un point clé : éviter les confusions de catégories, qui peuvent mélanger fruits à coque et cacahuètes (qui sont des légumineuses). Cette distinction est essentielle, car ces aliments font partie des nine allergènes les plus fréquents aux États-Unis et peuvent provoquer une anaphylaxie potentiellement mortelle.

Dans cette logique, ce « nez » synthétique pourrait, à terme, servir aussi à repérer des allergènes. L’objectif serait de réduire une partie des près de 3.4 million de passages annuels aux urgences liés aux allergies alimentaires aux États-Unis - soit un patient toutes les 10 seconds.

Par ailleurs, si le nez électronique peut détecter à peine 0.05 grams de noix isolée, soit environ un centième d’un seul cerneau, il n’a pas encore été évalué dans des situations plus complexes. Sentir une trace de noix intégrée dans un gâteau, ou repérer un unique aliment avarié au milieu d’un réfrigérateur plein, représente un défi d’un tout autre niveau.

L’équipe travaille également sur une version portable du nez électronique, synchronisée avec une application sur smartphone. Un jour, voir des clients passer un renifleur connecté au-dessus de leurs sushis pourrait devenir une scène banale dans de nombreux restaurants.

Le prix d’un tel appareil - et la question de savoir s’il pourrait être utile dans d’autres contextes disposant de peu de moyens - reste à déterminer. De nombreuses maladies d’origine alimentaire sont liées à l’absence de réfrigération, à une eau contaminée ou à une alimentation électrique intermittente : des besoins élémentaires qu’il faut d’abord résoudre.

Mais rien n’oblige à cantonner le nez électronique au seul domaine de l’alimentation. La technologie pourrait aussi s’étendre à la biométrie, afin de mieux comprendre et suivre des odeurs liées à la santé humaine, à la manière des chiens d’alerte pour le diabète.

« L’apprentissage automatique s’est révélé être un véritable tournant pour la technologie des capteurs, grâce aux progrès de la reconnaissance de motifs et à une utilisation plus simple », conclut Bassil.

« Et ce qui est enthousiasmant, c’est que vous pouvez entraîner le nez électronique sur les objets de votre choix ; vous pouvez donc, potentiellement, concevoir des capteurs adaptés à n’importe quelle application. »

Cette recherche a été publiée dans Science Advances.

Cet article a été vérifié par Rachel Garner et édité par Clare Watson. Même si nous accordons une grande importance à notre méthode, nous restons humains. Si vous repérez une erreur, merci de nous en informer.