Nicolas Godinot
Thèse placée sous sous la direction de Gilles Sicard et de André Holley

Présentation du sujet de la Thèse:

Les modifications de la perception olfactive entraînées par l'ajout d'un composé odorant à une odeur peuvent porter sur sa caractéristique hédonique, son intensité ou son aspect qualitatif. Or, l'état actuel des connaissance sur la perception des mélanges ne permet pas de prévoir l'évolution de la perception provoqué par un ajout d'odeur à une source ou une ambiance données. Dés lors, nous nous proposons d'étudier la perception des mélanges d'odeur par des sujets humain.

O déterminent combien d'odorants seront perçu dans le mélange, ni l'influence des facteurs physico-chimiques des molécules odorantes sur la perception des mélanges.

Ainsi, une des questions les plus fréquemment soulevée est celle de la possibilité de prédire la qualité et l'intensité d'une odeur évoquée par un mélange de composé sur la base des qualités et intensités des composés perçus séparément. Plusieurs modèles ont été proposé pour prédire l'intensité perçus d'un mélanges de plusieurs odorants, le plus connu est sans doute celui de l'addition vectoriel proposé au début des années soixante dix par Berglund et collaborateurs (Berglund et al., 1973). Dans ce modèle, l'intensité perçue d'un mélange serait égal à la somme vectorielle de vecteurs représentant les intensités des composant du mélange pris séparément. Le paramètre importants de ce modèle est l'angle formé entre les vecteurs représentants des pairs de composés. Cet angle serait fixe pour deux composé donnée, dépendant des relations qualitatives entre les composés de cette paire. Toutefois, si le modèle de l'addition vectorielle est relativement performant pour des mélanges binaires ou ternaires de composés odorant, il tend à mal estimer les intensités de mélanges plus complexes. Nous notons cependant que peu de travaux se sont portés sur l'intensité perçue de mélanges complexes de composés odorants, travaux qui auraient pu infirmer ou confirmer la validité du modèle vectorielle.

Quelques études se sont penchés sur les composantes de la qualité odorante des mélanges. Ainsi Laing et collaborateur montrent que les sujets Humains ne sont pas capables de discriminer et d'identifier plus de trois ou quatre odorants dans un mélange, quelque soit le niveau d'expertise des sujets, que la tâche d'identification mette en jeux des phénomènes d'attention sélective ou non, que les odeurs des substances en mélanges possèdent des propriétés de fusions plus ou moins grandes, et même que les odorants mis en mélange soit eux mêmes des mélanges de composés odorant (Laing & Francis 1989; Laing & Glenmarec, 1992; laing & Livermore, 1992; pour une revue, consulter Laing, 1994). Ces résultats ont comme principal intérêts de nous montrer qu'un mélange odorant, du point de vue perceptif, ne peut être simplement réduit à la somme de ces composants. Certain composants du mélange peuvent prédominer, ou imprimer leurs qualités au mélange, d'autres vont avoir tendance à s'effacer, ne pouvant plus être identifié dans le mélange. Dans ces derniers cas, soit les odeurs sont "supprimées" par les autres, toutes informations portés par elles étant perdues, soit elles se "mélangent" les unes aux autres pour donner de nouvelles notes odorantes que l'on ne peut rattacher à aucune d'entre elles. Au vues de ces résultats, on peut dire qu'une grande quantité des informations portés par les constituant individuels sont perdus en tant que tels, ou transformée. On peut dés lors se poser des questions sur les principes d'interactions mis en jeux dans ces phénomènes: quels sont les règles qui participent au maintien ou à la disparition de telle ou telle composante du mélange. Les hypothèses les plus courantes mettent en jeux des systèmes de par études comportementales de la perception des mêmes mélanges par le Homard, corroborant ainsi la prévalence de la composante périphérique dans les phénomène de suppressions. Chez l'Homme, Laing et collaborateur ont suggéré que des mécanisme différents, situé au deux niveaux, sont mis en jeux dans la perception d'un mélange binaire (Laing & Willcox, 1983; Bell et al. 1987). Un travail de Schleppnik présenté au congrès de l'ECRO en 1978 semble montrer que la neutralisation d'une odeur par une autre soit un phénomène olfactif périphérique (Schleppnik, 1978). Rouby et Holley mirent en évidence quand à eux des phénomène de masquage mettant en jeux principalement une composante centrale (Rouby & Holley, 1995).

En s'appuyant sur ces hypothèses, nous avons cherché à mettre en évidence chez l'homme une possible suppression dans un mélange binaire. Nous avons utilisé le modèle préconisé par Schleppnik afin d'en valider la véracité puisque ce modèle de masquage supposé purement périphérique à fait l'objet d'un dépôt de brevet international qui n'a pas été suivi de publications scientifiques. Ce modèle nous semble intéressant puisqu'il est supposé présenter une suppression purement périphérique chez l'Homme, autorisant dès lors une approche à la fois psychophysique et électrophysiologique.

Pour l'instant, la plupart des études portant sur des mélanges complexe s'attachent à déterminer les composés participant le plus dans l'odeur de produits divers de l'agro-alimentaire. Ces travaux, réalisés principalement par des équipes de chimistes, sont basés sur l'utilisation conjointe de techniques d'analyses chimique et olfactométrique. L'étude de la composition chimique des mélanges complexe est effectuée par couplage de la chromatographie en phase gazeuse avec différentes techniques de détection et d'identification chimique ou physique (ionisation de flamme, spectrometrie de masse, détection par émissions atomique...). L'étude olfactométrique utilise le même type de couplage en utilisant les capacités olfactives de sujets humains entrainés comme système de détection et d'identification, on parle de couplage Chromatographie en phase gazeuse et olfactométrie (GCO, pour Gaz Chromatograhy Olfactometry). La GCO est une technique analytique qui combine deux procédure différentes: la chromatographie en phase gazeuse à haute résolution pour séparer les composants chimiques et l'olfactométrie qui combine les composés chimiques séparés avec de l'air purifié et humidifié pour les présenter au nez d'un sujet humain, qui inhale l'air à travers ces narines et enregistre ces perceptions. Deux techniques de couplage GCO sont fréquement utilisé: l'analyse CHARM (Acree et al., 1984) et l'analyse AEDA (Aroma Extract Dilution Analysis)(Grosch, 1995). Toutes deux consiste en l'évaluation de différentes concentrations du mélange initial, la grandeur mesurée étant la présence ou l'absence d'odeur pour un composé donnée. Les sujets réalisent un flairage systèmatique des effluents chromatographiques de l'extrait à analyser. Ils indiquent les instants d'apparitions et de disparitions de chacune des odeur perçues. La réponse enregistrée etant de type tout ou rien, aucune information quantitative (absolue ou relative) n'est recueilli directement. L'extrait est ensu laboratoire, ou seulement quelques sujets entrainés, rarement plus de cinq. On comprend facilement le pourquoi d'une telle rareté lorsque l'on se rend compte saisi la lourdeur du protocole experimetal: mis à part les séances d'entrainements qui peuvent être longues, il faut généralement entre cinq et quinze essais de couplage chromatographique, soit entre cinq et quinze utilisations de dilutions différentes du mélange, pour obtenir les resultats pour un sujet. Il est alors relativement fastidieux de faire le même test sur un grand nombre de sujet. La principale conséquence de cela est qu'il existe un risque de biais important des résultats en fonction de l'expertise des sujets. Les résultats obtenus sont-ils réellement généralisables à une population et reproductible avec d'autres sujets. le problème est peut être d'autant plus important que la technique repose sur la sensibilité des sujets, sur des mesures de seuils, alors que l'on sait que de telles mesures sont très variables d'un sujet à l'autre. Dans le cadre de travaux entrepris sur les composés odorants émis par des bitumes chauffés, nous cherchons à mettre en place une procédure légèrement différente de celles utilisé dans les méthodes CHARM et AEDA. Nous cherchons à voir s'il est possible de retirer des informations pertinentes sur les composés d'un mélange participant principalement à l'odeur du dis mélange, en utilisant cette fois un effectif de sujet plus important. En outre, il nous semble interessant dans le cas de mélanges susceptibles de contenir des composés plus ou moins toxique, de ne faire que peu d'essai par sujets, évitant ainsi de les exposer trop souvent à des risques d'intoxications. Dans la méthode utilisé, la concentration du mélange est constante, et un plus ou moins grand nombre de couplage sont effectués avec des sujets différents. Les sujets ont pour consigne de signaler le début de chaque sensation olfactive et de décrire ces sensations à l'aide de leurs propre vocabulaire. Nous observons ensuite les zones chromatographiques où l'accord inter-sujet est le plus grand et où la densité de réponses est la plus élevée. Pour l'instant, la méthode est en phase de mise au point. Quelques résultats pertinents ont déjà pus être recueilli sur un des bitume fournis par la société TOTAL raffinage. Nous cherchons à répéter la même analyse sur un autre bitume, ainsi qu'a réaliser une analyse de type CHARM dans le but de comparer les résultats obtenus avec les deux méthodes.

1. Des inhibitions compétitives ou non compétitives seraient éventuellement mises en jeux (Ache B.W., Gleeson R. A., Thompson H.A., 1988, Mechanisms for mixture suppression in olfactory receptors of the Spiny Lobster, Chem. Senses, 13:425-434). On trouve aussi des resultats expliquant que la suppression de la réponse à certaines odeurs serait la conséquence de l'activation par des un composant du mélange odorant d'une conductance inhibitrice contrebalançant la vitesse et l'amplitude de la dépolarisation du neurone du à la stimulation. (Mc Clintock et Ache, 1989)
2. Les auteurs évoquent la possible existence de mécanismes centraux dans lesquels l'activation de cellules suppressives entraînerait une suppression centrale par l'intermédiaire d'interneurones pouvant avoir des connections inhibitrices avec les interneurones excitateurs (Derby et al. 1985)

Références Bibliographiques:

Acree T.E., Barnard J., Cunningham D.G., 1994, Odor-evoked inhibition in primary olfactory receptor neurons, Chem. Senses, 19:11-24

Rouby C., Holley A., 1995, Temporal competition between odorants: effect of different time intervals on the perception of monorhinic and dichorhinic binary mixtures, Perception, 1995, 24:1083

Schleppnik A.A, 1978, Specific peripheral regulatory interaction of odorivectors, 3rd congress of the European Chemoreception Research Organisation, Pavi, 1978

Simon T.W., Derby C.D., 1995, Mixture suppression without inhibition for binary mixtures from whole cell patch clamp studies of in situ olfactory receptor neurons of the spiny lobster, Brain Research, 1995, 678-213-224