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Modifications comportementales par les odeurs

dimanche 7 août 2011 par Joëlle Mirabaud

TPE de S, par LEPLAT Mathilde, MOHAMED-ALI Samar, ZEDIRA Imène.

Sommaire
Problématique : observation ; question ; hypothèse
Validation expérimentale : protocole ; résultats ; interprétations
Conclusion
Bibliographie
Annexe : analyse par chromatographie

Problématique :
Voici quelques observations qui nous ont intriguées :

Les odeurs ont toujours fait partie de la vie de l’Homme qui les utilise depuis l’antiquité pour conserver les défunts, rendre le culte ou conserver les aliments. C’est à travers l’Espagne et avec les croisades que les méthodes de préparation connues par les arabes pénètrent en Europe, puis par le développement du marché des épices (poivre, cannelle, girofle) et celui des produits aromatiques (musc, civette…). Les européens connaissent ainsi de nouvelles odeurs grâce au commerce de ces épices. Ces substances odorantes sont identifiées par chromatographie (voir annexe)
On constate facilement que les goûts des gens sont différents en matière d’alimentation, selon les cultures et selon les habitudes d’une famille. Pour plaire à tous, les industries agro-alimentaires proposent un même aliment au goût modifié grâce à des épices, comme lorsqu’on met des clous de girofles dans un aliment. Elles ajoutent aussi des colorants et des arômes par exemple pour uniformiser le goût d’un jus d’orange qui provient d’oranges qui poussent dans différent pays, à différentes saisons ; c’est entre autres pour ça qu’on rajoute des arômes.
On observe dans le milieu médical que l’utilisation d’huiles essentielles est de plus en plus fréquente et améliore l’humeur des gens. De même les japonais utilisent des bains d’arôme pour se détendre et des massages à partir d’huile essentielle ou d’autres produits contenant des arômes qui ont le pouvoir de détendre. Et beaucoup de personnes sont plus calmes lorsque des odeurs qu’elles aiment les envahissent (d’où l’utilisation d’encens et de parfum d’ambiance).
Les phéromones sont des substance chimique produites par des glandes exocrines déclenchant des réactions physiologiques ou comportementales entre individus de même espèce. Ces signaux chimiques odorants agissant à grande distance à dose moléculaire. Elles sont un moyen de communication chez les insectes comme chez les vertébrés dont les humains. On en connaît maintenant plusieurs types : phéromones sexuelles, d’alarme, de regroupement social...
Par exemple, la cycloalexie déclenche une défense en cercle observée entre autres chez les Chrysomélidés. Elles ont été les premières étudiées, conduisant à des applications pratiques en agriculture. On emploie alors des "pièges à phéromones" composés d’un attractif, un analogue de synthèse de la phéromone naturelle de la femelle du ravageur, et d’un système assurant la capture des mâles. Ces pièges à phéromones sont actuellement utilisés dans la lutte contre certains lépidoptères dans la protection des cultures. Chez les insectes, les chémorécepteurs sont portés par les antennes.
Dans la vie de tous les jours, des chercheurs ont aussi pensé que les usagés du métropolitain seraient plus sociables si on parfumait les wagons pour cacher certaines odeurs désobligeantes, irritant les personnes qui peuvent alors se mettre en colère pour des choses sans importance.

Aussi nous sommes-nous posées cette question :
Pourquoi les odeurs modifient-elles nos comportements ?

Voici l’hypothèse que nous allons tester dans ce TPE :
Ce serait la mémoire olfactive qui influence nos comportements.

Réalisons une validation expérimentale :
Détaillons le protocole expérimental :

Un arôme est une composition chimique qui émet toujours la ou les même(s) substances volatiles odorantes. Une odeur est ce que perçoit une personne.
Pour pouvoir tester l’effet d’une odeur sur le comportement, nous avons décidé de fabriquer nous même un arôme dont nous connaîtrions parfaitement la composition chimique et celle des émissions volatiles, pour pouvoir ensuite le faire sentir à des personnes ayant accepté de coopérer.

Première étape : production d’arôme : pour extraire un arôme d’un produit brut, on le chauffe. Quand l’eau devient vapeur, elle entraîne avec elle les huiles essentielles contenues dans le produit brut. Les vapeurs arrivent dans le réfrigérant ou la température est de l’ordre de 15°C. Elles se condensent, c’est a dire qu’elles passent à l’état liquide. Les arômes sont classés en fonction de leur émission volatile. Il y a les :
- aromatiques (amande, camphre, citron)
- basalmiques (lilas, vanille)
- musqués, alliacés (1-propénylsulfénate)
- cacodyliques (triméthylamine)
- empyreumatiques (benzène)
- rances (acide caproïque)
- narcotiques (pyridine)
- nauséabondes (indole)

Deuxième étape :
Nous avons posé ces questions :
- Que sentez vous ?
- Aimez vous cette odeur ?
- Quels souvenirs vous rappelle-t-elle ?
Nous avons intérrogé 9 enfants (4 gars, 5 filles), 22 adolescents (8 gars, 14 filles), 9 adultes (4 hommes, 5 femmes) et 13
personnes âgées (5 hommes, 8 femmes).

Voici les résultats expérimentaux ainsi obtenus :
En première étape, l’arôme obtenu dégage les molécules volatiles suivantes : eugénol et acétyl-eugénol.
En deuxième étape, chaque personne testée a respiré le même arôme et aurait du sentir la même chose. Or voici les réponses obtenues :

Interprétons ces résultats :
Un arôme est une substance volatile odorante, ou flaveur.
Un corps non volatil (le verre par exemple) n’émet pas d’odeur mais les corps les plus volatils ne sont pas forcément les plus odorants (le très toxique oxyde de carbone, CO, par exemple, est inodore).
De plus certains corps peuvent être inodores à température ambiante et dégager une odeur plus ou moins forte par chauffage. Cela traduit le fait que la tension de vapeur d’un composé donc sa volatilité dépend de la température. Par exemple le méthanol a une température d’ébullition de 65°C et l’éthanol de 78°C (à pression atmosphérique de 1bar).

Dans un premier temps, l’arôme atteint nos récepteurs sensoriels.
Les odeurs perçues par notre nez sont des molécules volatiles de masse moléculaire entre 30 et 300 daltons (l’unité est 1,66.10-34gr soit la masse d’un atome d’hydrogène).
Ces molécules odorantes parviennent à la muqueuse olfactive qui tapisse les fosses nasales et occupe chez l’homme une surface de 2 à 4 cm², soit par voie intérieure lors de l’inspiration ou du flairage, soit en diffusant à partir de la bouche. Lorsqu’on mastique un aliment, on peut percevoir ses odeurs car l’arrière bouche communique avec le nez. D’ailleurs, lorsqu’on est enrhumé, les aliments que l’on mange n’ont pas de goût car on ne peut percevoir leurs arômes.
Il existe aussi chez l’homme comme chez quelques batraciens, les reptiles et les autres mammifères, un organe olfactif accessoire appelé organe voméro-nasal, ou organe de Jacobson, formé de 2 tubes situés dans la paroi séparant les deux cavités nasales. Il contient des neurorécepteurs ressemblant à ceux de l’organe principal.
Le "tapis olfactif" est très réduit. Les cellules réceptrices de l’olfaction sont des chémorécepteurs (ou chimiorécepteurs) localisés dans une petite zone de la partie supérieure des fosses nasales (sinus). Ces cellules sont recouvertes de mucus. Les molécules odorantes se dissolvent dans le mucus (se lient à des glucides et à des peptides, le mucus étant formé de peptidoglycanes) avant de se lier aux récepteurs olfactifs dont les cellules sont pourvues de cils courts. Les chémorécepteurs sont en liaison directe avec le bulbe olfactif à travers la paroi supérieure (lame criblée) des fosses nasales.
La volatilité ne suffit pas, la solubilité dans les lipides permet de pénétrer dans les cellules sensitives car toutes les membranes cellulaires ont une composition phospholipidique. Pour reprendre les exemples du méthanol et de l’éthanol cités plus haut, même s’ils sont très volatils ils sont faiblement odorants. Des alcools plus solubles dans les matières grasses sont plus odorants et sont alors utilisés en parfumerie.
Les études électrophysiologiques réalisées chez l’animal ont montré que l’appareil olfactif fonctionne comme un détecteur moléculaire dont aucun instrument ne peut atteindre à la fois le pouvoir de séparation et l’extrême sensibilité car il opère une analyse qualitative et une discrimination poussée jusqu’à séparer chaque molécule par une odeur perçue qui lui est propre (c’est ainsi que des "nez" sont employés dans l’industrie chimique, la parfumerie...).

Dans un deuxième temps, le cerveau identifie l’odeur :
Dans la muqueuse olfactive, le stimulus devient une information codée contenant tous les éléments indispensables pour renseigner les centres olfactifs sur la nature et l’intensité de l’odeur.
La fonction des centres nerveux intermédiaires est de réduire l’image olfactive complexe et de l’alléger sans pour autant lui ôter sa signification. Le bulbe olfactif fait subir à l’image qu’il a reçue un traitement permettant d’en accentuer les contrastes et d’en assurer la stabilité. Le message est ensuite véhiculé jusqu’aux centres olfactifs supérieurs. Il atteint alors le système limbique où il est mémorisé, l’hypothalamus où il est intégré à d’autres systèmes sensoriels pour participer aux grandes fonctions de régulation, puis le thalamus et le néocortex où il est consciemment perçu comme une odeur.

La différence de perception peut dépendre de la capacité olfactive :
Les odeurs sont perçues par l’odorat, l’un de nos cinq sens enregistrant les modifications de l’environnement, dont la fonction essentielle est l’analyse des molécules volatiles. Les odeurs sont des éléments chimiques gazeux, tout comme l’humidité de l’air, et c’est pour cela qu’elle sont perçues par l’épithélium nasal.
Ces récepteurs sensoriels sont composés de cellules épithéliales modifiées associées à des cellules nerveuses. Ces récepteurs réalisent la transduction, c’est à dire la transformation du stimulus odorant dans le cas présent en message nerveux sensitif transmis au cerveau.
Le messages nerveux sensitif est composé de potentiels d’action en amplitude et durée mais dont la fréquence varie. Ces messages sensitifs codent en modulation de fréquence l’amplitude de stimulation. Les cellules sensorielles olfactives réagissent à partir d’une concentration précise car chacune perçoit des messages olfactifs à partir d’un seuil de sensibilité différent.
D’après notre questionnaire, les différences peuvent s’expliquer par rapport aux seuils de sensibilité dépendant des capacités génétiques des personnes interrogées.

La différence de perception peut aussi dépendre de l’identification de l’odeur perçue, la sensation olfactive est complexe, elle se déroule en trois étapes au niveau des aires corticales cérébrales :
- Classer l’odeur dans la catégorie agréable ou désagréable,
- Identifier l’odeur en la reconnaissant avec un plus ou moins grand degré de certitude,
- Estimer son intensité.
Cette reconnaissance dépend du nombre d’informations similaires mémorisées en fonction de la tranche d’âge. Or plus une personne est âgée, plus elle a connu et mémorisé d’odeurs au cour de sa vie.
Classer l’odeur dans la catégorie agréable ou désagréable dépend des événements antérieurs associés à cette odeur : par exemple, l’huile essentielle de clou de girofle est un anesthésiant avec propriétés antiseptiques utilisé par les dentistes ; le clou de girofle est aussi utilisé en cuisine pour parfumer le riz ou les viandes à longue cuisson. Les goûts dépendent de nos cultures : par exemple, le réglisse Danois ne vous plaira probablement pas si vous êtes habitué au sucré car il est salée et pourtant c’est le bonbon le plus vendu en Danemark ; c’est la même chose pour les bonbons au poissons en Asie.
Ainsi c’est la mémoire olfactif qui influencent nos goûts. La mémoire à long terme semble douée d’une capacité illimitée et surtout largement sous-utilisée. Parmi les millions d’informations perçues chaque jour par le cerveau, l’immense majorité transite quelques secondes par la mémoire à court terme avant d’être éliminée, mais une faible partie est transférée dans les circuits de mémoires à long terme.

Conclusion
D’après notre questionnaire, une même substance volatile odorante n’est pas perçue de la même façon par différentes personnes. Cela dépend de leur capacité olfactive mais aussi des souvenirs qu’ils ont mis en mémoire, intimement associés à cette odeur.
Le goût d’un aliment sur les papilles comme leur odeur dans les récepteurs olfactifs envoie un message nerveux sensitif aux aires cérébrales sensorielles spécialisées, ce message étant analysé en référence aux informations olfactives et gustatives en mémoire.
La mémoire est la capacité à stocker des informations puis à les faire resurgir sous forme de souvenirs.
Longtemps considérée comme immatérielle, liée à l’esprit ou à l’âme, la mémoire ne fut intégrée aux fonctions cérébrales qu’à la fin du dix-neuvième siècle.
La mémoire des odeurs se met en place dans le ventre de la mère. Le bébé marque des préférences pour certains goûts tel que le sucré correspondant souvent au lait maternel, et sa préférence pour le sucré lui restera toute sa vie. Mais si les mères mangent beaucoup de fenouil pour faciliter la montée du lait, leurs bébés préféreront un biberon de lait parfumé au fenouil au biberon de lait normal : ils finiront celui au fenouil plus rapidement et plus facilement car ils auront reconnu l’odeur. Et que boivent les marseillais une fois adultes : du pastis, qui n’est d’autre que de l’huile essentielle de fenouil, avec un peu d’anis étoilé appelé la badiane.
Ainsi avant même notre naissance, il y a des odeurs qui vous marquent et influencent beaucoup nos comportements. A un certain moment, des industriels parfumaient le lait en poudre pour qu’une fois adulte les personnes qui ont bu ce lait aient envie de tel ou tel produit comme si l’odeur s’était imprimée en eux. Et effectivement ces industriels écoulaient alors leurs produits plus facilement.

Trois facteurs essentiels semblent déterminer cette mémorisation à long terme :
- l’état émotionnel lié à la vigilance, la motivation, la stimulation psychique et sensorielle ;
- la répétition des données, qui favorise le stockage d’informations simples (odeurs, couleurs, formes, sons et arômes) ou complexes (technique professionnelle ou sportive, langues, contenu des disciplines scolaires) ;
- l’association de données nouvelles à des données déjà connues.
Les données transférées dans la mémoire à long terme ne sont pas définitives et peuvent être perdues en quelques jours ou en quelques mois si elles ne subissent pas une consolidation par intégration dans les souvenirs établis.
La mémoire à long terme ne repose pas sur un centre unique, comme on l’a longtemps cru, mais sur un schéma complexe qui associe des zones cérébrales très diverses. l’information perçue et brièvement stockée par les zones sensorielles du cortex cérébral et transférée d’abord vers le système limbique, partie primitive enfouit à la base du cerveau et que l’on retrouve chez toutes les espèces animales. Elle y stimule deux structures essentielles, l’hippocampe et le corps amygdaloïde qui activent deux circuits de stockage. L’un passe par le thalamus et l’hypothalamus voisin puis rejoint la zone pré-frontale (au dessus des orbites) ; l’autre circuit passe par un amas de neurones situé dans le plancher du cerveau, connecté aux autres zones du cerveau profond capables de stimuler les zones sensorielles.
Le phénomène de la mémoire à long terme ne peut s’expliquer par des connections purement physiques, au niveau des synapses, points de communication entre 2 neurones. Cette mémorisation suppose la fabrication de protéine particulière qui s’incorpore aux synapses.
De plus la mémoire des odeurs paraît se distinguer des autres types de mémoire sensorielle : sentir une odeur peut renvoyer d’une manière particulièrement nette aux souvenirs des événements qui y sont associés, peut-être parce que nos ancêtres se servaient en premier de leur flair !

Les rôles de l’olfaction sont variés :
- c’est le système sensoriel prépondérant de la sélection et du contrôle quantitatif de la prise d’aliments
- elle joue un rôle important dans le comportement sexuel et le déterminisme de processus neuroendocriniens
- elle entre encore en jeu dans les comportements territoriaux et sociaux, dans l’orientation, comme stimulus d’alarme ou de défense. Ces messages chimiques émis par des glandes différenciées sont appelés phéromones. Le système olfactif accessoire (organes de Jacobson) prend plus particulièrement en charge la réception des phéromones qui contrôlent la physiologie et le comportement sexuels.

Annexe : analyse par chromatographie :
Les méthodes de séparation par analyse chromatographique et structurale se développent, permettant d’identifier ces substances odorantes dont les variétés connues augmentent sans cesse.
Par exemple, la chromatographie en couche mince (CCM) est une méthode permettant de contrôler la pureté d’une substance, de séparer les constituants d’un mélange et éventuellement de les identifier. Le mélange est posé sur un support appelé phase stationnaire (gel de silice déposé en couche mince sur une plaque d’aluminium). Le mélange à tester est entraîné par un solvant approprié (phase mobile ou éluant) qui migre par capillarité dans la phase stationnaire sur la plaque. Les constituants du mélange se séparent par migration différentielle : chacun est d’autant plus entraîné par l’éluant qu’il est plus soluble dans celui-ci et moins retenu par la phase stationnaire. Après migration les taches doivent être révélées : c’est la délection qui peut se faire par pulvérisation d’un réactif caractéristique ou par immersion dans un bain de permanganate de potassium ou de la vapeur de di-iode ou encore par observation à la lumière UV si la plaque de silice comporte un indicateur de fluorescence.
La substance odorante à tester peut aussi être identifiée par chromatographie avec un simple papier filtre comme ceci : l’atmosphère de la cuve doit être saturée en vapeur d’éluant, ce qui impose d’avoir une cuve bien fermée et préparée un certain temps à l’avance. Le niveau de l’éluant au fond de la cuve doit être de 5 à 8 mm pour pouvoir rester en contact avec la base du papier filtre tout en migrant par capillarité dans un rectangle de papier filtre. Cette bande de papier filtre, un peu moins haute que la cuve, va être placée verticalement, accrochée au couvercle et trempant dans l’éluant. Il faut mesurer l’emplacement où sera effectué le dépôt, pour qu’il soit à égal distance des bords de la cuve et juste au dessus de la surface de l’éluant. Le diamètre optimal de la tache est 2-3mm, elle doit être séchée avant d’être placée dans la cuve.
Quand le front de l’éluant arrive à 1cm du bord supérieur, retirer doucement la bande, marquer au crayon le niveau atteint par le front de l’éluant ( hauteur d1) puis sécher la plaque à l’air ou éventuellement au sèche cheveux pour évaporer entièrement l’éluant, mesurer la hauteur d2 de la tache aromatique. Cette hauteur est proportionnée à la vitesse de migration de la substance qui est alors identifiée par rapport à des témoins connus ayant été mis à migrer dans un même éluant pendant le même temps.

Bibliographie
- http://tecfa.unige.ch/tecfa/teaching/UVLibre/0001/bin32/pagesweb/intro.htm
- http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-societe-article-Aromes_Alimentaires_Richard_Camus.html


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Lycée Jules-Hardouin Mansart de Saint Cyr L’Ecole (académie de Versailles)
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