Les boîtes de stockage doivent sentir les aliments avariés

De jeunes chercheurs y collaborent également. La Commission européenne soutient le projet dans le cadre du programme-cadre Horizon de l'UE.

La soupe du week-end est-elle encore bonne ? Qu'en est-il du jambon dont la date de péremption est dépassée ? Et les framboises : moisies ou encore bonnes ? Ces questions se posent des millions de fois dans les cuisines du monde entier. Pour éviter le risque de conséquences fâcheuses, des tonnes d'aliments sont jetés à la poubelle par précaution. Il en va de même dans les supermarchés, où les fruits et légumes sont également jetés en grandes quantités. Si seulement on pouvait demander l'avis d'experts et faire contrôler rapidement les aliments sur place pour savoir combien de temps ils sont encore consommables. - On pourrait penser que c'est impossible, mais en fait, une équipe européenne travaille à rendre cela possible.

"Nous développons des méthodes pratiques pour contrôler la qualité des aliments. Concrètement, il s'agit d'un conteneur de stockage intelligent qui contrôle son contenu et d'un appareil de mesure pour les supermarchés : rien qu'en le tenant au-dessus des caisses, il doit indiquer exactement combien de temps les fruits et légumes non emballés sont encore frais", explique le professeur Andreas Schütze de l'université de la Sarre, spécialiste des techniques de mesure. Cela permettrait de réduire le nombre d'aliments jetés à la poubelle : Si la boîte de conservation donne le feu vert à ce qui a été conservé, celui-ci sera encore consommé. Au supermarché, la vente est plus facile à planifier et la salade ou les baies peuvent être vendues à un prix promotionnel avant de se gâter.

Des spécialistes de différentes disciplines scientifiques et industrielles travaillent ensemble sur ce projet. Dix institutions partenaires de Belgique, d'Allemagne, d'Italie et d'Espagne participent au projet "Serenade" : les universités de Padoue, Saragosse, Louvain et de la Sarre, l'institut de recherche belge VITO et cinq entreprises. Elles développent les outils intelligents, du système de capteurs sensibles aux matériaux durables et compatibles avec le lave-vaisselle.

La partie des chercheurs de Sarrebruck autour d'Andreas Schütze et de Christian Bur, ingénieur titulaire d'un doctorat et membre de l'équipe de Schütze, est le système de détection de gaz et l'intelligence artificielle qui l'accompagne : ils sont des spécialistes lorsqu'il s'agit de doter la technique d'un odorat extrêmement fin et de lui apprendre à tirer des conclusions à partir de ce qu'elle a reniflé. Depuis longtemps déjà, ils font des recherches sur la détection de la maturité et de la détérioration à l'aide de systèmes de capteurs intelligents. Un projet précédent a été financé par la Fondation fédérale allemande pour l'environnement (DBU).

Il est bien connu que les aliments vieillissent et qu'ils changent d'aspect et de goût, mais aussi d'odeur. Ce n'est pas pour rien que nous sentons instinctivement les aliments auxquels nous ne faisons pas confiance. Si quelque chose sent le sucré ou même la terre, l'appétit disparaît rapidement. L'odeur est liée à l'œuvre de micro-organismes tels que les bactéries, les levures ou les moisissures, qui décomposent et dégradent les substances organiques. Cela pourrit et fermente, devient acide ou rance. Tout cela n'est pas sans conséquence pour l'environnement : Des molécules volatiles sont libérées dans l'air - comme l'ammoniac, le sulfure d'hydrogène, l'éthène ou l'acide acétique - au début de manière isolée, puis de plus en plus au fil du temps.

Les nez humains peuvent les sentir grâce à des millions de cellules olfactives : Lorsque ces molécules odorantes se fixent sur elles, les cellules olfactives envoient cette information au cerveau afin qu'il commence à interpréter de quoi il s'agit. Les organes sensoriels artificiels des chercheurs de Sarrebruck de l'équipe d'Andreas Schütze parviennent déjà à détecter des molécules individuelles parmi des milliards de molécules d'air : ils repèrent celles qui sont importantes parmi tout un univers de molécules d'air et de particules de gaz secondaires. Ils sentent même plus que le nez humain : "Nos capteurs détectent également des composants tels que l'éthène ou le dioxyde de carbone, que l'homme ne peut pas sentir", explique Andreas Schütze. Le système de capteurs détermine de quoi il s'agit et à quelle concentration. Pour cela, les capteurs collectent les molécules pendant une période donnée et mesurent ensuite leur quantité. "On utilise pour cela des capteurs de gaz à semi-conducteurs à base d'oxyde métallique, que les partenaires industriels du projet continuent également de développer. Nous élaborons le système de capteurs sur cette base. Au cours de nombreux projets de recherche, nous n'avons cessé d'affiner les systèmes et leur évaluation des signaux", explique le professeur Schütze.

Il est ainsi possible de connaître l'évolution de la détérioration - depuis les premiers signes de processus de maturation non problématiques des fruits eux-mêmes jusqu'au moment où la composition des particules collectées signale que l'aliment ne doit plus être consommé. "Nous ne mesurons pas simplement une concentration des différentes substances, mais plutôt leur rapport de concentration dans l'air. Cela fait une grande différence, car les appareils de mesure fonctionnent ainsi indépendamment de la quantité de molécules odorantes. Même à une distance plus grande des fruits et légumes, ils mesurent ainsi de manière fiable", explique Andreas Schütze.

"Les odeurs laissent dans l'air une sorte d'empreinte digitale personnelle, composée de différentes concentrations de différentes substances", explique Christian Bur. "Nous voulons lire l'état respectif des aliments à partir des empreintes olfactives individuelles, appelées smellprints. Pour cela, nous attribuons les différentes smellprints aux différents états", ajoute l'ingénieur scientifique. De cette manière, les chercheurs apprennent à la technique à évaluer l'état des aliments et à prédire leur dégradation au moyen de l'intelligence artificielle. Un "cerveau technique" évalue tout, classe ce que les capteurs ont senti, tire les conclusions qui s'imposent et déclenche les actions correspondantes - par exemple, afficher l'information "encore frais cinq jours" sur un écran. "Pour ce faire, nous combinons les microcapteurs avec la microélectronique et des composants analytiques ainsi que des méthodes d'apprentissage automatique", explique Christian Bur.

Les partenaires de recherche travaillent ensemble sur les différents corps de métier nécessaires pour que les récipients de stockage et les appareils de mesure soient prêts pour la production en série à la fin du projet. "Cela va de l'évaluation de la dégradation des aliments et de sa prédiction à l'aide de l'intelligence artificielle aux matériaux utilisés pour une utilisation quotidienne, en passant par la conception et l'installation de nouveaux chromatographes en phase gazeuse miniaturisés, placés en amont de la technique de détection pour séparer les mélanges d'air", décrit Christian Bur. Les jeunes chercheurs y collaborent également de manière ciblée. "Les tâches à accomplir sont internationales et interdisciplinaires - l'idéal pour des travaux de doctorat intéressants. Au sein du réseau, nous formons des doctorants à l'interface prometteuse des aliments, des capteurs et des technologies des matériaux, qui effectuent leurs recherches en partie à l'université et en partie dans la pratique industrielle", explique le professeur Andreas Schütze.

La recherche est financée par l'UE à hauteur de 1,8 million d'euros au total dans le cadre du programme HORIZON "Marie Skodowska-Curie Doctoral Networks".