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lu pour vous numéro 125

Détails

" Lu pour vous " n° 125*

Sommaire

  • Dossier- le vin : ce qu’en dit la science
  • Science & Découvertes : le moteur électrique, les bactéries l’ont inventé il y a 2 milliards d »années
  • Science & futur : l’avion du futur a fait son premier vol
  • Actualités High-tech : Le vélo du futur est arrivé
  • Actualités High-tech : un détecteur portable traque les pesticides

Dossier – le vin : ce qu’en dit la science.

lpv1251Tout est une question de chimie : la transformation du raisin en vin résulte d’une multitude de mécanismes et de procédés techniques que la science aide à maîtriser.

Les précieux grains de raisins seront récoltés entre la fin d’août et la mi-octobre en vue de la fabrication du vin.

La science a mis en lumière la grande majorité des mécanismes à l’œuvre dans la vinification, offrant aux viticulteurs une meilleure maîtrise technique. Les réactions chimiques qui qui produisent les divers vins aux parfums subtils et aux arômes variées ne sont pas connues en détail. Retraçons le déroulement de de cette transformation, du raisin à la bouteille.

Après la vendange, le raisin est éraflé. Autrement dit, on sépare les grains du squelette de la grappe. Toutes les composantes du grain de raisin sont essentielles. La pulpe contient les éléments majoritaires, l’eau (environ 75%) et le sucre (environ 25%=, surtout sous forme de glucose et de fructose. Des acides sont aussi présents, acide tartrique et acide malique en tête. L’équilibre entre le sucre, qui sera transformé en alcool, et l’acidité, fournit au vigneron l’indice que le raisin est arrivé à maturité. Mais la pellicule et les pépins jouent aussi un rôle crucial. C’est là que se concentrent les polyphénols, des molécules qui conditionneront la couleur et la structure en bouche du vin.

La peau des raisins noirs contient des polyphénols de la famille des anthocyanes, responsables de la couleur rouge

Les pépins contiennent également des tanins, des polyphénols qui n’expliquent pas par exemple le caractère astringent du vin.

Autre ingrédient important : les arômes variétaux pour les molécules directement présentes dans le grain du raisin.

Le fruit en lui-même contient peu de composants odorants, mais beaucoup de précurseurs d’arômes, qui libéreront des arômes parfumés dans les étapes ultérieures de la vinification.

Toutes les familles de constituants, anthocyanes, tannins, arômes, recouvrent une grande diversité de grains... Toutes ne sont pas encore identifiées. Bien qu’elles ne constituent qu’environ 1% du raisin, elles fondent la composition fine.

Cependant, tout n’est pas joué d’avance. Par exemple, la teneur en anthocyane d’un raisin ne donne pas d’indices sur la couleur exacte du vin final. Pendant l’élaboration du vin, ces constituants vont subir de nombreuses transformations complexes qui feront la particularité de chaque vin, y compris au sein de la même appellation. Le cœur du processus de vinification se déroule en cave.

 

Décomposition du sucre.

Là, il s’agit de préparer le mout, le jus dans lequel se déroulera la fermentation du sucre en alcool. Le foulage éclate les grains pour en extraire le jus. Dès ces étapes qui qui rompent les tissus du fruit, les réactions chimiques comme, cent. L’oxydation sue à l’oxygène peut-être préjudiciable si elle n’est pas maîtrisée. C’est une des raisons du sulfitage, l’ajout du dioxyde de soufre, qui a une action antioxydant. D’autres techniques comme l’utilisation de gaz inerte, par exemple l’azote, pour protéger le moût de l’oxygène, permettent de réduire la quantité de sulfite utilisée.

Après le foulage, la vinification du vin blanc est directement pressée pour séparer le jus de la peau des pépins.

Ainsi, il est possible de réaliser des vins blancs à partir de raisins noirs dont la pulpe est incolore. C’est le cas de beaucoup de champagnes élaborés avec du pinot noir ou du pinot meunier. Les moûts blancs peuvent néanmoins subir une courte macération, dite « pelliculaire » pour extraire des composés d’arômes. Les moûts rosés subissent une macération de quelques minutes à plusieurs heures pour recevoir leur teinte caractéristique.

Au contraire, le moût rouge est laissé à la macération afin d’extraire le maximum de composés polyphénols de la peau et des pépins. La macération peut durer jusqu’à trente jours et accompagner la fermentation. Le jus sera pressé seulement après. Pour préparer des moûts rouges, une des techniques est la « flash détente ». Le raisin est chauffé rapidement à plus de 90°C pendant quelques minutes, puis transféré dans une cuve sous vide. La chute brutale de pression entraîne l’évaporation de l’eau, un refroidissement de la température autour de 4 °C et la de déstructuration des cellules du fruit, ce qui favorise la libération des composés recherchés. Ces procédés facilitent la vinification et sont répandus dans les grandes structures viticoles. Mais l’autorisation de telle ou telle technique peut-être interdite dans les décrets d’appellation de certains vins.

Une fois le jus préparé se déroule l’étape de la vinification : la fermentation au cours de laquelle les levures transforment le sucre en alcool... Longtemps les viticulteurs ont assisté à ce phénomène mystérieux sans en comprendre l’origine. Ce qui ne les a pas empêchés de le maîtriser empiriquement.
En décomposant le sucre, ces micro-organismes récupèrent de l’énergie et produisent de l’alcool sous forme d’éthanol, et du dioxyde de carbone. Il faut compter environ 16 grammes de sucre pour produire un centilitre d’éthanol. La fermentation peut démarrer spontanément dans la cuve car les micro-organismes sont naturellement présents sur le raisin. L’espèce de levure directement impliquée dans la fermentation, Saccharomyces cerevisiae, et aussi connue sous le nom de levure de bière. Cette espèce est très peu présente au départ, mais elle prend le pas progressivement sur les autres levures, car elle résiste à l’alcool, alors que les autres sont inhibées par lui.

Pour mieux maîtriser la fermentation ; la technique de l’ensemencement par des souches de levures spécialement sélectionnées s’est développée dans les années 1970.

lpv1252Cependant, si la décomposition du sucre en éthanol est la réaction principale de la phase de fermentation, elle est accompagnée d’une myriade d’autres réactions secondaires qui impliquent les tanins, les anthocyanes, les arômes. Ces différents composés peuvent réagir, entre eux, avec les enzymes des levures, ou avec d’autres ingrédients ; Les combinaisons possibles sont très nombreuses elles dépendent des conditions de fermentation et font toujours l’objet de recherches. Un des critères essentiels est le contrôle de la température, qui n’est pas évident puisque la fermentation dégage de la chaleur. Or, pour le vin blanc ou rosé, la fermentation doit avoir lieu entre 13 et 20°C maximum ces températures fraiches évitent que les composés d’arômes ne s’échappent trop rapidement avec le dioxyde de carbone. Pour du vin rouge, la température peut atteindre 30°C pour favoriser l’extraction des tanins.

D’autres composés d’arômes apparaissent aussi lors de cette étape, les arômes fermentaires comme les comme mes esters éthyliques ou les acétates d’alcool supérieur. L’acétate d’iso amyle, confère ainsi au beaujolais l’arôme de banane. Les levures ont un rôle majeur, soit parce qu’elles produisent directement ces arômes fermentaires, soit parce qu’elles agissent sur les précurseurs d’arômes déjà présents dans le moût, libérant ainsi les composés odorants. Nous connaissons les réactions enzymatiques impliquées, mais ce métabolisme est complexe. Pour déterminer le rôle de chaque élément, nous marquons les molécules d’intérêt et nous les suivons dans les cellules de levures afin de remonter jusqu’aux arômes. L’objectif est de parvenir à prédire le potentiel aromatique d’un vin à partir de la composition du moût et en fonction des souches de levures utilisées. Mais nous ne savons pas encore le faire.

Des tanins et des arômes.

La fermentation alcoolique qui dure entre sept et trente jours, n’est pas la seule fermentation à l’œuvre. Certains vins subissent ensuite une seconde fermentation, dite « malactique ». Des bactéries lactiques naturellement présentes dans le vin transforment l’acide malique en acide lactique, lequel possède un groupe acide de moins. Cette fermentation est rare pour les vins blancs ou rosé, mais elle sert à gommer l’acidité de certains vins rouges. A la suite de quoi le vin sera prêt pour l’élevage, c’est-à-dire le vieillissement pendant une période de quatre mois à cinq ans pour certains vins rouges. Le vin s’assagit, perd en âpreté, car certains tanins s’assouplissent sous l’action de l’oxydation. Et le dioxyde de carbone encore dissout disparaît. Cette étape peut se faire en cuve, mais s’effectue aussi encore en fût de chêne. Avantage : des tanins et des arômes diffusent alors du bois torréfié vers le vin comme les touches vanillées. Pour les retrouver avec une cuve en métal ou en ciment, cette action peut être mimée par une macération de copeaux de bois. A ce stade, le vin est également soutiré et filtré pour éliminer la lie, les résidus déposés au fond, ainsi que les particules en suspension dans le liquide

Recherche et développement.

Vient alors une opération cruciale : l’assemblage. Les vins de différentes cuves sont mélangés avant d’être mis en bouteille. La plupart des vins assemblent ainsi plusieurs cépages, jusqu’à treize pour le château neuf-du-pape. Pour des vins mono cépages, tels que les vins blancs d’Alsace (gewurztraminer, riesling, sylvaner....) on combine des vins issus de parcelles différentes. Le but est d’ajuster le profil du vin final en termes d’arômes et de saveur, mais aussi de minimiser l’effet millésime, qui fait que le goût du vin diffère d’année en année. Toute la patte de l’œnologue s’exprime ici. Nous développons des algorithmes pour l’aider à optimiser les proportions ; mais ils n’intègrent pas encore tous les paramètres. La recherche sur la vinification et le développement de nouveaux moyens techniques continuent. L’objectif affiché est d’offrir des outils de pilotage de la fabrication du vin, sans viser un contrôle total qui serait illusoire et uniformiserait ce processus naturel. Même si le vin est stable, son goût continue d’évoluer en bouteille. On ne peut pas tout modéliser. Il, y a encore de la place pour des découvertes en recherche fondamentale et pour des surprises à la, dégustation.

Des levures sélectionnées pour la fermentation.

La fermentation spontanée à partir des levures naturellement présente dans le moût, traîne parfois au démarrage. Si ce retard dure trop longtemps, les autres souches de levures peuvent même altérer le goût du vin. C’est pourquoi beaucoup de vignerons ensemencent le moût avec des levures préalablement sélectionnées. Au départ, il s’agissait surtout d’améliorer la rapidité fermentaire. Les souches ont aussi été sélectionnées pour minimiser les produits indésirables tels que le sulfure d’hydrogène ou l’acide acétique. Les progrès de la biologie moléculaire, de la génomique et la baisse du coût de séquençage génétique ont accéléré la recherche dans ce domaine. Les producteurs de vin disposent en France d’un catalogue d’environ 200 souches de levures, principalement de l’espèce Saccharomyces cerevisiae, qu’ils peuvent se procurer auprès d’industriels. Plus de 70% des vinifications utilisent l’ensemencement. Mais certains vignerons, notamment en Bretagne, laissent toujours la fermentation démarrer spontanément.

Source : La Recherche, n° 513-514, juillet-août 2015 par Sylvain Guillaud, journaliste.

Sciences & Découvertes : moteur électrique.

lpv1253Les bactéries l’ont inventé il y a 2 milliards d’années.

C’est l’un des inventions les plus emblématiques de l’ingénierie, qui existe pourtant dans la nature depuis très longtemps. Florian Cadu décrypte les plans du moteur électrique.... bactérien.
Il se loge à la naissance du flagelle, juste sous la membrane. La plus simple des êtres vivants, qui mesure un millième de millimètres, la bactérie, cache un petit bijou d’ingénierie. Un moteur, au sens moderne du terme : alimenté par un courant de particules, pourvu d’un rotor, d’un stator, d’un arbre à cames...

Doit un parfait jumeau du moteur électrique tel que l’homme l’a inventé il y a plus de deux siècles.

Sauf que les bactéries y avaient pensé bien avant.

Mes spécialistes avaient depuis longtemps senti que la bête microscopique cachait un trésor. Seul un mécanisme extraordinaire pouvait expliquer sa surprenante agilité : elle peut parcourir près de 2 000 fois sa taille en une seconde !

Le flagelle est motorisé.

En 1997, une équipe japonaise, menée par Hiroyuki Noji, de l’Institut de technologie de Tokyo, avait commencé à plonger dans le mécanisme. Attachant un filament d’actine fluorescente à la place du flagelle, les chercheurs avaient alors découvert la présence d’une minuscule motrice à l’origine de la mobilité de la queue de la bactérie.

« Cette étude a fait un bruit terrible, rapporte Cécile Sykes, spécialiste des mouvements cellulaires et chercheuse au Laboratoire Physico-chimie de l’Institut Curie. A l’époque, c’était quelque chose d’extraordinaire ». Les bactéries avaient inventé une machine digne de Nicolas Tesla.
Aujourd’hui, c’est ce moteur qui apparaît en trois dimensions, et en action. Une équipe de microbiologistes menée par Morgan Beeby, à l’Imperial Collège de Londres a réussi à s’infiltrer dans trois espèces de bactéries différentes, pour en tirer des projections numériques. Une première. « On entre ici dans la bactérie. On voit à travers, précise Romé Voulhaux, directeur de recherche CNRS, qui collabore avec Morgan Beeby. Avant on ne voyait qu’en surface. Ou alors il fallait extraire le moteur de la bactérie, donc de son environnement naturel, pour y avoir accès ».

L’astuce a été de cryogénie les bactéries à très basse température (environ -180°C) en un court instant, empêchant ainsi la formation de cristaux de glace susceptibles d’entraver l’observation de la structure, qui ne mesure que quelques nanomètres. Il ne restait plus qu’à observer au microscope électronique l’objet dans son contexte naturel,

lpv1254Sous tous les angles, avant de traiter et rassembler les images par résolution numérique. « La cryotomograest une technique révolutionnaire. Elle connaît une expansion extraordinaire et donne, comme on peut le voir, des résultats magnifiques. »
Le résultat est en effet saisissant : sur les images, se dévoile en direct une machinerie parfaitement organisée. Au niveau de la membrane bactérienne, à la naissance du filament, le moteur apparaît : un chef-d’œuvre de miniaturisation qui ne mesure que quelques dizaines de nanomètres. Il est constitué de deux éléments : un stator, enchaînement des tubes qui reste fixe; et un rotor, sorte de disque animé d’un mouvement rotatif surmonté par des assiettes qui semblent stabiliser l’ensemble.

C’est l’arrivée de protons (des particules chargées positivement) au niveau des stators qui active la mobilité de toute la structure, exactement comme les électrons dans un moteur électrique. « Ces protons modifient la structure protéique du complexe stator-rotor, provoquant la rotation du rotor. Ce dernier entraîne avec lui le flagelle, qui subit un mouvement rotatif et permet le déplacement de la bactérie, détaille Cécile Sykes.

Les spécialistes commencent seulement à tirer profit de ses images. Déjà, ils ont constaté que l’une de leurs trois bactéries, Campilobacter jejuni, qui provoque des intoxications alimentaires, est dotée de stators plus larges et placés plus loin du rotor que ses congénères. De quoi se balader dans le mucus intestinal, milieu particulièrement visqueux.

Une puissance variable.

lpv1255« Ce sont ces éléments qui font la différence, assure Michel Simonet, de l’Institut de microbiologie au Centre hospitalier de Lille. Car il faut en être conscient : pour une bactérie, c’est un vrai défi de de réussir à se frayer un chemin au travers de cette couche épaisse qui tapisse les parois intestinales. » « Plus les éléments circulaires d’un moteur sont larges, plus la puissance de déplacement sera importante. C’est également le cas pour les moteurs de nos voitures », précise Romé Voulhoux.

En comparaison, la salmonelle, également à l’origine de maladies alimentaires mais qui n’est jamais retrouvé dans l’intestin, comporte un stator d’un diamètre bien plus faible. A chaque milieu son moteur : « Bloqué dans un environnement qui lui n’était hostile, elle n’a pas eu le choix, suppose Romé Voulhoux. En sélectionnant son moteur au fil du temps, grâce à des modifications génomiques liées à son stator, elle a ainsi trouvé un moyen pour bouger dans son milieu». Une mutation qui avait eu lieu il y a environ 2 milliards d’années à en croire l’étude.

« Pour la première fois nous sommes en mesure de voir et expliquer comment ces machines moléculaires ont évolué chez les bactéries pour coloniser de nouveaux environnements. C’est un aperçu fascinant de l’impressionnante diversité de la vie qui a évolué sur Terre.

Le moteur bactérien commence seulement à livrer ses secrets, mais déjà s’impose l’idée qu’une fois de plus, la solution optimale péniblement trouvée par l’homme aura été inventée d’abord par la nature : le moteur électrique n’est pas né dans l’esprit de Nicolas Tesla, mais dans une simple bactérie.

Source : SCIENCE et VIE n° 1187, août 2016, par Florian Cadu.

Science & futur : L’avion militaire du futur a fait son premier vol.

lpv1256Voilà un aéronef qui pourrait dans quelques années, améliorer grandement l’efficacité des missions de l’armée américaine.
LIghtningStrike, c’est son nom, cumule en effet de nombreux avantages ; il est rapide (plus de 400 km/h), capable de décoller et atterrir à la verticale – donc quasiment sur tous les terrains – et d’effectuer des vols stationnaires, le tout sans consommer trop de carburant grâce à sa propulsion hybride électrique. Imaginé par l’entreprise Aurora Flight Science pour le compte de l’agence de défense américaine (Darpa), il est très différent des précédents projets visant à combiner la vitesse d’un avion à l’agilité d’un hélicoptère. Pour l’aérodynamisme, sa forme reste celle d’un « avion-canard » avec deux petites ailes à l’avant et deux autres, plus grandes, à l’arrière.

Mais son innovation réside dans ce que cachent ses ailes : 24 hélices, 12 de chaque côté de l’appareil. Pour permettre à l’engin de décoller et arrêter verticalement, les ailes pivotent afin que les hélices se retrouvent à l’horizontale : elles reviennent ensuite à leur position initiale en vol. Malin ! Un premier vol d’essai un drone au format 1/5, piloté depuis le sol, vient d’être effectué avec succès. Reste donc à construire la version grandeur nature et procéder à de nouveaux tests, avec un pilote, avant son lancement prévu fin 2018.

Source : Science et Vie, n° 1186, juillet 2046, signé L.B.

Actualités High-tech : Le vélo du futur est arrivé.

lpv1257Entièrement fabriqué en carbone, le Cyclotron Bike possède des roues sans rayons ni moyeu.
Cet engin à pédales au look futuriste possède une particularité emblématique : ses roues sont complétement vides, sans rayons, sans moyeu. Il vient de remporter un beau succès sur le site de financement participatif Kickstarter, ou il a plus que doublé son objectif de 50 000 euros. Révolution technique ou rêve d’ingénieur ?

Hélas ! Ses concepteurs ne livrent aucune information sur le fonctionnement des roues. Tout juste indiquent-ils qu’elles sont enfermées dans un tube circulaire relié au cadre à l’arrière et à la potence à l’avant.

Le Cyclotron serait aussi doté, en option, d’une boîte de vitesses électronique automatique qui, après une phase d’apprentissage, s’adapte aux efforts du cycliste. Ses concepteurs affirment pouvoir livrer les premiers exemplaires en juin 2017 au prix de 1 600 euros pour la version de base.

Source : Science et Avenir, n° 834, Août 2016, signé O.H.

 

Actualités High-tech : un détecteur portable traque les pesticides.

lpv1258De la taille d'une clé UBS, l'appareil connecté à un smartphone pour déceler en temps réel les produits chimiques présents dans des fruits ou légumes et en mesurer le taux.

Environnement. Mesurer les pesticides directement sur les fruits ou les légumes : c’est l'idée d'une étude de l'Ecole nationale supérieure maritime du Havre. En cours de développement, le projet ScanEat repose sur un spectromètre infrarouge de la taille d'une clé USB, que l'on connecte à un smartphone pourvu d'une application mobile dédiée. Celle-ci doit révéler en temps réel la présence d'éventuels herbicides, insecticides ou fongicides. Concrètement, l'appareil émet une lumière dans le proche infrarouge qui reflète la signature moléculaire de l'aliment, le faisceau étant absorbé de manière différente pour chaque groupement chimique. Le reflet de ce faisceau est capté et enregistré par le dispositif et des algorithmes convertissent les informations en taux de pesticides. L'innovation a valu à son concepteur le premier prix du concours Greentech Ecoles du ministère de l'environnement, un soutien de 150 000 euros et un CDD de 9 mois dans un incubateur.

Source : Science et Avenir, n° 834, Août 2016, signé L.L. er A .D.

*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
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