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Des technologies photoniques au service de la sécurité alimentaire

Les technologies optiques-photoniques déployées dans l’industrie alimentaire sont nombreuses et répondent à différentes problématiques, en particulier en matière de sécurité sanitaire. Décryptage de la revue Lumière d'Optics Valley.

Comme le rappelle le Conseil Européen de l'Information sur l'Alimentation (EUFIC), "l'accroissement des exigences des instances réglementaires et des consommateurs fait peser une pression de plus en plus forte sur l'industrie agroalimentaire quant à la mise en œuvre de techniques de contrôle alimentaire fiables garantissant la qualité et la sécurité des produits."

Or comme l’a présenté Tematys dans son introduction du séminaire « Sécurité alimentaire : enjeux et perspectives » organisé par Opticsvalley le 11 décembre 2014, il existe dans le domaine de l’agroalimentaire plusieurs facteurs de risque pour la santé. Parmi ces facteurs de risque figurent la présence de corps étrangers (morceaux de verre, de plastique ou de métal, présence d’insectes, etc.) et de substances chimiques, le développement de mycotoxines (molécules produites naturellement par des moisissures sur les végétaux) ou de bactéries pathogènes, ou bien la génération de molécules néoformées lors des process de transformation.

En outre, à chaque aliment ou type d’aliment correspondent des problématiques particulières liées à la récolte et au transport des matières premières, à la matière elle-même et à son stockage, à la transformation des produits, aux emballages et à la conservation des produits finis.

Les technologies disponibles pour répondre à ces situations sont plurielles. A titre d’exemple, les rayons X peuvent permettre d'identifier divers contaminants physiques, dont le métal, le verre, le caoutchouc, la pierre et certaines matières plastiques. Hamamatsu Photonics France a ainsi présenté, lors du séminaire d’Opticsvalley, un dispositif dual qui offre une approche multispectracle, permettant de capter simultanément deux images (basse et haute énergie) pour fournir une information plus détaillée.

La spectroscopie fait également partie des outils d’analyse utilisés dans l’industrie alimentaire. La spectroscopie de fluorescence, notamment exploitée par la société Spectralys Innovation représentée par sa fondatrice lors du séminaire, permet notamment la détection et la caractérisation des micro-organismes. La spectroscopie Raman, proposée parmi d’autres technologies par la société Horiba Jobin Yvon, également présente lors de la journée d’échange du 11 décembre, permet de connaître les structures chimique et moléculaire d'un échantillon et ainsi d’identifier rapidement des produits chimiques, organiques et minéraux présents. La technologie FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy ou Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier), utilisée en particulier pour la caractérisation des bactéries, levures et moisissures, et la technologie plus récente NIR (Near Infrared spectroscopy ou Spectroscopie proche infrarouge) qui utilise également la réflexion du spectre de la lumière infrarouge pour produire des informations sur l’échantillon exposé à la lumière, offrant une analyse multicomposants, équipent usines et laboratoires.

L’imagerie hyperspectrale et les technologies microondes sont également utilisées par les industriels. Des technologies nouvelles, intéressent par ailleurs les acteurs de l’agroalimentaire, en particulier pour des besoins d’analyses micro-biologiques.

Les analyses micro-biologiques sont traditionnellement réalisées selon des méthodes consistant à incuber en boîte de Petri, pendant plusieurs jours, un échantillon du produit à analyser dans un milieu de culture favorisant le développement des micro-organismes présents dans ce produit. Il s’agit d’une méthode longue qui n'est pas vraiment adaptée à l’analyse des produits frais qui doivent être mis rapidement sur le marché. Ont ainsi été développées des technologies alternatives comme la cytométrie en flux qui a pour objectif d'analyser, pour éventuellement les trier, des cellules en suspension. Présentées à grande vitesse devant une source lumineuse, les cellules émettent alors une fluorescence, qui varie selon la nature et la quantité de marqueur fixé. Cette méthode est exploitée par la société limousine Métis Biotechnologies pour détecter rapidement des agents pathogènes. Tel est également l’objectif de la méthodologie PlasmIA basée sur la Résonance des Plasmons de Surface (SPRi, Surface Plasm Resonane imaging) brevétée par la société parisienne Prestodiag, présente lors du séminaire organisé par Opticsvalley. Particulièrement bien notée par l’US Department of Agriculture (en janvier 2010) – sans même évaluer le côté « multiplex » de PlasmIA –, cette technologie nouvelle et maintes fois primée permet de suivre en temps réel la croissance de bactéries pathogènes présentes dans un échantillon complexe directement pendant la phase d’enrichissement de l’échantillon.

Le terahertz (Thz) représente une autre technologie d’avenir. Avec un atout certain : la possibilité de « voir » dans des milieux opaques. Le domaine des fréquences térahertz (1 THz = 1012 Hz) s'étend de 100 GHz à 30 THz environ, soit environ aux longueurs d'ondes entre 0,01 mm et 3 mm. Peu énergétiques et non-ionisants, les rayonnements térahertz ont un fort pouvoir pénétrant et permettent potentiellement de voir à travers de nombreux matériaux non conducteurs. Ils peuvent ainsi déceler des corps étranger (comme des morceaux de verre) dans du chocolat ou de la viande et pourraient s’avérer efficaces pour détecter des insectes, par exemple, dans des granules. Les insectes, qui arrivent à se masquer, ne peuvent en effet échapper aux ondes THz. Reste à adapter cette technologie aux contraintes de temps et de coût des industriels.

Trois questions à Benoît d’Humières, cofondateur du cabinet d’études Tematys spécialisé dans les technologies optiques-photoniques et leurs applications :

Les industries agroalimentaires sont désormais high tech. Que leur apportent les technologies optiques-photoniques en matière de sécurité sanitaire ?
Les industries agroalimentaires doivent faire face à des problématiques communes : fabriquer des produits répétables et contrôlés avec une matière brute très variable, optimiser leurs procédés et assurer la sécurité et la qualité de leurs produits. Plusieurs types de capteurs sont à leur disposition pour contrôler les process et l'état sanitaire des matières transformées. Si les capteurs actuellement utilisés sont plutôt basiques, d’autres, plus complexes, ont été testés ces dernières années.

L'agroalimentaire offre énormément de niches pour des capteurs complexes. L’industrie du lait est à ce titre emblématique. On extrait du lait de très nombreux sous-produits : lait en poudre, crème, beurre, petit lait, yaourts et bien sûr les très nombreux fromages. Chacun présente des caractéristiques différentes et des besoins d'analyse variés de type couleur, texture, odeur, maturation… De même les procédés de production diffèrent énormément, depuis la fabrication artisanale du fromage en exploitation, jusqu'à la production industrielle des yaourts et produits laitiers vendus en supermarché. Les capteurs doivent être adaptés à chaque besoin.

Quelles sont les tendances et enjeux technologiques ?

Selon un rapport publié en janvier 2014 suite au projet européen Food Microsystems coordonné par l’ACTIA (FP7/2011-2013), l’une des demandes des industriels est de concevoir des instruments facilement ajustables à un procédé donné. Les acteurs de l’industrie alimentaire recherchent des solutions rapides, flexibles et peu onéreuses. Il y a une forte demande pour des capteurs très fiables et très rapides intégrables dans les chaînes de production et pour des dispositifs portables et faciles à utiliser dans les champs, à l'usine ou même dans le lieu de vente.


La portabilité est selon moi une donnée très importante. Actuellement, de nombreuses startups développent des dispositifs peu chers, connectés et très légers à destination du grand public pour répondre au souhait des consommateurs de mieux contrôler ce qu'ils mangent. En termes de reproductibilité les résultats obtenus par ces outils ne sont pas probants. Mais leur multiplication révèle pourtant une tendance lourde qu’il va falloir suivre de très près. Si cette tendance se confirme, les capteurs et systèmes de mesure professionnels bénéficieront de ce mouvement vers plus de miniaturisation, de portabilité et de simplification.

Quels conseils donneriez-vous aux offreurs de technologie ?

Le choix des industriels de l’agroalimentaire est en grande partie déterminé par le coût des instruments qu’ils doivent acquérir. Les marges des fabricants d’instruments d’analyse et de mesure sont faibles. Pour y faire face, ils ont donc deux solutions : concevoir des produits vendus en masse ou bien se positionner sur une niche qui permet aux clients de réduire significativement ses coûts ou ses risques. En outre, ils devront mettre leurs produits à la portée des utilisateurs qui ne sont pas des photoniciens. Ils devront ainsi privilégier l’ergonomie, la simplicité d’utilisation, la fiabilité et des coûts les plus bas possibles.

(Source : Opricsvalley.org)