Approches sensorielles en sciences de l'environnement

Le premier réflexe du géochimiste organicien lorsqu’il dispose d’un extrait lipidique est de le sentir pour éventuellement détecter le soufre qu’il faut retirer de l’extrait avant analyse. Chacun peut être marqué par l’odeur de terre qui se dégage des sols après une pluie qui révèle la fameuse géosmine, produite par des microbes des sols^189,190. En géochimie organique appliquée à l’archéologie, nombreuses sont les études décrivant la chimie de substances anciennes (encens¹⁹¹, baumes¹⁹², goudrons de calfatage, enduits, huiles¹⁹³, anciennes latrines…) qui laissent imaginer de véritables "paysages olfactifs" (voir le commentaire suite à cet article). Les questions sur les effets

189 https://theconversation.com/pourquoi-nous-pouvons-sentir-lodeur-de-la-pluie-102222

190 http://www.nytimes.com/2015/01/27/science/how-the-smell-of-rain-bubbles-from-the-ground.html

191 Mathe, C., Culioli, C., Archier, P., Vieillescazes, C., 2004. Characterization of archaeological frankincense by gas chromatography–mass spectrometry. Journal of Chromatography A 1023, 277-285.

192 Buckley, S.A., Clark, K.A. and Evershed, R.P., 2004. Complex organic chemical balms of Pharaonic animal mummies. Nature 431, 294-299.

193 Kimpe, K., Jacobs, P.A., Waelkens, M., 2001. Analysis of oil used in late Roman oil lamps with different mass spectrometric techniques revealed the presence of predominantly olive oil together with traces of animal fat. Journal of Chromatography A 937, 87-95.

Figure 48 : "Profession Géologue". La République du Centre du 10 juillet 1980. Source : Archives Départementales du Loiret.

Figure 49 : Page extraite de l'ouvrage

"Nomenclature of Colours" de Abraham Gottlob Werner, 1814. Source.

d’une goutte d’eau tombant sur le sol et produisant des aérosols, et donc sur le transfert de molécules volatiles et olfactives, rejoignent celles plus générales du transfert de substances organiques dans les écosystèmes évoquées plus haut.

Le goût

L’image commune du géologue, la première quasiment enseignée à nos étudiants, est celle du lécheur et du manipulateur de cailloux (voir cette vidéo de @Sciencecomptoir). L’effort du géochimiste pour décrire de manière la plus exhaustive possible la chimie des matières organiques (voir par exemple les travaux de Schulten et Schnitzer en pyrolyse) est très analogue, et symétrique, de celle de certains chercheurs en gastronomie qui tentent de reconstruire la chimie complexe du goût par la juxtaposition de molécules ou matières primaires, ce qu’Hervé This nomme la "cuisine note à note". H. This est d'ailleurs cité dans l'ouvrage de Danièle Alexandre-Bidon, céramologiste, qui développe l'idée d'une archéologie du goût¹⁹⁴, recherchant, sur la base entre-autres des typologies de céramiques, les préférences gustatives au Moyen-Âge. En géochimie organique, il semble difficile d'exploiter le goût pour décrire nos objets, sauf à évoquer l'amertume des grains de millet ou l'amertume particulière des salades telles que la scarole ou la roquette qui pourraient provenir, respectivement, de la miliacine et des acétates de triterpényles.

L’ouïe

Les astronomes sondent les bruits des confins de l’univers ou le son du vent sur Mars tandis que de nombreux écologues développent des systèmes d’écoute des plantes, de la biodiversité, des écosystèmes, voire de la planète, les géologues/physiciens enregistrent le chant des dunes, et des artistes traduisent les réactions des plantes à divers stress en messages sonores.

La vue

i. Les couleurs

Chacun peut apprécier la diversité de couleurs d’un paysage, reflet de la chimie des plantes, des roches et des sols, qui le composent. Au 19^ème siècle, Abraham Gottlob Werner avait d'ailleurs produit, en 1814, un ouvrage intitulé "Nomenclature of Colours" pour classer, organiser chaque nuance des mondes animaux, végétaux et minéraux (Figure 49). Ce livre sera ensuite utilisé par Charles Darwin pour décrire les couleurs sur le Beagle. Il a récemment été réédité par le Smithsonian. La couleur est aussi l'un des éléments de caractérisation premier des sols (charte Münsell) pour les pédologues, tout comme la couleur des minéraux pour les minéralogistes. En géochimie organique, l'un des premiers réflexes est d'inspecter la couleur des extraits lipidiques (Figure 50) pour obtenir une première idée de la richesse de l'extrait et de la diversité des échantillons. La transition vers les couleurs de l’automne traduit des réactions chimiques lors de la diagenèse précoce des feuilles, qui fait écho à l'image iconique de la géochimie organique (Figure 24).

194 Alexandre-Bidon, D., 2005. Une archéologie du goût : céramique et consommation, Moyen Âge-Temps modernes. Picard, Paris 301 p.

ii. Voir les biomarqueurs

J’ai évoqué plus haut les filtres/biais qui altèrent notre perception des écosystèmes anciens lors de l’étude des archives sédimentaires. L’une des frustrations du géochimiste organicien est de perdre toute information de localisation des biomarqueurs moléculaires lorsqu’il procède à leur extraction des matrices géologiques. Pourtant cette information est essentielle à une meilleure compréhension des mécanismes de transport des biomarqueurs et à une meilleure prise en compte de leur représentativité spatiale et temporelle. Aussi, un réel effort doit être consacré à la localisation, à la visualisation multi-échelle des biomarqueurs. Multi-échelle car il s’agit non seulement de la localisation dans un échantillon (comment les biomarqueurs sont associés aux phases minérales et organiques support ?), mais également à l’échelle du bassin versant et du paysage (comment les biomarqueurs sont-ils distribués, selon quels contrôles ? – voir plus bas).

Dans le cadre d'une collaboration avec Eric Duverger (Centre de Biophysique Moléculaire), et en s'inspirant des travaux anciens de Jean Trichet et Michel Monsigny, nous avons tenté de localiser la N-acétyle-glucosamine, monomère de chitine, dans des chitinozoaires du Silurien au moyen d'anticorps de N-acétyle-glucosamine marquée d'un fluorochrome par microscopie confocale. Les

Figure 51 : Chromatogrammes d'ions spécifiques d'une fraction hydrocarbures des sédiments du Lac Caço produits par découpe laser

au FabLab Orléanais. ©OSUC - Didier Depoorter

Figure 50 : Cinquante nuances d'extraits. Sources : a- @david_naafs; b- ©Cyril Frésillon/CNRS IMAGE; c-

@paleoconnor; d- @NemiahLadd; e- @climategordon; f- ©Douglas Levere / University at Buffalo; g-

@jeromeblewett; h- @andraejake; i- @NemiahLadd; j- @salincoln; k- @riwi_flashgun

résultats ont été négatifs. Très récemment, cette piste a été relancée, avec des résultats qui paraissent prometteurs¹⁹⁵.

C’est avec cette volonté de voir, de visualiser nos objets d'études que nous avons organisé, au sein du Réseau Matière Organique, l’Ecole Chercheur/Ecole Thématique VIZMO, en mars 2015.

Nous avons, par exemple, produit des modèles moléculaires des chromatogrammes d’ions spécifiques par découpe laser (Figure 51) pour mieux expliquer la construction et l'intérêt de ces chromatogrammes, et des modèles virtuels de matières organiques.

Le toucher

La géochimie organique est bien souvent une science de l’impalpable. Alors que le géologue, encore une fois, manipule l’échantillon, le teste, le touche, pour estimer la granulométrie, repérer la texture, le géochimiste organicien perd le contact physique avec l’échantillon dès lors que celui-ci est extrait pour analyses moléculaires. L’essentiel de la relation entre le géochimiste organicien et son objet d’étude est ensuite réalisée à travers des écrans. Il existe pourtant des moyens de reprendre contact avec les objets d’étude, du simple modèle moléculaire en plastique aux modèles numériques de données complexes qui peuvent désormais être rendus concrets/physiques par impression 3D, ou avec lesquels il est possible d’interagir en réalité augmentée ou physiquement par des interfaces avec retour de force. Dans le cadre de VIZMO, nous avons souhaité appréhender les démarches et méthodes de visualisation physique et virtuelle des interactions dans des milieux complexes contenant des matières organiques. Il s'agissait dans un premier temps d'identifier les outils de mesure qui permettent de caractériser les interactions puis de s'approprier des outils de visualisation et de matérialisation innovants utilisés dans d’autres communautés. Nous avons, lors de VIZMO, produit des modèles moléculaires ou des colonnes de sols analysés par tomographie par impression 3d qui nous ont, ensuite, permis de les manipuler.

Lors de l'école suivante organisée par ResMO et dédiée aux isotopes, nous avons poursuivi avec un atelier de pâte à modeler dont l'objectif était de formaliser les concepts en isotopie à travers des objets. Exercice très formateur, très perturbant, qui demande à être poursuivi.