Tout débute en 1979 quand le ministère des Finances lance un appel d’offres proposant un prix au chercheur qui développera un système innovant pour détecter le sucre ajouté frauduleusement dans le vin (la chaptalisation). Ce prix est gagné par Gérard Martin (Chimiste), et son épouse Maryvonne Martin (Physicienne) qui proposent une nouvelle méthode de détection de la chaptalisation des vins. Tous les deux sont alors professeurs au sein du laboratoire de RMN et Réactivité Chimique de l’Unité de formation et de recherche (UFR) des Sciences de Nantes.

Le principe d’analyse repose sur l’étude par RMN d’un phénomène appelé « Fractionnement Isotopique Naturel Spécifique » qui modifie la distribution des isotopes lourds dans les molécules. Cette méthode est désormais internationalement connue sous le nom de SNIF NMR®.

Les substances naturelles contiennent essentiellement du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote. Ces éléments existent sous forme de divers isotopes. Pour un élément chimique, son noyau atomique, ou nucléide, qui correspond à un nombre de protons et de neutrons, peut être différent. En effet, des isotopes possèdent le même nombre de protons mais ont un nombre de neutrons différent.

Pour le carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote, le pourcentage de formes isotopiques existantes varie en fonction de la géographie et de la nature des végétaux.

Par exemple, l’eau (H₂O) de pluie montre une variation importante et reproductible de la teneur en 2H en fonction de paramètres géographiques : le rapport 2H/1H de l'eau est de l'ordre de 156 ppm aux environs de l'équateur et décroît considérablement vers les pôles, avec une valeur caractéristique au Groënland de 129 ppm. De plus, le rapport 2H/1H diminue quand la latitude augmente et quand on s'éloigne de la mer. Des variations isotopiques de l'eau sont également mesurables en fonction des saisons.

De même, la répartition d'un isotope lourd par rapport à l’isotope léger n'est pas statistique dans les produits chimiques issus des végétaux. Ainsi, au cours de la photosynthèse, le végétal utilise le gaz carbonique et l'eau pour la biosynthèse des sucres, des acides aminés… Ces derniers présentent une disparité dans la distribution des isotopes lourds, disparité liée entre autres à des phénomènes de réactivité chimique (les isotopes légers réagissent plus vite que les isotopes lourds lorsqu’ils sont impliqués dans une réaction chimique). Les effets isotopiques sont complexes et leur amplitude dépend de plus du type métabolique des plantes.

C’est la mesure des rapports isotopiques par SMRI : Spectrométrie de Masse des Rapports Isotopiques ou Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) qui permettra de remonter à l'origine du végétal qui l'a produite dans des conditions géo-climatiques données. Les isotopes apparaissent alors comme de véritables traceurs des origines.

En croisant les données fournies par les deux méthodes (RMN et SMRI), on obtient une cartographie isotopique révélatrice de l’origine des substances naturelles. Il est par exemple possible de reconnaître un éthanol produit à partir de la canne à sucre de celui de l’amidon de maïs, de pomme de terre ou de jus de raisin. Cela a conduit à la première grande application de cette technique : la détermination de la fraude dans la chaptalisation des vins.

Appliquées dans un premier temps au vin, ces techniques ont permis d’authentifier l’origine de diverses substances aromatiques telles que la vanilline, l’anéthole (l’arôme de l’anis) ou l’eugénol (arôme du clou de girofle). La puissance de la méthode réside dans l’extrême difficulté pour les fraudeurs de pouvoir tricher car trop de paramètres entrent en ligne de compte pour mettre en œuvre une quelconque contrefaçon.

La bobine supraconductrice utilisée par le laboratoire des professeurs Martin, a été mise en exposition permanente dans le hall du bâtiment 26 de l’UFR des sciences et techniques de l’Université de Nantes en 2017.

Fiche descriptive de l'objet : fiche n°281, Univ-Nantes.CHI.0020

Spectromètre RMN
Cryospec WM250
BRUKER
1960-1980

Yves Thomas, Michel Spiesser, Valérie Joyaux 
Université de Nantes, Mission PATSTEC
2019