Les nez électroniques quittent le laboratoire

EQUIPEMENTS La situation est sensible. D'après Alcimed, société de conseil en sciences de la vie et chimie, les larges subventions américaines pourraient menacer la position de l'actuel leader des nez électroniques, le Français Alpha-Mos, qui couvre 70 % du marché européen. Alcimed a réalisé pour le ministère de l'Industrie une étude portant sur les capteurs de substances chimiques, rendue publique en mai 2004. Elle porte notamment sur le marché des nez électroniques dans le secteur de la protection civile, militaire et des douanes. Alcimed estime le marché des capteurs chimiques pour ces applications à 70 millions d'euros en Europe. Avec des perspectives de croissances de 20 à 40 % en cinq ans. Un scénario qui ne tient pas compte des décisions politiques dans ce secteur sensible. Aux Etats-Unis, le ministère de l'Energie a déjà chamboulé les prévisions récentes avec l'allocation d'un milliard de dollars à un programme de recherche et de développement de capteurs de gaz toxiques à des fins de protection civiles en partenariat avec la Russie. Jusqu'à présent, aux Etats-Unis, une étude de Freedonia Group estimait le marché total à 90 millions de dollars en 2003. Avec une croissance de 8,8 % par an, il devrait peser 137 millions de dollars en 2008. Des capteurs de nature variable Les nez électroniques doivent détecter une odeur, c'est-à-dire un mélange de gaz. Encore actuellement, cette tâche est confiée à des êtres humains, dont l'organe olfactif est doté d'environ 50 millions de capteurs cellulaires, concentrés sur une zone de quelques centimètres carrés. Par rapport au nez humain, les nez électroniques présentent plusieurs avantages : des résultats rapides, de l'ordre de quelques secondes, réutilisables (pas de phénomène de saturation), et polyvalents puisqu'il est possible d'intégrer de nouvelles signatures olfactives dans la banque de donnée. De plus, ils détectent des gaz dépourvus d'odeur au sens humain du terme. Les nez électroniques sont bâtis sur le même modèle que le nez d'un être humain, ou d'un animal. Mais le capteur est ici physique et non plus biologique. Les capteurs les plus anciens sont des oxydes métalliques. Adaptés aux gaz de petite taille moléculaire, ce sont les plus robustes et les moins onéreux. Il existe cinq familles de capteurs, à base d'étain, de titane, de noebium, de zinc et de tungstène. Chacun de ces métaux peut être dopé à l'or, au germanium, au platine ou au palladium. C'est la combinaison entre l'oxyde métallique et l'élément dopant qui permet d'élaborer des capteurs dotés d'une réactivité spécifique : certains sont sensibles aux aldéhydes, d'autres aux amines ou aux composés soufrés, etc. Autre facteur de diversité : la cristallographie de l'oxyde, son épaisseur (couche mince ou pas), sa température d'emploi (entre 200 et450°C) et son utilisation (pulsé ou continu).« Ainsi, un même capteur donne des résultats différents en fonction des paramètres retenus. Et concevoir un nez électronique revient à panacher ces différents capteurs pour obtenir la sélectivité souhaitée du nez électronique. C'est là notre savoir-faire », estime Jean-Christophe Mifsud, fondateur et directeur d'Alpha-Mos. D'autres types de capteurs existent. Cependant, ils sont moins employés. C'est le cas des capteurs quartz cristal microbalance, un quartz recouvert d'une couche de matériau organique. L'adsorption de molécules sur la couche organique modifie la masse et donc la fréquence du capteur quartz. Ensuite, les polymères à empreinte moléculaire, aussi appelés MIPs pour « Molecular Imprinting Polymers ». Plus économiques, ce sont des molécules de la famille des poly-pyrroles ou des indoles. Ces matériaux ont la caractéristique de présenter des cavités hautement spécifiques des molécules à détecter. Ainsi, ces dernières peuvent s'y imbriquer. Les liaisons mises en jeu sont faibles. Par conséquent, elles sont réversibles et le polymère est donc réutilisable. Autre avantage : ces capteurs s'emploient à température ambiante. La mémoire alimentée par une base de données Si la nature du capteur varie, la reconnaissance est quant à elle toujours faite grâce à un logiciel et une banque de données d'odeurs. « L'empreinte chimique de l'odeur est comparée à une référence. Un nez électronique demande donc un apprentissage et sa reconnaissance est sélective », explique David Bariau, responsable de l'activité Biotech chez Alcimed. Les nez électroniques sont déjà utilisés dans certains secteurs comme la chimie, la pharmacie et l'agroalimentaire, surtout au niveau de la recherche, du développement et du laboratoire (pour le contrôle qualité). En chimie, ils sont notamment utilisés pour vérifier la qualité des matières premières. D'après Alcimed, les premiers capteurs chimiques d'explosifs, d'armes chimiques et biologiques existent déjà pour des applications de protection civile et militaire. Ainsi, Alcimed signale que les Etats-Unis ont déjà lancé un programme de développement de capteurs à bas coût pour les métros. Des réseaux pilotes sont à l'essai dans les métros de Washington, Boston et à l'aéroport de San Francisco. L'autre grande application concerne la détection à distance de stupéfiants. Dans ce cas, il faut des capteurs robustes, simples à utiliser et peu onéreux. « Cela reste des marchés de niche, constatent David Bariau et Peggy Rematier, consultante dans l'équipe biotech d'Alcimed. Leur avenir se dessine dans le contrôle automatique de la ventilation, les applications médicales (détecter les ulcères) et l'environnement (contrôle de fuite, qualité de l'air intérieur et extérieur) ». Des marchés de niche? Ce n'est pas l'avis de Jean-Christophe Mifsud, directeur d'Alpha-Mos. « Nous réalisons environ 50 % de notre chiffre d'affaires dans le contrôle qualité. Pour le reste, les nez électroniques sont surtout utilisés en recherche et développement, mais la part de l'environnement est croissante », argumente-t-il. La société a réalisé en 2004 un chiffre d'affaires en baisse de 14 % par rapport à 2003, à 3,6 millions d'euros, plombé par les taux de change. « Nous vendons à 90 % à l'export », souligne Jean-Christophe Mifsud. La répartition du chiffre d'affaires de la société reflète la composition du marché. L'agroalimentaire vient en tête avec 35 % des revenus d'Alpha-Mos. Le secteur de l'emballage constitue 15 % des ventes et la parfumerie-cosmétique environ 10 % (contrôle des surfactants, benzoate de sodium, glycérine, etc.). La pharmacie représente environ 22 % de l'activité de la société alors que ce secteur a été lancé il y a deux ans à peine. « Nos équipements sont notamment utilisés pour tester le goût des médicaments. Une activité qui n'est pas envisageable pour des êtres humains. Ce serait trop dangereux », explique Jean-Christophe Mifsud. Une autre tranche de 20 % est issue d'un secteur également en pleine croissance, celui de l'environnement. D'après le directeur de la société, l'environnement devrait représenter 40 % de son chiffre d'affaires au cours des trois à quatre prochaines années. Pour appuyer ce marché, Alpha-Mos était présente au salon Pollutec et y a présenté un nouvel équipement, baptisé RQ-Box. Ce nez électronique sans fil est destiné aux industries pétrochimique ou papetière. Un système pilote est notamment installé sur une usine pétrochimique aux Etats-Unis. « Aujourd'hui, notre objectif est de valider cet équipement très rapidement en France. Aussi, nous travaillons à corréler les gaz à détecter à des perceptions sensorielles. Ensuite, nous proposerons ce nez électronique aux acteurs de l'environnement en premier lieu », détaille Jean-Christophe Mifsud. Le défi des nez électroniques appliqué à l'environnement est leur sélectivité partielle. « En effet, la banque de données associée au nez électronique renseigne 90 % des alertes. Mais il faut garder une sélectivité partielle pour identifier les alarmes liées à la présence d'un nouveau solvant ou de nouvelles nuisances olfactives. Le nez électronique joue donc ainsi un rôle de sentinelle réagissant aussi à des stimuli inconnus », détaille Jean-Christophe Mifsud. Des millions de dollars pour la recherche américaine Dans le secteur des nez électroniques, l'innovation est primordiale « Nous consacrons un tiers de notre chiffre d'affaires à la recherche et développement », confirme le directeur d'Alpha-Mos. « Le développement technologique dans le domaine des nez électroniques est très dynamique », renchérit David Bariau. Pourtant, comment lutter contre une société comme Cyrano Science, aujourd'hui baptisée Smiths Detection-Pasadena, qui vient de remporter un contrat du ministère de la Défense américain d'un montant de 15 millions de dollars pour la fourniture de 1 600 unités de détection de produits chimiques ? Cette structure, basée en Californie, a été rachetée par le Britannique Smiths Detection pour15 millions de dollars au printemps 2004. Une bonne affaire, étant donné qu'elle avait collecté pas moins de 46 millions de dollars auprès de plusieurs fonds d'investissement. Malgré la menace américaine, le dirigeant d'Alpha-Mos semble confiant. « Avec notre filiale américaine et notre réseau très proche des universitaires américains, nous avons accès au savoir-faire en développement, à défaut de pouvoir participer à la recherche avec les fonds gouvernementaux », rassure le directeur l'Alpha-Mos. Albane Canto