LE NEZ ET L'ODORAT
Huit questions essentielles sur le nez et l'odorat
06/05/2015 - Par Roland Salesse , Ingénieur agronome - Docteur ès Sciences
L’odorat est l’un des cinq sens que possède l’Homme. Grâce au nez, nous pouvons ainsi sentir toutes sortes d’odeurs : les plus délicieuses comme les plus désagréables. Mais comment fonctionne notre nez ? Que se passe-t-il réellement dans la cavité nasale ? Notre dossier répond à huit questions essentielles sur le nez et l’odorat.
Le nez constitue l’étage supérieur des voies respiratoires. Organe de l’olfaction, il nous permet de contrôler notre respiration mais aussi de sentir le monde environnant grâce au sens de l’odorat. Les neurones olfactifs transmettent en effet l’information au cerveau : bonnes ou mauvaises odeurs, tout est ensuite question d’interprétation.
20.000 litres d’air traversent chaque jour les fosses nasales mais notre nez ne sert pas uniquement à respirer. Cette partie du corps est également à l'origine de l'odorat. Et, contrairement à ce que l’on pourrait croire, l’Homme a un odorat plutôt bien développé !
Si vous aimez les fleurs, vous prendrez ainsi plaisir à les sentir. Si vous avez faim, le fumet de la cuisine vous guidera vers la table. Mais si vous sentez une mauvaise odeur, otre cerveau vous conseillera de vous boucherez les narines ou même de fuir !
Certains animaux possèdent des pouvoirs olfactifs impressionnants et l'Homme n'est pas en reste. Son nez lui sert non seulement à respirer mais aussi à reconnaître l'odeur de la nourriture, d'un parfum ainsi que des odeurs corporelles. Autant d'indices qui lui permettent de se repérer. Certains souvenirs olfactifs peuvent d'ailleurs se révéler particulièrement forts en émotion.
Imaginez-vous dans la nuit noire, avec les oreilles bouchées. Comment faire pour vous orienter, pour déceler des présences ? Utilisez donc votre nez !
Les souvenirs olfactifs
L’Homme accorde volontiers aux animaux des pouvoirs olfactifs surprenants : détecter le passage d’un semblable, sentir une proie à distance, dialoguer chimiquement avec ses congénères, attirer l’âme sœur grâce à de mystérieuses phéromones.
En comparaison, l'odorat humain est souvent disqualifié, pourtant, il n’est pas si sous-développé et fonctionne même bien avant la naissance. L'odorat du nouveau-nélui permet ensuite de reconnaître sa mère. Les souvenirs olfactifs peuvent par ailleurs rester gravés dans notre esprit durant toute une vie.
Percevoir les odeurs corporelles
Les sens chimiques (odorat, goût) ne renseignent pas uniquement sur la nourriture et sa qualité. Ils perçoivent aussi les odeurs corporelles qui trahissent un congénère ou une proie, ou encore un prédateur. Quand c’est un semblable, celles-ci peuvent également indiquer son statut social, son statut sexuel et son état de santé ; elles contribuent souvent à la reconnaissance entre mère et petit.
L'odorat pour se repérer
L’environnement lui-même distille des effluves odorants qui permettent aux animaux de se repérer, même à très longue distance. En fait, l’odorat intervient à chaque instant de la vie : en fonction des indices olfactifs et de ses apprentissages préalables, l’animal adapte son comportement à ses besoins du moment : alimentaires, sociaux, sexuels, territoriaux. Le nez sert à tout ! Pourtant, bien que cette partie du corps se voie… comme « le nez au milieu de la figure », l’odorat est considéré comme un sens mineur.
Le goût et l'odorat sont des sens complémentaires. Pour arriver jusqu'à l'épithélium olfactif et être analysés par notre cerveau, les produits odorants peuvent en effet suivre deux voies olfactives : la voie orthonasale (par les narines) et la voie rétronasale (par la bouche puis l'arrière-gorge).
« Sans la participation de l’odorat, il n’y a point de dégustation complète », écrivait déjà Anthelme Brillat-Savarin, gastronome et magistrat français (1755-1826), dans sa Physiologie du goût. Il ajoutait : « L’un [le goût] sert à la dégustation des corps tactiles, et l’autre [l’odorat] à la dégustation des gaz. »
Bien sûr, le goût et l'odorat sont intimement liés : en effet, quand nous mastiquons un aliment, nous libérons les produits sapides (le terme « sapide » signifie « qui a du goût ») et odorants qu’il contient, ce qui permet de révéler les arômes alimentaires.
Les produits sapides sont généralement solubles dans l’eau et peu volatils (ex. : sucre, sel). Ils possèdent des récepteurs gustatifs dans les bourgeons du goût des papilles gustatives de la langue. Leurs messages nerveux partent vers le cerveau par trois nerfs, distincts des voies olfactives : le nerf lingual, le nerf glossopharyngien et le nerf vague.
Voie orthonasale et voie rétronasale
La voie orthonasale (par les narines, la voie des parfumeurs) et la voie rétronasale (par l’arrière-gorge ou pharynx, la voie des gastronomes) amènent toutes deux les produits odorants sur l’épithélium olfactif situé tout en haut de la cavité nasale, entre les deux yeux.
Le pharynx est le carrefour des voies respiratoires et digestives. Lorsqu’on respire, l’épiglotte est relevée et permet le passage de l’air vers la trachée-artère. Lorsqu’on déglutit, l’épiglotte se rabat sur l’entrée du larynx. Après avoir avalé, l’épiglotte s’ouvre à nouveau, ce qui permet à l’air remontant des poumons de pousser les molécules odorantes volatiles vers le nez.
Les produits odorants, eux, sont volatils et passent par l’arrière gorge (le pharynx). Ils empruntent la voie « arrière » ou « rétronasale » pour remonter dans la cavité nasale et atteindre l’épithélium olfactif. Celui-ci contient des neurones olfactifs qui, à travers la lame criblée, envoient leursaxones directement dans les bulbes olfactifs situés à la base du cerveau chez l’Homme.
Quand nous pensons « odeurs », nous pensons souvent à celles que l’on respire par les narines, c’est la voie directe ou « orthonasale » vers l’épithélium olfactif. Dans ce dossier, nous traitons de l’odorat. Cependant, à cause de l’ambiguïté usuelle du mot « goût », nous utiliserons donc de préférence le terme « gustation » pour désigner la sensation en bouche seule et le terme « odorat » ou « olfaction » pour qualifier la sensation dans le nez.
Les cavités nasales sont situées dans l'os maxillaire, elles contiennent de l'air et servent ainsi à réchauffer et nettoyer le nez. À l'intérieur de ces cavités se trouvent les récepteurs olfactifs.
Dans la cavité nasale, les cellules des récepteurs olfactifs (en 6 sur le schéma ci-dessous) transmettent les molécules odorantes à des neurones. Ces derniers génèrent alors un influx nerveux qui se transmet au bulbe olfactif (1) puis au cerveau.
Composition de la cavité nasale
Comme on peut le voir sur le dessin ci-dessous, une cavité nasale n’est pas un « trou ». Elle est rempli de chair (en mauve) : ce sont les cornets. L’air passe dans les parties blanches qui sont de faible épaisseur (1 à 3 millimètres), ce qui explique qu’on ne sente plus rien lors d’un rhume : la voie est bouchée et l’on « perd le goût » (en fait, l’odorat). Elle s’obstrue aussi en cas d’inflammation, de polypes ou de déviation de la cloison nasale.
Le cycle nasal
Cette faible épaisseur permet de réchauffer l’air, de le filtrer et de l’humidifier. Vous avez peut-être remarqué qu’à certains moments l’air passe mieux par une de vos narines que par l’autre : c’est le cycle nasal.
En effet, environ toutes les quatre heures, l’un des conduits s’élargit tandis que l’autre se rétrécit. On ne connaît pas la fonction de ce cycle mais on peut le modifier en se couchant sur (ou en frottant) le côté opposé à la narine bouchée. En quelques minutes, cette narine s’ouvre tandis que l’autre se rétrécit.
Les produits odorants restent dans la cavité nasale : ils n’entrent en aucun cas dans le cerveau. Ce sont les neurones de l’épithélium olfactif qui captent les molécules odorantes et, en réponse, génèrent un influx nerveux (courant électrique) : c’est lui qui entre dans le cerveau, d’abord vers le bulbe olfactif, ensuite vers le cortex olfactif.
La muqueuse olfactive humaine compte de l’ordre de cinq millions de neurones olfactifs. Ceux-ci transforment le message chimique des produits odorants en un message nerveux compréhensible par le cerveau.
On appelle les neurones olfactifs des neurones bipolaires parce qu’ils émettent d’un côté un axone qui part vers le bulbe olfactif et de l’autre une dendrite qui se termine par des cils. Les cils forment un feutrage (comme les poils d’une moquette) dont la surface totale de membrane représente cent fois celle de l’épithélium olfactif, soit environ la surface d’une main.
Pour qu’une molécule odorante atteigne les neurones olfactifs, elle doit d’abord traverser le mucus. Remarquez une chose au passage : le mucus étant essentiellement constitué d’eau, on « sent » dans l’eau, comme les poissons ou comme le fœtus dans le ventre de sa mère.
La molécule est ensuite livrée aux récepteurs olfactifs, portés par la membrane des cils (dont la grande surface développée permet d’héberger bon nombre de récepteurs). Si un odorant possède une structure convenable, il est reconnu par un récepteur et se lie à lui pour l’activer. L’activation du récepteur entraîne toute une cascade de réactions biochimiques à l’intérieur du neurone, pour aboutir à la génération de l’influx nerveux.
Un dernier point très important : chacun des neurones olfactifs exprime un et un seul récepteur olfactif parmi un répertoire de plusieurs centaines de gènes. Il semble que ce soit vrai aussi bien chez les vertébrés que chez les insectes, quel que soit le nombre de gènes de récepteurs. C’est une condition sine qua non pour que le message olfactif soit spécifique de l’odorant ; si chaque neurone exprimait tous les récepteurs olfactifs, il capterait tous les signaux chimiques : comment pourrait-on distinguer les odeurs dans ce cas ? Tout aurait la même odeur.
Le nombre exact de produits odorants reste difficile à estimer (10.000, 400.000, peut-être plus). Nos récepteurs olfactifs nous permettent en effet de différencier et reconnaître une myriaded'odeurs.
Tout d’abord, une précision : un produit odorant n’a pas d’« odeur » par lui-même. Pour être « odorant », il faut d’abord que ses moléculessoient reconnues, dans notre nez, par des neurones olfactifs qui transforment le message chimique en un message nerveux compréhensible par le cerveau.
C’est seulement quand cet influx nerveux sera traité par les zones spécialisées du cerveau (le cortex olfactif puis le cortex orbitofrontal) que la stimulation deviendra une perception, c’est-à-dire une « odeur» dont on aura conscience et qu’on pourra éventuellement nommer.
Les bonnes et mauvaises odeurs
C’est pourquoi nous employons plutôt le terme « odorant » pour désigner un produit chimique, en réservant « odeur » à la perception. Une « bonne » ou une « mauvaise » odeur ne devient bonne ou mauvaise que parce qu’elle a été reconnue comme telle par le cerveau. Au premier stade de la perception dans le nez, ce n’est qu’une molécule portée par l’air.
Il est très difficile d’estimer le nombre d’odorants perçus. Certains disent 10.000, d’autres 400.000, c’est peut-être plus ! En effet, la reconnaissance des odorants par les récepteurs olfactifs est de type combinatoire, ce qui permet de différencier une myriade de produits odorants.
Les produits inodores
Enfin, beaucoup de gaz et de liquides sont inodores, du moins pour l’être humain. L’air pur, constitué essentiellement d’azote et d’oxygène, ne sent rien, pas plus que la vapeur d’eau, très présente dans l’air. Le sarin, gaz de combat toxique à 10 parties par milliard (10 µg/kg), liquide à la température ambiante, ne sent rien non plus.
Et puis, il y a les anosmies partielles, qui dépendent des individus : tel produit odorant pour les uns « ne sent rien » pour les anosmiques partiels.
Une phéromone est un produit biologique qui, émis par un individu-émetteur et perçu par un individu-récepteur de la même espèce, déclenche chez ce dernier un comportement dit stéréotypé (une sorte de réflexe).
Les exemples les plus connus sont les phéromones des papillons de nuit (ou noctuelles). Lorsqu’une femelle est prête à être fécondée, elle émet une phéromone volatile. Seuls les mâles de la même espèce comprennent ce signal : à partir du moment où ils ont détecté la phéromone, ils ne font plus qu’une chose : voler vers la femelle.
La première phéromone (le bombykol) a été identifiée en 1959 par deux chercheurs états-uniens chez le bombyx du murier, ou ver à soie, domestiqué depuis longtemps.
Chez les insectes, des espèces voisines peuvent sécréter des mélanges phéromonaux voisins mais cependant suffisamment différents pour qu’il n’y ait pas de confusion possible. En agriculture, on utilise les pièges à phéromones pour détecter la période de reproduction des noctuelles parasites. Malheureusement, les essais de lutte biologique à base de phéromones sont restés très limités.
Curieusement, les éléphantes d’Asie en oestrus (qui signifie ovulation) émettent une phéromone qui provoque la copulation par le mâle. Il se trouve que le composé principal de cette phéromone, le (Z)-7-dodécène-1-yl acétate, est un acide gras volatil qui figure dans la composition des phéromones de 126 espèces d’insectes : du coup, ces femelles en chaleur sont accompagnées d’un nuage de papillons ! La question de l'existence de phéromones humaines reste controversée.
L'Homme est-il un si piètre animal olfactif ? Cette idée est très persistante, car il existe une classification des animaux « forts en olfaction » (les macrosmatiques) et « faibles en olfaction » (les microsmatiques), dont l’Homme ferait partie.
Cette distinction doit être précisée car, si elle concerne l’importance du sens olfactif dans les comportements, alors, oui, le chien est macrosmatique et l’Homme microsmatique. Mais si cette distinction concerne les performances olfactives, notamment la sensibilité, la discrimination entre odeurs proches, la détection de traces, elle devient discutable.
L'Homme, un animal microsmatique ?
En effet, du point de vue des odeurs, l’Homme sent, et à très basse concentration, des odeurs que le chien ne sent pas. C’est le cas, pour le malheur des œnologues, du trichloroanisole qui donne au vin l’essentiel du « goût de bouchon » (en fait, l’odeur de bouchon). Ce goût provient sans doute de micro-organismes (champignons) qui prospèrent dans le liège ayant servi à boucher les bouteilles. C'est l'une des raisons pour lesquelles la chimie et la composition du vin peuvent être si complexes.
L’Homme possède également une sensibilité exquise à l’odeur de violette, due en particulier aux ionones, alors que le chien ne la sent pas. Mais interrogez-vous sur l’intérêt pour le chien de sentir la violette ! Très curieusement, on a découvert chez l’Homme, dans les cancers de la prostate, un récepteur olfactif qui est sensible à la bêta-ionone. Hélas, ce composant du parfum de violette augmente le pouvoir invasif des cellules cancéreuses !
Les performances olfactives humaines
Voici une expérience amusante : une équipe israélo-étatsunienne a voulu comparer les performances olfactives des humains à celle des chiens dans le suivi d’une piste. L’expérience avec les canidés est habituelle : on traîne un cadavre de faisan à travers une prairie, puis on observe le cheminement du chien qui suit la trace. Pour les humains, il fallait procéder autrement : afin de s’assurer que les étudiants du campus de Berkeley (utilisés comme cobayes) ne suivraient bien la piste qu’olfactivement, on les a revêtus d’une combinaison et de gants puis on leur a bandé les yeux et bouché les oreilles, ne laissant libre que le nez. Leur unique guide olfactif était… une traînée de chocolat (nettement plus motivant que le faisan) !
Eh bien, les étudiants se sont montrés aussi performants que les chiens. Non seulement ils ont été capables d’apprentissage (ils ont doublé leur vitesse de poursuite de la piste en quatre jours d’entraînement), mais ils ont mieux optimisé leur trajectoire que les chiens, en suivant la trace de plus près. Allez dire que nous sommes microsmatiques après cela !
Comme tous les chasseurs, le comportement, la physiologie, le système nerveux et les sens du chien sont adaptés à la recherche des proies. Des chercheurs de l’université d’Oslo ont observé le comportement de quatre bergers allemands recherchant la trace et la direction d’un humain passé vingt minutes auparavant.
Chaque chien a été amené à angle droit par rapport à la piste et a été observé. Dans une phase initiale, le chien recherche la piste elle-même. Quand il l’a trouvée, il ralentit son rythme de flairage et son propre déplacement le long de la trace afin de décider du sens du déplacement.
Qu’on imagine la difficulté de cette phase délicate : peut-être le chien s’appuie-t-il sur d’autres indices qu’olfactifs, mais l’expérience ayant été faite sur un sol de béton, il n’y a pas d’herbe foulée pour indiquer le sens de la marche.
Par ailleurs, on suppose que l’être humain a laissé au sol des produits odorants. Soit ces produits sont rejetés avec une orientation particulière (qui reste à découvrir) par rapport au sens de la marche, soit, entre le premier et le cinquième pas (distance suffisante pour que le chien repère la direction), il existe un gradient de concentration de certains produits que le limier serait capable d’évaluer.
Par exemple, les plus volatils auraient un tout petit peu plus disparu du premier pas mais un peu moins du cinquième ; mais pensez que cette marche n’a duré que cinq secondes par rapport aux vingt minutes écoulées depuis.
Rôle de la truffe du chien
Toujours est-il que l’animal ne prend que trois à cinq secondes avant de suivre la piste dans la bonne direction et que cinq pas lui suffisent pour la déterminer ! Il faut dire que la truffe du chien sert à deux choses : d’une part, le chien s'en sert pour agiter les particules solides et les molécules à la surface du sol par le courant d’air expiré, ce qui favorise leur inhalation à l’inspiration suivante ; et d’autre part, lors de l’inhalation, elle lui sert à inspirer également une lame d’air en provenance du sol situé en avant de son nez. Il se construit ainsi une carte olfactive des quelques centimètres ou décimètres qui sont devant lui. En intégrant cette carte sur quelques mètres, il est capable de décider du sens de passage d’un individu.
Autre atout du chien par rapport à beaucoup d’autres animaux, et surtout des chiens à long nez : il y a de la place dans leur cavité nasale pour une grande surface d’épithélium olfactif. Un berger allemand ou un malinois possède jusqu’à 200 cm² de muqueuse olfactive, ce qui lui permet d’abriter quasiment cent fois plus de neurones olfactifs que l’homme (environ 200 millions).
Enfin, le chien (avec la souris, le rat, la vache et… l’opossum) fait partie des quelques mammifères qui disposent d’environ un millier de gènes de récepteurs olfactifs dans leur génome, 872 exactement. Avec cet équipement, nul doute qu’il soit performant.
Mauvaises ou plaisantes, les odeurs nous renseignent en permanence sur notre environnement, nous émeuvent ou nous rappellent des souvenirs. Ce petit livre nous propose de suivre le devenir du message olfactif, depuis le nez jusqu'au cerveau pour découvrir comment fonctionne l'odorat, la mémoire olfactive et comment les odorants déclenchent ou modulent nos comportements.
Sont représentés sur le schéma : le bulbe olfactif (1), les cellules mitrales (neurones) (2), l'os maxillaire (3), l'épithélium olfactif (4), les glomérules olfactifs (5) et les cellules des récepteurs olfactifs (6).