Perception de la texture en bouche : une approche biomimétique

In-mouth texture perception : a biomimetic approach

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Thomazo
• Direction : Alexis Prevost, Elie Wandersman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 08/10/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Jean Perrin (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivia Du Roure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Suzie Protière, Gérard Cuvelier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hamid Kellay, Yoël Forterre
• DOI : 10.70675/cf909dffz4892z4f9dz9787z30a7a7b0ab50

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Texture

Analyse sensorielle

Palais (anatomie)

Langue (anatomie)

Rhéologie

Élastodynamique

Hydrodynamique

Biomécanique

Mots clés libres

Système langue-palais

Biomimétique

Papilles filiformes

Texture des aliments

Suspensions granulaires

Couplage élasto-hydrodynamique

Tongue-palate system

Biomimetic

Filiform papillae

Food texture

Granular suspensions

Elasto-hydrodynamic coupling

Résumé

Le système langue-palais est capable de détecter de fines variations de texture en bouche là où le meilleur des rhéomètres est essentiellement aveugle. Une hypothèse pour expliquer cette remarquable sensibilité repose sur la présence de myriades de papilles filiformes sur la surface de la langue et de mécanorécepteurs à leur base. Pendant cette thèse, nous avons adopté une approche biomimétique reproduisant le fonctionnement de la cavité orale. La langue est un bloc d’élastomère décoré de cylindres assimilés à des papilles filiformes. Elle est placée sur une cellule de rhéoscope, combinaison d’un rhéomètre et d’un microscope. L’outil rotatif du rhéomètre joue le rôle du palais rigide, et impose l’écoulement du liquide testé. Nous avons imagé sous cisaillement de fluides simples la déflexion d’une papille et montré que celle-ci est proportionnelle aux contraintes visqueuses, en accord avec un modèle élastohydrodynamique récent. Nous avons sondé la déflexion d’une papille en présence de suspensions granulaires, modélisant des émulsions alimentaires. Nous avons montré que la présence de particules dans la phase continue modifie peu la déformation moyenne d’une papille, mais fortement son écart-type, surtout à cause des collisions particules/papille. Enfin, nous avons étudié l’effet des interactions entre papilles en variant leur densité surfacique. Cette déflexion diminue avec la densité. Un modèle phénoménologique, qui traite le tapis de papilles comme un milieu poreux effectif, décrit avec succès nos données sur toute la gamme de densité.

The tongue-palate system is able to detect fine texture variations in the mouth where the best rheometers are essentially blind. One hypothesis to explain this remarkable sensitivity is the presence of myriads of filiform papillae on the surface of the tongue and mechanoreceptors at their base. During this thesis, we developed a biomimetic approach reproducing the functioning of the oral cavity. The tongue is an elastomer block decorated with elongated cylinders assimilated to filiform papillae. It is placed on the bottom of the cell of a rheoscope, a combination of a rheometer and a microscope. The rotating rheometer tool plays the role of the rigid palate, and imposes the flow of the tested liquid. We have imaged while shearing simple fluids the deflection of a papilla and showed that it is proportional to the viscous stresses, in perfect agreement with a recent elastohydrodynamics model. We probed the deflection of a papilla in the presence of granular suspensions as models of food emulsions. We have shown that the presence of particles in the continuous phase slightly modifies the average deformation of a papilla, but strongly changes the standard deviation around this deformation, mainly because of particle/papilla collisions. Finally, we studied the effect of papillae interactions by varying their surface density. This deflection decreases with density. A phenomenological model that treats the papillae as an effective porous medium successfully describes our data across the entire density range.