Caractérisation de la microstructure spatiale de la pomme en lien avec ses propriétés mécaniques par des méthodes quantitatives d'IRM

Characterization of the spatial microstructure of Apple fruit regarding its mechanical properties by quantitative methods of MRI

• Auteur / Autrice : Guillaume Winisdorffer
• Direction : Marc Lahaye, François Mariette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, Biophysique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Végétal-Environnement-Nutrition-Agro-Alimentaire-Mer (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Serge Akoka
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Lahaye, François Mariette, Serge Akoka, Nicolai Bart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolai Bart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse mécanique dynamique

Mots clés libres

Relaxation transverse multi-exponentielle (T2)

Micro-porosité

Fruit

Résumé

Les propriétés mécaniques du péricarpe de la pomme dépendent d'une multitude de facteurs. Sont impliqués la matière sèche, répartie entre fraction insoluble (parois) et fraction soluble, l'état de l'eau et sa répartition au sein de la cellule, la fraction d'air entre les cellules, et leur taille et organisation. L'état de l'eau et sa répartition n'ont été que peu étudiés et l'IRM quantitative est un outil de choix pour réaliser ces mesures de façon non-destructive. Nous avons de façon originale exploité le signal IRM multi-exponentiel de relaxation du fruit pour en extraire le signal de différentes fractions aqueuses. Etudier les variations d'amplitude et de temps de relaxation de ces fractions dans des fruits de calibre variable a permis de caractériser l'hétérogénéité du fruit et l'influence de la taille des cellules sur le signal IRM. Une approche multi-instrumentale appliquée au parenchyme durant un stockage au froid a ensuite permis de mettre en regard ses propriétés viscoélastiques (analyse mécanique dynamique) avec sa répartition hydrique et sa porosité (IRM) et la taille, la forme (macro-vision) et la composition (dosage des sucres solubles, hémicelluloses et pectines pariétales) de ses cellules. Enfin, le signal IRM a été étudié sur l'ensemble des tissus du fruit à 1 mois et 6 mois de stockage. Ce travail a permis de démontrer l'intérêt de l'approche IRM pour décrire l'hétérogénéité du fruit sur des critères d'état de l'eau et de répartition de l'eau et de la porosité, de préciser certains mécanismes impliqués dans la relaxation RMN et de hiérarchiser les différents paramètres de structure et de composition impliqués dans les propriétés mécaniques des tissus.

Mechanical properties of the pericarp of apple fruit are defined by multiple factors. Dry matter, as an insoluble fraction (cell wall) and a soluble fraction, water status and distribution within cell and tissues, the fraction of air between the cells and their size and organization influence the mechanical behavior of the tissue. Quantitative MRI is an interesting tool as it can non-destructively measure water status and distribution, which have seldom been studied. An original approach was applied by measuring the MRI multi-exponential relaxation signal of the fruit to extract the signal of different water pools. Studying the variations in amplitude and relaxation times of these fractions in fruit of different calibers allowed characterizing the heterogeneity of the fruit and the influence of cell size on MRI signal. A multi-instrumental approach applied to the parenchyma during cold storage then allowed comparing its viscoelastic properties (dynamic mechanical analysis) to its water distribution and its porosity (MRI) and the size, shape (macro-vision) and chemical composition (dosage of soluble sugars, cell wall hemicellulose and pectin) of its cells. Finally, the MRI signal of the tissues of whole fruit was studied at 1 and 6 month's storage. This study demonstrated the interest of MRI approach for characterizing the heterogeneity of the tissue according to water status and distribution and porosity. A better undestanding of some mechanisms implied in the NMR relaxation and of the relative influence of the structural and composition parameters on mechanical properties of the tissues was achieved.