Détecter les fraudes alimentaires - grâce aux quanta de lumière

Lorsqu'ils font leurs courses au supermarché, les consommateurs doivent pouvoir se fier à l'étiquetage des denrées alimentaires. Mais est-elle toujours correcte ? Dans le cadre du projet QSPEC, AMO GmbH, le Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH), l'AG Photonische Quantentechnologien de l'Université Leibniz de Hanovre (LUH), TOPTICA Photonics AG, AMOtronics UG et le Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik (DIL) veulent développer une nouvelle méthode d'analyse qui utilise les effets de la mécanique quantique pour contrôler le contenu et l'origine des aliments à moindre coût.

Les fraudes sur les ingrédients des produits alimentaires peuvent non seulement causer des dommages économiques, mais aussi entraîner des risques pour la santé. Les laboratoires utilisent donc des tests d'authenticité pour déterminer si l'origine géographique déclarée des aliments est correcte, si certains ingrédients comme l'huile de palme ont effectivement été supprimés ou si aucun autre n'a été ajouté. Jusqu'à présent, ces analyses ont été effectuées par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). La spectroscopie RMN permet d'identifier clairement presque toute substance organique dans un échantillon donné. Ces analyses sont toutefois très coûteuses - les installations nécessaires sont grandes, complexes et coûtent plusieurs millions d'euros.

Mesure sans contact grâce aux quanta

Dans le projet QSPEC financé par le BMBF, AMO, LZH, AG Photonische Quantentechnologien der LUH, TOPTICA, AMOtronics et le DIL veulent maintenant développer une méthode de contrôle alternative : La méthode de spectroscopie basée sur les quanta doit être plus compacte, moins chère et très sensible.

Mesure avec des quanta intriqués

"Nous étudions un procédé qui permet, au moyen de photons intriqués, de mesurer la substance à analyser à une longueur d'onde et de détecter l'information ainsi obtenue à une autre longueur d'onde", explique le Dr Stephan Suckow, responsable du groupe nanophotonique chez AMO GmbH et coordinateur du projet QSPEC.

"La première étape consiste à créer une paire de photons intriqués, composée d'un photon de grande longueur d'onde et d'un photon de courte longueur d'onde", poursuit le Dr Suckow. Le photon de grande longueur d'onde interagit alors avec l'échantillon et modifie par exemple sa phase. Cette paire de photons manipulée est ensuite injectée dans un autre processus, dans lequel une autre paire de photons est générée. L'information contenue dans la paire est transformée par interférence quantique, de sorte qu'elle peut finalement être lue simplement par le taux de comptage des photons à ondes courtes. En tant que porteurs de l'information, les photons à ondes courtes sont particulièrement faciles à mesurer avec les techniques actuelles. La largeur de bande des paires de photons permet alors de résoudre l'échantillon de manière spectrale.

"Les spectres qui en résultent pour chaque échantillon alimentaire sont comme des empreintes digitales", explique le Dr Suckow. "Nous pouvons ensuite comparer ces empreintes digitales avec d'autres échantillons de référence et en tirer des conclusions sur les ingrédients et les caractéristiques géographiques".

L'objectif : de nouveaux outils d'analyse pour l'assurance qualité des aliments

La production des peignes à fréquence quantique nécessite de nouvelles sources de rayons laser que LZH et TOPTICA développent pour le projet. AMO GmbH créera des puces par des méthodes nanolithographiques qui permettront d'intégrer la technologie nécessaire dans un espace réduit. L'électronique ultrarapide nécessaire à la détection sera fournie par AMOtronics. L'Institut de photonique de la LUH réunira ensuite les différents composants en un système, afin que le DIL puisse tester la nouvelle méthode et constituer une bibliothèque de référence.

La composition des ingrédients permet de déterminer avec certitude l'origine de l'huile d'olive, des jus de fruits, du miel et de nombreux autres aliments. La détection de substances nocives à des concentrations infimes est également possible. Cela constituerait la base d'une nouvelle génération d'outils d'analyse permettant une assurance qualité complète lors de la production de denrées alimentaires.

À propos de QSPEC

Le projet QSPEC vise à jeter les bases d'une nouvelle génération d'outils d'analyse dont la sensibilité est presque comparable à celle de la RMN, mais dont le coût est nettement inférieur. Le QSPEC est financé par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) dans le cadre de la mesure de soutien "Projets phares de la technique de mesure quantique pour relever les défis de la société".