Imagerie par spectrométrie de masse multimodale pour étudier les barriques vieillies de Cognac – MULTI-ANGEL-MSI

Les interactions chimiques entre le bois des fûts de chêne et les eaux-de-vie de Cognac sont d’un grand intérêt pour la meilleure compréhension possible de l’évolution dans le temps des produits mis à vieillir en barriques. Alors que la plupart des composés extraits du bois par les alcools, ainsi que les mécanismes chimiques de leur transformation dans le temps sont connus, la composition chimique du bois des fûts en fonction du temps - vieillissement à l’air avant production, et vieillissement en chai au contact de l’alcool – n’est connue que globalement, mais pas à l’échelle micrométrique le long de l’épaisseur de la « paroi étanche et poreuse » qu’est la douelle. L’état résiduel des fûts, de l’intérieur vers l’extérieur d'une douelle, après que l'alcool a été stocké pendant plusieurs années à plusieurs décennies, ce qui peut être assimilé à une sorte d’extraction alcoolique lente, n’est pas connu. On sait aussi que quelques pour cent de l’alcool s’évaporent à travers le bois chaque année, ce que l’on appelle la « part des anges ». De plus, à l’extérieur des barriques, dans et autour des caves, un champignon opportuniste, Baudoinia compniacensis, est connu pour pousser en présence d’alcool, mais jamais sur le bois lui-même. Ce champignon provoque le noircissement des parois extérieures et intérieures des chais.
L’imagerie par spectrométrie de masse consiste à enregistrer des spectres de masse à intervalles réguliers sur une surface, qui sont ensuite utilisés pour reconstruire des cartes de densité ionique appelées images par spectrométrie de masse. Plusieurs méthodes existent pour produire des ions à partir de la surface, et parmi elles deux sont particulièrement populaires, la spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS) et la désorption-ionisation laser assistée par matrice (source MALDI). La première permet d’enregistrer des images d’ions organiques et inorganiques à une résolution spatiale inférieure à un micron, et permet également des analyses en profondeur. La seconde permet d’accéder à des biomolécules de plus grand poids moléculaire, et si elle est couplée à des spectromètres de masse à transformée de Fourier, offre une excellente résolution (R> 100 000) et précision (1 à 2 ppm) en masse, et à une résolution spatiale de quelques microns.
Le projet rassemble deux laboratoires, LAMS (France) et UBT (Allemagne), qui sont experts dans ces deux méthodes, et qui ont déjà fait la preuve de concept de les combiner à travers une approche multimodale, auxquels est ajoutée l’expertise d’un laboratoire regroupant des spécialistes en microbiologie et en analyse des réseaux de métabolites (ICSN, France).
Le projet combinera deux approches d’imagerie chimique, TOF-SIMS et MALDI, avec la mise en place d’une méthode d’analyse multimodale, afin d’étudier les changements chimiques du bois de chêne avec les alcools de Cognac au cours du vieillissement en fûts de chêne, et les molécules les protégeant des champignon Baudoinia compniacensis. Des images chimiques de sections transversales de bois de chêne frais et vieilli, de fûts de chêne vieillis (jusqu’à 150 ans) et de cultures de champignons avec et sans contact avec le chêne, seront acquises par spectrométrie de masse TOF-SIMS et MALDI.
Les images ioniques issues de l’analyse du bois et des champignons seront combinées avec les données LC-MSMS d’extraits qui sont analysées par des algorithmes avancés de réseaux de métabolites (« réseaux moléculaires »). Cette étude approfondie de la chimie de la « part des anges » permettra de mieux comprendre le patrimoine culturel immatériel des méthodes traditionnelles et savoir-faire de renommée internationale de la tonnellerie française.