Pourquoi la main qui a touché une rampe en fer sent-elle le fer ?
― Ce n'est pas le fer qui produit l'odeur, c'est votre peau
Cette odeur que vous preniez pour celle du fer n'est pas l'odeur du fer lui-même. Les atomes de fer ne peuvent pas voler jusqu'à votre nez. Ce sont la sueur de votre paume et le sébum de votre peau qui fabriquent cette odeur. Le fer ne fait que déclencher le processus.
Vous avez tenu un moment la barre d'une aire de jeux, ou la vieille rampe d'un escalier. Vous lâchez prise, et par réflexe, vous approchez votre paume de votre nez.
Et là, cette odeur si particulière apparaît. Un peu comme du sang, un peu métallique, difficile à décrire précisément.
Mais c'est étrange. Si vous approchez votre nez de la barre de fer elle-même, elle ne sent presque rien. L'odeur ne monte pas du fer, mais de votre main.
Il n'y a que deux raisons
Pour sentir une odeur, il faut que la substance se mélange à l'air et parvienne jusqu'au fond du nez. Or les atomes de fer sont solidement liés entre eux et, à température ambiante, ils ne s'échappent presque jamais dans l'air. Le fer est donc, par nature, une substance inodore.
La sueur contient un acide léger qui dissout légèrement la surface du fer. Les particules de fer ainsi libérées découpent le sébum de la peau et le transforment en molécules odorantes, légères et volatiles. C'est ce que le nez détecte.
Voyons cela étape par étape. Commençons par comprendre ce qui se passe dans le corps quand on « sent » une odeur.
Sentir une odeur, c'est une molécule qui atterrit au fond du nez
Au fond du nez se trouvent d'innombrables cellules réceptrices d'odeurs. Ces cellules n'envoient un signal que lorsqu'une molécule transportée par l'air vient se loger dans leur site récepteur. Contrairement à la vue ou à l'ouïe, l'odorat n'entre en jeu que lorsqu'un fragment réel de la substance atteint physiquement le corps.
Avoir une odeur suppose donc certaines conditions. Il faut d'abord que la molécule soit petite et légère. Il faut ensuite qu'elle puisse facilement s'échapper d'un solide ou d'un liquide vers l'air. Cette facilité à s'échapper s'appelle la volatilité.
Le fer est très loin de remplir ces conditions. Sa température de fusion est d'environ 1538 °C, et sa température d'ébullition d'environ 2862 °C. À la température d'une main qui serre un objet, les atomes de fer ne s'échappent presque jamais dans l'air. Dans la figure 1, la flèche en pointillés tout en bas représente ce « chemin qui ne se produit pas ».
Ce que le nez détecte, ce sont des fragments de sébum
Alors, que se passe-t-il exactement dans la paume de la main ? La sueur contient des acides légers, dont l'acide lactique. Cet acide dissout légèrement la surface du fer, et une quantité invisible de particules de fer, c'est-à-dire des ions fer, apparaît sur la peau.
La surface de la peau est toujours recouverte d'un fin film de sébum. Ce sébum s'oxyde peu à peu au contact de l'air. Lorsque les ions fer s'y ajoutent, le sébum oxydé devient instable et se découpe en fragments courts. C'est ainsi que naît une molécule appelée 1-octen-3-one.
Cette molécule dégage une odeur évoquant le champignon ou la terre humide, et l'on sait qu'elle est perceptible en quantité infime. Une étude publiée en 2006 a montré que ce que l'on appelle « l'odeur de fer » est en réalité cette molécule issue de la peau. On pense que la même logique explique pourquoi le sang sent le fer : le fer qu'il contient provoque la même transformation dans le sébum de la peau.
Toucher de l'or ou du platine ne produit presque aucune odeur. Ces métaux se dissolvent très difficilement et ne libèrent pas de particules comme les ions fer sur la peau. L'inox aussi, dont la surface est protégée, dégage une odeur bien plus faible malgré la présence de fer. À l'inverse, le vieux fer rouillé sent plus fort, car sa surface rugueuse se dissout plus facilement.
Comme la matière première de l'odeur est le sébum de la peau, sans matière première, pas d'odeur. Une main bien lavée et séchée, ou du fer tenu à travers un tissu, ne dégage presque aucune odeur. C'est ce que vous pouvez vérifier directement avec l'expérience proposée plus bas.
En résumé
L'odeur de fer n'est pas émise par le fer. C'est une odeur créée sur votre main, avec le fer comme simple déclencheur. Nous croyons sentir le métal, alors qu'en réalité nous sentons un fragment de nous-mêmes.
Cette odeur qu'on appelle « odeur de fer » ne contient pas de fer.
Ce que vous sentez, c'est votre propre peau, après sa rencontre avec le fer.
Sur cette habitude du nez à percevoir un « changement » plutôt qu'une « quantité », voyez aussi Pourquoi remarque-t-on le parfum de l'osmanthe « soudainement, un matin » ?. Sur un autre sens qui perçoit le même métal, lisez aussi Pourquoi le métal semble-t-il plus froid que le bois ?
- Tenez une clé ou une barre en fer pendant environ 10 secondes, puis sentez votre paume. Vous devriez percevoir cette odeur si particulière.
- Lavez-vous bien les mains au savon, séchez-les complètement, puis tenez le même fer pendant 10 secondes. L'odeur est nettement plus faible, car la sueur et le sébum ont été éliminés.
- Saisissez la partie métallique à travers un mouchoir en papier, puis sentez ce mouchoir. Vous ne sentirez presque rien. C'est « l'odeur du fer lui-même ».
Comparez aussi avec du fer rouillé, une cuillère en inox, ou une pièce de monnaie. Plus le métal se dissout facilement, plus l'odeur est forte.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules, liens avec les programmes scolairesDu collège aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque section est indiqué
- CollègeContenu du programme de sciences au collège
- LycéeContenu du programme de « chimie fondamentale et chimie » au lycée
- Lycée+Contenu d'approfondissement du lycée, ou encadré des manuels
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (biochimie, physiologie sensorielle)
- RechercheContenu qui n'est même pas enseigné à l'université comme un fait établi, mais que les chercheurs étudient actuellement
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Volatilité : propriété d'un liquide ou d'un solide à se transformer facilement en gaz et à s'échapper dans l'air à température ambiante. Condition indispensable pour avoir une odeur.
- Ion fer : particule issue d'un atome de fer ayant cédé des électrons et dissoute dans l'eau. L'acide léger de la sueur l'extrait de la surface du fer.
- 1-octen-3-one : l'une des molécules formées lorsque le sébum de la peau se rompt. Elle dégage une odeur évoquant le champignon ou la terre.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien de milligrammes faut-il dans une piscine pour qu'on le remarque ?
Pour se rendre compte de la sensibilité du nez, imaginons que l'on dissolve la molécule odorante dans l'eau d'une piscine. Nous allons calculer la quantité nécessaire pour la détecter.
| En symboles | M ＝ c × V |
| En mots | Quantité nécessaire ＝ concentration détectable × volume d'eau |
| D'où vient cette formule | C'est la définition de la concentration (c ＝ M ÷ V, la quantité divisée par le volume), réarrangée pour isoler la quantité M |
| M | Quantité de substance dissoute. Unité : microgramme |
| c | Concentration détectable par l'odorat. Unité : microgramme par litre |
| V | Volume d'eau. Unité : litre |
| Taille de la piscine | 25 mètres de long, 15 mètres de large, 1,2 mètre de profondeur |
| Concentration détectable c | Environ 0,03 microgramme par litre |
| Poids d'un grain de riz | Environ 20 milligrammes |
| Surface de l'eau | 25 × 15 ＝ 375 |
| Volume d'eau (mètres cubes) | 375 × 1,2 ＝ 450 |
| Volume d'eau V (litres) | 450 × 1000 ＝ 450000 |
| Quantité nécessaire M (microgrammes) | 0,03 × 450000 ＝ 13500 |
| Conversion en milligrammes | 13500 ÷ 1000 ＝ 13,5 |
Il suffit de 13,5 milligrammes dans une piscine entière, soit moins qu'un grain de riz, pour que le nez le détecte. La quantité produite sur une paume de main est sans doute bien inférieure. Si l'on sent quand même l'odeur, c'est que les récepteurs du nez sont extrêmement sensibles.
LycéeLycée+Pourquoi le fer ne s'envole pas, mais les fragments de sébum si
LycéeLes atomes de fer partagent des électrons libres qui les lient fortement entre eux. On appelle cela la liaison métallique. Il faut une grande énergie pour arracher un seul atome et l'envoyer dans l'air, ce qui explique le point d'ébullition élevé du fer, environ 2862 °C. À l'inverse, les molécules issues de la rupture du sébum sont de petites molécules d'environ 8 atomes de carbone, faiblement liées entre elles. Elles s'échappent donc facilement dans l'air, même à température ambiante.
Lycée+L'étape où la sueur dissout le fer est une réaction d'oxydoréduction. Le fer perd des électrons et devient un ion fer, tandis qu'une autre substance capte ces électrons. La réaction que déclenche l'ion fer ainsi formé sur la peau est connue sous le nom de réaction de Fenton : lorsqu'un peroxyde rencontre un ion fer, il se forme des fragments très réactifs.
UniversitéLe cadre de la peroxydation lipidique
Le processus par lequel le sébum de la peau se rompt pour former des molécules odorantes est appelé, en biochimie, peroxydation lipidique. Les acides gras insaturés réagissent avec l'oxygène pour former des peroxydes ; lorsque les ions fer interviennent, une décomposition en chaîne se produit, générant des composés carbonylés à chaîne carbonée courte. Le 1-octen-3-one en est l'un des produits représentatifs. Le récepteur olfactif qui le capte est une protéine traversant sept fois la membrane cellulaire, découverte récompensée par le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2004.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Peroxydation lipidique (Wikipédia japonais) ／ Réaction de Fenton (Wikipédia japonais)
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Combien de molécules interviennent ? On pense que le 1-octen-3-one n'agit pas seul, mais qu'un mélange de plusieurs molécules crée « cette sensation » particulière, sans que la composition exacte soit établie.
- Les différences entre individus. Face au même fer, certaines personnes perçoivent l'odeur intensément, d'autres presque pas. On ne sait pas encore si cela vient de différences dans la composition du sébum, ou de différences génétiques dans les récepteurs.
- Peut-on distinguer les métaux à l'odeur ? Comme chaque métal se dissout différemment, la qualité de l'odeur devrait varier, mais jusqu'où cette distinction est possible reste peu exploré.
Le contenu de cet article reflète donc « ce que l'on comprend à ce jour ». Même les phénomènes les plus familiers gardent souvent des détails mal élucidés.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Section correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ changements d'état et propriétés de la matière | L'idée que l'odeur nécessite la volatilité |
| Lycée | Chimie fondamentale ・ liaison métallique / oxydoréduction | Pourquoi le fer ne s'envole pas, et l'étape où la sueur dissout le fer |
| Lycée+ | Chimie ・ encadré sur la vitesse de réaction et les catalyseurs | Réaction de Fenton |
| Université | Biochimie ・ oxydation des lipides / physiologie sensorielle | Peroxydation lipidique et récepteurs olfactifs |
| Recherche | Analyse des odeurs ・ évaluation sensorielle | Composition des molécules odorantes et différences individuelles |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Pourquoi se laver les mains fait disparaître l'odeur |
- Glindemann et al. (2006), article sur les deux odeurs liées au contact avec le fer et au lavage à l'acide
- Fondation Nobel : prix Nobel de physiologie ou médecine 2004 (récepteurs olfactifs et organisation du système olfactif)
- Revue publiée dans la revue de la Société japonaise du goût et de l'odorat (日本味と匂学会誌), synthèse sur les mécanismes moléculaires de la réception olfactive
- Manuel de lycée de « chimie fondamentale », unité sur la liaison métallique et les réactions d'oxydoréduction
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur donnés pour faciliter la compréhension. Faites attention en manipulant du métal rouillé ou des objets tranchants.