Pourquoi la menthe pique-t-elle sans être froide ?
― Une molécule appuie directement sur le « capteur de froid » de la peau
Mâcher un chewing-gum à la menthe donne une sensation de fraîcheur dans la bouche. Pourtant, la température de la bouche ne baisse pas. Ce n'est pas un thermomètre qu'on trompe, mais vos nerfs.
Pour vous réveiller, vous mettez un chewing-gum à la menthe en bouche. En quelques secondes, la langue et le fond de la gorge deviennent tout froids.
Si vous inspirez alors par la bouche, l'air semble aussi froid qu'un air d'hiver. Et un verre d'eau à température ambiante vous paraît sorti du réfrigérateur.
Pourtant, le chewing-gum n'est pas froid. Il est à température de la pièce. D'où vient donc cette « fraîcheur » ?
Il n'y a que deux raisons à cette sensation
Au bout des nerfs se trouve une petite porte qui s'ouvre quand il fait froid. Seul le signal « la porte s'est ouverte » est transmis au cerveau comme « c'est froid ».
Le menthol, composant de la menthe, s'emboîte parfaitement dans la porte. Elle s'ouvre alors sans qu'il fasse froid, et le cerveau reçoit quand même le message « c'est froid ».
Autrement dit, « ressentir » le froid et « être » réellement refroidi sont, dans le corps, deux événements distincts. Voyons cela dans l'ordre.
Le cerveau ne connaît pas la température elle-même
On a tendance à croire que la peau « mesure » la température. Pourtant, il n'existe aucune graduation de thermomètre à l'intérieur du corps.
La peau et l'intérieur de la bouche sont parcourus par de fines ramifications nerveuses. À leur extrémité, la membrane porte de petites portes faites de protéines. Ce sont des passages pour des particules chargées électriquement, normalement fermés.
On considère que la porte responsable du froid commence à s'ouvrir quand l'environnement descend sous environ 25 à 28 °C. Une fois ouverte, les particules affluent et un signal électrique parcourt le nerf.
Voici le point essentiel : le cerveau ne reçoit pas un chiffre exprimant « combien de degrés ». Il ne reçoit que l'information « le nerf chargé du froid vient d'émettre un signal ».
Ainsi, dès que ce nerf émet un signal, quelle qu'en soit la cause, le cerveau ressent « du froid ». Comme au téléphone où l'on ne voit pas le visage de l'interlocuteur, le cerveau ne peut pas vérifier l'origine du signal.
Le menthol, un « double des clés » de la porte
La feuille de menthe contient en abondance une molécule appelée menthol. Sa forme s'emboîte exactement dans la porte du froid.
Une fois le menthol installé, la porte s'ouvre plus facilement. Alors qu'il fallait normalement descendre à environ 27 °C, elle s'ouvre désormais même à une température proche de celle du corps. Voyez la figure 1.
Sur les deux schémas, la température de la peau reste 33 °C. Ce qui change, c'est la condition d'ouverture de la porte. Le menthol ne retire aucune chaleur. Il déplace seulement le « seuil » du froid.
C'est aussi pour cela qu'après la menthe, boire de l'eau paraît plus froid que d'habitude : la porte étant déjà presque ouverte, un léger refroidissement suffit à produire un grand signal. Le picotement ressenti en inspirant vient du même mécanisme : l'air refroidit à peine la bouche, mais ce léger effet est transmis de façon exagérée.
Outre la porte du froid, le corps possède aussi une « porte du chaud ». Le composé piquant du piment ouvre directement celle-ci. C'est pourquoi les plats épicés donnent une sensation de « chaud » ou de « brûlure », indépendamment de la température réelle. La menthe et le piment utilisent le même mécanisme, mais en sens inverse.
Par temps chaud, utiliser des lingettes ou sprays à la menthe procure une sensation de fraîcheur. Mais dans la plupart des cas, seule la sensation change, sans grande baisse réelle de la chaleur corporelle. En cas de risque lié à la chaleur, il vaut mieux d'abord s'hydrater et se reposer à l'ombre ou dans une pièce fraîche.
En résumé
Notre peau n'a pas de thermomètre, mais une « porte qui s'ouvre au froid ». Le cerveau ne sait que si cette porte s'est ouverte ou non. Le menthol s'emboîte dans cette porte et l'ouvre sans qu'il fasse froid. C'est pourquoi la menthe pique sans être froide.
La menthe ne refroidit pas la bouche.
Elle transmet seulement au nerf le message « c'est froid ».
La vraie nature du piquant du piment est expliquée dans « Pourquoi le piquant du piment ne part-il pas avec de l'eau ? », et pourquoi la sensation de froid diffère selon les matériaux à température égale, dans « Pourquoi le métal paraît-il plus froid que le bois ? ».
- Préparez un verre d'eau à température ambiante, buvez-en une gorgée et retenez la sensation de fraîcheur.
- Mâchez un chewing-gum à la menthe pendant une minute environ, retirez-le, puis inspirez profondément par la bouche.
- Buvez à nouveau de l'eau du même verre. Comparez : la trouvez-vous plus froide qu'avant ?
La température de l'eau n'a pas changé. Si vous avez un thermomètre, mesurez l'eau avant de la boire. Ce qui a changé, ce n'est pas l'eau, mais la facilité d'ouverture de votre « porte du froid ».
Pour aller plus loin ― termes, formules et liens avec les manuels scolairesOn précise à chaque fois le niveau concerné, du collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées
- CollègeNotions vues en sciences au collège
- LycéeNotions vues en « biologie » ou « physique » au lycée
- Lycée+Contenu d'approfondissement lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Contenu non vu au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (neurosciences, physiologie)
- RechercheSujet non encore enseigné comme « établi » même à l'université, encore en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Nerf sensoriel : nerf qui transforme un stimulus de la peau ou de la bouche en signal électrique envoyé au cerveau.
- Récepteur : protéine qui reçoit le stimulus. C'est la « porte » de cet article.
- Menthol : molécule odorante abondante dans la menthe poivrée et la menthe verte. Elle facilite l'ouverture du récepteur du froid.
CollègeLycéeVérification par le calcul : à combien de degrés correspond le « faux froid » créé par le menthol ?
À combien de degrés de refroidissement correspond la sensation de froid créée par le menthol ? On calcule aussi la quantité de chaleur qu'il faudrait vraiment retirer pour obtenir ce refroidissement.
| En symboles | ΔT = T_peau − T_ouverture ／ Q = m × c × ΔT |
| En mots | Faux froid = température de la peau − température d'ouverture de la porte. Chaleur nécessaire pour refroidir réellement = masse × chaleur massique × écart de température |
| D'où vient cette formule | La première vient de la propriété du récepteur : la porte s'ouvre ou non selon que la température est descendue sous le seuil. La seconde est la formule de la quantité de chaleur vue au collège (relation entre échange de chaleur et variation de température). |
| Symbole | Signification et unité |
|---|---|
| ΔT | Faux froid (°C). Écart de température que le menthol fait « comme s'il existait » |
| T_peau | Température de la surface de la peau ou de la bouche (°C) |
| T_ouverture | Température à laquelle la porte du froid commence à s'ouvrir (°C) |
| Q | Chaleur à retirer pour un refroidissement réel (J : joule) |
| m | Masse de la partie refroidie (g) |
| c | Chaleur massique du tissu corporel (J／(g·°C)) |
| Température de la surface de la peau/bouche | Environ 33 °C |
| Température à laquelle la porte du froid commence à s'ouvrir | Environ 25 à 28 °C (on prend ici 27 °C) |
| Zone refroidie : surface 1 cm², épaisseur 1 mm | Volume 0,1 cm³, masse environ 0,1 g |
| Chaleur massique du tissu corporel | Environ 3,5 J／(g·°C) |
| Chaleur nécessaire pour faire fondre de la glace (chaleur de fusion) | Environ 334 J par gramme |
| Faux froid ΔT | 33 − 27 = 6 °C |
| Chaleur nécessaire pour 1 °C (m × c) | 0,1 × 3,5 = 0,35 J |
| Chaleur nécessaire pour 6 °C, Q | 0,35 × 6 = 2,1 J |
| Masse de glace fondue avec cette chaleur | 2,1 ÷ 334 ≒ 0,0063 g |
| Converti en milligrammes | 0,0063 × 1000 = 6,3 mg |
Le menthol fait « comme si » on avait retiré au moins 6 °C de chaleur. Pour vraiment refroidir d'autant, il faudrait retirer environ 2,1 J par cm², soit l'équivalent de faire fondre un petit éclat de glace (environ 6 mg) sur place. Or le menthol n'enlève pas même 1 J de chaleur : il transmet seulement le même message au cerveau.
LycéeLycée+Récepteurs et signal électrique nerveux
LycéeEn biologie au lycée, on apprend que la sensation se transmet dans l'ordre « récepteur → nerf sensoriel → cerveau ». Quand le récepteur reçoit un stimulus, la différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur de la membrane cellulaire change, et au-delà d'un seuil, un potentiel d'action apparaît. L'intensité du signal n'est pas portée par l'amplitude du potentiel d'action, mais par sa « fréquence ».
Lycée+C'est le nerf activé, et non le type de stimulus lui-même, qui détermine la nature de la sensation perçue ; le stimulus en tant que tel n'est pas transmis au cerveau. On appelle cela la « loi des énergies sensorielles spécifiques » (loi de Müller). Voir des éclairs de lumière en se frottant fort les yeux s'explique par le même principe.
Univ.Canaux TRP : la véritable identité des molécules qui perçoivent la température
La véritable identité de la porte du froid est un canal ionique appelé « TRPM8 ». En 2002, deux équipes de recherche l'ont décrit comme un récepteur qui s'ouvre à la fois par le froid et par le menthol. TRPM8 possède une dépendance au potentiel électrique : on explique que le froid ou la liaison du menthol déplace le potentiel d'ouverture vers la plage physiologique. La porte du chaud est « TRPV1 », ouverte par la capsaïcine du piment. Ces canaux forment ensemble la famille des « canaux TRP ». La découverte des récepteurs de la température et du toucher a valu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2021.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Wikipédia « TRPV1 » (présentation de la famille des canaux TRP) ／ Fondation Nobel : prix Nobel de physiologie ou médecine 2021 (récepteurs de la température et du toucher)
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Comment la température fait-elle « s'ouvrir » la porte ? L'endroit où s'emboîte le menthol a été révélé par l'analyse de la structure tridimensionnelle de la molécule. En revanche, quelle partie est déplacée par le changement de température pour ouvrir la porte fait encore débat.
- La frontière entre « froid agréable » et « froid douloureux ». Un même froid peut être ressenti comme agréablement frais ou comme douloureux. Quelle combinaison de nerfs opère cette distinction reste en cours d'étude.
- Lien avec la migraine. Un lien a été signalé entre le gène du récepteur du froid et la prédisposition à la migraine, mais le mécanisme reste inconnu.
Autrement dit, le contenu de cet article correspond lui aussi à « ce que l'on comprend dans l'état actuel des connaissances ». Même les valeurs de température d'ouverture varient selon la méthode de mesure et l'espèce animale étudiée.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences 2e année « stimulus et réaction », sciences « quantité de chaleur » | Le nerf sensoriel envoie un signal au cerveau ／ formule de la quantité de chaleur |
| Lycée | Biologie « récepteurs et système nerveux » | Seuil et potentiel d'action |
| Lycée+ | Biologie approfondie (propriétés de la sensation) | Loi des énergies sensorielles spécifiques |
| Univ. | Neurosciences, physiologie | Canaux TRP (TRPM8, TRPV1) |
| Recherche | Biophysique moléculaire, recherche sur la douleur | Mécanisme d'ouverture par la température ／ douleur due au froid |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Chewing-gum à la menthe, lingettes rafraîchissantes, sensation piquante des pommades |
- McKemy D. D., Neuhausser W. M., Julius D. "Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation." Nature 416, 52–58 (2002)
- Peier A. M. et al. "A TRP Channel that Senses Cold Stimuli and Menthol." Cell 108, 705–715 (2002)
- Fondation Nobel : prix Nobel de physiologie ou médecine 2021 (David Julius, Ardem Patapoutian)
- Yin Y. et al. "Structure of the cold- and menthol-sensing ion channel TRPM8." Science 359, 237–241 (2018)
- Manuel scolaire de « biologie » de lycée (unité récepteurs et système nerveux)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. L'huile essentielle de menthe pure appliquée directement sur la peau ou les yeux peut provoquer une forte irritation. Suivez les indications d'utilisation du produit.