Introduction

1Les polyphénols d’origine végétale constituent un domaine scientifique majeur depuis de nombreuses années avec de nombreux champs d’application. À ce titre, les polyphénols de la vigne sont très largement étudiés car ils possèdent notamment de nombreuses activités biologiques bénéfiques pour la santé humaine. Dans le secteur vitivinicole, l’accumulation de ces composés est suivie avec attention au cours de la véraison, car ils influencent à plusieurs niveaux la qualité du raisin et du vin. Sur le plan œnologique, ils participent aux propriétés organoleptiques du vin, lui donnant couleur, astringence et stabilité dans le temps. Au cours du développement de la plante, ils protègent la vigne contre les agressions environnementales d’ordre biologique, comme les maladies de la vigne, ou d’ordre physico-chimique, comme lors d’un stress hydrique. Au vignoble, durant la période végétative, le métabolisme des polyphénols est donc fortement régulé et permet à la vigne de s’adapter face à des contraintes environnementales changeantes. Ainsi, la composition en polyphénols est susceptible de varier selon les « terroirs » et in fine de moduler la qualité des vins selon le paradigme : qualité du « terroir »/ qualité du vin. Le développement de techniques analytiques de pointe comme la métabolomique, qui permet l’analyse de l’ensemble des molécules de petite taille d’un système biologique, contribue à la caractérisation fine des signatures chimiques des vins en relation avec leurs zones de production.

Les polyphénols de la vigne

2Les polyphénols de la vigne constituent une famille de petites molécules aux structures chimiques très variées. Si pendant la période de croissance végétative, ils participent à la défense de la plante face aux agressions environnementales, pour le vigneron et l’œnologue, ils vont déterminer la couleur, l’astringence et la typicité du vin. Ainsi la composition phénolique est un bon indicateur de la maturité des raisins et sert à déterminer la date de vendange et le temps de macération.

3De façon générale, les polyphénols sont des métabolites spécialisés présents dans tout le règne végétal, depuis les espèces les moins évoluées comme les mousses, jusqu’aux plantes supérieures comme la vigne Vitis vinifera L. Ces molécules constituent une famille de substances naturelles très diversifiée avec environ 8 000 molécules décrites à ce jour, avec comme élément commun, la présence d’un ou plusieurs groupes phénol appelé également hydroxybenzène. Chez la vigne, de nombreuses sous classes de polyphénols ont été étudiées et caractérisées. Il s’agit 1) des flavonoïdes qui comprennent les flavonols, les anthocyanes, les flavan-3-ols et les tannins condensés et 2) des composés non-flavonoïdes dans lesquels on trouve les acides phénoliques simples et les stilbènes qui incluent des monomères et des oligomères du resvératrol (Figure 1).

4Les flavonoïdes présentent une structure de type C6-C3-C6 correspondant à deux cycles hydroxybenzéniques reliés par un hétérocycle oxygéné. Parmi les flavonoïdes, la vigne accumule principalement des flavonols, des anthocyanes et des flavan-3-ols.

5Les flavonols sont des pigments de couleur jaune qui sont induits par la lumière, ils se caractérisent par la présence d’une fonction carbonyle sur l’hétérocycle central. Chez la vigne, les principaux flavonols accumulés sont les dérivés de la myricétine et de la quercétine. Les flavonols, en absorbant la lumière UV au niveau des feuilles, protègent le mécanisme de photosynthèse.

6Les anthocyanes sont des pigments rouges présents dans la pellicule des raisins et dans les feuilles. Elles sont caractérisées par la présence d’une charge positive sur l’oxygène au niveau de la chaîne intermédiaire reliant les deux noyaux aromatiques et formant ainsi un cation appelé flavylium. Chez la vigne, on trouve cinq formes aglycones : la malvidine, la cyanidine, la pétunidine, la delphinidine et la péonidine, qui sont accumulées sous forme glycosylée et sont alors appelées anthocyanidines. La couleur des anthocyanes varie selon la forme de l’aglycone et le pH essentiellement. Présents dans les feuilles et les baies, ces pigments ont un rôle protecteur contre les UV et le stress oxydant (Flamini et al., 2013). Au niveau de la pellicule, ils sont synthétisés dès la véraison et atteignent un maximum à maturité de la baie. Si la date optimale de vendange est dépassée, une « surmaturité » se traduira par une baisse de la concentration en anthocyanes (Vidal et al., 2004).

7Les flavan-3-ols monomériques chez la vigne sont au nombre de cinq : la catéchine, l’épicatéchine, la gallocatéchine, l’épigallocatéchine et l’épicatéchine-3-gallate. Ces unités de base peuvent s’associer entre elles pour former les tanins condensés, aussi appelés proanthocyanidines. Les tanins sont présents dans les pépins et la pellicule des baies et dans les bois de taille. Les flavan-3-ols participeraient à la résistance de certains cépages face à la pourriture grise (Goetz et al., 1999). Les proanthocyanidines ont la propriété de se complexer avec les protéines, provoquant en retour la sensation d’astringence en bouche. La combinaison des proanthocyanidines avec les anthocyanes va moduler cette sensation d’astringence, ainsi un rapport élevé anthocyanes/tanins favoriserait l’élaboration de vin souple (Asselin et al., 1992 ; Cadot et al., 2012).

8Parmi les composés de type non-flavonoïdes, on compte les acides phénoliques et les stilbènes.

9Les acides phénoliques sont de structure chimique simple. On distingue les dérivés de l’acide benzoïque qui possèdent un squelette chimique de type C6-C1. L’acide gallique présent dans le raisin et le vin en est le principal représentant. On trouve également les acides hydroxycinnamiques de type C6-C3. Dans ce groupe, les acides férulique et p-coumarique sont les composés les plus abondants retrouvés dans les tiges. Ces molécules participent à la défense anti pathogène au niveau de la fleur et de la baie avant la véraison (Keller et al., 2003 ; Pezet et al., 2003).

10Les stilbènes ont une structure chimique de type C6-C2-C6, en effet deux cycles hydroxybenzéniques sont reliés par deux carbones possédant une double liaison. Le châssis moléculaire de base des stilbènes de la vigne est le t-resvératrol. Ce composé a été isolé chez la vigne pour la première fois par Langcake et Pryce (1976). Depuis, de nombreux composés dérivant du resvératrol ont été caractérisés, leur structure variant par la présence de divers substituants de type hydroxyle, sucre et méthoxy, par leur conformation cis ou trans ainsi que par leur degré de polymérisation. À titre d’exemple, 61 composés ont été isolés au sein du genre Vitis provenant des baies, des feuilles, des bois, du vin ou de cultures cellulaires (Pawlus et al., 2013 ; Houillé et al., 2014). Ces composés sont présents à des niveaux variables dans tous les organes de la vigne (Wang et al., 2010) et leur composition varie également selon les génotypes étudiés. Si la biosynthèse des stilbènes peut être induite suite à des stress abiotiques comme les rayonnements UV, leur principale fonction serait de protéger la plante contre des agents infectieux. Aussi, sont-ils décrits comme des « phytoalexines », c’est-à-dire des composés antimicrobiens de faible poids moléculaire, synthétisés et accumulés par la plante après avoir été exposée à des microorganismes (Paxton, 1981). Une fois isolées, ces molécules ont la propriété d’inhiber le développement de certaines maladies fongiques comme Botrytis cinerea, l’agent de la pourriture grise (Langcake et Pryce, 1977) et Plasmopara viticola, l’agent du mildiou de la vigne (Pezet et al., 2004, Schnee et al., 2013). Certains de ces composés pourraient également participer à la résistance contre le développement des maladies du bois. À titre d’exemple, la ε-viniférine et le ptérostilbène, (respectivement dimère et dérivé méthoxylé du resveratrol) sont actifs vis-à-vis de l’agent responsable du syndrome de l’Eutypiose et des souches fongiques associées au syndrome de l’ESCA ou appelé aussi apoplexie de la vigne (Lambert et al., 2012). Si nombre de cépages possèdent des niveaux de stilbènes trop faibles pour être résistants aux maladies, il est désormais envisagé d’utiliser des extraits concentrés en stilbènes comme produits de traitement antifongique afin de participer au remplacement des pesticides de synthèse (Houillé et al., 2015 ; Billet et al., 2018). (Figure 1)

Figure 1. Les classes de polyphénols présents chez la vigne et quelques structures chimiques associées.

Les polyphénols de la vigne, d’étonnantes molécules santé

11Les polyphénols de la vigne sont également largement étudiés en santé humaine pour leurs propriétés anti-oxydantes, cardio-protectrices, anticancéreuses, anti-inflammatoires, antimicrobiennes et anti-neurodégénératives.

12À l’origine de l’engouement scientifique pour les polyphénols de la vigne, une étude a démontré qu’une consommation modérée en vin rouge, riche en polyphénols antioxydants, protègerait de l’apparition des maladies cardio-vasculaires et ceci en dépit d’une consommation excessive en graisses saturées (Renaud et de Lorgeril, 1992). Ce phénomène largement repris par le marketing du vin, est célèbre sous le nom de « French paradox ». La présence de resvératrol dans le vin, mise en évidence pour la première fois la même année (Siemann et Creasy, 1992), pourrait expliquer en partie ce rôle protecteur. Cependant, les très faibles quantités de resvératrol présents dans le vin ainsi que sa rapide bioconversion dans le sang après consommation, montrent que cette molécule ne peut, à elle seule, être responsable de la prévention de l’athérosclérose. D’autres polyphénols comme les procyanidines de type B, présents en quantité bien plus importante dans le vin, seraient également responsables de la prévention de l’oxydation des LDL, « mauvais » cholestérol, à l’origine de l’athérosclérose (Teissedre et al., 1996).

13Depuis, de nombreuses études, in vitro et sur modèles animaux, suggèrent que des polyphénols purifiés, comme le resvératrol et des dérivés comme le picéatannol, possèdent des activités anticancéreuses. Ces travaux décrivent, par exemple, l’activité pro apoptotique de ces composés sur des lignées de cellules cancéreuses dérivées de la peau, de la prostate, de colon, du foie, de leucémie, ou du sein (Piotrowska et al., 2012). Le potentiel anticancéreux du ptérostilbène a aussi été démontré sur modèles cellulaires et murins (Remsberg et al., 2008).

14Le resvératrol possède un potentiel de protection contre les maladies neurodégénératives. En effet, il est capable de traverser la barrière hémato-encéphalique et d’avoir des effets neuroprotecteurs à faible dose. Il a été montré, par des tests in vitro et in vivo, que ce composé agirait sur les dysfonctions neuronales et permettrait de diminuer les symptômes de la maladie d’Alzheimer et de la maladie de Huntington (Anekonda, 2006). Des études récentes montrent que les oligomères du resvératrol, comme la ε-viniférine et le vitisinol C, sont également actifs contre le développement des symptômes de la maladie d’Alzheimer (Chaher et al., 2014).

15Lepicéatannolaégalementuneffetbénéfiquedansletraitementdudiabète de type 2. En effet, son action permettrait de surmonter l’insulino-résistance naturelle du sujet diabétique non insulino-dépendant (Minakawa et al., 2012). Des résultats sur des souris insulino-résistantes suggèrent une action préventive et corrective du picéatannol dans le diabète de type 2 en tant que phytothérapie antidiabétique.

16Plus surprenant, diverses études ont montré que le resvératrol prolonge la durée de vie de certains organismes modèles comme la levure de bière, le ver, la drosophile et certains vertébrés. L’extension de vie moyenne observée s’étend de 30 % pour la souris à 70 % chez la levure (Bhullar et Hubbard, 2015). La relation exacte entre les mécanismes anti-âge et l’activation de voie de signalisation cellulaire spécifique reste encore un sujet de débat (Garber, 2008).

17Si aujourd’hui la plupart des études pharmacologiques portent sur le resveratrol, de nouveaux tests se développent sans cesse à partir de structures dérivées proches ou oligomériques nouvellement purifiées, notamment originaires de cépages hybrides (Rivière et al., 2012). L’isolement et la caractérisation de ces nouveaux composés permettent d’élargir le champ des possibles quant au potentiel des polyphénols de la vigne et leur application dans le domaine de la santé mais aussi leur valorisation dans les secteurs nutraceutique et cosmétique (Shen et al., 2009).

Les polyphénols sous l’influence des « terroirs »

18La notion de « terroir » en viticulture réfère à la qualité et la typicité d’un vin et donc à son élaboration dans un espace territorial donné. Ceci implique l’utilisation spécifique d’un ou plusieurs cépages, sur un territoire défini, le vignoble. Ce dernier est caractérisé par des paramètres géologiques, pédologiques, topographiques et météorologiques. Notons que les vignerons, par leurs pratiques pendant la période végétative et au cours de la vinification, orientent également la qualité finale du vin. Le concept de « terroir » est donc par nature multifactoriel et complexe, à l’instar des débats sans fins qui tentent de le définir ou de le redéfinir.

19Les facteurs majeurs à l’origine de la qualité et de la typicité d’un vin sont donc multiples et peuvent se résumer à travers le quadriptyque ; plante/ sol/climat/conduite de la vigne (Figure 2). La plante est caractérisée par un génotype, ou cépage, celui du greffon et du porte-greffe. Lorsque l’on étudie l’influence du « terroir », on évoque l’influence des conditions pédoclimatiques, c’est-à-dire la combinaison des variables liées au sol et au climat. Le sol se singularise par sa texture, structure, porosité, composition en nutriments et ses propriétés thermiques. Le climat lui, est décliné en macroclimat (altitude, latitude, relief) et mésoclimat (orientation, température, vent, humidité, précipitations). De par l’existence de nombreuses interactions entre ces variables, il est souvent difficile de déterminer l’importance d’un seul de ces facteurs par rapport aux autres. Les études portant sur l’impact d’un « terroir » sont donc sous-tendues à l’utilisation d’analyses statistiques multivariées où les analyses en composante principale permettent de résumer un maximum des variations dans un système à composantes réduites.

Figure 2. Les paramètres qui composent un « terroir », conditionnent la physiologie de la vigne, qui en retour produit des polyphénols, participant fortement à la typicité des vins.

20Les polyphénols, en tant que molécules de défense de la vigne, vont permettre à la vigne, organisme vivant, pérenne et sessile, de faire face aux variations de l’environnement. Le métabolisme polyphénolique, doué d’une grande plasticité, est fortement influencé par bon nombre de paramètres environnementaux qui conditionnent les « terroirs » viticoles. Ainsi, le produit de l’interaction d’une vigne et d’un terroir, produit une composition originale en polyphénols, qui est déterminante pour la typicité et la qualité du vin (Figure 2).

21La typicité de la composition en polyphénols est avant tout liée à la nature du cépage (génétique) et, de façon secondaire, aux conditions pédoclimatiques et la conduite de la vigne (Granato et al., 2016). Si la recherche a montré que les conditions pédoclimatiques d’une région de production affectent de façon importante la composition chimique des vins, il reste toutefois difficile de déterminer des marqueurs biochimiques permettant d’authentifier l’origine géographique d’un vin. Toutefois, il est désormais possible de mettre en évidence une signature globale des polyphénols de vigne selon les « terroirs ». Quelques récentes expérimentations ont ainsi révélé une signature chimique globale en lien avec le « terroir » d’origine des vins étudiés. La métabolomique qui permet l’analyse de l’ensemble des molécules de petite taille d’un système biologique, est une méthodologie analytique de pointe particulièrement adaptée pour la discrimination de phénotypes moléculaires en agronomie (Hill et al., 2015). Dans une étude métabolomique ayant pour objectif d’établir la signature chimique de deux vins provenant de deux appellations de Bourgogne, Côte de Nuit et Côte de Beaune, au cours de trois millésimes successifs, il n’a pas été possible de distinguer la nature chimique des moûts en sortie de cuve alors qu’une signature moléculaire claire est apparue suite au vieillissement en bouteille. Dans tous les cas, le facteur millésime est apparu comme le plus prépondérant devant l’effet « terroir » (Roullier-Gall et al., 2014).

22Une analyse métabolomique réalisée sur des raisins provenant de « terroirs » caractérisés pédologiquement a récemment été menée en Italie. Cette étude, réalisée sur trois annéessuccessives, a comparé la composition polyphénolique des baies pendant la véraison d’un seul clone du cépage Corvina, cultivé sur trois « terroirs » différents de la région de Véronne (Anesi et al., 2015). L’analyse métabolomique, couplée à une analyse statistique multivariée ciblée sur les polyphénols, a montré une signature chimique en fonction du stade de véraison, du millésime et également de la zone de production. Dans cette étude, il a été difficile, voire impossible, de corréler l’accumulation d’un métabolite en particulier avec les paramètres individuels du « terroir » quantifiés, à savoir les teneurs en argile, calcaire et potassium échangeable. Certaines sous-familles métaboliques de polyphénols, comme les flavonoïdes et les stilbènes, ont montré une plus grande plasticité vis-à-vis du « terroir », alors que d’autres comme les flavan-3-ols et les procyanidines sont restées plus stables. Il apparaît dans cette étude que le « terroir » sur lequel se développe la vigne et mûrit le raisin, est plus complexe que la somme des paramètres individuels qui caractérisent les conditions environnementales et, que l’identification de polyphénols biomarqueurs d’un « terroir » demeure en soit un défi.

23La métabolomique est aussi capable de déceler des signatures chimiques inattendues contenues dans le cocktail moléculaire des bouteilles de vin. En effet, une étude portant sur des lots de vins de Bourgogne et des Côtes-Du-Rhône, a identifié des marqueurs correspondant à l’origine géographique du bois de tonnellerie utilisé pour le vieillissement des vins (Gougeon et al., 2009). Ainsi, il est désormais démontré que la nature des fûts en bois de chêne participe également à la typicité des vins.

24Récemment, de nouveaux facteurs conditionnant la typicité des vins, largement ignorés auparavant, ont pu être mis en évidence. La biodiversité microbienne indigène présente à la surface des feuilles et des grappes est souvent considérée comme un facteur favorisant la complexité aromatique des vins. Grâce au développement des outils de métagénomique, permettant le séquençage multi-espèces de génomes dans des échantillons issus d’environnements complexes, il a été possible de démontrer l’existence de communautés microbiennes spécifiques selon les cépages, les millésimes et les zones de production géographiques (Bokulich et al., 2014 ; Knight et al., 2015).

25Une des caractéristiques clés du métabolome des plantes y compris la vigne, est de posséder une énorme diversité de structures chimiques. À ce jour, l’une des techniques les plus utilisées pour analyser l’ensemble des polyphénols de la vigne est la Chromatographie Liquide Ultra-Haute Performance en association avec la Spectrométrie de Masse (UHPLC-MS) ainsi que la Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN). Les méthodologies les plus abouties permettent à ce jour la séparation et l’analyse, en une seule injection, de plus d’une centaine de polyphénols dans des extraits de baies de raisins correspondant aux anthocyanes, acides phénoliques, stilbènes, flavonols et flavan-3-ols (Pinasseau et al., 2017). À l’avenir, le développement de ces techniques analytiques, de plus en plus sensibles et résolutives va permettre d’établir des signatures moléculaires de plus en plus fine dans des échantillons de vigne et de vin. Le traitement des larges jeux de données, générés par ces techniques, grâce à des outils de statistiques multivariées va permettre de comprendre la structuration du métabolisme des polyphénols de la vigne et sa plasticité phénotypique sous la contrainte des multiples variables environnementales qui singularisent les zones de production viticoles.

26Enfin, pour les géographes et les pédologues, la notion de « terroirs » viticoles est intimement liée à l’étude de leur distribution spatiale, ceci implique l’utilisation de Systèmes d’informations Géographiques (SIG). Par ailleurs, dans le domaine des sciences du sol, les techniques de cartographie numérique des sols et de leurs propriétés se sont fortement développées depuis environ 20 ans. L’emploi combiné de ces deux outils contribue à délimiter les zones de production regroupant des caractéristiques géo-pédologiques communes (Marciniak et al., 2017). Des outils très puissants, appartenant à des champs disciplinaires souvent cloisonnés, sont donc déjà utilisés pour contribuer à la caractérisation des « terroirs ». Il s’agit des outils métabolomiques en chimie analytique, des SIG en sciences géographiques et des outils de cartographie numérique des sols. À moyen terme, l’utilisation combinée de ces approches permettra sans doute d’étudier les signatures chimiques des plants de vigne en fonction des variations pédologiques et d’établir des corrélations entre les unités de « terroir » viticoles et la typicité des vins qui sont produits.