3 Caractéristiques physiques et chimiques des huiles essentielles

3.1 Caractéristiques organoleptiques des huiles essentielles
Les huiles essentielles ont des propriétés organoleptiques (caractéristiques d'une substance qui sont perceptibles par les organes des sens : saveur, odeur, aspect et consistance de l'objet) communes comme le fait d’être liquides à température ambiante, d’être volatiles et entrainables à la vapeur d’eau.
 
Elles sont aussi très odorantes et incolore ou jaune pâle sauf pour les huiles essentielles de cannelle, girofle, camomille matricaire, vétiver et bouleau où la couleur est relativement foncée. En parfumerie, l'examen olfactif qui précède ou suit toute analyse d'huile essentielle est du plus grand intérêt car, si l'odeur de l'huile essentielle n'est pas satisfaisante, il importe peu que les constantes physicochimiques soient correctes : le produit doit être rejeté. Cet essai olfactif est conduit par comparaison avec un échantillon type de l'huile essentielle aussi frais que possible et conservé dans les meilleures conditions.
Elles sont, enfin, sensibles à l’oxydation et change de couleur, conservation limitée, à la lumière et à la chaleur. Il convient de la conserver à l'abri de la lumière et de l'air.
 
    
3.2 Caractéristiques physiques
Les huiles essentielles ont aussi des propriétés physiques communes. Elles ne sont pas solubles dans l’eau mais en revanche elles le sont dans les solvants organiques et huiles végétales.
Par contre elles ont des caractéristiques différentes :
•    Un indice de densité
Leurs densités sont inférieures à « 1 » sauf exceptions (huiles essentielles de cannelle, girofle en particulier). Un litre d'huile essentielle n'est pas égal à 1 kg d'huile essentielle. La  densité des huiles essentielles est différente de celle de l'eau (dont 1 litre pèse, par convention, 1 kg). Ainsi, compte tenu d'un indice de densité de 1,1 environ (variable selon des huiles essentielles), 1 kg d'huile essentielle fera 1,1 litre. Inversement, 1 litre d'huile essentielle pèsera environ 900 grammes. On peut mesurer la densité relative à 20°C avec un pycnomètre (flacon dont on se sert pour déterminer la densité des liquides ou des solubles). Cette masse est mesurée par un pycnomètre.
 
La densité relative à 20°C d’une huile essentielle est le rapport de la masse d’un certain volume d’huile essentielle à 20°C à la masse égale du volume d’eau distillée à 20°C.
m0 : masse du pycnomètre
 
m1 : masse du pycnomètre et de l’eau
m2 : masse du pycnomètre et de l’huile essentielle
•    Un indice de réfraction
L’indice de réfraction (changement de direction de la lumière au passage d’un milieu à un autre) d’une huile essentielle est le rapport entre le sinus de l’angle d’incidence et le sinus de l’angle de réfraction d’un rayon lumineux de longueur d’onde déterminée, passant de l’air à l’huile essentielle maintenue à une température constante. Cet indice peut être mesuré par un réfractomètre.

     

L'indice de réfraction est utilisé pour l'identification et comme critère de pureté des huiles essentielles et de composés liquides divers. Chaque substance a son indice de réfraction spécifique. Plus l'indice de réfraction d'un produit est près de la valeur attendue, plus sa pureté est grande. Cette pureté est définie dans des intervalles considérés comme acceptable.
Voici à titre indicatif quelques intervalles d'acceptation relevés dans le F.C.C. III pour les huiles essentielles suivantes:

Eucalyptus : 1.458 à 1.470
Lavande (aspic) :1.463 à 1.468
Thym : 1.495 à 1.505


•    Un pouvoir rotatoire
Le pouvoir rotatoire d’une huile essentielle est l’angle exprimé en milli radians et /ou degrés d’angle dont tourne le plan de polarisation d’une radiation lumineuse de longueur d’onde l = (589,3 * 0,3) nm, correspondant aux raies D du sodium, lorsque celles-ci traversent une épaisseur de 100 mm d’HE dans des conditions déterminées de température. On peut mesurer le pouvoir rotatoire avec un polarimètre appareil de mesure de la polarisation (Propriété des ondes électromagnétiques) d’un corps.
•    Autres indices caractéristiques
Les indices d’acides (nombre en milligramme d’hydroxyde de potassium nécessaire à la neutralisation des acides libres dans un gramme d’huile essentielle,) d’ester (nombre en milligramme d’hydroxyde de potassium nécessaire à la neutralisation des acides libérés par l’hydrolyse des esters contenus dans un gramme d’huile essentielle) sont aussi des éléments physiques différenciant des huiles essentielles.
3.3 Les caractéristiques chimiques
Les caractéristiques chimiques des huiles essentielles sont magiques.
La cellule végétale est le siège de la biosynthèse des composés fondamentaux de la matière vivante que sont les protéines, les lipides, les sucres... Elle est capable de coordonner les multiples réactions enzymatiques conduisant à la production d'huiles essentielles. Certaines cellules prennent en charge ces biosynthèses et également le stockage des métabolites formés. Il s'agit là de tout un ensemble de réactions biochimiques participant à la vie des plantes : respiration, photosynthèse, etc.
 
Il en résulte que les huiles essentielles constituent des mélanges complexes de composés organiques possédant des structures et des fonctions chimiques très diverses, aboutissement de ces biosynthèses, en particulier celle des isoprénoïdes (monoterpènes, sesquiterpènes, diterpènes, triterpènes, caroténoïdes).
 
Il n'est pas rare de reconnaître par les moyens de l'analyse instrumentale moderne (chromatographie gazeuse capillaire, couplage chromatographie gazeuse-spectrométrie de masse) plusieurs dizaines voire une ou deux centaines et parfois plus de constituants dans une huile essentielle : huiles essentielles de vétiver, de patchouli, de géranium. Ainsi l'huile essentielle de rose bulgare est riche de plus de 300 constituants connus. Par contre, certaines huiles essentielles sont très riches en un constituant donné. C'est le cas de l'huile essentielle de bois de rose du Brésil riche en linalol mais aussi celui des huiles essentielles de lemongrass et de fruits de Litsea cubeba riches en citral, des huiles essentielles de badiane, d'anis vert et de fenouil doux et amer riches en trans-anéthole, de l'huile essentielle d'Eucalyptus globulus riche en cinéole, etc.

     

 Mais plus souvent, les huiles essentielles sont plus complexes dans leur composition chimique : outre quelques constituants principaux représentant des proportions comprises entre 10 et 50 % (huiles essentielles de citronnelle de Java, de lavande, de camphre, de menthe poivrée...), les autres constituants ne représentent que des traces (de l'ordre du micro ou du nanogramme). Le cas de l'huile essentielle de rose bulgare est tout à fait intéressant : 14 constituants importants quantitativement sur les 275 isolés et identifiés à l'époque (1977) dans cette huile représentent 85 % du total. Parmi ces 14 constituants, 5 d'entre eux totalisent à peine 1 % de l'huile essentielle et sont déterminants sur le plan olfactif.
Les huiles essentielles sont formées de monoterpènes. Ils appartiennent à la famille des terpènes qui sont des hydrocarbures linéaires ou cycliques constitués d'unités terpéniques, découverts par O. Wallach en 1885. Les terpénoïdes forment une classe large et diverse de composés organiques que l'on rencontre dans la nature, similaires aux terpènes, dérivant d'unités isoprène à cinq carbones assemblées et modifiées de milliers de façons.

     

Les terpènes sont formés de n multiples de l'isoprène C5H8, ils ont donc des structures multicycliques qui différent les unes des autres non seulement par les groupes fonctionnels mais aussi par la structure basique de leurs squelettes hydrocarbonés. Lorsque n =2 le terpène correspond aux monoterpènes C10H16- . Les monoterpènes et leurs dérivés sont donc des chaînes linéaires ou des cycles formés de deux unités isoprène.
 
D'autres monoterpènes existent dans les huiles essentielles: terpinène, menthol (feuille de menthe), terpinéol, bornéol, thymol (thym), géraniol (essence de rose), citronellal, thuyone, carvone, cinéole (feuille d'eucalyptus)...
Les terpénoïdes de plantes sont beaucoup utilisés en raison de leurs qualités aromatiques. Ils jouent un rôle dans les remédes en herboristerie traditionnelle et font l'objet de recherche pour découvrir des effets antibactériens, antinéoplastiques ou autres effets pharmaceutiques.
Tout comme les terpènes, les terpénoïdes peuvent être classés selon leur nombre d'unités isoprène :
•    Monoterpénoïdes, 2 unités isoprène,
•    Sesquiterpénoïdes, 3 unités isoprène,
•    Diterpénoïdes, 4 unités isoprène,
•    Sesterterpénoïdes, 5 unités isoprène,
•    Triterpénoïdes, 6 unités isoprène,
•    Tetraterpénoïdes, 8 unités isoprène,
•    Polyterpénoïdes avec un nombre plus important d'unités isoprène,

Composés aromatiques
Les dérivés du phénylpropane (C6-C3) sont beaucoup moins fréquents que les précédents. Très fréquemment, il s'agit d'allyle et de propènylphénols, parfois des aldéhydes, caractéristiques de certaines huiles essentielles, telle celle du girofle (eugénol). On peut également rencontrer dans les huiles essentielles des composés en C6-C1, plus rares, tel le safrole.
 
 Composés d'origines diverses
Compte tenu de leur mode d'extraction, les huiles essentielles peuvent renfermer divers composés aliphatiques, généralement de faible masse moléculaire, entraînables lors de l'hydrodistillation carbure, acide (C3 à C10), alcools, aldéhydes (octanal, décanal ...), esters, lactones, produits azotés ou soufrés.

 3.4 Les chémotypes des huiles essentielles
Le chémotype d'une huile essentielle est une référence précise qui indique le composant biochimique majoritaire ou distinctif, présent dans l'huile essentielle. C'est l'élément qui permet de distinguer une huile essentielle extraite d'une même variété botanique mais d'une composition biochimique différente.
Cette classification capitale permet de sélectionner les huiles essentielles, pour une utilisation plus précise, plus sûre et plus efficace. Nous connaissons par exemple sous la même appellation botanique, deux grandes familles de thyms, subdivisées elles-mêmes grâce à la définition de leurs chémotypes respectifs.
De nombreuses huiles comprennent plus d'un chémotype. la sauge sclarée (Salvia sclarea) par exemple, contient 250 molécules différentes, dont 75 % issues de la famille des esters et 15 %, de celle des monoterpénols. Les molécules travaillent en synergie, ce qui explique la polyvalence des huiles essentielles et leur vaste spectre d'action.
Une fois que l'on connaît les propriétés des chémotypes ainsi que leur concentration dans une huile essentielle, on peut déterminer quels seront les effets de celle-ci, bienfaisants ou dangereux.
Enfin, il faut savoir qu'une même plante peut inclure diverses espèces, dont chacune possédera des chémotypes différents. La lavande (Lavandula), par exemple, compte plusieurs espèces dont les officinalis, les stoechas et les latifolia : c'est donc le nom latin complet qui nous permet de savoir de quelle plante exacte il s'agit. Le lieu de culture (climat, altitude, composition du sol) peut aussi influencer la composition chimique d'une plante.
3.5 Classification des huiles essentielles
Trouver une classification des huiles essentielles n'est pas chose facile compte tenu de leurs nombres et leurs diversités.
Un classement possible aurait pu être par familles botaniques :
•    cryptogames ou plantes sans fleurs, qui comprennent les champignons (ou thallophytes), les bryophytes, les algues, les lichens, les fougères (ou cryptogames vasculaires) ;
•    phanérogames ou plantes avec fleurs et graines, qui se divisent en gymnospermes à ovule nu et angiospermes à ovule enfermé dans un ovaire.
Un autre classement aurait pu tenir compte de l'organe du végétal traité, à savoir fleurs, feuilles, parties aériennes, tronc, écorce, racines, rhizomes, fruits, graines, exsudats..
Toutefois, les huiles essentielles sont le plus usuellement classées selon la nature chimique des principes actifs majeurs, plus rarement sur le mode d'extraction, ou les effets biologiques. On retient huit classes principales (les carbures sesquiterpéniques et terpéniques, les alcools, les esters et alcools, les aldéhydes, les cétones, les phénols, les éthers et les peroxydes), avec les composants importants suivants.

Carbures terpéniques et ses quiterpéniques :
-    huile essentielle de térébenthine : alpha-pinène, camphène,
-    huile essentielle de genévrier : alpha-pinène, camphène,
Cadinéine,
-    huile essentielle de citron : limonène, alcools,
-    huile essentielle de coriandre : linalol,
-    huile essentielle de bois de rose : linalol,
-    huile essentielle de rose : géraniol, mélange d'esters et d'alcools
-    huile essentielle de lavande : linalol, acétate de lynalyle,
-    huile essentielle de menthe : menthol, acétate de menthyle,
Aldéhydes,
-    huile essentielle de cannelle : aldéhyde cinnamique,
-    huile essentielle de citronelle : citral et citrannal,
-    huile essentielle d'eucalyptus citriodora : citronellal cétones,
-    huile essentielle de carvi : carvone,
-    huile essentielle de sauge : thuyone,
-    huile essentielle de thuya : thuyone

Phénols
-    huile essentielle de thym : thymol,
-    huile essentielle de sarriette : carvacrol,
-    huile essentielle d'origan : thymol et carvacrol
-    huile essentielle de girofle : eugénol
Ethers
-    huile essentielle d'anis vert, de badiane : anéthol
-    huile essentielle de fenouil : anéthol
-    huile essentielle d'eucalyptus globulus : eucalyptol
-    huile essentielle de cajeput : eucalyptol
-    huile essentielle de niaouli
Peroxydes
-    huile essentielle d'ail : allicine.

Conclusion:
 
Les huiles essentielles ont une composition chimique complexe, certains de leurs composants sont de puissants antiseptiques agissant aussi bien sur les bactéries, les champignons pathogènes que les virus. D'autres peuvent modifier l'équilibre du système neurovégétatif (sympathique - parasympathique) modulant parfois la synthèse des hormones. D'autres agissent sur le système nerveux central et peuvent changer le seuil de la douleur (pouvoir antalgique), l'éveil, l'humeur; on leur connaît aussi un pouvoir anti-inflammatoire, mais il faut aussi savoir que certains composants sont caustiques, d'autres potentiellement cancérigènes.
Les huiles essentielles peuvent être potentiellement dangereuses et doivent donc être utilisées avec beaucoup de précautions surtout par voie buccale (une tisane de sauge officinale est sans danger mais une toute petite dose d'huile essentielle de sauge officinale peut provoquer des convulsions qui rappellent l'épilepsie.)
La médecine occidentale a, jusqu'à présent, un peu délaissé l'étude des propriétés pharmacologiques des huiles essentielles, peut-être à cause de leur extrême variabilité chimique. Cela semble changer, de plus en plus de site internet vante les propriétés des huiles essentielles et les médecins allopathes s'intéressent de plus en plus à l'aromathérapie.