Quelles sont les différentes étapes de la vie d’une bulle, de sa naissance jusqu’à son éclatement ?
Introduction
Le champagne est un vin effervescent et acide, obtenu par un mélange de raisins rouges et de raisins
blancs. Aujourd’hui, il est consommé lors d’une fête ou d’un évènement rare. C’est la mousse de ce
champagne ou plus précisément les bulles que nous avons étudié. Pour cela, nous nous sommes demandées
quelles sont les différentes étapes de la vie d’une bulle.
«L’effervescence». Ni une découverte ni une invention mais un grand nom. On pourrait la définir par
quatre mots : la vie, l’excitation, la Joie et l’Allégresse. A ne pas confondre avec «pétillant» qui
qualifie plutôt le crépitement des bulles à la surface, ainsi qu’au mot «mousse» qui renvoie à une
matière inerte et moins raffinée. La nuance a son importance !
L’effervescence est la marque d’identité des champagnes, leur touche de magie. Elle est aussi
l’expression première de leur qualité. Ce phénomène délicat et complexe est essentiel mais mal connu.
La tradition viticole en Champagne remonte à l’époque des romains ; ce sont eux qui ont planté les
premières vignes. Jusqu’au Moyen-Age, ce sont les religieux qui s’en occupent : le vin est consacré et
bu à la messe. C’est Louis XIV qui le reconnu vin des sacrements. Depuis, sa fabrication n’a cessé
d’évoluer ainsi que sa conservation, ce qui lui vaut actuellement une très grande renommée.
Au total, il a fallu plus de trois siècles pour mettre au point «le» Champagne que l’on connaît tous,
c’est-à-dire de l’eau, de l’alcool, du gaz carbonique et des centaines de composés aromatiques.
Nous verrons tout d’abord son origine, c’est-à-dire la fermentation alcoolique, puis, nous étudierons
la bulle de sa naissance jusqu’à son éclatement.
Plan
Introduction
Origine de la bulle
La première fermentation alcoolique
Le tirage
La deuxième fermentation alcoolique
Le vieillissement
Etude de la bulle
A) Naissance et décollement d’une bulle
Naissance
Décollement
B) Ascension d’une bulle
C) Eclatement
Conclusion
I- Origine de la bulle
Le champagne se distingue tout particulièrement des autres vins par son effervescence. D’autres
boissons non alcoolisées comme les sodas possèdent des bulles mais celles-ci ont été crées grâce
à un ajout de CO2. Mais la bulle du Champagne est , elle, réalisée lors de la fabrication de ce
dernier. La bulle est donc une des principales caractéristiques du Champagne.
Mais quelle est alors l’origine de ces bulles ?
1) La première fermentation alcoolique
La fermentation est la transformation d’une substance organique sous l’influence d’un ferment ou
d’une bactérie (le plus souvent du glucose) visant à libérer de l’énergie. Ici, la fermentation ne
nécessite pas de dioxygène.
La fermentation alcoolique a été découverte par Pasteur en 1860.
La première fermentation alcoolique a lieu en cuve ou exceptionnellement en fût de chêne et dure 3
semaines à 1 mois environ.
Cette première réaction ne nécessite pas d’ajout de levures. Elle se fait naturellement. Les levures
indigènes, pour vivre, ont besoin de dioxygène. En absence de ce dernier, elles utilisent le sucre
présent dans le moût du raisin pour produire de l’éthanol et du CO2. Ce processus s’appelle
l’anaérobiose. La réaction est la suivante :
C6H12O6 -> 2CO2 + 2C2H5OH + calories
Schéma d’une levure pendant l’anaérobiose
Pour montrer qu’il se forme bien du dioxygène qui permettra l’apparition de bulles, nous allons réaliser
l’expérience suivante.
Nous avons besoin du matériel expérimental suivant :
2 béchers
levures
sucre
eau
eau de chaux
alcootest
tube coudé
fiole ou erlenmeyer
Pour réaliser l’expérience, nous avons du préparer la veille notre « mélange ».
Dans une fiole ou un erlenmeyer de 100 mL, nous avons ajouté à des levures de l’eau et 0,4g de sucre.
Nous avons bouché la fiole et nous y avons laissé reposer le mélange.
Durant la présentation :
Nous bouchons la fiole (ou l’erlenmeyer) grâce à un tube coudé et nous mettons l’extrémité de ce
dernier dans un bécher contenant de l’eau de chaux.
Si l’eau de chaux se trouble alors du CO2 s’est dégagé de la solution.
L’eau de chaux se trouble, donc du CO2 s’est dégagé de la solution. L’excès de CO2 qui s’est dégagé
dans la bouteille lors de la deuxième fermentation est dissous dans le champagne. Lors de l’ouverture
de la bouteille, il se dégagera grâce aux sites de nucléation.
Pour éviter des arrêts de fermentation et garder des espèces volatiles (arômes), la température
doit rester comprise entre 15°C et 22°C (18°C étant la température optimale au bon fonctionnement
des levures).
La fermentation est terminée lorsque les sucres réducteurs ne sont presque plus, ou plus du tout
présents (quantité inférieure à 2g/L) et lorsque la densité est en dessous de 1.
Schéma d’une levure
Après cette première fermentation a lieu le tirage qui entraînera la seconde fermentation.
2) Le tirage
Le tirage est une phase importante à la fabrication du Champagne car il entraîne la deuxième
fermentation qui donne au Champagne son effervescence.
Lors du tirage, au printemps, le vin est mis en bouteille. Cela consiste à ajouter à l’assemblage
(mariages de vin) une liqueur de tirage. Celle-ci est obtenue en additionnant au vin identique à
celui mis en bouteille, 24g/L de sucre et des levures sous forme de levain (qui hydrolyseront le
sucre). La quantité de levain ajoutée dépend de sa concentration en microorganismes. Le levain est
un mélange de levures et de phosphate diammonique (nécessaire au bon développement des levures). Le
phosphate diammonique, (NH4)2HPO4 , est un activateur de fermentation.
Il est composé de l’ion ammonium et est assimilable par les levures.
La plupart des levures utilisées par l'homme appartiennent au genre saccharomyces. Il s'agit en
réalité de champignons microscopiques. La plupart de ces cellules sont eucaryotes, c’est-à-dire
qu’elles possèdent des organites intra-cellulaires.
Ce ferment et ce sucre ajoutés ont pour but d’actionner la deuxième fermentation.
3) La seconde fermentation alcoolique
La deuxième fermentation, ou prise de mousse, qui a lieu en bouteille, permet une deuxième réaction
chimique identique à la première, c’est-à-dire qu’il y a une apparition de CO2 (il y a également une
consommation totale de l’oxygène présent dans la bouteille). Plus cette fermentation est lente et
régulière, plus les bulles formées sont fines. Par ailleurs, un peu de CO2 reste dans le goulot de
la bouteille et l’excès de CO2 se dissout dans le vin durant cette étape (on assiste à une
sursaturation). L’équilibre thermodynamique est ainsi créé, c’est-à-dire que la quantité de CO2
dissous dans le vin est proportionnelle à la pression du gaz situé dans le goulot de la bouteille
(loi de Henry). La pression est de six bars, équivalent à six atmosphères. Au bout d’un mois et demi,
la fermentation est terminée. Le taux d’alcool n’a pas augmenté durant la deuxième fermentation.
Enfin, il est important de faire remarquer qu’au-delà de 14°C d’alcool, les levures restantes meurent.
4) Le vieillissement
Le vieillissement est l’étape de vinification qui suit la deuxième fermentation alcoolique. Il
consiste à laisser reposer le Champagne durant 15 mois minimum. Cette opération se déroule en cave
et ne nécessite pas l’intervention de l’homme. Le vieillissement provoque une diminution de
l’effervescence et celle-ci devient plus délicate et plus crémeuse. Les levures qui ont provoqué la
prise de mousse continuent de jouer un rôle après leur mort : elles restituent les matières azotées
accumulées au cours de leur vie (les matière seraient d’excellents supports pour les arômes).
Pour finir, le vieillissement entraîne également une perte de CO2 qui sort et du
O2 qui entre. Ceci est dû à la fermeture de la bouteille, ne permettant pas une isolation
totalement hermétique. En effet l’espace entre le bouchon et le goulot de la bouteille laisse passer du
CO2 gazeux. Cependant, cette perte est grandement négligeable face à la totalité de CO2
présente dans la bouteille. De même, le dioxygène ne modifie en rien la composition du champagne.
II - Etude de la bulle
A) Naissance et décollement
B) Ascension
Après que la poche d’air se soit délestée d’une minuscule bulle de gaz carbonique, celle-ci va
entamer une ascension vers la surface du verre.
Lors de son ascension, la bulle est soumise à plusieurs forces.
Tout d’abord, la poussée d’Archimède (FB = 4/3 ρgπR3 ) qui, lorsque elle dépasse la force capillaire
qui ancre la bulle sur son site de nucléation, lui permet de se détacher puis de rejoindre la surface.
Ensuite, il y a la force de frottement (FD = 1/2 CDπR2ρU2), liée à l’écoulement du fluide autour de la bulle.
Enfin, il y a une force supplémentaire, appelée force de « masse ajoutée », causée par le déplacement du
liquide qui se trouve au voisinage immédiat de la bulle ; elle est liée à la variation de la quantité de
mouvement du volume de liquide déplacé. Cependant, cette force a été comparée à la poussée d’Archimède
tout au long du trajet de la bulle et, bien qu’elle s’oppose au mouvement, n’excède pas 2 à 3 % de la
poussée. On peut donc la négliger et l’équation du mouvement de trouve être une simple égalité entre la
force de frottement et la poussée d’Archimède (FB = FD ).
Pendant son chemin, la bulle se charge des molécules de gaz carbonique dissous qu’elle rencontre. Elle
grossit donc au fur et à mesure qu’elle avance et devient visible après un trajet de quelques dizaines de
micromètres. Elle acquiert sa taille adulte et arrive à maturité : entre sa naissance et son arrivée, son
volume aura été multiplié par près de un million ; et comme la poussée d’Archimède à laquelle est soumise
la bulle est proportionnelle à son volume, celle-ci ne cesse d’accélérer.
Profitant de la composition chimique complexe du champagne – sursaturé, on le sait, tout d’abord en dioxyde
de carbone-, la bulle se nourrit aussi de molécules dites tensioactives (des protéines et des glycoprotéines
issues de la baie du raisin et des levures). Ces molécules ont une extrémité qui attire les gaz (hydrophobe)
et une autre, à l’opposé, qui recherche la présence de liquide (hydrophile). Elles vont se faire piéger par
la bulle et venir s’y accrocher au cours de l’ascension, les unes à coté des autres, l’enrobant complètement
en formant une fine pellicule. La surface de la bulle s’en retrouve rigidifiée ce qui modifie l’écoulement du
liquide autour d’elle ainsi que les conditions hydrodynamiques ; le coefficient de frottement augment
par rapport à celui d’une bulle qui monte dans une solution ultra-pure, sans molécule tensioactive.
C) Eclatement en surface
La durée de vie d’une bulle en surface est directement corrélée à sa concentration en surface en
molécules tensioactives : elle se maintient d’ : elle se maintient d’autant plus longtemps que la
pellicule d’eau qui la forme est protégée par ces molécules. Son diamètre proche du millimètre, la
bulle n’émerge que très peu, presque la totalité du volume se situant sous la surface.
Représentation schématique, en coupe,
du processus hydrodynamique qui
accompagne l’éclatement d’une bulle
en surface. Les signes + et - représentent
respectivement les surpressions et
dépressions liées aux courbures de
l’interface champagne/air (loi de Laplace).
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