Champagne : la coupe est pleine

Septembre 2023

Ça m'éneeeerve ♩ ♫
Toutes celles qui boivent le champagne rosé
Ça m'éneeeerve ♬ ♪
Pour oublier qu'en Jimmy Choo t'as mal aux pieds

Les gens qui servent le champagne dans des larges coupes plutôt que dans une flûte m'énervent.

C'est qu'ils ne comprennent rien au dégazage de ce breuvage. Et aussi ceux qui mettent une cuillère dans le col de la bouteille. Pire, ils touillent le champagne avec un moser, les hérétiques...

Tu sais ce que c'est le gaz qui sort des boissons gazeuses ?
😒 Ben oui, c'est du gaz carbonique. CO2 de son petit nom.
😌 Effectivement, pratiquement toutes contiennent du gaz carbonique dissous dans le liquide.
Et comment ils le mettent dedans ?
La plupart du temps, il suffit de mettre le liquide sous une forte pression de gaz, ce qui force le gaz à se dissoudre dedans.
À gauche, une machine à soda de nos jours, avec sa cartouche de gaz.
À droite, un siphon et une cartouche de gaz "à l'ancienne" pour fabriquer de l'eau de Seltz, le nom de l'époque, quand j'étais petit.

La fermentation alcoolique

Mais dans le cas du champagne, une réaction chimique est utilisée.
Chimique ? 🥴 Avec des tubes à essais ?
😎 Meuh non, le sucre dans le jus de raisin provoque une fermentation dite "alcoolique", c'est comme ça que l'on obtient de l'alcool dans le vin.
fermentation alcoolique
Le gaz carbonique est un "résidu" de la réaction chimique.
😯 Et cela produit tant de gaz que ça ?
😌 Dans le cas du champagne, on l'aide un peu en ajoutant du sucre pour produire encore plus de gaz, et on ferme les bouteilles pour qu'il ne s'échappe pas.

Pour le champagne, on réalise une seconde fermentation alcoolique en milieu clos (dans la bouteille) en mettant 24 g/l de sucre ce qui provoque une concentration de 12 g/l de gaz carbonique dissous.

fermentation alcoolique

On appelle ça la prise de mousse.

En réalité, les fermentations sont un peu plus compliquées que ça, d'autres réactions chimiques se produisent.

Équilibre liquide-gaz

🤔 Et le gaz carbonique reste peinard dans le liquide en attendant qu'on ouvre la bouteille ?
prof La concentration en gaz carbonique dans le liquide est toujours en équilibre avec la pression au-dessus du liquide.
C'est la loi de Henry.
Quelle est la pression en haut de la bouteille ?
Environ 6 bars dans le cas du champagne, autrement dit 6 fois la pression atmosphérique normale qui vaut 1 bar.
🤭 Normal que ça pète quand on ouvre la bouteille !
Une fois la bouteille ouverte, le gaz dissous n'est plus en équilibre avec la pression au-dessus du liquide et cherche à s'échapper : c'est le dégazage.

La loi de Henry indique que la concentration en gaz carbonique dans le liquide est en équilibre et proportionnelle avec la pression partielle en gaz carbonique au-dessus du liquide via la constante de Henry kH :

pressionCO2 = kH . concentrationCO2

La constante de Henry dépend de la température, on parle alors plutôt de coefficient de Henry (et on confond parfois avec son inverse).


La pression du gaz au goulot augmente avec la température,
et la concentration en gaz dans le liquide diminue concomitamment.
Graphe de Gérard Liger-Belair, arrangements JF.Mainguet

Voici quelques constantes de Henry pour l'eau (en atm/(mol/l)) :

  • H2: 1282
  • N2: 1639
  • O2: 769
  • CO: 1052
  • CO2: 29

Autrement dit, à pression identique (la partie gazeuse au-dessus du liquide dans une bouteille fermée), il y a 20 à 30 fois moins d'oxygène dissous dans l'eau que de gaz carbonique. D'où l'intérêt d'utiliser du gaz carbonique plutôt que de l'air.

De plus l'acide carbonique produit dans l'eau donne un goût particulier, et provoque un effet agréable (picotements) dans la bouche.

Et le gaz carbonique, dans ces quantités-là, n'est vraiment pas dangereux.

prof Plus le liquide est froid, plus on peut injecter du gaz dans le liquide.
Ah ! 😯 C'est pour ça que les bouteilles chaudes "explosent" plus facilement.
Et oui, en augmentant la température, cela force le gaz à sortir du liquide, ce qui augmente la pression dans la partie gazeuse sous le bouchon.
Et la pression augmente beaucoup ?
Ça passe de 5-6 bars à 10°C
à 11 bars à 30°C
😮 Le double !
Donc ne pas oublier de bien refroidir la bouteille pour éviter de perdre du liquide lors de l'ouverture.
Et tenir le col de la bouteille avec la main réchauffe la partie haute, ce qui n'est pas recommandé...

Dégazage

🍾 Enfin, t'as fait péter le champagne !

On peut sabrer le champagne avec un sabre, ce qui veut dire ouvrir la bouteille en cassant le goulot, à la hussarde. Et utilisez le côté non tranchant, sinon vous passerez pour un pèquenot, ce sera moins facile et vous abîmerez votre sabre.

sabre à champagne

Libre à vous ensuite de le sabler, autrement dit le boire plutôt rapidement. Accessoirement, on peut sabler n'importe quel vin.

Du coup la pression est tombée de 6 bars à 1 bar, la pression atmosphérique.
L'équilibre qui existait est rompu, la concentration en gaz carbonique dans le liquide est trop importante par rapport à cette nouvelle pression de 1 bar.
5 litres de gaz carbonique sont à dégazer !

Onde de choc supersonique et glaciation

😲 Tu as vu l'espèce de fumée blanche qui sort quand on ouvre une bouteille ?
Il s'agit de la décompression violente du gaz carbonique.
Comme on a une détente, la température du gaz décroit beaucoup au point de former de minuscules cristaux de neige carbonique qui diffuse la lumière.
🥶 -90°C quand même.
Et aussi une onde de choc ─que l'on entend─, mais il faut une caméra ultra-rapide pour le voir. C'est comme sur les avions à réaction.
La pression initiale est de 8 bars. La détente rapide provoque un abaissement de température, le gaz carbonique cristallise à -78,5°C, ici on atteint -90°C.
La minuscule taille des cristaux est responsable de la couleur bleu azur.
Une onde de choc supersonique apparait après 500μs et dure 500μs, c'est le trait horizontal.
Champagne, une onde de choc au débouchage ! / Gérard Liger-Belair

Temps de dégazage

Comme la pression extérieure a décru, le gaz carbonique doit "sortir" du liquide, un dégazage se produit.
red alert

Attention, c'est là que j'explique l'origine d'une des premières erreurs qui m'énervent quand on sert du champagne.

Ça sort d'un coup ? 🥳 Ou lentement par les bulles ?
On voit des bulles sortir pendant pas mal de temps, le dégazage est assez lent ─heureusement !
J'ai tenté de représenter les molécules de gaz carbonique avec plus ou moins de bonheur
Bouteille fermée : pression 6 bars, concentration élevée en équilibre
Ouverture : équilibre perdu, le gaz sort de la bouteille, dégazage du liquide
Après un certain temps, un nouvel équilibre est atteint, la concentration dans le liquide a diminué
On se doute que ça se passe forcément à l'interface liquide-gaz : des molécules de gaz carbonique migrent du liquide vers le gaz.
🤔 Et ça va vite à dégazer ?
Il faut du temps pour que le gaz migre dans le liquide vers la surface, à l'interface.
Plus la surface d'échange sera importante, plus ça ira vite.
13 cm² contre 64 cm² de surface d'échange :
le gaz s'échappera 5 fois plus vite dans la coupe que dans la flûte.
Et là, on ne parle pas des bulles !
😯 Ah, c'est alors pour ça qu'il vaut mieux utiliser des flûtes à champagne que des coupes !
On sert le champagne dans des flûtes.
Sinon ça m'énerve
🤓 Si on le boit vite 😋 une coupe est acceptable, non ?
😁 🥂
Et en plus il réchauffe la coupe avec ses doigts... ah là là, quel cinéma !
Un autre argument pour la flûte viendra plus loin, quand on parlera d'odorat.

Cette histoire de vitesse de dégazage est plus compliquée que cette simplification, en particulier d'autres paramètres interviennent vu que l'on n'est pas dans de l'eau pure, que d'autres molécules interviennent, que le pH autrement dit l'acidité intervient, ainsi que la température. Et j'en passe.

Les bulles entrent en scène

🤨 Et les bulles alors ?
Une bulle n'est jamais que du gaz entouré de liquide
Une interface gaz-liquide comme la surface, mais sphérique
La bulle est une sphère, interface entre le liquide et le gaz à l'intérieur
Mais elles sont toutes petites par rapport à la surface du liquide
🤔 Donc du gaz carbonique passe à l'intérieur de la bulle, comme pour la surface.
🤚 Sauf que...
😦 Sauf que quoi ?
Au départ, dans le liquide, est-ce qu'il y a déjà des bulles ?
Bonne question ! Des micro-bulles peut-être ?
Ben non, il n'y a rien.
🤨 Et pourquoi ça ?

Le liquide ne bulle pas

AUCUNE bulle ne peut apparaitre spontanément en plein milieu du liquide
et forcément, car il faut fournir une certaine énergie pour lutter contre la tension superficielle.
Et il n'y a aucune source d'énergie disponible dans le liquide seul pour faire ça.
La tension superficielle ?
C'est la force qui maintient le liquide d'un côté et le gaz de l'autre
Celle qui permet de faire des bulles de savon.

La loi de Laplace-Young indique que la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la bulle compense la tension superficielle :

Pext - Pint = σ (2/R)
  • σ : tension superficielle
  • R : rayon de la bulle
Ce n'est pas tout à fait vrai, j'ai déjà vu des bulles dans le liquide.
🥸 Quand je secoue la bouteille, par exemple.
🤗 Ah ben si tu fournis de l'énergie pour créer des bulles, évidemment...
Même sans secouer, des fois on en voit !
Si le liquide contient assez de molécules tensioactives (des molécules ayant un côté hydrophobe et l'autre hydrophile), cela stabilise la bulle.
Et souvent, ces molécules ralentissent le passage du gaz.
bulle et tensioactifs
🤭 Ah, c'est pour ça qu'il faut attendre un bon moment avant d'ouvrir une bouteille qui a été secouée...

La tension superficielle est modifiée par les molécules spécifiques dans la boisson (c'est pareil quand vous utilisez du liquide vaisselle), et c'est pour cela que certaines boissons ont des grosses bulles, des petites bulles, des bulles qui font de la mousse et qui tiennent longtemps...

Les éleveurs de champagne font attention pour avoir toujours le même genre de molécules dans leur breuvage pour que le moussage et la finesse des bulles soit toujours la même.

Sites de nucléation

T'as remarqué que les bulles apparaissent toujours au même endroit, les colonnes ne bougent pas vraiment.
Ah oui tiens, c'est vrai ça.
champagne, bières avec bulles
Ça bulle toujours au même endroit
Regarde bien. On voit une toute petite bulle au départ, sur le bord du verre et pas en plein milieu du liquide.
Puis la bulle monte et grossit pour arriver à la surface.
🤩 C'est rigolo. Je n'avais jamais fait attention.
Une bulle démarre à partir de ce qu'on appelle un site de nucléation.
Il s'agit, dans le cas du verre de champagne, de fibres de cellulose qui ont emprisonné un peu de gaz
Ce qui forme une interface liquide-gaz.
Les fibres creuses de cellulose adsorbées sur la paroi de la flûte (provenant du torchon d’essuyage ou de l’atmosphère) piègent des bulles d’air qui grossissent à mesure de la diffusion du dioxyde de carbone dissous (a-c). Quand la bulle, enrichie en dioxyde de carbone, atteint une taille critique, elle s’échappe (d-e). Dix millisecondes séparent deux clichés successifs.
(Pour la Science, août 2010 Gérard Liger-Belair, Régis Gougeon et Philippe Schmitt-Kopplin)

Contrairement à l'opinion largement répandue, les bulles n'apparaissent pas sur des rayures ou des défauts du verre.

90 à 95% des bulles proviennent de gaz emprisonnés dans des fibres de cellulose, le reste provient de cristaux de tartre.

😂 Ben heureusement que tes verres sont sales...
Et oui, trop propres et tu n'as plus de bulles.
Le verre de gauche est trop propre, contrairement à celui de droite.
Et si je secoue fort la bouteille ?
Eh bien tu vas augmenter la surface de l'interface liquide-gaz en créant des bulles.
Ça ira plus vite.
C'est pareil si tu touilles avec une cuillère, ou mieux, un moser (ou mosser).
Objet hérétique : moser ou mosser = batteur, fouet, agitateur, moussoir, swizzle-stick.
En argent, ivoire ou cristal, il permet d'agiter le champagne pour réduire l’effervescence.
Cet usage désuet détruit en quelques instants plusieurs années de soins.

Quantité de bulles

Il y a beaucoup de gaz qui s'échappe par les bulles ?
Au plus 20 %
Sur les 5 litres de gaz carbonique dans une bouteille de champagne, ça fait 1 litre de bulles au mieux.

En mettant la bulle moyenne à 1 mm de diamètre (c'est assez gros pour une bulle), cela nous fait une sphère de 0,5 mm³, soit, pour 1 litre, environ 2 millions de bulles. Voilà un ordre de grandeur pour le nombre de bulles dans une bouteille de champagne, on parle de quelques millions.

Vaut mieux verser dans un verre incliné, cela provoque moins de turbulence, moins de bulles, et donc moins de gaz est perdu ce qui allongera la durée de l'effervescence. C'est plus évident avec la bière et sa mousse.

Croissance des bulles

Nous allons distinguer deux cas.
Le premier est la présence de bulles avant l'ouverture de la bouteille.
🤓 Parce que je l'aurais secouée ?
Par exemple.
Que se passe-t-il lorsque la bouteille est débouchée ?
La pression passe de 6 bars à 1 bar, le gaz présent au-dessus du liquide s'échappe violemment, on l'a vu.
Et pour les bulles déjà présentes dans le liquide ?
Un indice : la loi de Mariotte.
😌 Ah ben oui, les liquides sont incompressibles, les bulles qui étaient à 6 bars passent aussi à 1 bar
Et donc elles grossissent d'un facteur 6
Et ça mousse beaucoup, pratiquement sans migration du gaz dissous vers les bulles

Loi de Mariotte : le produit volume × pression est constant
(pour un gaz parfait, à température constante)

P1 . V1 = P2 . V2

Si la pression diminue, le volume augmente.

À noter :

La pression absolue, totale, joue sur le diamètre des bulles, alors que la pression partielle en gaz carbonique n'a de l'effet que sur la couche de liquide directement en contact avec le gaz, l'interface liquide-gaz. Cette pression partielle n'a pas d'effet sur les bulles à l'intérieur du liquide.

Par contre, la pression partielle en gaz carbonique dans la bulle, qui pour le coup est aussi la pression totale car il n'y a pas d'autre gaz, influence directement le dégazage vers la bulle.


colonne de bulles
Maintenant examinons ce qui passe depuis un site de nucléation dans un verre.
😒 On vient de le voir
du gaz carbonique passe du liquide vers la bulle
Et du coup elle grossit régulièrement
Plus le verre sera haut, comme une flûte, plus elles seront grosses
Et la pression reste la même, 1 bar, celle en surface
Tu négliges la profondeur dans le liquide ?
Oui, ça ne va pas chercher bien loin, il faudrait 1 mètre pour avoir 1 bar en plus
La bulle remonte par la poussée d'Archimède
Et est freinée par la viscosité du liquide
😬 Ça ne doit pas être facile à calculer, la grosseur de la bulle, sa vitesse de remontée...
😀 Les élèves en classe préparatoire en savent quelque chose.

On notera que les bulles ne pourront croitre qu'à partir d'une certaine taille.

Et qu'elles peuvent adhérer à la paroi du verre, on évitera le plastique.

Pétillement

Lorsque les bulles remontent à la surface, elles éclatent.
🥳 Ça pétille !
Non seulement cela fait un bruit agréable, mais de plus cela libère les arômes du champagne.
Une autre bonne raison d'utiliser une flûte plutôt qu'une coupe, en évitant de remplir à ras-bord, pour laisser les arômes se concentrer au-dessus du liquide.
Le pétillement libère les arômes.
Une raison de plus d'utiliser une flûte pour les concentrer.

Le gerbage

Le gerbage est le nom que l'on donne lorsque la bouteille de champagne émet une gerbe de liquide et de mousse à l'ouverture.
😏 J'imagine que les producteurs surveille leur production pour éviter ça.
Effectivement.
Tu dois connaitre l'effet geyser qui se produit quand on met des bonbons Mentos dans du Coca-cola ?
😆 😂 Ça marche avec pas mal de boissons gazeuses...
mentos et coca-cola
Recherchez les vidéos sur Internet, certaines sont très marrantes. Mots-clés : Coca et Mentos.
Tu devrais deviner ce qui se passe après ce qu'on a discuté.
🤔 Le bonbon Mentos est rempli de sites de nucléation ?
Et oui, et pas qu'un peu, il est tout poreux, c'est pour ça que la réaction parait "explosive".

La cuillère dans le goulot

Une légende urbaine indique qu'une cuillère mise dans le goulot d'une bouteille de champagne empêchera le gaz de se barrer.

La cuillère ne fonctionne pas.
Il faut mettre un bouchon qui bouche vraiment !
À droite, un bouchon avec une cuillère, histoire de réconcilier tout le monde.

C'est évidemment une ânerie monstrueuse même si la cuillère est en argent. Offrez-vous le bouchon qui imite la cuillère, pour vous moquer de cette légende.

c'est vraiment trop con
C'est Jean-Luc Picard, commandant de l'Enterprise, qui se met la tête dans la main.
Parce qu'exprimer en mots combien c'est stupide n'est pas possible.

Si vous voulez conserver le gaz, il faut remettre sous pression, et plutôt du gaz carbonique, car l'équilibre se fait entre la concentration dans le liquide et la pression partielle en CO2 au-dessus du liquide.

Vous ne l'avez pas vu venir

Et pourtant, ça sort du même tonneau de champagne...

Accident de décompression en plongée

En plongée profonde, la pression provoque la dissolution d'azote dans le sang et dans les tissus, pareil que pour les bouteilles de soda ou d'eau de Seltz.

Lorsque le plongeur remonte à la surface, la pression diminue, et il ne faut pas le faire trop rapidement, il faut laisser le temps à l'azote dissous de gentiment traverser en sens inverse. Sinon c'est l'accident de décompression, des bulles se forment un peu partout et peuvent bloquer des organes essentiels.

Si l'on change la composition du gaz en conservant la même pression absolue il n'y aura pas de formation de bulles. C'est cette propriété que l'on met à profit quand on fait des paliers à l'oxygène pur ou que l'on utilise l'oxygène lors d'un accident de décompression. La pression partielle d'azote devient nulle donc la diffusion de l'azote des tissus vers les poumons s'accélère. Par contre la pression absolue ne change pas donc le changement de gaz respiratoire n'entraîne pas de formation de bulles.

Les océans stockent du CO2

On notera que les océans stockent du gaz carbonique, et que l'augmentation de température a une nette tendance à réduire la concentration en gaz, qui sera alors plus ou moins relargué dans l'atmosphère. Pas glop.

Le volume des océans est grand, ainsi que la surface...

Mais bon, on tente aussi d'injecter du gaz carbonique dans les profondeurs océaniques, là où l'eau est plus froide. Il y en a qui doutent de rien, c'est un boulot colossal.

injection de carbone dans les océans
Une bonne partie du gaz carbonique est transformé en bicarbonate, utilisable par la biomasse.

Quelques liens et autres sujets non abordés ici

Combien de temps une bouteille de champagne peut conserver son effervescence ? La réponse dans cet article:

Gérard LIGER-BELAIR est le kador dans cette matière. C'est le nom à connaitre. Aussi sur LinkedIn.

C'est qui qui tartinera ses nouvelles connaissances à ses connaissances la prochaine fois qu'il boira du champagne ? Mais qui c'est qui ? Mais qui c'est qui le plus cucul des deux ? C'est le kiki à son papy ou le youki à sa mamy ?

Et on va encore dire que je passe mon temps à buller...