Les gaz dans la bouteille - Partie 1

Les gaz dans la bouteille - Partie 1
Bertrand ROBILLARD - Institut Œnologique de Champagne - EPERNAY
Gérard LIGER-BELAIR - Laboratoire d’œnologie et de Chimie Appliquée - REIMS
Il suffit de regarder le nombre de brevets relatifs aux
bouchages pour réaliser que l’oxygène dans les vins
n’est plus du domaine de la simple compréhension ! Il y
a une trentaine d’années, tout le monde admettait que la
bouteille de vin était un système clos, même si l’on
savait que les bouchons - objets semi-perméables étaient capables de respirer. A l’heure actuelle, tous les
techniciens admettent le rôle non négligeable de
l’obturation sur la capacité des vins à évoluer. Il n’y a
pas que le temps qui modifie la qualité des vins, les
microgrammes d’oxygène capables de traverser le
bouchon tous les jours sont suffisants pour le bonifier …
ou l’abîmer ...
On peut résumer pourquoi un tel engouement existe :
€ Les consommateurs, de plus en plus sensibles à la
qualité des produits qu’ils absorbent, n’admettent plus
de retrouver des vins différents d’une bouteille à l’autre
quand ces bouteilles proviennent d’un même lot. Etre
capable de produire un style homogène est un objectif
crucial pour le vinificateur.
€ Beaucoup d’amateurs de vin savent que le dioxyde de
soufre n’est pas un bienfait de la nature, même s’ils
admettent que les œnologues ne peuvent que
difficilement se passer de cet additif. Réduire
significativement les teneurs en SO2 d’un vin sera donc
toujours un argument marketing fort pour l’oenologue.
€ Du coté élaborateur, les divers travaux menés par les
centres techniques publics ou privés ont abouti à une
somme non négligeable de données sur les reprises
d’oxygène durant les process de vinification. Ces
travaux ont montré les différences notoires qu’il peut
exister d’un process à l’autre ou d’un chai à l’autre ou à
l’intérieur d’un même chai. Finalement et pour enfoncer
le clou, lors du dernier International Wine Challenge et
après dégustation de plus de 13.000 bouteilles, on note
que juste après les goûts de bouchon, les dérives
sensorielles sont liées à l’axe oxydo-réduction : sur
100% des défauts, plus de 50% sont dus à l’oxydation et
la réduction. Une partie de ces défauts est liée à la
qualité du bouchage (1).
L’ensemble de ces données a fait prendre conscience
aux techniciens du vin que contrôle et maîtrise de
l’oxygène sont les conditions sine qua none de la
garantie d’un produit stable en qualité et qui réponde à
un style désiré et non subi.
S’il y a bon nombre de travaux sur les teneurs en
oxygène contenues dans le vin durant son élaboration,
c’est moins le cas pour ce qui est du vin quand il est
dans un système dit clos : la bouteille.
Nous proposons dans cet article une revue qui fait la
critique des échanges de gaz au travers de l’obturateur.
Un aparté sera apporté pour les effervescents qui
compliquent un peu le système par leur contenu voisin
de 10g/L de gaz carbonique.
1 – Reprise d’oxygène lors des mises en bouteille :
Dans un schéma classique de mise en bouteille, les
teneurs en oxygène dissous dans le vin sont très
variables. Outre la quantité d’O2 présente dans le vin
avant la mise, les rentrées d’air dépendent
essentiellement de la conception de la chaîne. Les
mesures d’oxygène (effectuées après que le ciel gazeux
soit mis en équilibre avec le vin) peuvent montrer de
fortes disparités : les valeurs oscillent entre 1 et plus de
5 mg/l d’oxygène dissous s’il n’y a pas d’inertage. On
explique communément l’origine de ces dispersions par
la façon dont le vin est introduit dans la bouteille : une
méthode turbulente avec formation de mousse explique
les fortes reprises d’air, de même que les démarrages
de ligne ou les fins de mise (2,3). Bon nombre de sites
de vinification et d’embouteillage sont maintenant
équipés de boucheuses dites sous vide ou inertées (4).
Plus récemment, une technique de dropping à l’azote
liquide a vu le jour (5). L’azote liquide au contact du
verre permet son évaporation en quelques secondes et
la chasse de l’air (1 volume d’azote liquide correspond à
600 volumes d’azote gazeux).
Ces différentes méthodes permettent en général des
reprises d’oxygène dissous inférieures ou voisines de
0,5 mg/l.
II – Reprise d’oxygène lors du dégorgement
(méthode traditionnelle) :
En méthode traditionnelle, le gaz carbonique est un
élément à considérer au moment du dégorgement
(évacuation des lies, dosage et bouchage définitif). Lors
de cette étape, où le vin est en contact avec l’air, il a été
démontré que les entrées d’oxygène sont très
essentiellement conditionnées par la quantité de mousse
présente dans le col de la bouteille et son comportement
(6). En régime de fonctionnement correct, les étapes qui
précèdent le bouchage (dosage, mise à niveau, etc.)
sont négligeables au regard des reprises d’oxygène
dans le vin.
II.1. Comportement de l’air dans le col de la bouteille
Quand la mousse monte dans le col de la bouteille,
celle-ci se comporte comme un piston qui chasse l’air
qui y est contenu. A l’inverse, le collapse de la mousse
peut laisser place à des rentrées d’air, comme on le
montre sur la figure 1.
En d’autres termes, le moment qui sépare ces
comportements de mousse et le bouchage est primordial
sur la qualité organoleptique du vin à court ou moyen
terme. De ces constats, des outils d’inertage par jetting,
issus de l’industrie brassicole pour certains d’entre eux,
sont nés et actuellement à l’étude. Comme illustré sur la
figure 2, par injection d’un liquide à haute vélocité, ces
équipements permettent de diminuer les teneurs en
oxygène voire de les maîtriser en fonction de la hauteur
de mousse dans le col.
bouteille dans de l’eau saturée en air et en faisant
circuler tous les gaz à travers une solution saturée de
soude qui combine le gaz carbonique, on peut alors
quantifier par volumétrie tous les gaz autres que le CO2
présents dans le col. Ainsi et selon le fonctionnement
des chaînes de dégorgement (la présence de chocs sur
les convoyeurs par exemple), les arrêts-machines, les
rentrées d’air peuvent varier de quelques millilitres à
plus de dix millilitres (8).
A la connaissance du volume de gaz non-CO2 présent
dans les cols, il devient alors possible d’accéder à la
carbonatation réelle du vin.
En considérant par exemple une pression de 6 bars à
20°C et un volume de gaz non-CO2 de 15 ml, le volume
occupé par l’air dans la bouteille fermée est de 15/6, soit
2,5 ml. En connaissant le volume de la chambre de gaz
pour une bouteille bouchée (V•25ml), on obtient la
fraction d’air contenue dans le col : 2,5/V • 0,10. Les gaz
non CO2 exercent donc une pression de 6 x 0,1 • 0,6
bar. Ce qui fait que la pression due à la carbonatation
seule est de 6 – 0,6 = 5,4 bars. Le taux de carbonatation
peut alors être quantifié en reprenant les tables
d’Agabaliantz.
En d’autres termes, la mesure de la pression n’est pas
un bon indicateur de la carbonatation, elle ne peut pas
indiquer les reprises d’air et encore moins
l’hétérogénéité de celles-ci d’une bouteille à l’autre.
II.1. Quantité réelle d’oxygène introduit dans le col
La figure 3 montre une corrélation entre la hauteur de
creux présente dans le col et les teneurs en oxygène
dissous après mise en équilibre du vin avec l’espace de
tête (7).
Pour mesurer la quantité d’oxygène qui se dissout dans
le vin après bouchage, on utilise habituellement une
méthode polarographique qui est sans aucun doute une
des plus précises (9). Pour cela, on agite la bouteille, ce
qui permet de réaliser plus rapidement l’équilibre de
Henry de l’O2 dans la bouteille. Cet équilibre se réalise
dans un temps suffisamment court pour qu’on puisse
supposer que la masse d’O2 présente dans l’espace de
tête après bouchage reste constante (i.e., il n’y a pas
d’entrées d’ O2 à travers le bouchon, ni combinaison par
le vin). Les équations qui régissent cet équilibre sont les
suivantes :
C Ovin2 ‚ H Ovin2 POET
2
(1), avec
concentration en O2 dissous dans le vin ;
C Ovin2 ,
H Ovin2
la
: la
constante de Henry de l’O2 dans le vin (sa solubilité) et
POET
2
qui est la pression partielle de l’oxygène dans
l’espace de tête.
mOini2 ‚ mOvin2 ƒ mOET2
masse d’ O2 dissous dans le vin et
A la connaissance des variations de rentrées d’air qui
peuvent s’opérer avant bouchage, on peut se demander
si, pareillement, le gaz carbonique subit de plus ou
moins grandes hétérogénéités quantitatives.
Pour s’en assurer, une des mesures faciles à effectuer
est la mesure de la pression par la pose d’un
aphromètre. Celle-ci nous renseigne sur la pression
totale Pt = PCO2 +PN2 + PO2 mais cette méthode ne
peut préciser la part des différents gaz présents dans le
col de la bouteille. Pour connaître la pression
exclusivement due au gaz carbonique (et donc la
carbonatation du vin), il est nécessaire de connaître la
quantité d’air présente dans le col. La technique de
mesure des gaz non-CO2 utilisée par les brasseurs
permet d’accéder à ce résultat. En dégorgeant une
(2) où
ET
O2
m
mOvin2
est la
la masse d’O2
gazeux contenue dans l’espace de tête.
ET
O2
P
constante des
‚
nOET2 RT
gaz
température (en °K) et
tête.
V ET
(3)
parfait (8,31
V ET le
où
R est
J/K/mol),
la
T la
volume de l’espace de
L’équation (1) traduit l’équilibre de Henry à travers
l’interface vin/espace de tête, la deuxième équation
traduit la conservation de la masse d’O2 lors du
processus de mise à l’équilibre, et l’équation (3) est celle
des gaz parfaits appliquée à l’oxygène gazeux dans
l’espace de tête.
En combinant ces trois équations, on aboutit au rapport
suivant, à l’équilibre :
mOET2
mOvin2
V ET
‚ vin vin
V H O2 RT
Si l’on considère un volume d‘espace de tête VET de
25ml pour une bouteille de méthode traditionnelle,
correspondant à un volume de vin V vin d’environ 750 ml,
on arrive au calcul suivant (pour une mise à l’équilibre et
une mesure de la teneur en oxygène dissous à 20°C) :
H Ovin2 … 40 mg/l/bar ‚
40
„ 1000
32000
‚ 1,25 moles/m 3 /bar ‚ 1,25 „ 10 †5 moles/m 3 /Pa
m OET2
m Ovin2
25
V ET
‚ vin vin
…
„
V H O 2 RT 750
1, 25 „ 10
†5
1
… 1, 09
„ 8 , 31 „ 293
Ce qui signifie qu’il y a autant d’oxygène encore
disponible dans l’espace de tête que d’O2 dissous dans
le vin après mise à l’équilibre. Pour mesurer l’oxygène
dans l’espace de tête, diverses méthodes utilisant des
techniques polarographiques ou de chromatographie en
phase gazeuse sont proposées (9, 10), mais si on ne
peut accéder à la mesure de l’oxygène gazeux, il est
important de considérer le volume de l’espace de tête.
Le négliger peut être une source d’erreur importante,
surtout si le creux dans le col est important. Dans notre
exemple, si la teneur en oxygène dissous est de 1,0
mg/l, le vin combinera en fait et dans le temps plus de 2
mg/l. Pour la majorité des vins tranquilles bouchés liège,
les volumes d’espace de tête, voisins de 5 ml, font que
la quantité d’oxygène ramenée par l’espace de tête
après mise à l’équilibre reste minime :
cela peut être le cas pour des vins blancs sensibles.
contraintes que s’imposent l’œnologue vis-à-vis
l’oxygène sont récentes et viennent s’additionner
contraintes basiques comme la parfaite étanchéité
liquides et la non-contamination des vins par
chloroanisoles.
Les
de
aux
aux
les
En Champagne, les capsules de tirage ont un rôle
fondamental sur le vieillissement des vins en cave après
prise de mousse. Le travail du C.I.V.C. a permis
d’éclairer les élaborateurs sur la sélection des capsules
de tirage. On trouve actuellement sur le marché un large
choix de capsules dont la perméabilité est contrôlée par
le joint synthétique (15). On obtient ainsi des
perméabilités au CO2 qui s’étalent de 0,085 ml/jour à 0,8
ml/j (ce qui correspond à des entrées d’oxygène entre
0,4 et 1,7mg/l/an). On peut alors choisir la capsule en
relation avec la qualité du vin que l’on souhaite obtenir
après vieillissement : une capsule dite perméable
permettra d’obtenir un vin plus ouvert qu’une capsule
dite non-perméable que les élaborateurs préféreront
pour les cuvées vouées à un plus long vieillissement.
Ainsi le style du vin peut être orienté par un choix
judicieux de l’obturateur.
Pour clore ce paragraphe, il est important de rappeler
que les capsules ne sont sans doute pas les seules
responsables de l’hétérogénéité que l’on peut noter
d’une bouteille à l’autre. Il est facile d’imaginer que les
tolérances des objets tels que le col de la bouteille ou le
réglage des têtes des capsuleuses doivent avoir un
impact non négligeable sur le résultat final.
III – Bouchage et échanges gazeux
Comme pour la capsule et le bouchon final en méthode
traditionnelle, le bouchage des vins tranquilles est une
étape essentielle. Dans la pratique, la pose du bouchon
passe par une phase de compression de ce dernier qui
peut atteindre un facteur de 2. Par cette compression,
une partie de l’air est chassée avant la pose du
bouchon. Cette chasse d’air est fonction de la
compression du bouchon et des propriétés intrinsèques
de celui-ci (16, 17, 18). Il faut rappeler à ce titre qu’un
bouchon de 3 grammes contient plus de 15 ml d’air.
Au moment de la pose, il y a compression des gaz
situés dans le col et le bouchon est cependant toujours
capable de laisser diffuser du gaz dans le temps selon
son taux de compression et ses propriétés à relarguer
l’air dans le temps (effet d’inertie dû à l’effet barrière des
cellules du liège qui constituent un obstacle diffusionnel
à l’air contenue dans le bouchon - figure 4) (16).
Le bouchage est une étape déterminante, car le bon
choix des outils détermine la conservation du produit et
la qualité du vin quand le consommateur ouvrira la
bouteille. Le plus à craindre reste sans doute
l’hétérogénéité que l’on observe d’une bouteille à l’autre
et qui peut être due à la variation de certaines
caractéristiques des bouchons. Les travaux de
Chatonnet et Labadie (11, 12) détaillent ces
caractéristiques : l’examen visuel et la mesure de divers
critères (pression d’étanchéité au gaz, mesure de
l’adsorption de liquide, de l’angle de contact, …) sont
autant d’éléments qui permettent de quantifier la qualité
des bouchons et l’hétérogénéité des lots quand un
nombre suffisant d’analyse est effectué. Dans la
pratique, c’est souvent les essais de bouchage et de
dégustation qui restent déterminants dans le choix de
l’œnologue. Ces auteurs et d’autres (13, 14) soulignent
l’importance de la capacité de divers type de bouchons à
laisser diffuser l’oxygène et à provoquer à plus ou moins
long terme une oxydation prématurée des vins, comme
Les mesures de perméabilité à l’oxygène restent les plus
pertinentes puisqu’elles rendent compte dire ctement de
la perméabilité du bouchage lorsqu’il est posé sur la
bouteille. Les récents travaux menés pas Lopes et al.
(17) montrent que sur 20 mois, les entrées en oxygène
oscillent entre 1,5 mg/l et près de 10mg/l (Tableau 1).
Ces entrées d’O2 ne sont pas homogènes dans le
(
mOET2
mOvin2
= 0,21).
Ce n’est plus le cas pour les bouteilles des vins
effervescents ou celles munies d’obturateurs à vis.
temps. Le premier mois après la pose, les cinétiques
sont supérieures pour tous les types de bouchage, ce
qui peut être expliqué - au moins en partie - par le
relargage de l’air résiduel présent dans le bouchon.
Passé ce phénomène, l’entrée d’oxygène s’effectue par
diffusion pure, mais que ce soit les premiers jours
suivant la pose ou après un an, les entrées d’air sont
fonction des propriétés physiques du bouchon.
¦ Tableau 1 : Quantités moyennes d’oxygène
diffusé selon divers types d’obturateurs après 20
mois d’obturation.
Type de bouchage
synthétique
Liège naturel
Capsule à vis - 2
Liège technique
Capsule à vis - 1
Entrée d’oxygène sur
20 mois
• 9 mg/l
3,5 à 4,5 mg/l
• 4 mg/l
• 1,5 mg/l
• 1,5 mg/l
d’après P. Lopes et al. (2005)
L’évolution de la teneur en SO2 total dans le temps ou
les indices de couleur restent des critères pertinents à
mettre en œuvre pour rendre compte de l’évolution du
vin selon le type de bouchon. Même si certains résultats
diffèrent, il est en général reconnu (10, 11, 13, 17, 19,
20) que les bouchons synthétiques montrent une
tendance à oxyder les vins de manière plus nette que
les bouchons traditionnels, même si pour ces derniers,
une hétérogénéité existe du fait de la composition
naturelle du bouchon liège. Dans le même sens, les vins
bouchés avec des obturateurs peu perméables à
l’oxygène révèlent une tendance à un accroissement de
la teneur en sulfure de diméthyle, dont la présence en
plus forte quantité traduit un état réduit (21).
Cette influence du bouchage n’est pas si étonnante si
l’on considère l’effet cumulatif de l’oxygène. L’effet
bouchage proprement dit n’est parfois que la goutte qui
fait déborder le vase. Les bouchons - par nature
hétérogène – ainsi que l’opération de bouchage ellemême - s’il n’y a pas maîtrise des gaz contenus dans le
col ou lors de la mise – contribuent à expliquer pourquoi
d’une bouteille à l’autre au sein d’un même lot, des
notes oxydatives puissent apparaître quelques mois
après bouchage.
Le contrôle de l’oxygène en cuverie est une nécessité
pour prévenir toute dérive oxydative du produit, mais
aussi pour éviter de créer de l’hétérogénéité dans les
futures bouteilles. En effet, si des reprises d’air trop
importantes ont eu lieu durant l’élaboration du vin dans
le chai (sans pour autant observer une dérive
organoleptique notable), après mise en bouteille et
bouchage, l’hétérogénéité globale de cette opération
risque de créer des dérives organoleptiques sur
certaines bouteilles au sein du même lot. Le principe de
cette hypothèse est décrit sur la figure 5. Somme toute,
la gestion des gaz et de l’oxygène est un travail
quotidien qui doit occuper l’œnologue dès les premiers
instants de la vinification.
5
IV – En somme, quelle est l’importance de la reprise
d’oxygène pour un vin en bouteille sur la qualité de
celui-ci ?
Quand on constate les quantités d’oxygène reprises
post-bouchage (en moyenne une dizaine de
microgramme/jour), on peut penser que celle-ci est
négligeable par rapport aux diverses reprises d’air qu’a
pu subir le vin au cours de son élaboration. On sait en
effet qu’une simple stabilisation tartrique ou une filtration
peut permettre, en une étape, de reprendre 2 à 5 mg/l
d’O2 (22) et que l’ensemble des opérations vinicoles
montrent des reprises d’air souvent supérieures à plus
de 10 mg/l (22, 23, 24). Les ordres d’échelles sont très
différentes entre les reprises d’air en cuverie (on parle
en milligramme/litre) et celles en bouteille (on parle en
microgramme/litre). Or, force est de constater que des
dérives organoleptiques de type oxydatives sont parfois
notées après quelques semaines de bouchage et sont,
sans aucun doute, à imputer au bouchage et, sans
négliger comme le soulignent Vidal et Moutounet, au
volume d’air piégé dans le col de la bouteille ou dans le
vin lors du conditionnement (25, 26, 27).
Les quantités d’oxygène nécessaire au vin pour obtenir
un optimal qualitatif au regard des attentes du client
restent du domaine de l’inconnu et les modèles
mathématiques qui permettront de connaître la quantité
d’oxygène en fonction de la vendange, du process utilisé
et des attentes du client ne seront pas créés demain.
Néanmoins, il faut admettre que l’élevage du vin ne peut
plus être dissocié de l’opération de conditionnement et
bouchage.
Comme le soulignent Lopes et al. (28), le mécanisme
exact de diffusion de l’oxygène dans le vin reste encore
méconnu. Nous tenterons dans le prochain article de
mettre en équation l’ensemble des phénomènes qui
participent à l’entrée de l’oxygène dans le vin quand
celui-ci est en bouteille.