Le vin est une boisson résultant de la fermentation du raisin frais (avec ou sans rafle) ou du jus de raisin frais.
Par fermentation, on entend fermentation alcoolique (transformation du sucre en alcool éthylique) suivie de la fermentation malolactique (transformation de l'acide malique contenu dans le moût en acide lactique et en acide carbonique). Cette deuxième fermentation, de nature purement biologique, se produit sous l'action de certains micro-organismes et est une désacidification permettant l'assouplissement et l'affinement du vin à tous les points de vue. Un vin terminé se compose de trois éléments : alcool, eau et d'extrait sec qui est ensemble des matières solides constitutives d'un vin.
La fermentation alcoolique du vin se déroule dans une cuve.C'est une sorte de combustion dégageant du gaz carbonique de manière intense. C'est une phase essentielle dans la naissance d'un vin : le sucre naturel du raisin, sous l'action des levures de fermentation (présentent naturellement dans le moût ou ajoutées par le vigneron) va se transformer progressivement en alcool, en gaz carbonique... et en chaleur.
Son équation chimique est :
C6H12O6 |
>
|
2 C2H5OH
|
+
|
2 CO2
|
+ |
Q
|
1 molécule de sucre |
>
|
2 molécules d'alcool éthylique
|
+
|
2 molécules de gaz carbonique
|
+ |
chaleur
|
180 g |
>
|
2 x 46 = 92 g
|
+
|
2 x 44 = 88 g
|
+ |
33 kcal
|
Cette réaction est exothermique (libère de l'énergie) et produit un volume important de gaz carbonique (44.8 litres), ce qui explique :
-le bouillonnement qui se produit dans le moût en fermentation
-l'augmentation de la température de la cuve,
- la nécessité de ventiler les cuves et les caves afin d'éviter les risques d'asphyxie dus au CO2 et de prévoir des dispositifs de réfrigération pour maintenir la température des cuves.
Cinq semaines sont nécessaires pour que le sucre des raisins se transforme en alcool. Pour éviter qu'il y est un oxydation de la matière première, le vinificateur doit agir sur la température du milieu afin qu'il y est un départ rapide de fermentation.
En effet, la température de la cuve doit se situer entre 25 et 28 °C. A la température du raisin encuvé, s'ajoute la température de fermentation alcoolique du moût. On a calculé que pour une production de 3° d'alcool, la température s'élève de 7 °C. Au bout de trois jours, l'élévation serait de plus de 20 °C s'il n'y avait pas de perte de chaleur. Compte tenu de l'étalement dans le temps de la fermentation, du dégagement gazeux et de la dispersion thermique, l'élévation de température n'est pas aussi importante que pourrait le laisser craindre cette théorie. Néanmoins, il faut faire attention à ce que la température critique de 32 °C ne soit pas dépassée car alors, les levures seraient détruites et des arrêts de fermentation, des accidents microbiens tels que la piqûre lactique ou acétique seraient possibles.
On peut également, par suite d'effets climatiques indésirables, obtenir des températures de fermentation trop basses et donc une fermentation trop lente. L'opération d'éraflage provoque une élévation de température pouvant atteindre 5 °C. La température critique (32 °C) peut donc être atteinte alors qu'elle ne l'est pas pour une même vendange non éraflée.
Il est donc essentiel que le vinificateur suive de près la fermentation et procède régulièrement (deux fois par jour) à la mesure simultanée de la température et de la densité du contenu de la cuve.
Le viticulteur s'assure de la transformation des sucres par un calcul de densité (appareil de mesure = mustimètre) . La densité est le rapport entre la masse d'un corps et celle d'un même volume d'eau . Un liquide sucré tel que le moût est plus lourd que l'eau, il a donc une densité plus élevée.
Le travail des levures est de faire disparaître peu à peu le sucre (transformé en alcool, de densité inférieure à celle de l'eau). La densité du moût diminue donc progressivement jusqu'à atteindre un chiffre entre 0.993 et 0.995 à la fin de la fermentation.
Le pH, abréviation de potentiel hydrogène,est une mesure,c'est la teneur en ions hydrogène sur une échelle de 0 à 14 . Entre 0 et 7 , on dit que le pH est acide . Lorsque le pH est à 7 , on dit qu'il est neutre . Entre 7 et 14 , il est dit basique . Il est possible de mesurer le pH à l'aide de papier pH, voici les différentes couleurs qui servent à déterminer l'acidité,la neutralité ou le caractère basique d'une solution.
Observation : Nous pouvons voir de nouveau une incohérence au niveau de deux courbes : celle de 10 degré et celle de la glace car logiquement la courbe représentant une fermentation dans un milieu à 0 degré devrait être en dessous de celle à 10 degré. Ce graphe nous montre une condition optimale de température à 40 degré.
Analyse des courbes :
- glace : la courbe représentant l'évolution de l'éthanol pour une température de 0 degré est constante durant toute la fermentation. Son taux d'éthanol est inférieur à 1g/L .
-10 degré : la courbe représentant l'évolution de l'éthanol pour une température de 10 degré est également constante mais surtout nulle. Il n'y a pas d'éthanol produit.
-30 degré : de 0 à 5 minutes , le taux d'éthanol produit est constant et inférieur à 1g/L. A l'ajout du glucose, la courbe augmente rapidement jusqu'à 6g/L d'éthanol en dix minutes. Ensuite, la courbe forme un plateau et le taux d'éthanol produit se stabilise à 6g/L durant les trois dernières minutes.
-40degré : tout comme les courbes de la glace et de 30 degré, la courbe représentatrice de l'évolution d'éthanol au cours de la fermentation est tout d'abord constante et inférieure à 1g/L d'éthanol. Ensuite le taux d'éthanol augmente subitement et rapidement jusqu'à 7g/L à 15 minutes. Puis le taux d'éthanol continue d'augmenter mais de manière moins rapide. Il atteint les 7.5g/L .
Conclusion : La condition optimale de température de notre fermentation est 40 degré. Cela est plus élevé que les données trouvées dans nos recherches ; on peut expliquer cette différence par le réglage de la sonde à éthanol pas toujours précis et par la température de l’eau mise dans le bio réacteur qui ne peut rester la même durant 20 minutes. On peut donc dire que la condition optimale de température est au alentours de 30 degré faute de pouvoir garder une température élevée à 40 degré tout au long de notre fermentation. De plus, nos recherches nous ont permis de mettre en parallèle nos résultats trouvés expérimentalement avec les conditions optimales de fermentation des vins. Elle est de 28-30 degré pour les rouges et un peu moins élevé pour les blancs : 20-22 degré. Nos résultats sont donc à peu près en accords avec la fermentation alcoolique des vins.
La température est donc un facteur qui influe sur le déroulement d'une bonne fermentation. Durant la fermentation, il y a dégagement de chaleur, on dit que c'est une réaction exothermique. C'est pourquoi, la température doit donc être réguler et contrôler durant la fermentation .En effet ,la fermentation est immédiate lorsque la température est supérieure à 15 degré .En revanche, une température trop élevée peut arrêter une fermentation , pour cela il existe des appareils de refroidissement par ruissellement (on fait circuler le moût dans des tuyaux sur lesquels ruisselle de l'eau froide) ou des échangeurs de température à drapeaux (il s'agit de deux tôles juxtaposées formant une canalisation dans laquelle on fait circuler de l'eau froide, et que l'on plonge dans la cuve).Les cuves en inox possèdent souvent un système de double paroi qui permet la circulation d'eau .Au contraire, à une température trop faible, la fermentation alcoolique risque de ne pas démarrer. Pour éviter cela on utilise les mêmes appareils servants à diminuer la température sauf qu’au lieu de mettre de l’eau froide, on met de l’eau chaude. Des cannes chauffantes sont également utilisées.
]]>
Ces expériences nous ayant permis de trouver le taux de glucose nécessaire pour faire une fermentation alcoolique , nous avons pu faire varier d’autres facteurs .Celui qui nous a paru comme déterminant après le glucose était la température .En effet , suivant les températures, nous avons pu constater différents taux d’éthanol produits . Comme pour le glucose, nous avons réalisés plusieurs expériences que nous avons regroupées sur un même graphique. Au départ, nous avions réalisés une fermentation durant 20 minutes sur chaque température et activer les sondes seulement à la fin de ces fermentations. Mais cela ne représenté en aucun cas l’évolution de l’éthanol en fonction du temps, nous avons donc recommencer ces expériences.
Observation : analyse des courbes : - 5g pour 125mL : la courbe montre un taux d'éthanol nul pendant les dix premières minutes, la courbe augmente seulement de 0.5g/L d'éthanol dans les dix dernières minutes. Lorsque l'on met peu de glucose, l'éthanol produit est donc très faible.
- 2.5g pour 125mL : de O à 5 minutes, la courbe est constante et nulle. Le glucose n'a pas encore été ajouté à la solution. Lorsqu'il est inséré à l'aide d'une seringue dans la solution de levure, on peut constater que la courbe augmente considérablement : de 5 à 13 minutes, le taux d'éthanol augmente de 2,5 g/L. On a ensuite une pente presque constante pendant 7minutes avec une très faible augmentation d'éthanol. Au bout de 20 minutes, le taux d'éthanol est de 3g/L.
-8g pour 125 mL : de 0 à 5 minutes, la courbe nous montre un taux d'éthanol largement inférieur à 1g/L. A l'ajout de glucose,c'est-à-dire à 5 minutes, la courbe augmente considérablement jusqu'à 15 minutes pour un taux d'éthanol élevé à 6.5g/L. Les cinq dernières minutes,la courbe est constante : le taux d'éthanol s'est stabilisé à 6.5g/L.
Nous pouvons voir une erreur dans nos expériences et une certaine imprécision puisque celles-ci sont réalisées dans des laboratoires avec des sondes pas toujours parfaitement réglées. Ce graphe nous montre donc une contradiction entre la courbe représentant l’évolution d’éthanol pour 2.5g de glucose pour 125ml d’eau distillée et la courbe représentant l’évolution d’éthanol pour 5g de glucose pour 125ml d’eau distillée. Logiquement les courbes seraient inversées. En tous les cas, nos expériences nous permettre de constater que plus l’on ajoute du glucose dans la solution de levure, plus le taux d’éthanol produit est élevé.
Conclusion : Ce graphe nous permet donc de confirmer que le glucose est le moteur de la fermentation. Sans lui, il n’y a pas d’éthanol formé. De plus, nous avons réalisé une autre expérience avec un taux de glucose supérieur à 8g pour 125 ml qui nous a donné une courbe similaire à celle de 8g pour 125 ml. Cela signifie qu’au delà d’une certaine quantité de glucose, le taux d’éthanol n’augmente plus .Nous pouvons donc dire que 8g de glucose pour 125mL d’eau distillée est la condition optimale de notre fermentation alcoolique .D’après les TP de fermentation de levures de notre lycée La Bruyère, la fermentation est réalisée à 5g pour 125 mL de solution. Nous avons donc préférer réaliser les expériences suivants ces valeurs à cause de l’imprécision de notre matériel expérimental.
Le facteur qui nous a paru le plus important était le glucose puisque nous nous demandions si en l’absence de glucose donc de sucre, une production d’éthanol était possible .Pour cela, nous avons donc laisser fermenter une solution de levure sans glucose. Comme prévu, au bout de vingt minutes, le taux d’éthanol produit était nul. Nous en avons donc déduit que le glucose joue un rôle essentiel dans la fermentation, il en est même le moteur. De plus, nous avons fait varier différentes quantités de glucose afin de savoir quelle dose de glucose mettre pour une fermentation optimale et pouvoir ensuite faire varier d’autres facteurs .Nous avons donc pratiquer une dilution sur une solution de glucose. Voici les graphes obtenus suivant trois solutions de glucose différentes.