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La science du comptoir [Part 2] : Pastis, Guinness et rhum

Jérôme Malot — Sat, 09 May 2015 15:36:50 +0000

La semaine dernière, je vous avais laissé avec une flûte de champagne [pour ceux qui ont loupé la partie 1 de la science du comptoir c’est ici], je vous retrouve aujourd’hui avec un peu de rhum, une pinte de Guinness et un verre de pastis avec en Bonus Track & DVD : une petite expérience pour frimer à l’apéro.

Sans plus attendre donc, retrouvons ce que vos verres d’alcool peuvent encore contenir de plus étonnant.

Pastis – une histoire de couleur

Pastis ou Ricard? voilà un sujet clivant s’il en est… loin devant ces bisbilles chastes sur la religion ou l’interdiction de la GPA. Mais que les aficionados du consensus se rassurent, aujourd’hui nous n’allons pas parler goût mais couleur.
Plus exactement, nous allons voir comment en ajoutant un liquide transparent (l’eau) à un autre liquide transparent (le Pastis), nous obtenons toujours un liquide blanc et opaque. Cette opération consistant à troubler un alcool avec de l’eau s’appelle le louchissement (‘fallait au moins inventer un mot pour ça!), on le retrouve également avec l’absinthe ou le ouzo.

Explication du phénomène

Pour comprendre ce phénomène très simple, il faut commencer par regarder ce que contient votre verre:

Alcool pure (éthanol) : ~ 45%
Eau distillée: ~ 54%
Huiles essentielles de plantes (dont l’anéthol qui donne son gout anisé à la boisson): ~ 1%

Et ce qui va justement nous intéresser, ce sont ces huiles. Car si l’huile n’est pas soluble dans l’eau (gros gros scoop!), en revanche elle l’est dans l’alcool (et votre nez nous en remercie car c’est grâce à ça que l’on créé des parfums). Du coup, dans un mélange contenant 45% d’éthanol, ces huiles essentielles acceptent de se dissoudre intégralement. Notez bien que les huiles présentes dans le Pastis ou le Ricard pur sont complètement transparentes, en fait la couleur légèrement ambrée du Pastis pur est donnée par une faible quantité de colorant (souvent du caramel).
Lorsque vous allongez votre Pastis avec de l’eau, ces huiles essentielles ne sont plus solubles dans ce nouveau liquide contenant trop d’eau pour elles. Les molécules se rassemblent alors sous forme de micelles. On obtient alors des micro-gouttelettes d’huiles au milieu de l’eau et de l’alcool, ce qui donne à votre boisson cet aspect laiteux.

figure 1 – émulsion instable dans un Pastis allongé

Pour vous en convaincre, faites donc l’expérience, versez de la vodka à la place de l’eau. Le pastis allongé ne se troublera pas et gardera bien sa transparence originelle.

Ok mais pourquoi cet aspect blanc lait? l’huile, c’est pas blanc que je sache…

C’est pas faux. Mais si le Pastis allongé est blanc, il l’est au même motif que le lait, le brouillard ou les nuages : grâce la diffusion de Mie.
La diffusion de la lumière est une propriété propre aux fines particules de matière leur permettant de disperser la lumière reçue dans toutes les directions et ce sans perte d’énergie.
Les gouttelettes d’huile contenues dans notre pastis allongé sont à peine plus grandes que la longueur d’onde de la lumière visible (de l’ordre du micromètre). Dans cette configuration, les gouttelettes dispersent toutes les longueurs d’onde dans toutes les directions et produisent donc cette lumière blanche caractéristique du lait (qui également une émulsion de corps gras dans l’eau). Ce phénomène s’appelle la diffusion de Mie.

Le saviez-vous?

Il existe un autre phénomène de diffusion qui apparaît lorsque les particules de matière sont cette fois petites devant la longueur d’onde de la lumière. Ce phénomène s’appelle la diffusion de Rayleigh et, contrairement à la diffusion de Mie (qui ne privilégie pas de longueur d’onde particulière), la lumière diffusée à cette fois une intensité d’autant plus grande que la longueur d’onde du rayon incident est petite (c’est une loi en 1/λ⁴).
Les couleurs avec une longueur d’onde faible auront donc tendance à être plus diffusées.

figure 2 – spectre de la lumière visible

Et si vous diluez bien votre pastis afin de ne laisser que très peu d’huile dans le mélange, vous pourrez observer cette diffusion de Rayleigh.

figure 3 – diffusion de Rayleigh dans un pastis très allongé

Votre verre prend alors une teinte bleutée lorsque vous l’éclairez. Et vous savez quoi? c’est exactement par ce même phénomène que le ciel nous apparaît bleu (mais on en reparlera une prochaine fois…).
Incroyable, tout ce qu’un verre de Pastis peut nous apprendre non?

Bonus Track & DVD – Une petite expérience pour l’apéro

Si vous voulez frimer à l’apéro, dîtes à vos amis que vous pouvez faire revenir leur Pastis à l’état transparent, le tout sans ajouter d’eau.
Pour cela, ajoutez un peu de liquide vaisselle dans le Pastis et laissez la magie opérer.

Que se passe-t-il?
Votre liquide vaisselle est un tensioactif, capable de transformer une émulsion instable en mélange homogène. Ces molécules étant à la fois solubles dans l’eau (molécule polaire) et dans l’huile (molécule apolaire) votre liquide vaisselle vous permet notamment de rendre le gras de votre assiette soluble dans l’eau de votre évier.
C’est d’ailleurs pour cela que l’on rajoute de la moutarde à la vinaigrette ou la mayonnaise. La moutarde contient des phospholipides qui sont des tensioactifs naturels capables de vous aider à homogénéiser l’émulsion huile-vinaigre

Guinness – encore une histoire de bulles

On savait déjà les irlandais peu enclins au conformisme. C’est vrai, ils n’utilisent pas le système métrique, roulent à gauche et ne se servent même pas de leurs mains pour marquer des buts.
Et bien, leur bière n’échappe pas à la règle. Alors que les bulles de toutes les bières semblent monter dans le verre, la Guinness, quant à elle, produit des bulles qui préfèrent descendre au fond du verre.

figure 4 – effet cascade Guinness

Ce phénomène, baptisé sobrement ‘effet cascade Guinness’, n’a d’abord longtemps qu’animé les débats de comptoir, mais en 2012 un groupe de scientifiques irlandais prennent le sujet en main et rédigent un papier de 5 pages sur le sujet [ici].
En résumé ce phénomène s’explique en deux points:

Les bulles d’azote : Contrairement à la plupart des bières contenant pour seul gaz du dioxyde de carbone (CO2). La Guinness, contient quant à elle, du CO2 ET de l’azote. Or l’azote forme de plus petites bulles que le CO2, ces dernières sont donc moins soumises à la poussée d’Archimède. La poussée d’Archimède, c’est cette force qui tend à faire monter nos bulles et qui est d’autant plus importante que le volume de la bulle est important.
La forme du verre : Eh oui vous ne pourrez pas observer la cascade Guinness dans n’importe quel verre. Les chercheurs ont analysé les flux de bières dans deux formes de verre: la pinte Guinness et la pinte inversée. Et si la pinte permet d’observer un flux descendant de liquide sur les parois du verre (cascade Guinness), l’anti-pinte, elle, ne permet pas d’observer ce phénomène.

figure 5 – flux de Guinness dans une pinte et une ‘anti-pinte’. L’échelle de couleur représente la fraction volumique liquide/gaz

La question à 1000 livres: pourquoi ces flux convectifs varient-ils donc d’une forme de verre à l’autre?

Et bien tout d’abord, il faut comprendre que le mouvement de liquide dans un verre est la conséquence de la force de traînée produite par les bulles qui remontent.
Les cyclistes connaissent bien cette force provoquée par un objet en mouvement dans un fluide lorsqu’ils choisissent de se mettre juste derrière un autre vélo pour bénéficier de cette traînée.
En d’autres termes, lorsqu’une bulle se déplace, elle va avoir tendance à entraîner du liquide avec elle.
Ensuite, il faut comprendre que dans un verre évasé (comme dans une pinte), les bulles seront moins présentes près des parois du verre. Ce phénomène s’appelle l’effet Boycott, du nom du biologiste qui a découvert en 1920 ce phénomène assez intuitif en étudiant la sédimentation des globules rouges dans une éprouvette.

figure 6 – illustration de l’effet Boycott

Les bulles étant ainsi moins nombreuses sur les parois, la force de traînée dirigée vers le haut sera plus importante au centre du verre. Le liquide aura donc tendance à remonter au centre du verre puis ‘par aspiration’ à descendre le long des parois.

Rhum – une histoire d’odeur

Si on vous demande en soirée quel est votre alcool préféré, voici une réponse qui vous permettra de cabotiner un peu.
Sachez que si vous aimez le rhum, vous partagez sans doute ça avec le tout puissant. En effet, voilà quelques années que les scientifiques étudient la composition chimique de notre galaxie, et notamment celle de la nébuleuse d’Orion qui a la particularité d’être relativement proche et facile à observer (on peut d’ailleurs l’observer avec une bonne paire de jumelles).
Or les études spectroscopiques menées ont permis de mettre en évidence la présence de molécules organiques dans notre univers dont le fameux formiate d’éthyle connu pour donner son odeur caractéristique au rhum.
Enfin, parmi la centaine de molécules organiques détectées à ce jour ne figure toutefois pas encore la molécule de Carvone (confiant son odeur à la menthe).
Donc si notre galaxie a manifestement l’odeur du rhum, elle ne baigne malheureusement pas dans les effluves d’un mojito céleste…

figure 7 – Nébuleuse d’Orion vue par le télescope spatial Hubble

Références:
Pour le Pastis:
http://www.uzeb.com/temp/emulsion.pdf
http://wiki.scienceamusante.net/index.php?title=Trouble_et_d%C3%A9trouble_du_Pastis
http://www2.ac-toulouse.fr/ai-gers/ENSS/spip.php?article187
https://sciencetonnante.wordpress.com/2012/07/09/la-physico-chimie-du-pastis/
Les phospholipides:
https://sites.google.com/site/tensioactifststan/les-tension-actifs-et-la-biologie/biologie-et-tensioactif
Pour la diffusion de la lumière:
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doschim/decouv/couleurs/loupe_diff_lumiere.html
http://vercors-net.com/dossiers/sciences/couleurs.html
Pour la Guinness:
http://arxiv.org/pdf/1205.5233v1.pdf
Pour le rhum:
https://sciencepourtous.wordpress.com/2012/01/13/lunivers-aurait-un-gout-de-framboise-et-une-odeur-de-rhum/
https://sciencepourtous.wordpress.com/category/general/
Autres articles sur la science et l’alcool:
Whisky et essais nucléaires anglais:
http://sciences.blog.lemonde.fr/2009/05/05/les-essais-nucleaires-aident-a-dater-le-whisky/
Absynthe et le mystère de l’altération de l’esprit
http://www.livescience.com/2504-absinthe-mind-altering-mystery-solved.html

Sources photos:
Flux Guinness:
http://arxiv.org/pdf/1205.5233v1.pdf
La nébuleuse d’Orion:
http://fr.wikipedia.org/wiki/N%C3%A9buleuse_d%27Orio
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La science du comptoir [Partie 1 : vodka et champagne]

Jérôme Malot — Fri, 01 May 2015 15:08:16 +0000

Comment parler de sciences sans s’attarder un instant sur ce magnifique terrain d’expériences qu’est le comptoir, ou le zinc comme disent les initiés. D’autant qu’en matière de boisson, les scientifiques n’en sont pas en reste.
J’en tiens pour exemples ces messieurs Wolfgang Pauli, physicien théoricien, qui sombra définitivement dans l’alcoolisme quand sa femme le quitta pour un chimiste;
ou encore l’illustre Georges Gamow (russe) qui, juste avant de mourir (d’une cirrhose), déclara, sans un regret, « finalement, c’est mon foie qui paie l’addition ».
Pour l’anecdote, le deuxième luron, ivre à longueur de journées, était un fieffé farceur qui écrivit dans un article publié dans ‘Nature’ que la force de Coriolis affectait probablement les vaches qui semblaient mâcher dans un sens de rotation différent dans les hémisphères nord et sud.
Alors avant de casser les glaçons, je vous propose de faire un petit détour par ce que vos verres ont de plus curieux.

Vodka – une histoire de goût

Pas besoin d’être un chimiste établi pour savoir qu’au pays des alcools forts, la vodka fait consensus. Sans odeur, sans goût, la petite eau (traduction littérale de vodka) se marie avec à peu près tout.
Et c’est bien normal, puisque toutes les vodkas sont composées exclusivement d’un mélange

Ethanol (Alcool pur) : 40%
Eau distillée : 60%

Je vois déjà les amateurs de Grey Goose ou de Beluga faire la moue, jurant que toutes les vodkas ne se valent pas… Et c’est bien ce qui a intrigué un groupe de chercheurs russes et américains qui se sont mis en tête de trouver ce qui pouvait motiver la préférence de certains consommateurs pour une marque plutôt qu’une autre.
Pour cela, les chercheurs se sont intéressés aux travaux d’un certain Dmitri Mendeleïev (oui, oui celui du tableau périodique).
Souvent reconnu pour son travail sur la classification des éléments, le professeur Mendeleïev n’en était pas moins un homme aux multiples facettes, un genre de couteau suisse humain à la fois inventeur, poète, maroquinier, aéronautes, … Au tableau (oh oh) de ces nombreux exploits, on lui attribue souvent l’invention de la vodka.
C’est en effet au cours de sa thèse que Mendeleïev s’est aperçu que des composés (des genres de grappes de molécules) appelés « hydrates d’éthanol » se formaient dans des solutions contenant 40% d’éthanol et 60% d’eau.

Pour l’anecdote, les travaux de Mendeleïev l’amenèrent à déterminer le titrage optimal de la vodka à 38% d’alcool, cependant pour des raisons de taxes (calculées en fonction de la teneur d’alcool du breuvage), l’empereur Alexandre III arrondit ce titrage à 40% pour (soit disant) faciliter la tache de l’administration fiscale russe.

L’étude des chercheurs [disponible ici] semble indiquer que la proportion de ce composé « hydrate d’éthanol » varie d’une marque à l’autre et pourrait bien être responsable des nuances de goût ressenties par certains consommateurs (sans dire s’il en faut beaucoup ou au contraire s’il en faut moins).
Ci-dessous, une répartition des marques de vodka étudiées en fonction de la proportion d' »hydrate d’éthanol » relevée (les marques les plus en bas sont celles contenant le plus ce composé et donc s’éloignant le plus d’un mélange pur éthanol/eau).

figure 1 – répartition des marques de vodka en fonction d’un paramètre SP caractérisant la teneur en hydrate E 3(5.3)H2O

Au vu des marques citées, j’aurais donc tendance à penser que plus une vodka se rapproche d’un mélange éthanol-eau pur, plus elle est bonne…
Enfin, malheureusement, l’étude n’identifie pas clairement pourquoi la proportion de ces hydrates varie d’une marque à l’autre même si elle suggère que la présence d' »impuretés » pourrait altérer les proportions observées.
Le mystère du goût de la vodka n’est donc pas encore complètement élucidé.
Les lecteurs attentifs et soupçonneux noteront que la marque OVAL semble avoir eu un rôle actif dans la réalisation de cette étude à en croire les remerciements de dernière page.

Champagne – une histoire de bulles

Alors là, attention. On touche au patrimoine français. Alors qu’on se le dise haut et fort, comprendre et transmettre ce qui va suivre relève de l’acte citoyen.

Le champagne en quelques chiffres

5 litres: c’est le volume moyen de gaz carbonique (CO2) emprisonné dans une bouteille de 75cl.
6 atmosphères: c’est la pression régnant au sein d’une bouteille fermée à température ambiante.
1 000 000: c’est le nombre de bulles susceptibles d’apparaître dans une flûte (si on ne la boit pas).

Comment servir le champagne

La première chose à savoir c’est que les bulles sont précieuses. Comme nous allons le voir plus bas, ces dernières jouent un rôle crucial dans la perception aromatique du champagne.
Un champagne bien servi sera donc un champagne qui a gardé un maximum de gaz carbonique.
Une équipe de chercheurs à Reims s’est intéressée au dégagement de gaz carbonique lors du service d’une flûte. Le gaz carbonique n’étant pas visible à l’œil nu, il leur a fallu utiliser une caméra infrarouge (car comme tout bon gaz à effet de serre, le CO2 absorbe une partie du rayonnement infrarouge et n’est donc plus transparent dans cette bande de fréquences).

figure 2 – comparaison service flûte verticale versus flûte inclinée [Imagerie infrarouge]

Le résultat de l’expérience est sans appel, l’inclinaison de la flûte lors du service permet de retenir près de 10% de plus de gaz carbonique dans la flûte de champagne (au final vous gagnez presque 100 000 bulles, c’est pas rien!).

La formation des bulles

Une croyance populaire veut que les bulles de champagne naissent par la présence de saletés dans votre verre. Avant de voir la vidéo (figure 3), je n’avais jamais compris le lien pouvant exister entre une ‘saleté’ et une bulle de champagne.
Pour comprendre ce mécanisme, il faut d’abord savoir que les bulles ne naissent pas à partir de rien, une bulle a toujours besoin d’une autre bulle préexistante. En effet, par un jeu de pression, une bulle existante est capable d’absorber (dans son voisinage) le gaz carbonique dissous dans le champagne.
C’est ici qu’intervient la notion de « saleté ». Ce dont à besoin un champagne pour ‘buller’ c’est de fibres de cellulose. Ces fibres que l’on retrouve sur les torchons et les vêtements ont la particularité d’être creuses et donc d’emprisonner un peu d’air au moment où elles se trouvent immergées dans le champagne.

figure 3 – création d’une bulle de Champagne dans une fibre de cellulose

La bulle emprisonnée dans la fibre de cellulose va donc absorber le gaz carbonique environnant (dissous dans le champagne) et grossir jusqu’à atteindre un taille critique l’amenant à se dégager de la fibre. La magie, c’est qu’elle laisse toujours derrière elle une petite bulle capable d’amorcer une nouvelle fois le processus.

La libération des bulles

Une fois libérées de leur fibre de cellulose, les bulles vont remonter à la surface et, durant leur ascension, vont grossir en continuant d’absorber le gaz carbonique présent dans le champagne autour d’elles.
La magie (une fois encore), c’est qu’elles n’absorbent pas que du CO2 mais aussi de petites molécules volatiles aromatiques qui se dégageront jusqu’à nos narines au moment de l’explosion de la bulle.
Une autre doctrine populaire veut qu’un bon champagne ait de fines bulles.
Si vous avez compris ce qui été dit au dessus, vous pouvez flairer l’escroquerie. En effet, plus la remontée de la bulle sera longue, plus elle grossira. Pour un même champagne, une grande flûte donnera donc de plus grosses bulles qu’une petite coupe.
Pourtant, oui pourtant… la corrélation n’est pas si maladroite. (clairvoyance ou gros coup de choune?)
En effet, la taille des bulles dépend également de la concentration en gaz carbonique du champagne (laquelle dépend également du service (cf plus haut)).
Or les vieux champagnes, dont le bouchon a pu laisser échapper une partie du gaz carbonique de la bouteille lors du vieillissement, auront donc des bulles plus fines.
De fines bulles peuvent donc être le fruit d’un champagne vieillit plus longtemps, donc probablement un champagne avec une plus grande capacité de vieillissement et une qualité supérieure.

Voilà, je vous donne rendez-vous dans une semaine pour la deuxième partie de cet article histoire de voir ce que vos verres peuvent encore vous cacher d’autre.

Références:
L’article sur Gamow par Etienne Klein:
http://www.larecherche.fr/savoirs/figure-du-passe/georges-gamow-savoir-facetieux-01-06-2000-72271
Inspiré de l’ouvrage: Il était sept fois la révolution: Albert Einstein et les autres… – Etienne Klein
Vodka:
http://www.ss5.in/files/JAFC_2010.pdfµ
http://www.livescience.com/6568-vodka-tasty-secret-revealed-special-chemistry.html
http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/May/27051001.asp
http://www.la-route-de-la-vodka.com/2011/08/02/mendeleiev-la-meilleur-vodka-titre-a-38-degres-dalcool/
Champagne:
Conférence TEDx de Gérard Liger-Belair sur le sujet (à voir absolument si le sujet vous intéresse)
http://www.tedxreims.fr/lodyssee-dune-bulle-de-champagne-gerard-liger-belair/
Crédits photo:
Service Champagne infrarouge:
Voyage au cœur d’une bulle de champagne Gérard Liger-Belair et Guillaume Polidori, Odile Jacob, 2011.
Création d’une bulle de champagne
Tirée de la conférence TEDx Reims – L’odyssée d’une bulle de Champagne