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Des verres de champagne.
Des verres de champagne.
©FRED DUFOUR / AFP

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La science des bulles : pour tout comprendre aux secrets de la magie du champagne

En débouchant cette bouteille et en levant votre verre, prenez le temps de porter un toast à la physique et à la chimie en même temps qu'aux fêtes de fin d'année.

Nicola Jones

Nicola Jones

Nicola Jones est une journaliste et rédactrice scientifique indépendante qui vit à Pemberton, en Colombie-Britannique. Pour en savoir plus sur elle et son travail, consultez son blog.

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Cet article a été publié initialement sur le site de la revue Knowable Magazine from Annual Reviews et traduit avec leur aimable autorisation.

Dans un laboratoire situé au cœur du vignoble français, un groupe de chercheurs positionne soigneusement une caméra à ultra-haute vitesse. Comme beaucoup de bons scientifiques, ils s'emploient à percer les secrets de l'univers, cherchant à décrire le monde matériel dans le langage des mathématiques, de la physique et de la chimie. L'objet de leur étude : les bulles du champagne.

Le physicien chimiste Gérard Liger-Belair, responsable de l'équipe "Effervescence & Champagne" de l'Université de Reims Champagne-Ardenne, composée de huit personnes, en sait peut-être plus que quiconque sur les bulles de champagne. Depuis sa thèse de doctorat en 2001, M. Liger-Belair s'est concentré sur le pétillement effervescent à l'intérieur et au-dessus d'un verre. Il a rédigé plus de 100 articles techniques sur le sujet, dont une étude approfondie du champagne et des vins mousseux publiée en 2021 dans l'Annual Review of Analytical Chemistry et un livre populaire (Uncorked : The Science of Champagne).

"Quand j'étais enfant, j'étais fasciné par le soufflage et l'observation des bulles de savon", se souvient M. Liger-Belair. Cette fascination a perduré, parallèlement à une foule de travaux plus pratiques : Il existe une multitude de bonnes raisons de s'intéresser aux bulles, qui vont bien au-delà des plaisirs du vin mousseux. M. Liger-Belair a contribué à montrer quels aérosols sont projetés dans le ciel par l'éclatement de minuscules bulles dans les embruns marins, influençant ainsi le rôle de l'océan dans la formation des nuages et le changement climatique. Il a même contribué à déterminer que certains points lumineux mystérieux dans les balayages radar de Titan, la lune de Saturne, pourraient être des bulles d'azote de taille centimétrique qui éclatent à la surface de ses mers polaires.

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Mais Liger-Belair a eu le plaisir de concentrer les 20 dernières années de son travail sur les bulles du champagne et d'autres boissons gazeuses, dont le cola et la bière. Son laboratoire étudie tous les facteurs qui influent sur les bulles, du type de bouchon aux ingrédients du vin en passant par la façon dont la boisson est versée. Ils s'interrogent sur la façon dont ces bulles de dioxyde de carbone affectent le goût, notamment la taille et le nombre de bulles et les composés aromatiques projetés dans l'air au-dessus du verre.

En quête de réponses, ils se sont tournés vers la chromatographie en phase gazeuse et d'autres techniques d'analyse - et, chemin faisant, ont pris des photos saisissantes. D'autres, dans le monde entier, ont également tourné leur regard vers les bulles, allant jusqu'à inventer des robots pour produire une coulée constante et se concentrant sur la psychologie de la façon dont nous apprécions les bulles.

Le champagne, de la vigne au verre

On raconte souvent que Dom Pierre Pérignon, un moine nommé maître de chai d'une abbaye de Champagne, en France, a bu le tout premier vin mousseux accidentel et s'est exclamé : "Je bois les étoiles !" Il s'avère que cette affirmation est probablement une fiction. Le premier mousseux provient probablement d'une autre abbaye française, et le premier article scientifique sur le sujet a été rédigé par l'Anglais Christopher Merret, qui a présenté l'idée à la toute nouvelle Royal Society de Londres en 1662, des années avant que Pérignon n'obtienne son poste.

La méthode traditionnelle d'élaboration du champagne implique une première fermentation du raisin pour produire un vin de base, auquel on ajoute du sucre de canne ou de betterave et de la levure et qu'on laisse fermenter une seconde fois. Le vin doublement fermenté repose ensuite pendant au moins 15 mois (parfois des décennies) afin que les cellules de levure maintenant mortes puissent modifier la saveur du vin. La levure morte est retirée en la congelant dans un bouchon situé dans le goulot de la bouteille et en faisant sortir la masse congelée, perdant au passage une partie du gaz contenu dans la boisson.

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Le vin est rebouché, parfois avec des sucres supplémentaires, et un nouvel équilibre s'établit entre l'espace d'air et le liquide dans la bouteille qui détermine la quantité finale de dioxyde de carbone dissous. (Il existe des équations pour décrire la teneur en gaz à chaque étape, pour ceux qui sont curieux de regarder du côté des mathématiques).

Le goût du produit final dépend beaucoup, bien sûr, des ingrédients de départ. "Les raisins sont essentiels à la qualité du vin", explique Kenny McMahon, un scientifique spécialisé dans l'alimentation qui a étudié les vins mousseux à l'université d'État de Washington avant de créer sa propre cave. La quantité de sucre ajoutée au cours de la phase finale joue également un rôle important. Dans les années folles, les champagnes introduits aux États-Unis étaient très sucrés, explique M. McMahon ; les goûts modernes ont changé et varient d'un pays à l'autre.

Mais les bulles sont également extrêmement importantes : les protéines contenues dans le vin, y compris celles provenant de l'explosion des cellules de levure mortes, stabilisent les bulles plus petites qui produisent la "mousse" désirée au sommet d'une coupe de champagne et un pop plus net en bouche. Selon Sigfredo Fuentes, de l'université de Melbourne, la plupart des impressions d'un amateur de vin mousseux proviennent d'une évaluation inconsciente des bulles.

"On aime ou on n'aime pas un champagne ou un vin mousseux en fonction de sa première réaction, qui est visuelle", explique M. Fuentes, qui mène des recherches sur l'agriculture numérique, l'alimentation et la science du vin. Cet effet est si puissant, a-t-il constaté, que les gens accordent une note élevée à un vin non mousseaux bon marché que l'on a rendu pétillant en le soumettant à des ondes sonores juste avant de le verser. Les gens étaient même prêts à payer plus cher pour ce vin. "Pour un très mauvais vin, on est allé jusqu'à 50 dollars", dit-il en riant.

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En règle générale, une bouteille doit contenir au moins 1,2 gramme de CO2 par litre de liquide afin de lui conférer l'éclat et le mordant souhaités de l'acide carbonique. Mais il y a une limite à l'excès : Plus de 35,5 % de CO2 dans l'air d'un verre irrite le nez du buveur par une sensation de picotement désagréable. Le risque d'irritation est plus élevé dans une flûte, où la concentration de CO2 au-dessus du liquide est près de deux fois supérieure à celle d'un verre de style français plus large, et plus faible si elle est versée à partir d'une bouteille fraîche que d'une bouteille tiède.

L'équipe de Liger-Belair a découvert qu'un bon bouchon de liège (composé de petites particules collées les unes aux autres avec beaucoup d'adhésif) peut retenir le gaz dans une bouteille pendant au moins 70 ans ; après cela, la boisson sera décevante et plate. C'est le sort qu'ont connu les bouteilles de champagne retrouvées dans une épave en 2010, après 170 ans passés sous l'eau.

Liger-Belair et sa collègue Clara Cilindre ont reçu quelques précieux millilitres de cet élixir pour les étudier. Les vins avaient des propriétés intéressantes, ont-ils rapporté avec leurs collègues en 2015, notamment un pourcentage anormalement élevé de fer et de cuivre (provenant peut-être des clous dans les barils utilisés pour faire vieillir le vin, ou même des pesticides sur les raisins). Il contenait également beaucoup de sucre, mais étonnamment peu d'alcool, peut-être en raison d'une fermentation tardive à des températures plus froides que d'habitude. Si Liger-Belair et Cilindre n'ont malheureusement pas eu l'occasion de siroter leurs échantillons, d'autres qui ont pu les goûter les ont décrits en utilisant des termes tels que "cheveux mouillés" et "fromage".

Pour une bouteille de pétillant plus commune, même la méthode de versement a un impact sur les bulles. Si 100 millilitres (environ 3,4 onces liquides) de champagne sont versés directement dans une flûte verticale, Liger-Belair calcule que le verre accueillera environ un million de bulles. Mais si l'on verse la bière plus doucement sur le côté du verre, ce nombre augmentera de plusieurs dizaines de milliers. Si l'opération n'est pas effectuée correctement, les pertes de CO2 dissous sont énormes", explique-t-il. Les zones rugueuses à l'intérieur d'un verre peuvent également contribuer à la nucléation des bulles ; certains verriers gravent des formes à l'intérieur des verres pour faciliter ce processus. Et pour éviter d'introduire des agents tensioactifs qui font éclater les bulles, certaines personnes vont jusqu'à laver leurs verres sans savon, explique M. McMahon.

Test de dégustation du champagne

Toutes ces connaissances scientifiques ont "des implications directes sur la meilleure façon de servir et de déguster le champagne", affirme Mme Liger-Belair. M. McMahon est lui aussi convaincu que le secteur a modifié ses protocoles pour les aligner sur les résultats scientifiques, même s'il ne peut citer aucun établissement vinicole en particulier. De nombreux départements universitaires s'intéressent au vin, et il y a une raison à cela, dit-il : leurs travaux trouvent des applications fructueuses et financièrement avantageuses. M. Fuentes sait que certains fabricants de vins mousseux (il ne les nommera pas) ajoutent des protéines d'œuf à leur vin pour obtenir une mousse à petites bulles qui peut durer jusqu'à une heure.

M. Fuentes envisage une autre possibilité d'application commerciale : Son équipe a créé le FIZZeyeRobot, un dispositif robotique simple (le prototype a été fabriqué à partir de briques Lego) qui verse le vin de manière régulière, utilise une caméra pour mesurer le volume et la durée de vie de la mousse au-dessus du verre, et dispose de capteurs à oxyde métallique pour détecter les niveaux de CO2, d'alcool, de méthane et autres dans l'air au-dessus du verre. L'équipe utilise un logiciel basé sur l'intelligence artificielle pour utiliser ces facteurs afin de prédire les composés aromatiques de la boisson elle-même et, surtout, son goût. (Une grande partie de cette recherche est effectuée sur la bière, qui est moins chère et plus rapide à fabriquer, mais elle s'applique aussi au vin mousseux).

"Nous pouvons prédire l'acceptabilité par différents consommateurs, s'ils vont l'aimer ou non, et pourquoi ils vont l'aimer", explique Fuentes. Cette prédiction est fondée sur les ensembles de données de l'équipe concernant les préférences déclarées par les dégustateurs, ainsi que sur des données biométriques telles que la température corporelle, le rythme cardiaque et les expressions faciales. L'une des façons d'utiliser ces informations, dit-il, serait de déterminer avec précision le temps optimal pendant lequel un vin mousseux doit reposer avec la levure morte, afin de maximiser le plaisir. Il prévoit que le système sera commercialisé en 2022.

Bien sûr, les palais humains varient - et peuvent être trompés. De nombreuses études ont montré que l'expérience de la dégustation de vin est profondément influencée par les attentes psychologiques déterminées par l'apparence du vin ou le cadre, de la compagnie avec laquelle on se trouve à l'éclairage de la pièce et à la musique. Néanmoins, au fil des décennies, Liger-Belair s'est forgé une préférence personnelle pour les champagnes âgés (qui ont tendance à contenir moins de CO2), versés délicatement pour préserver autant de bulles que possible, à une température proche de 12° Celsius (54° Fahrenheit), dans un grand verre tulipe (plus traditionnellement utilisé pour les vins blancs) avec un espace de tête généreux.

"Depuis que je suis devenu scientifique, de nombreuses personnes m'ont dit qu'il semble que j'ai décroché le meilleur emploi de toute la physique, puisque j'ai construit ma carrière autour des bulles et que je travaille dans un laboratoire approvisionné en champagne de premier ordre", dit-il. "Je serais enclin à être d'accord". Mais son véritable plaisir professionnel, ajoute-t-il, "vient du fait que j'ai toujours la même fascination enfantine pour les bulles que lorsque j'étais enfant". Cet amour des bulles n'a pas encore éclaté.

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.

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