La montée de la bulle

Partie 2 : La vie de la bulle

B/ La montée de la bulle dans la flûte

Pendant le trajet de la bulle vers la surface du gaz, le processus de diffusion du gaz carbonique dissous vers la bulle continue de s’opérer.

De toute évidence, la croissance du rayon de la bulle apparait linéaire avec le temps, dans le champagne comme dans la bière. On peut alors définir le taux de grossissement de la bulle, k=ΔR/Δt, d’une bulle au cours de son ascension vers le surface libre comme la valeur dont son rayon s’accroît chaque seconde. L’accroissement du rayon d’une bulle avec le temps peut donc s’écrire :

R(t)=Ro + kt

Ro étant le rayon de la bulle au moment où elle quitte son site de nucléation

La taille des bulles des vins effervescents tels que le champagne reste à ce jour un critère de qualité dans l’esprit des consommateurs. Tout et son contraire a déjà été dit à ce sujet. Plus les bulles d’un vin seraient fines, meilleur serait le vin… Les bulles seraient d’autant plus fines que la prise de mousse se ferait à basse température… A ce jour, aucune étude scientifique n’a été en mesure de corréler la qualité gustative et aromatique d’un vin avec la taille de ses bulles.

La taille d’une bulle en surface dépend du taux de grossissement k de la bulle au cours de son ascension, de sa vitesse ascensionnelle V, ainsi que de la distance parcourue h. En effet, la bulle grossira d’autant plus qu’elle passera du temps dans le liquide sursaturé en gaz carbonique. Or, elle passera d’autant plus de temps dans le liquide que sa vitesse est faible et que la distance qu’elle devra parcourir est grande.

Plus un site de nucléation est loin du liquide, plus les bulles qui en seront issues seront grosses lorsqu’elles atteindront la surface. On peur alors remarquer que deux trains de bulles issues de deux sites de nucléation différents dans une flûte. A une altitude donnée, les bulles issues du site de nucléation le plus profond dans la flûte sont les plus grosses.

2. La vitesse d'une bulle de champagne

La vitesse de la bulle de champagne dépend grandement des forces qui s’appliquent à elle, dont la force de frottement visqueux et la poussée d’Archimède notée π.

La bulle, sphérique et de rayon R, est bien entendue soumise à la poussée d’Archimède PA = ρg4/3πR3. Les bulles de champagne, qui grossissent continûment au cours de leur ascension subissent donc une poussée d’Archimède sans cesse croissante, à l’origine de leur accélération.

Les bulles qui montent sous l’action de la gravité dans le champagne subissent néanmoins une force de frottement visqueux Ft liée à l’écoulement des fluides autour d’elles. Cette force de frottement est proportionnelle au rayon R des bulles, à leur vitesse V et à la viscosité du fluide η.

Cependant, un autre facteur influence de façon très significative la vitesse de la bulle : il s’agit des tensioactifs présents à l’intérieur de la bulle. Ainsi lorsque le liquide dans lequel monte la bulle contient les molécules dites tensioactives, ces dernières ces dernières se positionnent sur la paroi de la bulle. Une fois que cette membrane est complètement recouverte par ces molécules tensioactives, la surface de la bulle se comporte comme une paroi rigide par rapport à l’écoulement du fluide environnant, ce qui a pour effet de ralentir la bulle.

3. Les mouvements des écoulements dus à la bulle

Les mouvements du fluide générés par l’effervescence dans une flûte sont bien entendu invisibles à l’œil nu. Pour révéler les courants présents dans une coupe de champagne, il faut donc utiliser laser à argon générant une nappe laser qui coupe la flûte dans son plan de symétrie.

Avant d’être servi dans la flûte, le champagne doit être additionné de très fines particules neutres (dont le diamètre est de l’ordre du dixième de millimètre et dont la densité est sensiblement identique à celle du champagne) qui possèdent un pouvoir réfléchissant.

Lorsque ces particules traversent la nappe laser, elles réfléchissent la lumière incidente et deviennent ainsi visibles. Afin de visualiser la trajectoire des particules, qui suivent strictement la trajectoire du fluide environnant, il suffit de prendre des clichés avec un temps de pause suffisamment long pour matérialiser le déplacement des particules.

Sous incidence laser, les tomographies ainsi obtenues fournissent directement une cartographie des mouvements du fluide, qui, telle une empreinte digitale, est propre et unique aux conditions d’effervescence et à la forme de la flûte ou de la coupe

Dans le cas de la flûte non gravée, qui présente donc une effervescence naturelle, le champagne est agité de tourbillons qui permettent le brassage homogène et relativement lent du fluide.

Dans la flûte gravée, la situation est sensiblement différente. En effet, dans le plan du laser, , l’écoulement principal se compose de deux noyaux tourbillonnaires symétriques de part et d’autre de la colonne de bulle centrale générée par la gravure. Puisque la gravure est située sur l’axe de symétrie de la flûte, l’écoulement du fluide qui en résulte est alors symétrique. Dans une flûte ainsi gravée, l’écoulement du fluide se fait suivant un anneau tourbillonnaire unique qui tourne autour de l’axe de la flût. Le fluide y est également brassé de manière homogène, mais les vitesses des mouvements de convection sont supérieures à celles relevées dans la flûte non gravée.