Les propriétés du CO2

Partie 1 : La formation de la bulle de champagne

B/ Les propriétés du CO2

C’est la désorption progressive du gaz carbonique dissous dans un vin effervescent tel que le champagne qui est responsable de la formation des bulles. En effet le dioxyde de carbone contenu dans un vin de Champagne élaboré selon la méthode traditionnelle est issu de la seconde fermentation alcoolique, ou prise de mousse. C’est, comme l’éthanol, un produit de la dégradation de glucose par les levures.

Le dioxyde de carbone étant sous forme gazeuse dans les conditions normales de température et de pression, il est plus pertinent d’évoquer le volume qu’il occuperait à l’état gazeux plutôt que de parler de sa masse. Ce sont donc près de 6.5 litres de dioxyde de carbone qui sont produits par litre de vin au cours de la prise de mousse qui a lieu en bouteille. Pour une bouteille classique de 75cL, ce sont donc en définitive près de 5 litres de dioxyde de carbone gazeux, soient environ 9 grammes, qui se retrouvent ainsi piégés sous le bouchon.

Conformément à la loi de Henry concernant la solubilité d’un gaz, c’est-à-dire sa capacité à se dissoudre dans un liquide, un équilibre s’établit progressivement entre le CO2 qui reste dissous dans le vin et le en phase gazeuse piégé dans le col de la bouteille. En fin de prise de mousse, il règne dans la bouteille une pression presque six fois supérieure à la pression atmosphérique, et ce sont donc près de 5 litres de gaz dissous qui se retrouvent piégés dans le vin. Il faudrait descendre sous 50 mètres d’eau pour retrouver une telle pression !
Sous cette pression, les molécules de sont intimement liées au liquide qui les entoure, et il n’est pas encore question pour elles de s’en échapper ni de faire des bulles. Rien ne distingue encore un vin effervescent d’un vin blanc plat, si ce n’est le contenant bien sûr… Conformément à la loi de Henry, la pression partielle de dans l’espace de tête et la concentration en dissous dans le vin sont donc reliées par la relation suivante :

co2 dissous = Kh . PCO2

PCO2 est la pression partielle de CO2 en phase gazeuse et Kh est la constante de Henry. La concentration en dissous étant très sensible à la température (via la constante de Henry), Agabaliantz a également établi un abaque (nom donné à tout instrument mécanique facilitant le calcul) permettant de déterminer le rapport de la pression dans l’espace de tête d’un vin mousseux à 20°C et d’un vin stocké à la température t °C.

En supposant en première approximation que la pression dans le col de la bouteille est une pression de CO2 pur, on peut évaluer la variation de la constante de Henry du CO2 dans un vin effervescent standard en fonction de la température. En combinant l’équation et cet abaque, on peut construire le tableau qui illustrent la variation de la constante de Henry avec la température, dans le cas d’un vin mousseux à 12.5 % d’alcool v/v et contenant 10g/l de sucre après l’ajout de la liqueur d’expédition.

2. Le champagne, un liquide sursaturé en CO2

Cette variation de la constante de Henry du CO2 dans le vin avec la température traduit donc tout simplement la variation de la solubilité des molécules de CO2 avec la température du vin. Cette variation de la solubilité du avec la température du vin a une conséquence immédiate sur la variation de la pression dans le col de la bouteille en fonction de la température de ladite bouteille.

En effet, lorsque l’on augmente la température d’un vin embouteillé initialement à l’équilibre, du CO2 dissous en son sein s’échappe progressivement puisque sa solubilité diminue (afin de rétablir l’équilibre de Henry du CO2 entre le CO2 dissous dans le vin et le CO2 gazeux piégé dans le col de la bouteille).

Or puisqu’une bouteille bouchée est un milieu clos, le dioxyde de carbone qui s’échappe du vin s’accumule dans le col de la bouteille et contribue à faire monter la pression sous le bouchon. En appliquant la loi des gaz parfaits (P.V = nRθ) et la loi de Henry au CO2 gazeux piégé dans le col de la bouteille, on peut construire la courbe théorique qui représente la variation de pression dans l’espace de tête d’une bouteille de champagne en fonction de la température.

Cette courbe théorique nous indique ainsi que la pression dans une bouteille stockée au frigo ( si le vin est destiné à être dégusté « frappé ») sera plutôt de l’ordre de 4 bars. Une bouteille stockée en cave et consommée à une température de l’ordre de 12°C présentera plutôt une pression de l’ordre de bars. Cette courbe nous montre aussi le danger que pourrait représenter une bouteille exposée trop longtemps à une forte température.

Au moment du débouchage de la bouteille, la pression partielle de CO2 chute brutalement. Le gaz carbonique étant très minoritaire dans l’atmosphère (environ 0.035 % en volume), sa pression partielle devient quasi nulle. L’équilibre thermodynamique régit par la loi de Henry est donc brutalement rompu. Le vin doit donc nécessairement retrouver un nouvel état d’équilibre où le gaz carbonique n’est présent qu’à l’état de trace. Dès lors les molécules de CO2 dissous n’ont plus qu’une idée fixe : fuir le liquide pour rejoindre l’atmosphère. Le liquide doit donc évacuer les quelques 10-12 g/l de CO2 qu’il contient en excès. On dit qu’il devient sursaturé en gaz carbonique.