Étude de la désorption du CO2 dans l’espace de tête d’un verre de champagne par spectrométrie laser infrarouge

Monitoring gas-phase CO2 in the headspace of champagne glasses by infrared laser spectrometry

• Auteur / Autrice : Anne-Laure Moriaux
• Direction : Virginie Zéninari, Gérard Liger-Belair
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : CPI - Chimie et Physique de l’Ingénieur
• Date : Soutenance le 13/12/2018
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) - UMR CNRS 7331 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Cédric Saucier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Saucier, Johannes Orphal, Myriam Raybaut, Raphaël Vallon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Saucier, Johannes Orphal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Teneur en dioxyde de carbone

Analyse

Champagne (vin mousseux)

Mots clés libres

Champagne

Co2

Éthanol

Effervescence

Spectrométrie

Dégustation

Champagne

Co2

Ethanol

Effervescence

Spectrometry

Tasting

Résumé

Le phénomène d’effervescence d’un champagne est la manifestation visuelle évidente du processus de désorption du gaz carbonique dissous. Outre la formation de bulles pendant cette phase transitoire de dégazage, le CO2 en solution va également s’échapper directement par diffusion à travers la surface libre (l’interface air/champagne). Il s’agit d’un processus de désorption invisible du CO2 dissous et, par la même, beaucoup plus difficilement quantifiable. Depuis une quinzaine d’années maintenant, nous avons systématiquement mené des recherches afin d’apporter des éléments scientifiques et objectifs qui contribuent à une meilleure connaissance de chacune des étapes de la vie d’une bulle dans un verre de champagne : nucléation, ascension, éclatement. Notons également que ces bulles de gaz contiennent très probablement des molécules aromatiques volatiles qui, elles aussi, s’échappent progressivement du champagne au cours d’une dégustation. A ce jour, les interactions du CO2 avec les composés organiques volatils (aromatiques), tel que l’éthanol, et l'effet éventuel d'un excès ou d'un déficit de CO2 lors d'une dégustation n'ont fait l'objet d'aucun travail analytique. Une première étape dans la compréhension du rôle du CO2 passe nécessairement par son dosage fin dans l'espace de tête au dessus d’un verre de champagne. La détection et la mesure du CO2 gazeux se baseront sur des mesures par spectrométrie laser bien maîtrisées au GSMA pour la mesure du CO2 atmosphérique. Grâce aux avancées technologiques des lasers, un travail préliminaire (thèse de Maxime Mulier, 2009) avait permis de mettre en place un spectromètre laser infrarouge susceptible de détecter la diffusion du CO2 gazeux au buvant d’une flûte de champagne. Le projet ECOCHAMP permettra l’amélioration du spectromètre initialement développé au GSMA, pour être au plus proche des conditions réelles de dégustation et ainsi déterminer la concentration en CO2 gazeux avec précision et de manière non invasive et non destructrice. La détermination de la concentration en éthanol, un composé organique volatil majeur du vin, sera également réalisée au-dessus du verre grâce aux améliorations du spectromètre laser infrarouge. Nous étudierons de nombreux paramètres pouvant influencer la perception du CO2 et de l’éthanol au cours d’une dégustation: influence du mode de versement, de l’angle du verre, des conditions d’effervescence, de la forme du verre, du volume de vin servi, de la température du vin, etc…En parallèle, le suivi de la libération progressive du CO2 dissous hors d’un vin de champagne se fera par micro-pesées (GSMA) et par visualisation à l’aide de la thermographie infrarouge (GRESPI). Les résultats obtenus devraient permettre une avancée importante dans la compréhension des phénomènes de désorption du CO2 et d’éthanol hors d’un vin de Champagne. Ces données seront obtenues dans des conditions très proches des conditions réelles de dégustation et elles seront comparées à des évaluations sensorielles réalisées par un panel de dégustation (expérimenté et non expérimenté). En faisant varier les paramètres liés aux conditions de service, nous pourrons ainsi être en mesure de cartographier l’espace gazeux situé au dessus d’un verre de champagne, en suivant les concentrations de deux molécules jouant un rôle prépondérant lors d’une dégustation : le CO2 et l’éthanol.

The effervescence Champagne phenomenon is the obvious visual manifestation of dissolved carbon dioxide gas desorption process. Besides the formation of bubbles during this transitional phase degassing, CO2 in solution will also escape by diffusion through the free surface (air / champagne interface). It is an invisible desorption process of dissolved CO2, much more difficult to quantify. For fifteen years now, we have lead researches to provide scientific and objective elements which contribute to a better knowledge of each bubble life stage in a glass of champagne: nucleation, ascension, bursting. These gas bubbles may contain volatile aromatic molecules which will gradually escape champagne during a tasting. The CO2 interactions with volatile organic (aromatic) compounds, such as ethanol, and the possible effect of excess or deficit of CO2 during a tasting have been the subject to any analytical work. A first step in understanding the role of CO2 necessarily requires its precise dosage in the headspace above a glass of champagne. The detection and measurement of gaseous CO2 will be based on measurements by laser spectrometry well mastered at the GSMA for the measurement of atmospheric CO2. Thanks to laser technological advance, a preliminary work (Maxime Mulier’s thesis, 2009) allowed to establish an infrared laser spectrometer capable to detect the CO2 gas diffusion at the top of glass of champagne. The ECOCHAMP project will allow the improvement of the spectrometer intially developed at the GSMA, to be closer to the actual conditions of tasting and determine the CO2 gas concentration accurately, noninvasively and nondestructively. The determination of the ethanol concentration, a major volatile organic compound in wine, will also be carried out above the glass thanks to the infrared laser spectrometer improvements. We will study many parameters which can influence the CO2 and ethanol perception during a tasting: the influence of the pouring method, the angle of the glass, the glass shape, the volume of served wine, the wine temperature, the sparkling conditions, etc ... In parallel, the dissolved CO2 gradual release out of a champagne will be monitor by micro-weighed (GSMA) and by visualization using thermography infrared (GRESPI). The results should allow a major advance in understanding desorption phenomena of CO2 and ethanol out of a champagne. These data will be obtained in conditions very close to the actual tasting conditions and will be compared to sensory evaluations performed by a taste panel (experienced and inexperienced). By varying the parameters relative to service conditions, we could well be able to map the gas space above a glass of champagne, according to the concentrations of two molecules which play a leading role during a tasting: CO2 and ethanol.