Mise en place d'un spectromètre laser infrarouge pour l'étude de la diffusion du CO2 gazeux hors du champagne et de quelques boissons effervescentes

• Auteur / Autrice : Maxime Mulier
• Direction : Gérard Liger-Belair, Virginie Zéninari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et milieux dilués, physicochimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffusion (physique)

Dioxyde de carbone

Vinification

Spectroscopie laser

Spectroscopie infrarouge

Résumé

Les récentes études sur les bulles de CO2 du champagne tendent à montrer le lien entre l’ascension des bulles dans une flûte de champagne, la diffusion du CO2 hors de cette boisson et la libération de ses arômes à la surface liquide/air. Afin de mieux comprendre le rôle des bulles du champagne sur les mécanismes de libération du CO2, nous avons mis en place un spectromètre infrarouge laser d’absorption directe compact, précis, et adaptable à différentes configurations de mesures. Ce spectromètre en atmosphère ouverte utilise une nouvelle génération de diode laser à 2,7 µm, centrée sur la raie du CO2 à 3728,41 cm-1 avec une absorption optimisée pour une faible longueur de parcours. Nous avons défini un protocole assurant la reproductibilité des mesures dans des conditions les plus proches de la dégustation d’un champagne : isolation du spectromètre de l’activité humaine, stabilisation de la température des boissons utilisées pour les mesures, nettoyage drastique des flûtes. Les premières applications du spectromètre à la mesure de la concentration en CO2 au buvant d’une flûte de champagne montrent l’impact de la température sur la cinétique de diffusion du CO2. Nous avons aussi appliqué le spectromètre au relevé de la concentration en CO2 au buvant d'une flûte remplie de quelques boissons effervescentes contenant différentes concentrations initiales en CO2 ; la solubilité du CO2 dans la boisson semble influencer la cinétique de libération du CO2. Pour compléter l’analyse des résultats, il faut pouvoir modéliser le mécanisme global de libération du CO2 d’une flûte et nous apportons des éléments de modélisation de la diffusion par convection massique à l’interface libre.

Recent studies on champagne wine's CO2 bubbles attempt to draw the link between bubbles ascending in a champagne glass, CO2 gas diffusion from champagne and champagne flavour molecules freeing at the liquid/air surface. In order to progress in the understanding of the role of champagne bubbles in the CO2 diffusion mecanism, we have set up a direct absorption spectrometer based on near-infrared technology; relatively precise CO2 gas concentrations are measured and the mounting is thought to be adapted to a glass-shape change. Our open to the atmosphere spectrometer is based on a new generation laser diode emitting at 2,7 µm, centered at 3728 cm-1, resulting in an optimum absorption scale with a little pathlength. We have defined a protocol insuring a quite good measurements reproducybility with conditions very close to the champagne tasting conditions: thus, we paied attention to human activity "insulation", beverage temperature stabilisation, and champagne glass cleaning. First application of the sensor to a glass fullfilled with champagne showed the effect of temperature on CO2 diffusion with time. Also, second application of the sensor has been done to a glass fullfilled with some other sparkling beverages, each other having different initial CO2 concentrations; the solubility of CO2 in the beverage seems to influence CO2 diffusion with time. Finally, a mathematical model of the CO2 outgassing from a glass of champagne is required in order to complete the results and some elements are drawn in this work to describe the diffusion by mass convection at the free surface.