Sciences Claires - Comment la bière est-elle fabriquée

Comment la bière est-elle fabriquée ?


Comment la bière est-elle fabriquée ?

Par Simon W


Article mis en ligne le 04/01/16
Dernière mise à jour le 04 janvier 2016 à 22h34
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Vous êtes-vous déjà demandé comment la bière était fabriquée ? Petite introduction à l’histoire de la bière et aux secrets de son brassage...

Les origines de la bière sont très anciennes puisqu'elles remontent au IVème millénaire avant notre ère, en Mésopotamie. Comme vous vous en doutez, elle ne ressemblait alors que de très loin aux bières que l’on consomme actuellement : elle était fabriquée en trempant des galettes d’épeautre et d’orge dans de l’eau pour obtenir une boisson fermentée à base de céréales. Pour rehausser le goût, des épices et du miel étaient ajoutés au cours de la préparation.

Le « pain liquide » mésopotamien se dégustait... à la paille !
(Gravure datant d'environ 2400 av. J.-C.)
Image : Cuneiform Digital Library Journal 2012:002

Pour boire les premières bières semblables à celles que l’on connaît aujourd’hui, il faut remonter à la fin du Moyen-Âge. C'est en effet à cette époque que le houblon a été introduit dans la recette, conférant à la bière son amertume et lui assurant une meilleure conservation (nous y reviendrons plus loin). Son procédé de fabrication n’a d’ailleurs que très peu évolué depuis lors1.

La fabrication de la bière est une activité qui touche de près ou de loin à de nombreux domaines scientifiques tels que le génie chimique, la biochimie, la chimie organique, la microbiologie, mais aussi l’agronomie et même l’électricité et l’électronique. Impossible, donc, d’en aborder tous les aspects en détail dans un seul article !

L’objectif de ce premier article sera plutôt de vous donner un aperçu général des grandes étapes de sa fabrication et des ingrédients qui la compose. Bien que le brassage implique des réactions chimiques

Une réaction chimique est une transformation au cours de laquelle des espèces chimiques sont transformées en d'autres espèces chimiques. La nature des atomes qui les composent reste inchangée, mais la façon dont ils sont liés les uns aux autres est modifiée.

assez complexes, il est amusant de voir qu’il est tout à fait possible de brasser sa propre bière dans sa cuisine ou son garage, pour peu que l'on dispose d’un minimum de matériel. C’est d’ailleurs une activité assez en vogue pour le moment !

Le matériel de base pour commencer sa propre micro-brasserie. À vous de jouer !
Image : Wikimedia Commons


Les ingrédients

La bière, c’est avant tout... de l’eau !

La fabrication de la bière ne demande en fait que très peu d’ingrédients, le plus important étant ... l’eau !

En effet, la bière est composée à plus de 90% d’eau dont la qualité (pH

Le pH (pour « potentiel hydrogène ») est une grandeur utilisée en chimie pour mesurer l'acidité d'une solution. Les acides ont un pH inférieur à 7, les bases ont un pH supérieur à 7 et les solutions dont le pH est égal à 7 sont dites « neutres » (c'est par exemple le cas de l'eau pure).

et alcalinité

L'alcalinité ou basicité est la tendance d'un composé chimique à capturer des protons ou à fournir des électrons. Les solutions basiques ou alcalines sont caractérisées par un pH supérieur à 7.

, conditionnée par la teneur en ions

Atome ou groupe d'atome électriquement chargé, c'est-à-dire possédant un nombre différent d'électrons et de protons. Si le nombre d'électrons est plus grand que le nombre de protons, la charge globale est négative, on parle alors d'anion. Si le nombre d'électrons est plus petit que le nombre de protons, la charge globale est positive et on parle de cation.

et en minéraux

Les sels minéraux sont des substances inorganiques nécessaires au bon fonctionnement d'un organisme, telles que le calcium, le fer, le magnésium, ...

) joue un rôle très important dans ses propriétés organoleptiques (goût, odeur, clarté)2,3.

Par ailleurs, toutes les eaux ne conviennent pas au brassage de tous les types de bière. Une eau dure

La dureté de l'eau (ou titre hydrotimétrique) est une mesure de sa concentration en minéraux, généralement sous la forme d'ions Ca2+ et Mg2+. Une eau dure n'est généralement pas dangereuse pour la santé mais peut mener à la formation de tartre dans les canalisations et diminuer l'efficacité des détergents.

(contenant beaucoup d’ions bicarbonates) comme celle de Dublin est par exemple particulièrement adaptée au brassage de bières brunes, tandis qu’une eau plus douce

La dureté de l'eau (ou titre hydrotimétrique) est une mesure de sa concentration en minéraux, généralement sous la forme d'ions Ca2+ et Mg2+. Une eau dure n'est généralement pas dangereuse pour la santé mais peut mener à la formation de tartre dans les canalisations et diminuer l'efficacité des détergents.

conviendra mieux aux bières de type pils2,3.

Le brassage d'une bonne bière commence par le choix d'une bonne eau : le musée de la Guinness à Dublin met par exemple à l'honneur l'eau de source qui entre dans sa composition
Image : Photographie par Jay Vee Kay, retouche par Franck Stevens

Du malt et des houblons

Le second ingrédient essentiel à la fabrication de la bière est le malt, produit de la transformation de céréales (orge, blé, seigle, avoine, sorgho

Aussi connu sous les noms de gros mil, de millet indien, et de blé égyptien, le sorgho est une plante herbacée originaire du Nord de l'Afrique principalement cultivée pour ses graines. Il s'agit de la cinquième céréale la plus cultivée au monde, juste après le maïs, le riz, le blé et l'orge.

, mil). L’étape de production du malt est appelée le maltage et consiste à provoquer la germination

La germination est le processus au cours duquel une plante pousse à partir d'une graine. La germination ne se produit que lorsque des conditions favorables sont réunies (luminosité, température et humidité extérieures, mais aussi maturité de la graine, le fait qu'elle soit passée par le tube digestif d'un animal ou ait subi un froid intense, ...).

des céréales dans des conditions de température et d’humidité contrôlées.

Cela a pour effet d’activer la production d’enzymes

Une enzyme est une protéine qui joue un rôle de catalyseur pour une ou plusieurs réactions chimiques : elle accélère leur déroulement sans être elle-même consommée.

(les alpha- et bêta-amylases

L'amylase est une enzyme qui catalyse la destruction de polysaccharides comme l'amidon en sucres simples comme le glucose. Elle est notamment présente dans la salive.

) qui convertissent l’amidon

L'amidon est un polysaccharide composé de molécules de glucose liées les unes aux autres, utilisé par les végétaux comme moyen de stockage de l'énergie (tandis que les animaux utilisent le glycogène).

et les protéines

Les protéines sont des macromolécules composées d'une ou de plusieurs longues chaînes d'acides aminés. Elles sont essentielles à la vie telle que nous connaissons et jouent des rôles très divers, allant du transport de molécules à la catalyse de réactions chimiques (on parle alors d'enzymes).

du grain en sucres

Le mot « sucre » est utilisé de deux façons différentes : soit comme quasi-synonyme de « glucide », soit pour désigner un glucide particulier, le saccharose. C'est de ce dernier qu'est constitué le « sucre » vendu dans le commerce, généralement extrait de la canne à sucre ou de la betterave sucrière.

et en acides aminés

Un acide aminé est, de façon générale, une molécule organique qui porte à la fois une fonction acide carboxylique (-COOH) et une fonction amine (-NH2). On utilise toutefois le plus souvent le terme pour désigner en particulier les 22 acides aminés naturels dans lesquels les deux groupes fonctionnels sont portés par un même atome de carbone, qui sont les briques constitutives des protéines.

, essentiels à la croissance de la plante. Dès que la germination a été initiée, les grains sont séchés, bloquant ainsi l’activité des enzymes et la dégradation de l’amidon. Ces enzymes seront indispensables dans le processus de brassage3. Après séchage, le malt peut encore subir d’autres traitements (torréfaction, fumage, ...) qui confèreront à la bière un goût et une couleur bien spécifiques.

L’ajout de houblons permet quant à lui de donner à la bière cette amertume si caractéristique qu’on lui connaît. Le houblon est une plante grimpante vivace pouvant vivre plusieurs années, de la même famille que le cannabis (famille des Cannabaceae). La partie d’intérêt de la plante dans la production de la bière est la fleur, en forme de cône, qui est portée uniquement par les plants femelles et qui produit une résine odorante appelée la lupuline 3, 4, 5.

Au cours de la fabrication de la bière, la lupuline est transformée en humulone et en lupulone (aussi appelés acide-alpha et acide-bêta), deux acides à la saveur amère possédant des propriétés antibactériennes et antioxydantes puissantes3, 5 qui assurent à la bière une excellente conservation.

Les fleurs côniques du houblon contiennent de la lupuline, qui se dégrade en lupulone (à gauche) et en humulone (à droite)
Image : Wikimedia Commons, montage par Franck Stevens

Et enfin...

Qui dit bière, dit alcool

Un alcool est un type de composé organique dont l'un des carbones est lié à un groupement hydroxyl -OH. Dans la vie de tous les jours, le mot « alcool » est toutefois souvent utilisé pour désigner un alcool particulier, l'éthanol (C2H5OH).

. Et qui dit alcool dit... fermentation (alcoolique)

La fermentation alcoolique est une réaction chimique au cours de laquelle des sucres sont transformés en alcool. Elle est notamment réalisée par certains organismes, comme la levure, en absence d'oxygène.

!

La fermentation de la bière, étape durant laquelle les sucres issus de la conversion de l’amidon sont transformés en alcool, est assurée par l’activité de microorganismes unicellulaires

Un organisme unicellulaire est un organisme composé d'une seule et unique cellule, par opposition aux organismes multicellulaires.

: les levures

Les levures sont des champignons unicellulaires microscopiques. On emploie souvent le mot « levure » pour en désigner une espèce particulière, Saccharomyces cerevisiae (la « levure de bière » ou « levure du boulanger »), connue pour sa capacité à transformer les sucres en alcool et en dioxyde de carbone.

. L’étape de fermentation sera abordée plus en détail dans la suite de cet article.


Bon, mais comment ça marche la fabrication de la bière ?

On y vient !

Maintenant que l’on sait de quoi est composée la bière, on peut aborder les grandes étapes de sa production. Elles sont au nombre de quatre : 1) l’empâtage ; 2) la cuisson du moût ; 3) la fermentation et 4) l’embouteillage.

1. L’empâtage

L’objectif de la première étape, appelée empâtage, est d’extraire un maximum d’amidon des grains de malt et de le convertir en sucres.

Rappelez-vous, je vous avais parlé précédemment d'enzymes présents dans le malt (les alpha- et bêta-amylases), qui convertissent l’amidon et les protéines du grain en sucres et en acides aminés. Hé bien c’est lors de cette étape qu'elles vont intervenir !

Avant de débuter l’étape d’empâtage, le malt doit d’abord être concassé. Ceci assurera une extraction optimale des enzymes et de l’amidon. Les grains concassés sont ensuite trempés dans l’eau et le mélange, appelé la maïsche, est porté à différents paliers de températures pendant des temps déterminés2, 3.

Selon la température des paliers, différentes enzymes seront actives, produisant des sucres différents. Typiquement, le premier palier a lieu à 62°C environ et entraine la transformation de l’amidon en sucres majoritairement fermentescibles (dextrose et maltose, transformables en alcool par l’action des levures) par l’action de la bêta-amylase.

Le second palier a lieu à plus haute température (environ 68°C) et produit principalement des sucres non fermentescibles (dextrines, non transformables en alcool). À cette température, la bêta-amylase est inactivée et c’est l’activité de l’alpha-amylase qui domine2, 3.

Comme vous vous en doutez, la durée des différents paliers de température affectera donc le goût et la quantité d’alcool dans la bière.

L'empâtage est une étape cruciale de la fabrication de la bière
Image : Lasuccursale.com

2. La cuisson du moût

Une fois l’empâtage terminé, la maïsche est filtrée et le moût (fraction liquide récoltée) est porté à ébullition. Cette étape est essentielle pour stériliser notre future bière avant l’étape de fermentation. Sans cela, les risques de voir se développer des microorganismes indésirables sont grands. C’est également durant cette étape que les houblons sont ajoutés à la préparation2, 3. Cette étape dure généralement entre 1 et 2 heures.

3. La fermentation

Après cuisson, le moût est refroidi, placé dans des cuves de fermentation et ensemencé avec des levures.

En l’absence d’oxygène, ces levures vont utiliser les sucres fermentescibles présents dans la bière (car on peut maintenant l’appeler « bière ») pour produire l’énergie essentielle à leur métabolisme

L'acidité est la tendance d'un composé chimique à fournir des protons ou à capturer des électrons. Les solutions acides sont caractérisées par un pH inférieur à 7.

suivant la réaction globale bien connue de la fermentation alcoolique :

C6H12O6

+ 2 ADP + 2 Pi 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP 1
Glucose Adénosine
diphosphate
Phosphate
inorganique
Alcool
(Éthanol)
Dioxyde de
carbone
Adénosine
Triphosphate

L’alcool

L'éthanol est un alcool de formule C2H5OH, généralement produit par fermentation alcoolique à partir de sucre. Dans la vie de tous les jours, le mot « alcool » est généralement utilisé pour désigner l'éthanol.

(éthanol) produit par la réaction est en fait un déchet pour la levure qui le génère... et finit par intoxiquer celle-ci lorsque sa concentration dans le milieu devient trop importante. C’est pour cette raison qu’il est pratiquement impossible de trouver une bière avec un taux d’alcool supérieur à 12%6 !

Cette étape de fermentation dure généralement de trois à quatre semaines. Ensuite, il est temps de passer à la dernière étape...

C'est lors de la fermentation que la bière s'enrichit en alcool
Image : Lasuccursale.com

4. L’embouteillage

Lorsque l’ensemble des sucres fermentescibles a été converti en alcool, la bière est enfin prête à être embouteillée ou conditionnée en fûts.

Seul problème : à ce stade, la bière est encore plate ! Pour la rendre pétillante, deux options existent :

1) La refermentation en bouteille

Comme vous aurez pu le constater dans l’équation1, la fermentation alcoolique produit également, en plus de l’alcool, du dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone (CO2) est un composé chimique qui, dans les conditions normales de température et de pression, se présente sous la forme d'un gaz inodore et incolore également appelé « gaz carbonique ». Le dioxyde de carbone est notamment un gaz à effet de serre et un produit de la respiration aérobie.

(CO2). Dans les cuves de fermentation, le CO2 produit était toutefois libéré automatiquement par une soupape lorsque la pression dans la cuve devenait trop importante : sans cela, la cuve aurait fini par exploser !

En rajoutant une petite quantité de sucre dans la bière au moment de l’embouteillage, l’activité des levures peut toutefois reprendre, dégageant du CO2 qui restera cette fois confiné dans la bouteille.

En vertu de la loi de Henry

La loi de Henry est l'une des lois formulées par le chimiste britannique William Henry au 19ème siècle pour décrire le comportement des gaz. On peut la paraphraser par : « À température constante et à saturation, la quantité de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle qu'exerce ce gaz sur le liquide. ».

7», au plus importante sera la pression dans la bouteille, au plus grande sera la quantité de gaz dissous... et au plus pétillante sera la bière !

2) L’injection de CO2 au moment de l’embouteillage

Autre solution, utilisée dans la plupart des cas, la bière est rendue pétillante par injection de CO2 directement dans la bouteille au moment de l’embouteillage, comme pour les sodas !

Des bières comme la trappiste de Rochefort, l'Orval, et la Triple Karmeliet pétillent grâce à la refermentation en bouteille, tandis que la Stella Artois, la Maes et la Jupiler sont rendues pétillantes par injection de CO2
Image : Montage par Franck Stevens


Et pour terminer...

Après de longues semaines d’attente, la bière peut finalement être consommée (avec modération quand même) !

Pour ceux d’entre vous qui souhaiteraient s’initier à la production de la bière à la maison, le web foisonne de forums et de sites dédiés aux amateurs. Et comme je le disais au début de cet article, avec un peu de matériel, un peu de pratique et beaucoup de patience, il est tout à fait possible de réaliser chez soi une bière excellente !

Bonne dégustation !


Sources d'information

1 Histoire de la bière, Wikipédia.fr [fr]
2 Univers-bière.net [fr]
3 How to brew, John J. Palmer. Brewers Publications, 3rd edition, 2006
4 Houblon, Wikipédia.fr [fr]
5 Lupuline, Wikipédia.fr [fr]
6 Fermentation alcoolique, Wikipédia.fr [fr]
7 Loi de Henry, Wikipédia.fr [fr]


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